摘 要： 分析和設(shè)計(jì)了單片機(jī)控制的遠(yuǎn)程告警系統(tǒng)，給出了軟件流程圖。該系統(tǒng)以微控制器（MCU）為核心，結(jié)合其他外圍模塊電路，通過(guò)公眾交換電話網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)語(yǔ)音告警，用戶也可以方便地在線修改預(yù)先存儲(chǔ)在系統(tǒng)中的電話號(hào)碼。系統(tǒng)利用了現(xiàn)有的電信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，用戶無(wú)需額外的投資，具有成本低廉、告警迅速、及時(shí)可靠的特點(diǎn)，可應(yīng)用于家庭、學(xué)校、辦公室等場(chǎng)合的安全防范。
關(guān)鍵詞： 單片機(jī)；智能控制；遠(yuǎn)程監(jiān)控
隨著信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，信息的交互、傳輸變得更加廣泛、可靠和便捷。電話網(wǎng)絡(luò)提供的語(yǔ)音通信依然是人們不可或缺的信息交流方式。借助電信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)額外的功能也在不斷地探索中，例如通過(guò)電信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)家用電器的遠(yuǎn)程自動(dòng)控制[1-4]等，這拓展了電話網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用范疇。本文介紹的單片機(jī)控制遠(yuǎn)程告警系統(tǒng)采用模塊化的設(shè)計(jì)方式，價(jià)格低廉，告警可靠及時(shí)，可滿足大眾消費(fèi)要求。一旦發(fā)生告警信息，系統(tǒng)便通過(guò)公眾交換電話網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)撥叫存儲(chǔ)在系統(tǒng)中的電話號(hào)碼（固定電話號(hào)碼或移動(dòng)電話號(hào)碼）并以語(yǔ)音方式及時(shí)通知用戶，同時(shí)用戶也可方便地在線修改預(yù)先存儲(chǔ)在系統(tǒng)中的電話號(hào)碼。
1 系統(tǒng)組成
本文所述的單片機(jī)控制遠(yuǎn)程告警系統(tǒng)如圖1所示。系統(tǒng)由入侵信息檢測(cè)無(wú)線發(fā)射電路和無(wú)線接收信號(hào)處理電路兩部分組成。
圖1（a）為入侵信息檢測(cè)無(wú)線發(fā)射電路部分，實(shí)現(xiàn)3個(gè)功能：一是入侵檢測(cè)（傳感器電路），負(fù)責(zé)對(duì)環(huán)境安全信息的檢測(cè)；二是數(shù)字編碼電路，實(shí)現(xiàn)識(shí)別、區(qū)分不同的布控目標(biāo)地點(diǎn)；三是調(diào)制發(fā)射電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)編碼信息的調(diào)制發(fā)射。傳感器一檢測(cè)到入侵信息或其他非安全信息，則產(chǎn)生告警信號(hào)并觸發(fā)數(shù)字編碼器工作，數(shù)字編碼器的輸出信號(hào)經(jīng)調(diào)制器調(diào)制后以無(wú)線電波形式發(fā)射。
本系統(tǒng)采用的傳感器電路為包含有菲涅爾透鏡的模塊電路。
數(shù)字編碼器采用普林斯頓技術(shù)公司的PT2262[5]，它是一款采用COMS技術(shù)、與數(shù)字譯碼器PT2272[6]配對(duì)使用的遠(yuǎn)程控制編碼器。它將數(shù)據(jù)引腳和地址引腳編碼為適合于射頻調(diào)制的串行編碼波形。它具有12位的三態(tài)地址引腳，最多能提供312個(gè)地址碼。因此可大大減少任何代碼沖突和掃描未授權(quán)代碼的概率。其主要特點(diǎn)是采用低功耗的COMS技術(shù)、最多12位三態(tài)地址引腳、最多6位數(shù)據(jù)引腳、寬工作電壓范圍、采用DIP（Dual In-line Package）和SO（Small Out-line）封裝方式、鎖存或記憶輸出類型。PT2262被廣泛應(yīng)用于車輛安全系統(tǒng)、車門控制器、家庭安全自動(dòng)化系統(tǒng)、玩具風(fēng)扇的遙控以及工業(yè)應(yīng)用中的遠(yuǎn)程控制。
