智能無線防盜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘要：系統(tǒng)地介紹智能無線防盜系統(tǒng)的基本原理、組成框圖，詳細(xì)地描述電話網(wǎng)絡(luò)的接收方法；論述熱釋電紅外傳感器、語音等電路，給出部分基本電路和軟件流程。

關(guān)鍵詞：無線防盜 報(bào)警 熱釋電紅外傳感器

隨著國(guó)家智能化小區(qū)建設(shè)的推廣，防盜系統(tǒng)已成為智能小區(qū)的必需設(shè)備。本文利用單片機(jī)控制技術(shù)和無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，開發(fā)一種具有聯(lián)網(wǎng)功能的智能無線防盜系統(tǒng)，并開發(fā)相關(guān)的傳感器。采用無線數(shù)據(jù)傳輸方式，不需重新布線，特別適用于已裝修用戶及布線不方便的場(chǎng)合。

1 智能無線防盜系統(tǒng)的基本原理

智能無線防盜系統(tǒng)由傳感器、家庭智能報(bào)警器、物業(yè)管理中心接警主機(jī)及相關(guān)的控制管理軟件組成。圖1為家庭智能報(bào)警器方框圖，圖2為物業(yè)管理中心接警主機(jī)方框圖。

1.1 主機(jī)電路

如圖1所示，主機(jī)電路由射頻接收模塊接收傳大吃一驚器發(fā)來的報(bào)警信號(hào)，通過解碼器（PT2272）解碼后得到報(bào)警傳感器的地址和數(shù)據(jù)類型只有主機(jī)和傳感器地址相同時(shí)才能被主機(jī)接收。解碼輸出的數(shù)字代表傳感器類型解驪輸出信號(hào)進(jìn)入CPU的INT1，觸發(fā)中斷處理程序。中斷處理程序通過DTMF收發(fā)電路，撥打用戶預(yù)先設(shè)好的電話號(hào)碼（如手機(jī)號(hào)碼，辦公室號(hào)碼）進(jìn)行遠(yuǎn)程撥號(hào)報(bào)警；同時(shí)，啟動(dòng)語音電路，將預(yù)先錄制好的語音信號(hào)通過電話線傳給主人，實(shí)現(xiàn)語音提示通信功能。CPU輸出警笛觸發(fā)信號(hào)，經(jīng)放大后推動(dòng)警笛或喇叭，以驅(qū)趕和震脅盜賊。用戶還可通過電話線進(jìn)行遠(yuǎn)程設(shè)/布防，及輸入遠(yuǎn)程控制信號(hào)，通過8路控制輸出端控制有線連接的電器設(shè)備，也可通過編碼電路和射頻發(fā)射模塊控制無線連接的電器設(shè)備。顯示部分采用RT12232A圖形點(diǎn)陣LCD模塊，實(shí)現(xiàn)漢字顯示功能；顯示報(bào)警時(shí)間與報(bào)警類型。鍵盤可實(shí)現(xiàn)密碼修改、語音錄入和信息查看功能。

物業(yè)管理中心的接收主機(jī)具有家庭報(bào)警主機(jī)的功能外，還可以通過RS232實(shí)現(xiàn)與物業(yè)管理中心的通信 功能，實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)和小區(qū)控制。

1.1.1 DTMF收發(fā)電路

要實(shí)現(xiàn)電話線遠(yuǎn)程通信，關(guān)鍵部分為DTMF收發(fā)電路。它將實(shí)現(xiàn)自動(dòng)撥號(hào)、忙音識(shí)別、鈴聲識(shí)別、遠(yuǎn)程接鍵數(shù)字信號(hào)識(shí)別等功能。我們選用MT8888雙音多頻（DTMF）收發(fā)器，與單片機(jī)及音頻放大電路組合，實(shí)現(xiàn)各種信號(hào)音的檢測(cè)及DTMF信號(hào)的產(chǎn)生，并將DTMF信號(hào)送到電話線上，如圖3所示。

MT8888是采用CMOS工藝生產(chǎn)的DTMF信號(hào)收發(fā)一體的集成電路。它的發(fā)送部分采用信號(hào)失真小、頻率穩(wěn)定性高的開關(guān)電容式D/A變換器，可發(fā)出16種雙音多頻DTMF信號(hào)。接收部分用于完成DTMF信號(hào)的妝收、分離和譯碼，并以4位并行二進(jìn)制碼的方式輸出。

圖3　點(diǎn)擊放大

選擇中斷模式時(shí)，當(dāng)接收或發(fā)送了有效的音頻信號(hào)后IRQ/CP腳輸出低電平，產(chǎn)生中斷信號(hào)供給CPU，在延遲控制電壓的跳變緣將數(shù)據(jù)鎖存至輸出端；當(dāng)選擇呼叫過程（CP）方式時(shí)，只能接收250～550Hz的信號(hào)音，在拒收或無輸入時(shí)，IRQ/CP腳輸出低電平。

