摘 要： 介紹了以AT89C51單片機(jī)作為控制核心的自動撥號、檢測和放音的智能語音撥號報(bào)警系統(tǒng)" title="報(bào)警系統(tǒng)">報(bào)警系統(tǒng)。重點(diǎn)論述了自動撥號和語音部分的電路結(jié)構(gòu)、工作原理" title="工作原理">工作原理和軟件設(shè)計(jì)方法。
關(guān)鍵詞： 單片機(jī) 自動撥號 語音芯片 信號音檢測
隨著人們生活水平的提高和安防" title="安防">安防意識的增強(qiáng)，急需開發(fā)面向大眾、價(jià)格低廉、運(yùn)行可靠的自動報(bào)警系統(tǒng)。鑒于住宅電話和移動通信設(shè)備的普及，以及電話語音報(bào)警的快捷、有效及價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，公共通信網(wǎng)成了報(bào)警系統(tǒng)的最佳傳輸媒介。本文介紹的報(bào)警系統(tǒng)就是在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種智能語音撥號報(bào)警系統(tǒng)，該系統(tǒng)可廣泛用于各種對安防要求較高的場合，如智能樓宇、商場、銀行和工廠等。
電話自動報(bào)警的主要功能為：用戶根據(jù)需要把自己的手機(jī)號碼、辦公室電話或報(bào)警監(jiān)控中心的電話預(yù)存入報(bào)警主機(jī)。報(bào)警主機(jī)不斷地對所監(jiān)控的設(shè)備(門禁、煙霧探測器、窗磁、攝像頭等)狀況進(jìn)行巡檢，當(dāng)有不安全情況(如火災(zāi)、非法入室、視頻丟失等)發(fā)生時，報(bào)警主機(jī)撥通預(yù)先存入的電話號碼，播放相應(yīng)的警情語音。若電話占線或者無人接聽,可撥下一個預(yù)存的電話號碼，如果所有預(yù)存的電話都占線或者無人接聽，則會自動把所有的預(yù)存電話重?fù)芤槐?，保證了報(bào)警的有效性和可靠性。
1 系統(tǒng)組成和工作原理
系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。采用AT89C51單片機(jī)作為控制核心，外接E2PROM用于存儲電話號碼、設(shè)置參數(shù)(定時布/撤防、聯(lián)動、視頻等)以及警情信息等。當(dāng)AT89C51單片機(jī)實(shí)時巡檢到新的警情信號(防區(qū)故障、視頻丟失、主電斷電或上位機(jī)死機(jī))時，報(bào)警主機(jī)就會自動進(jìn)行警情處理(聲光報(bào)警、啟動相應(yīng)聯(lián)動、記錄警情以及撥號報(bào)警等)。撥號報(bào)警的工作原理如下：系統(tǒng)自動地控制摘/掛機(jī)電路模擬摘機(jī)，同時AT89C51單片機(jī)通過可編程" title="可編程">可編程并行接口8255將MT8880置為呼叫模式，檢測是否有撥號音。若有撥號音，則將MT8880設(shè)為突發(fā)方式，并按用戶預(yù)設(shè)的電話號碼自動撥號。撥完電話號碼以后立即檢測對方是否摘機(jī)，一旦檢測到對方摘機(jī)，就啟動語音提示電路發(fā)送與警情相一致的語音信息，完成自動撥號報(bào)警。
2 硬件設(shè)計(jì)
2.1 警情采集電路
信號采集電路由16路防區(qū)輸入信號采集電路和16路視頻丟失檢測采集電路組成。16路防區(qū)輸入信號采集電路如圖2所示。采集電路通過一片可編程并行接口芯片8255與AT89C51單片機(jī)的P0口接口，而16路防區(qū)輸入信號則通過光電隔離后與8255的PA口和PB口相接。PA口和PB口均設(shè)為輸入口，這16個輸入口分別對應(yīng)16路探測器的輸入。系統(tǒng)通過采集8255的PA、PB口的數(shù)據(jù)來判斷是否有警情產(chǎn)生。
16路視頻丟失檢測采集電路如圖3所示。該電路首先通過一片16路模擬開關(guān)芯片CD4067進(jìn)行視頻通路選擇，隨后經(jīng)過視頻信號檢測電路，最后再與AT89C51單片機(jī)的P1.3口相接。系統(tǒng)首先將視頻通路號送給模擬開關(guān)CD4067，然后將采集的數(shù)據(jù)送給P1.3口，來判斷視頻是否丟失。