無(wú)線發(fā)射電路采用調(diào)制發(fā)射模塊電路，工作電壓范圍較寬，為3 V~12 V，工作頻率為315 MHz，調(diào)制方式為幅度鍵控（ASK）。無(wú)線傳輸距離隨工作電壓和環(huán)境（如空曠地帶、室內(nèi)環(huán)境等）的不同而不同。
圖1（b）為無(wú)線接收信號(hào)處理電路，主要實(shí)現(xiàn)無(wú)線信號(hào)的接收解調(diào)、數(shù)字譯碼、語(yǔ)音通知及電話號(hào)碼的自動(dòng)呼叫等功能。它與家庭或辦公室內(nèi)的電話機(jī)并接于電話線上。此部分電路以微控制器（MCU）為核心，結(jié)合其他外圍模塊電路，如電話接口電路、無(wú)線接收與譯碼電路、雙音多頻（DTMF）信號(hào)發(fā)送和接收電路、語(yǔ)音提示電路等完成告警信號(hào)的接收、處理及電話號(hào)碼的自動(dòng)撥號(hào)呼叫功能。
MCU采用的是單片機(jī)（AT89C51）。單片機(jī)具有小巧靈活，以成本低、易于產(chǎn)品化、可靠性高、適應(yīng)環(huán)境溫度寬、結(jié)構(gòu)靈活、開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)研制周期短等一系列優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)自動(dòng)化、智能儀表、導(dǎo)航、民用消費(fèi)類電子產(chǎn)品等方面得到廣泛應(yīng)用。以單片機(jī)為內(nèi)核嵌入到電子產(chǎn)品應(yīng)用系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品自動(dòng)化、智能化，成為典型的嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)。
無(wú)線接收電路采用的是超再生式接收（Super Regenerative Detector）模塊電路，工作電壓為5V，輸出電平為TTL電平，工作頻率為315 MHz，調(diào)制方式為幅度鍵控（ASK）。
無(wú)線接收電路解調(diào)后的輸出經(jīng)過(guò)數(shù)字譯碼電路進(jìn)行譯碼，譯碼電路采用的是與發(fā)送端相配對(duì)使用的數(shù)字譯碼器PT2272，PT2272譯碼后輸出給其他電路作進(jìn)一步的處理。
接口電路提供了滿足電信設(shè)備接入標(biāo)準(zhǔn)要求的功能，通過(guò)該接口將系統(tǒng)與家用電話機(jī)并接于電話線上。該接口電路采用了具有32引腳雙列直插封裝式的集成電路模塊PH8809[7]，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示，提供的主要功能有：振鈴信號(hào)檢測(cè)，摘機(jī)與掛機(jī)控制，電話線斷線檢測(cè)，提供語(yǔ)音信號(hào)或雙音多頻（DTMF）信號(hào)輸入、輸出口，內(nèi)置自動(dòng)增益控制電路，提供符合電信部門要求的DTMF頻率指標(biāo)，此外，該集成電路模塊可方便地與其他CPU直接相連。
信令音檢測(cè)、識(shí)別電路依據(jù)不同信令音的特征進(jìn)行各信令音的識(shí)別，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)在不同狀態(tài)之間的正確轉(zhuǎn)換并進(jìn)行相應(yīng)的操作。
雙音多頻信號(hào)發(fā)送電路采用的是HOLTEK半導(dǎo)體有限公司生產(chǎn)的HT9200A[8]，其主要特點(diǎn)是工作電壓為2.5~5.5 V，串行工作模式，待機(jī)電流低，總諧波失真低。HT9200A是一款具有與MCU接口的音頻信號(hào)產(chǎn)生器，在MCU控制下，從DTMF引腳可產(chǎn)生16種雙音頻信號(hào)和8個(gè)單音頻信號(hào)，提供了串行工作模式，在MCU的控制下，將存于系統(tǒng)中的電話號(hào)碼由HT9200A經(jīng)電話接口電路發(fā)送至電話線上。