（1）電話信號(hào)音格式

忙音：450Hz,350ms有，350ms無。撥號(hào)音：450Hz，持續(xù)?；剽徱簦?50Hz，1s有，4s無。

（2）信號(hào)音的判斷方式

將MT8888的IRQ/CP腳連到AT89S52的T0腳，電話呼叫過程中的各種信號(hào)音經(jīng)MT8888濾波限幅后得到方波，由MT8888的IRQ輸出到AT89S52的T0腳，對(duì)T0腳信號(hào)記數(shù)5s。計(jì)數(shù)值位于2175～2357范圍內(nèi)，為撥號(hào)音；計(jì)數(shù)值位于1041～1212范圍內(nèi)，為忙音；計(jì)數(shù)值位于425～475范圍內(nèi)，為回鈴音。在實(shí)際編程中，考慮到計(jì)數(shù)的誤差以及程序的簡(jiǎn)化，可將范圍適當(dāng)放寬，但不能重疊。

(3)自動(dòng)摘機(jī)

控制器與家里電話并接在一條電話線上。為了實(shí)現(xiàn)報(bào)警放打電話共用一條線，摘機(jī)電路按如下設(shè)置：將電話振鈴信號(hào)通過光電耦合器TP521輸入到AT89S52的IT腳，進(jìn)行計(jì)數(shù)。接到振鈴信號(hào)時(shí)，若連續(xù)振鈴10次用戶還沒有摘機(jī)，則自動(dòng)轉(zhuǎn)到家庭智能報(bào)警器，CPU置P1.5腳為“1”，使繼電器K1吸合，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)摘機(jī)功能。若在這10次振鈴過程中，用戶接通了電話，則控制器不響應(yīng)，這樣，使得控制器與電話不互相干擾。摘機(jī)后，檢測(cè)MT8888輸出的雙音多頻信號(hào)，以讀出用戶發(fā)來的遠(yuǎn)程信息，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信與控制功能。

圖4　點(diǎn)擊放大

（4）自動(dòng)報(bào)警

當(dāng)接收到熱釋電傳感器等發(fā)來的無線報(bào)警信號(hào)后，CPU立即發(fā)出報(bào)警信號(hào)，通過電話線傳到遠(yuǎn)程用戶。報(bào)警方式如下：用戶通過面板設(shè)備10個(gè)報(bào)警電話，將它們存入24C04存儲(chǔ)器中。當(dāng)接到警情后，從第1個(gè)電話開始撥號(hào)，一直撥到第10個(gè)，來回?fù)?遍。如果任意一個(gè)電話回送了“#”鍵確認(rèn)信號(hào)，即意味著報(bào)警已收到，不再繼續(xù)撥號(hào)。每個(gè)號(hào)碼需撥號(hào)。每個(gè)號(hào)碼需撥號(hào)時(shí)間100ms，號(hào)碼之間留500ms間隔。撥號(hào)時(shí)，先檢測(cè)24C04中存儲(chǔ)的電話號(hào)碼。若為空，即未設(shè)此電話，跳過不撥，繼續(xù)撥下一個(gè)電話號(hào)碼。這樣，用戶可隨意設(shè)置數(shù)個(gè)報(bào)警電話號(hào)碼。我們規(guī)定號(hào)碼長(zhǎng)度最多不超過4位，以便存在24C04中。

1.1.2 語音電路

為了便于通信，采用了語音芯片，實(shí)現(xiàn)語音指示和報(bào)警功能。ISD1420為單片語音記錄、回放一體化芯片，記錄時(shí)長(zhǎng)為20s；可被劃分為160小段，每段125ms。當(dāng)REC腳為低電平時(shí)，進(jìn)行錄音，PLAYE或PLAYL為低時(shí)進(jìn)行放音，ISD1420可進(jìn)行連續(xù)錄音，也可進(jìn)行分段錄音。

分段放音：先送停止錄放音碼P1.2～P1.4=000，再送放音首地址A7～A0，P1.3或P1.4為低電平（PLAYE或PLAYL）開始放音；延時(shí)進(jìn)行放音，最后送停止錄放音碼P1.2～P1.4=000，完成本段放音。重復(fù)上述過程，可分段放出數(shù)段語音。圖4為語音電路原理。

1.1.3 編/解碼電路

PT2262/2272是臺(tái)灣普城公司生產(chǎn)的一種CMOS工藝制造的低功耗、低價(jià)位、通用編解碼電路。PT2262/2272最多可有12位（A0～A11）三態(tài)地址端引腳（懸空、接高電平、接低電平），任意組合可提供531441地址碼。