2.2 DTMF發(fā)送接收電路MT8880與AT89C51及語音電路的接口
MT8880是MITEL公司推出的專門用于處理DTMF信號的專用集成電路芯片，不僅具有接收和發(fā)送DTMF信號的自動撥號功能，還可以檢測電話干線上撥號音、回鈴音和忙音等信號音。適合與單片機(jī)接口，外圍電路簡單。
MT8880內(nèi)部有五個寄存器，分別為接收數(shù)據(jù)寄存器、發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器、收發(fā)控制寄存器" title="控制寄存器">控制寄存器CRA和CRB以及收發(fā)狀態(tài)寄存器。在本設(shè)計(jì)中，由于僅采用發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器、收發(fā)控制寄存器CRA和CRB發(fā)送DTMF信號實(shí)現(xiàn)自動撥號功能，因此在此僅介紹這三個寄存器。發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器中的數(shù)據(jù)決定要發(fā)送的雙音頻信號的頻率，因此只能向發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器寫入數(shù)據(jù)。兩個收發(fā)控制寄存器占用同一個地址，因此根據(jù)CRA中的寄存器選擇位的值決定是否對CRB進(jìn)行操作。其接口電路如圖4所示。
ISD1420語音芯片采用直接模擬存儲技術(shù)，且錄放音質(zhì)極好，并有一定的混響效果；它的外圍元件簡單，僅需簡單的阻、容器件即可組成簡單的錄、放音電路；無需后備電源，信息存儲時間長，不需要專用的編程器及語音開發(fā)器；具有較強(qiáng)的選址能力，可把存儲器分成160段來管理，形成最小的錄放時間為125ms。其接口電路圖如圖4所示。
語音分段方法：地址輸入端A0～A7由低位向高位排列，每位地址代表125ms的尋址，160個地址覆蓋20s的語音范圍(160×0.125s=20s)，錄音及放音功能均從設(shè)定的起始地址開始，錄音結(jié)束由停止操作決定，芯片內(nèi)部在該段的結(jié)束位置自動插入結(jié)束標(biāo)志(EOM)；而放音時遇到EOM標(biāo)志即自動停止放音。在本設(shè)計(jì)中，因需要四段報(bào)警提示語音，因此在設(shè)計(jì)時均將每段語音設(shè)為5s，其起始地址分別為00000000B、00101000B、 01010000B、01111000B，由這四段起始地址可以看出A7、A2、A1和A0均為0，因此將其接地。
3 軟件設(shè)計(jì)
3.1 信號音的識別方法
系統(tǒng)在巡檢到警情信號后就模擬摘機(jī)。為了識別模擬摘機(jī)后電話系統(tǒng)是否處于可撥號的狀態(tài)、電話撥完號碼后電話是否接通以及對方是否摘機(jī)接聽電話等幾種狀態(tài)，系統(tǒng)必須進(jìn)行信號音的識別。為了識別信號音，必須知道各種信號音的特性。各種信號音特性如下：
撥號音：450±25Hz連續(xù)蜂音；
忙 音：0.35s斷0.35s通的450±25Hz蜂音，音斷周期為0.7s；
回鈴音：4s斷1s通的450±25Hz蜂音，音斷周期為5s。
這些電話信號均是模擬信號，然而單片機(jī)是無法識別模擬信號的，故必須先將模擬信號轉(zhuǎn)換為脈沖信號，然后再根據(jù)脈沖信號的脈沖個數(shù)進(jìn)行識別。這些電話音頻信號的脈沖個數(shù)可用下式計(jì)算：
N=tm/T
式中，N為每音段周期的脈沖個數(shù)；T為電話音頻信號的音頻周期，單位為s；tm為信號音斷周期的通時間，單位為s。