雙音多頻信號(hào)接收電路采用的是HOLTEK半導(dǎo)體有限公司生產(chǎn)的具有優(yōu)良性能的HT9170[9]。HT9170系列是集成了數(shù)字譯碼器和多帶濾波功能的雙音多頻信號(hào)接收器。HT9170B和HT9170D都可工作在省電模式和抑制模式，HT9170系列各種型號(hào)都是使用數(shù)字計(jì)數(shù)技術(shù)來(lái)檢測(cè)，并將所有16種雙音多頻信號(hào)對(duì)轉(zhuǎn)換成4位代碼輸出。高精度的轉(zhuǎn)換電容濾波器把雙音多頻信號(hào)（DTMF）分離為低頻群和高頻群信號(hào)。自帶撥號(hào)音頻陷波電路，可省略前置濾波器所需的陷波電路。其主要特點(diǎn)是工作電壓為2.5~5.5 V，外接元件較少，無(wú)需外接濾波器，具有三態(tài)數(shù)據(jù)輸出。雙音多頻信號(hào)接收電路主要用于接收用戶發(fā)送的DTMF信號(hào)，在MCU控制下，實(shí)現(xiàn)用戶在線修改存儲(chǔ)在系統(tǒng)中的電話號(hào)碼。
語(yǔ)音提示電路目的是通過(guò)公眾交換電話網(wǎng)絡(luò)為用戶提供語(yǔ)音告警通知信息及操作提示信息，采用的器件是APLUS集成電路公司生產(chǎn)的APR9600[10]。該器件提供了真正的單片語(yǔ)音錄制，掉電時(shí)存儲(chǔ)信息，以及40~60 s的回放能力，其同時(shí)支持多信息的隨機(jī)存取和順序存取，用戶可選擇采樣速率，這滿足了設(shè)計(jì)者的不同需求和存取時(shí)間需求，集成了輸出放大器、麥克風(fēng)放大器、AGC電路，大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，是端口化語(yǔ)音錄制、玩具、許多其他消費(fèi)品和工業(yè)應(yīng)用的理想器件。
2 系統(tǒng)工作原理
當(dāng)傳感器電路檢測(cè)到入侵信息時(shí)，產(chǎn)生的輸出告警信號(hào)觸發(fā)數(shù)字編碼電路和調(diào)制器工作，將相關(guān)信息以無(wú)線電波形式發(fā)送，經(jīng)無(wú)線接收端接收解調(diào)及數(shù)字譯碼后送給MCU進(jìn)一步處理。MCU獲取告警信息后，首先模擬人工摘機(jī)操作，在聽(tīng)到撥號(hào)音后，將存儲(chǔ)于系統(tǒng)中的電話號(hào)碼通過(guò)DTMF發(fā)送電路進(jìn)行發(fā)送。當(dāng)用戶摘機(jī)后，語(yǔ)音電路APR9600通過(guò)電話接口電路經(jīng)電話線向用戶播放語(yǔ)音通知，使用戶及時(shí)獲知告警信息。當(dāng)用戶掛機(jī)后，MCU模擬人工掛機(jī)操作，從而完成電話號(hào)碼的自動(dòng)呼叫及語(yǔ)音通知功能。此外，系統(tǒng)還通過(guò)DTMF接收電路提供用戶在線修改系統(tǒng)預(yù)先存儲(chǔ)的電話號(hào)碼的功能。
電話網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)，為信息提供了廣泛、可靠、及時(shí)的傳輸、交換途徑。本文介紹的單片機(jī)控制遠(yuǎn)程告警系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)結(jié)果如圖6所示，其中圖6（a）為無(wú)線接收信號(hào)處理硬件電路，圖6（b）為入侵信息檢測(cè)發(fā)射硬件電路。
該系統(tǒng)的無(wú)線接收信號(hào)處理硬件電路與家用或辦公用電話機(jī)并接于電話線上使用，不論用戶身在何處，只要身邊有電話機(jī)或移動(dòng)電話，現(xiàn)場(chǎng)安防告警信息都能通過(guò)電話網(wǎng)絡(luò)迅速、及時(shí)地告知用戶。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)告警及時(shí)迅速，且容易在線修改預(yù)先存儲(chǔ)于系統(tǒng)中的電話號(hào)碼，只需更換不同的傳感器，如煙霧傳感器、氣體傳感器等，便可應(yīng)用于不同的告警場(chǎng)合。該系統(tǒng)可應(yīng)用于家庭、辦公室、實(shí)驗(yàn)室等各種安全監(jiān)控場(chǎng)合。
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