PT2262最多可有6位（D0～D5）數(shù)據(jù)端引腳，設(shè)定的地址碼和數(shù)據(jù)碼從17腳串行輸出。編碼芯片PT2262發(fā)出的編碼信號(hào)由地址碼、數(shù)據(jù)碼、同步碼組成一個(gè)完整的碼字。地址碼必須與家庭控制主機(jī)內(nèi)解碼芯片PT2272編址相同，以區(qū)分家庭控制器；數(shù)據(jù)碼可用于區(qū)分傳感器類型。當(dāng)有報(bào)警信號(hào)時(shí)，PT2262的14腳為低電平，使能PT2262，從17腳輸出編碼信號(hào)，通過射頻模塊發(fā)射出去。

解碼芯片PT2272接收到信號(hào)后，其地址碼經(jīng)過兩次比較核對(duì)，VT腳才輸出高電平，送到89S52的INT1，觸發(fā)中斷處理程序，以讀取D0～D3的數(shù)據(jù)碼，得知報(bào)警傳感器狀態(tài)和報(bào)警類型。圖5為編/解碼電路原理。

1.1.4 射頻發(fā)射模塊與射頻接收模塊

射頻發(fā)射模塊與射頻接收模塊原理如圖6和圖7所示，工作頻率為433MHz。最大傳輸距離可達(dá)1000m。

1.2 傳感器設(shè)計(jì)

1.2.1 被動(dòng)紅外熱釋電傳感器

人體有恒定的體溫，一般在37℃，所以會(huì)發(fā)出特定波長(zhǎng)為10μm左右的紅外線。被動(dòng)式紅外探頭就是靠探測(cè)人體發(fā)射的10μm左右的紅外線而進(jìn)行工作的。人體發(fā)射的10μm左右的紅外線，通過菲涅爾濾光片增強(qiáng)后，聚集到紅外感應(yīng)源上。紅外感應(yīng)源泉通常采用熱釋電元件。這種元件在接收到人體紅外輻射溫度發(fā)生變化時(shí)將會(huì)失去電荷平衡，向外釋放電荷，后續(xù)電路經(jīng)檢測(cè)處理后產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。

圖8為雙元熱釋電紅外檢測(cè)元件LHI968的內(nèi)部電路。它由兩個(gè)雙元熱釋電陶瓷，感應(yīng)紅外信號(hào)，再經(jīng)場(chǎng)效應(yīng)管放大輸出。D端的電阻和S端的電容具有抗電磁干擾能力。

圖7　點(diǎn)擊放大

信號(hào)從S端引出經(jīng)前級(jí)放大，通過47μF電容后再次放大，與設(shè)定門限電壓進(jìn)行比較，獲得報(bào)警輸出信號(hào)。47μF電容能夠除直流成分，從而消除了使用環(huán)境（陽光、燈光、火源泉等）對(duì)探測(cè)器的影響，后面再加一延時(shí)觸發(fā)電路以便主人設(shè)防與撤防?，F(xiàn)在已有專用集成芯片BISS0001實(shí)現(xiàn)以上功能。為了適應(yīng)主人進(jìn)門時(shí)撤防的需要，設(shè)計(jì)一報(bào)警延時(shí)電路。延時(shí)長(zhǎng)度須滿足：當(dāng)人以1m/s的速度從探測(cè)器的正前方移動(dòng)0.2m，不產(chǎn)生報(bào)警；但移動(dòng)3m應(yīng)報(bào)警，測(cè)試速度應(yīng)能檢測(cè)0.3～3m/s或更寬的速度范圍。

1.2.2 門磁傳大吃一驚器

無線門磁傳感器一般案卷在門內(nèi)側(cè)的上方。它由兩部分組成：較小的部件為永磁體，內(nèi)部有一塊永久磁鐵，用來產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng)；較大的是無線門磁主體，內(nèi)部有一個(gè)常開型的干簧管。當(dāng)永磁體和干簧管靠得很近時(shí)（小于5mm），無線門磁傳感器處于工作守候狀態(tài)；當(dāng)永磁體離開干簧管一定距離后，無線門磁傳感器立即發(fā)射包含地址編碼和自身識(shí)別碼（也就是數(shù)據(jù)碼）的433MHz的高頻無線電信號(hào)。主機(jī)通過識(shí)別這個(gè)無線電信號(hào)的地址碼，判斷是否為同一個(gè)報(bào)警系統(tǒng)，然后根據(jù)自身識(shí)別碼（也就是數(shù)據(jù)碼），確定是哪一個(gè)無線門磁報(bào)警。

2 網(wǎng)絡(luò)中心控制主機(jī)設(shè)計(jì)

網(wǎng)絡(luò)中心控制主機(jī)設(shè)計(jì)與家庭控制器基本相同，只是加了一個(gè)RS232接口，實(shí)現(xiàn)與PC機(jī)相連。通過放在物管中心的PC機(jī)實(shí)現(xiàn)小區(qū)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控功能。

結(jié)語

采用現(xiàn)有電話網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合射頻無線通信技術(shù)和單片機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)，使本防盜報(bào)警系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)、可靠，組網(wǎng)靈活；家庭無需為傳感器布線；具有廣泛的市場(chǎng)發(fā)展前景。