在實(shí)際使用中，主要需要識別撥號音、忙音和回鈴音。分析這三種信號的特性可以看出，在一定的計(jì)數(shù)時間內(nèi)，其脈沖個數(shù)是不一樣的。在設(shè)計(jì)之初，考慮采用5s為一個計(jì)數(shù)單位來判斷這三種信號音，但通過實(shí)際的調(diào)試發(fā)現(xiàn)：當(dāng)對方摘機(jī)時，要等待一段時間才能聽到報(bào)警語音。通過反復(fù)研究及調(diào)試，最終采用2s計(jì)數(shù)判斷撥號音，采用2.8s(即4個忙音周期)判斷是否為忙音，若否則代表電話撥通了。隨后采用1s為一個計(jì)數(shù)單元，采用計(jì)五次后的累加脈沖數(shù)來判斷對方是否接聽電話。若有，則放相應(yīng)的報(bào)警提示語音；否則再計(jì)1s，然后計(jì)算最后5s內(nèi)的脈沖數(shù)，再次判斷對方是否摘機(jī)。如此反復(fù)，直到超過等待時間仍沒有人接聽電話就掛機(jī)。由于干擾和一些其他因素的存在，難免會有誤判的現(xiàn)象而導(dǎo)致漏報(bào)警情。因此采取在所有預(yù)先設(shè)定的電話至少有一個撥通就只撥一遍，如果全部沒撥通或者沒人接聽則把所有預(yù)存電話重?fù)芤贿?，這樣漏報(bào)報(bào)警的概率就非常低以致可忽略不計(jì)。
3.2 軟件設(shè)置
自動撥號程序的流程圖如圖5所示。下面是自動撥號的部分程序(如需要完整的程序，可與作者聯(lián)系)。
AUTOCALL：CLR P1.2 ;模擬摘機(jī)
MOV A,#5DH ;允許信號音輸出，下一次為寫控制寄存器CRB
MOVX @DPTR,A ;寫控制寄存器CRA
MOV A,#51H ;MT8880置為突發(fā)模式
MOVX @DPTR,A ;寫控制寄存器CRB
MOV A,#56H ;MT8880置為呼叫模式
MOVX @DPTR,A ;寫控制寄存器CRA
LCALL DELAY
LCALL AUTOY ;調(diào)用信號音判別子程序,看是否有撥號音
MOV A,#5DH ;允許信號音輸出，下一次為寫控制寄存器CRB
MOVX @DPTR,A ;寫控制寄存器CRA
MOV A,#50H ;MT8880置為突發(fā)模式
MOVX @DPTR,A ;寫控制寄存器CRB
…… ;撥電話號碼
MOV A,#56H ;MT8880置為呼叫模式
MOVX @DPTR,A ;寫控制寄存器CRA
LCALL AUTOY ;調(diào)用信號音判別子程序,看是否有回鈴音
LCALL AUTOY ;調(diào)用信號音判別子程序, 看對方是否摘機(jī)
SETB P1.2 ;模擬掛機(jī)
3.3 編程過程中應(yīng)注意的幾點(diǎn)
首先，MT8880的DTMF產(chǎn)生器是發(fā)送部分的主體，它產(chǎn)生全部十六種失真小、精度高的標(biāo)準(zhǔn)雙音頻信號，這些頻率均由3.579545MHz晶體振蕩器分頻產(chǎn)生。電路由數(shù)字頻率合成器、行/列可編程分頻器、開關(guān)電容式D/A變換器組成。行和列單音正弦波經(jīng)混合、濾波后產(chǎn)生雙音頻信號。通過DTMF編解碼表把編碼數(shù)據(jù)寫入MT8880發(fā)送寄存器產(chǎn)生單獨(dú)的fLOW和fHIGH，一旦編碼錯誤就會導(dǎo)致?lián)芴柺?，故在編程過程中要十分小心。其編解碼表見MT8880的Datasheet。
其次，在摘機(jī)后應(yīng)延時一段時間再去判斷摘機(jī)音，因?yàn)楸鞠到y(tǒng)采用機(jī)械繼電器實(shí)現(xiàn)自動摘機(jī)，故應(yīng)考慮繼電器的響應(yīng)時間。
最后，一個電話號碼撥完后不能立即撥下一個電話號碼，應(yīng)保證掛機(jī)的最短有效時間以確保前一電話號碼確實(shí)已掛機(jī)，否則撥下一個電話號碼時會沒有撥號音。
本系統(tǒng)配置靈活，可以有效、快速地應(yīng)用于對安防要求比較高的場合。例如：對不需要監(jiān)視視頻丟失的場合，可以不配置視頻監(jiān)測盒；而對智能小區(qū)、醫(yī)院等，可以通過RS485總線將一臺DVR(Digital Video Recorder)主機(jī)、一套報(bào)警監(jiān)控軟件和多臺報(bào)警主機(jī)組合到一起，構(gòu)成一個網(wǎng)絡(luò)型智能監(jiān)控系統(tǒng)。
本報(bào)警系統(tǒng)具有價(jià)格低廉、操作簡便、通訊速度快、可靠性高和誤報(bào)率低的優(yōu)點(diǎn)。
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