基于单片机的电话远程报警系统设计

摘　要：本文介绍了一种利用公用电话网进行远程预警的系统。它是由AT89C52单片机、DTMF收发器MT8880、APR9600芯片来发送语音信号的一种报警装置。此电话远程报警系统可以通过电话线发送语音报警信号。

关键词：AT89C52；MT8880；电话线；报警系统
1．引言
　　随着社会经济的不断发展，人们对家庭财产的安全防范要求越来越强烈。传统的电视监控以及小区周边防盗系统将难以满足大面积分散式的多用户安全防范。利用目前网络覆盖家庭用户最多的电信市话网(PSTN)实现联动报警的智能联网报警系统便应运而生。经过多年的发展，小区家居智能化系统越来越成熟，功能越来越完善[1]。安防报警系统已成为智能小区家居智能化系统的重要组成部分。本文主要致力于设计一个稳定、可靠易操作的安防报警系统。该系统安装在用户家中。当用户不在家时，如果家中发生了诸如盗窃、火灾，煤气泄漏等险情时，系统将通过电话线向用户手机或110报警台发送语音报警信号。此系统具有可靠性高、灵活性强等特点。
2．系统总体设计
　　本套电话机远程报警系统主要是能对发生的火情、盗窃、煤气泄漏等险情起到报警和自救的作用。
　　当发生火灾时，安装在现场的传感器检测到燃烧产生的烟雾后，立刻会将有关信息发送给控制器(单片机)。控制器在收到信息后立即通过电话网拨打用户的手机或者其它用户指定的电话上，并报告发生的险情。同时还切断用户家中的电源，防止事故进一步的产生。
　　当用户家中的厨房或洗澡间发生煤气泄漏时，现场的传感器检测到险情后将会向系统控制器发送一个对应的报警信号。在接收到报警信号后系统将马上拨通用户的手机电话或者其它用户指定的电话上，向其播报险情信息。同时还会自动打开屋内排气扇等，以阻止现场局部煤气浓度的继续提高。
　　当有盗贼破门而入时，系统门磁开关将被非法打开，这时控制器将收到一个从门磁开关发送来的一个报警信号，这时如果屋内的红外探测装置同时也探测到有人在屋内活动的话也会向控制器发送另一个报警信号。经过系统控制器分析后将打开安装在门口的电铃，铃声将起到恐吓窃贼的作用，同时也将拨通用户的手机或者其它用户指定的电话，通过预存的语音内容进行报警。用户不用在现场就可以知道家中正在发生盗窃，从而可以采取相应的措施。
　　如果盗贼将暴露在屋外的电话线剪断后，系统将检测到电话线路的电压的变化而向控制器发送一个脉冲信号。单片机检测到信号后会自动打开门口的警铃开关，铃声能对不法分子起到威慑作用，使其停止作案。则居民用户的财产将得到保护。
　　本系统应用于单用户作为智能家庭系统，系统结构如图1所示，其工作过程如下：当主人都出门以后，打开系统启动开关。系统开始探测多路警情，采用门磁开关监测家门的是否被非法打开，红外线探测器监测是否有人非法闯入，当有人非法从门或窗闯入时，门磁开关和红外线探测器将被触发，它们的状态被检测并由单片机采集经判断后，拨通主人的手机或者小区保安部门电话，然后有语音芯片报告警情。语音警情提示内容由程序预先设置。而当主人在家时，取消电话报警模块功能，并关闭红外线探测器和门磁开关，当夜晚主人都睡觉以后可以再打开门磁开关和红外线探测器达到防盗的功能。考虑到系统主要是通过电话线进行家庭报警信号的传送，故有必要对电话线进行防护，以防不法分子在行窃时先将电话线剪断，而使得本报警系统失去作用。故在电话线靠近电话的终端加一个检测电路。当电话线被剪断时，它将触发安装在门外的报警电铃。能对不法分子起到威慑作用，使其停止作案，则居民用户的财产将得到保护。



3．系统电路设计
3.1  模拟摘机电路设计
　　图2所示为系统的模拟摘机单元电路，其中CON2为电话线插头，电桥电路将交流变成直流，因为有振铃时，交换机将传来时通时断的交流电压，交流电压经过由四个IN4004组成的整流桥变成直流电压。用4N25光耦作为检测报警信号的开关部分，当有报警脉冲信号从4N25的p+输入时，电路的A，B段导通。则三级管发射极与基极导通，然后三极管的基极和集电极导通。右边的隔直电容起到隔离直流电流的作用。图中所注IN端与MT8880相连，接受或发送各种交流信号[2]。


图2 模拟摘机电路图


3.2  DTMF电路设计
　　利用了MT8880实现双音多频（DTMF）电路收发和信号音的判别。MT8880电路的内部有5个寄存器：数据发送寄存器TDR、数据接收寄存器RDR、控制寄存器CRA及CRB、状态寄存器SR。
　　当需要接收DTMF信号时，首先往控制寄存器CRA和CRB写入相应的控制字，把芯片设置为DTMF模式，通过读取状态寄存器中的D2位，可以判断是否收到一个有效的DTMF信号并已译码。若已收到则读取内部“接收数据寄存器”的内容(从芯片的D0一D3脚读出)。当需要发送DTMF信号时，同样应先往控制寄存器CRA和CRB写入相应的控制字，把芯片设置为DTMF模式，通过读取状态寄存器中的D1位，可以判断是否发送完一个 DTMF信号。若已发送完，则把下一个要发送的数字由D0～D3写入到内部“发送数据寄存器”。如果芯片同时又被设置为中断模式，则通过检测IRQ端状态，也能判断一个DTMF信号收到或发送完毕与否。
　　本报警系统用AT89C51P1口和MT8880相连，模拟产生芯片MT8880的各个接口信号，完成DTMF信号的收发以及对通信线路中各种信号音的识别等功能。对应情况如下：P2.0－D0, P2.1－D1,  P2.2－D2, P2.3－D3, P2.4－CP, P2.5－RS0, P2.6－R/W, P2.7－CS。当芯片MT8880的内部寄存器(CRA,CRB,SR,TDR和RDR)被访问时,CP脚应出现一次带上升沿的高电平，其周期应为1us-1000us,这是关键信号，其它信号均以此信号作为依据。而单片机无此信号，因此我们要用I/O口模拟产生。MT8880外围电路如图3所示。
　　



图3  MT8880外围电路图

3.3  语音电路设计
　　语音电路起到警示的作用，当发生警情时可以将语音送到电话线上，通知主人或者门卫。根据此要求，本设计选用了APR9600语音录放芯片，如图4所示。APR9600的电性能参数：电源电压4. 5 ～ 6. 5V，静态电流1uA，工作电流25mA，驱动功率12.2mW(外接喇叭16 欧)。其外接振荡电阻采样率，语音频带，录放时间有关，该电阻可以根据需要的时间和音质效果无级调节。放音时, 芯片内读逻辑电路从FLASHRAM 中取出信号, 经过低通滤波器送到功率放大器中,然后直接 推动外部的喇叭放音。厂家要求外接喇叭为16Ω ,实际用8～16Ω 均可, 一般音量下输出功率为12. 2mW( 16Ω) 。


图4  APR9600的管脚排列图

3.4 单片机外围电路的设计
　　整个报警系统有多路信号输入输出，用到的I/O口比较多，所以选用AT89C51。如图5所示。
　　管脚说明：
　　VCC：供电电压。
　　GND：接地。
　　P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。
　　P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
　　P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
　　P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流(ILL)这是由于上拉的缘故。
　　P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如所示：
　　P3.0 RXD(串行输入口)
　　P3.1 TXD(串行输出口)
　　P3.2 /INT0(外部中断0)
　　P3.3 /INT1(外部中断1)
　　P3.4 T0(记时器0外部输入)
　　P3.5 T1(记时器1外部输入)
　　P3.6 /WR(外部数据存储器写选通)
　　P3.7 /RD(外部数据存储器读选通)
　　P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
　　RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
　　ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
　　/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。
　　/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器(0000H-FFFFH)，不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源(VPP)。
　　
　　XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入[3]。
　　XTAL2：来自反向振荡器的输出。
　　

图5 单片机外围电路设计

4．结语
　　本文的设计是基于单片机的电话机远程报警系统，主要是真对发生的火情、盗窃、煤气泄漏等险情起到报警和自救的作用。人们在生活中对防盗报警的认识已很明显，并且随着生活水平的提高，人们对远程防盗更加依赖。故此设计具有显著的实用价值和现实意义。
参考文献：
[1] 王刚,夏平,陈仲滔.智能家居无线远程控制技术[J].电脑开发与应用,2008,21(3):67-69.
[2] 张元敏. 基于AT89C52的远程智能语音防盗报警系统设计[J].现代电子技术,2008,31(13).
[3] 马建军等．电子系统设计[M]．北京：高等教育出版社，2005．