遠(yuǎn)程智能語音防盜報警系統(tǒng)的組成與工作原理分析

現(xiàn)代社會人們的安全意識越來越高，一些重要場所如家庭、銀行、商店等都安裝防盜設(shè)備來保護(hù)生命及財產(chǎn)安全。早期的安防設(shè)備一般為機(jī)械式（如防盜門、防盜窗），防范系數(shù)低，安全性差，適用空間越來越小。隨著科技的發(fā)展，人們已經(jīng)研制出如門磁式、觸摸式、雷達(dá)監(jiān)測、紅外線監(jiān)測等一系列自動報警系統(tǒng)，這些報警系統(tǒng)自動化程度高，適用性強(qiáng)，具有一定的智能化。然而，大多系統(tǒng)在發(fā)出警報時無法及時通知事主。針對這~情況，本文設(shè)計了一種基于AT89C52的遠(yuǎn)程智能語音防盜報警系統(tǒng)，該系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)盜情能及時撥叫號碼，并能利用普通電話線進(jìn)行告警信號呼叫，及時通知事主。該系統(tǒng)具有智能化程序高、實用性強(qiáng)、性能可靠穩(wěn)定等特點。

1基本工作原理

本系統(tǒng)由AT89C52單片微型計算機(jī)、信號檢測電路、復(fù)位電路、電話號碼預(yù)設(shè)電路、振鈴檢測電路、模擬摘機(jī)掛機(jī)電路、撥號電路以及語音電路組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

DTMF編碼發(fā)送電路送出的是由用戶經(jīng)電話號碼輸入電路預(yù)先設(shè)定好存儲在CPU中的電話號碼，該號碼可隨意設(shè)置，可以是市內(nèi)程控電話、手機(jī)等。

圖1 遠(yuǎn)程智能語音防盜報警系統(tǒng)原理圖

流程圖如圖2所示，當(dāng)信號檢測電路測到有人闖入時，即發(fā)出觸發(fā)信號，該信號作為報警信號，經(jīng)放大送入CPU,CPU經(jīng)一定延時后，若是主人進(jìn)入，則可在一定時間內(nèi)利用復(fù)位電路使其初始化，否則準(zhǔn)備報警，CPU首先檢查鈴流信號檢測電路的輸出情況，若輸出為一高電平，則說明用戶電話機(jī)振鈴，不能摘機(jī)撥號，需進(jìn)行延時處理，只有當(dāng)輸出為低電平時，CPU指示模擬摘機(jī)電路摘機(jī)，發(fā)送DTMF電話號碼，呼叫預(yù)設(shè)受話方，這時就會有兩種情況出現(xiàn)：受話方占線和受話方振鈴，若出現(xiàn)前一種情況，進(jìn)行模擬掛機(jī)、延時后再接機(jī)撥號；如果受話方振鈴、摘機(jī)，即開始送錄制在ISDl420中的信號音或語音信號，最后掛機(jī)。

圖2 系統(tǒng)工作流程圖

2主要元器件

此系統(tǒng)用到的元器件包括AT89C52單片微型計算機(jī)、8255A可編程并行接口芯片、數(shù)字音頻錄放芯片ISDl420、雙音多頻發(fā)送接收器MT8888、DTMF編碼器CSC5087、DTMF譯碼器SC8870、P2288被動式熱釋電人體紅外傳感器等。

2.1 AT89C52單片微型計算機(jī)

AT89C52系列單片機(jī)具有更大容量的存儲器，其芯片有40個引腳，其中有2個專用主電源的引腳，2個外接晶體的引腳，4個控制信號與其他電源復(fù)用的引腳，以及32條輸入輸出I/O引腳。在本系統(tǒng)主要是對AT89C52的輸入輸出I/0引腳的處理，以及對4個控制信號或與其他電源復(fù)用引腳的應(yīng)用。

/tT89C52有4個8位并行輸入輸出I/O接口：P0口、P1口、P2口、P3口（共32線），用于并行輸入或輸出數(shù)據(jù)。

（1）P0口（32腳~39腳）：P0.O~P0.7統(tǒng)稱為P0口。當(dāng)不接外部存儲器與不擴(kuò)展I/O接口時，P0口為地址/數(shù)據(jù)分時復(fù)用口，它分時提供8位地址總線和8位雙向數(shù)據(jù)總線。

（2）P1口（1腳~8腳）：P1.0~P1.7統(tǒng)稱為P1口，可作為準(zhǔn)雙向I/O接口使用。對E2PRoM編程和進(jìn)行程序驗證時，P1口接收輸入的低8位地址。

（3）P2口（21腳~28腳）：P2.0~P2.7統(tǒng)稱為P2口，一般作為準(zhǔn)雙向I/0接口。當(dāng)接有外部存儲器或擴(kuò)展I/0接口且尋址范圍超過256 B時，P2口用于向高8位地址總線送出高8位地址。

（4）P3口（10腳~17腳）：P3.o~P3.7統(tǒng)稱為P3口。它為雙功能口，可作為一般的準(zhǔn)雙向I/O接口，也可以將每1位用于第2功能，而且P3口的每一條引腳均可獨立定義為第1功能的輸入輸出或第2功能。

在硬件電路設(shè)計中，因為系統(tǒng)進(jìn)行了I/O接口的擴(kuò)展，即在AT89C52的芯片外擴(kuò)展了可編程并行I/O接口8255A,所以單片機(jī)AT89C52的P0口作為與地址鎖存器74HC373的接口用，P0口分時用作地址總線或數(shù)據(jù)總線，而P3口則利用了它的第二功能。

2.2 可編程并行I/O接口芯片8255A

8255A有3個8位數(shù)據(jù)端口，即端口A、端口B和端口C,三個端口在不同的工作方式下有不同的功能。

8255A有3種工作方式：方式0、方式1和方式2,這些工作方式可用軟件編程來指定。在本系統(tǒng)中，采用8255A在0方式下的工作方式。方式0是"基本輸入輸出方式",這種工作方式不需要任何選通信號，A口、B口及C口的高4位和低4位都可設(shè)定為輸入或輸出。

作為輸出口時，輸出的數(shù)據(jù)均被鎖存，作為輸入口時，A口的數(shù)據(jù)能鎖存，B口與C口的數(shù)據(jù)不能鎖存。在方式0下，外設(shè)隨時可提供數(shù)據(jù)給微處理器，而外設(shè)也隨時可接受微處理器送出的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳送前無需"選通"和"狀態(tài)"信號，只要RD或WR信號有效，就能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。另外C口的上4位、下4位在工作方式控制字中可以分別編程。但應(yīng)注意C口數(shù)據(jù)的傳送是以字節(jié)為單位進(jìn)行的，不能單獨地讀寫上4位或下4位。

2.3數(shù)字音頻錄放芯片ISDl420

數(shù)字音頻錄放芯片ISDl420是美國ISD公司出品的新型單片優(yōu)質(zhì)語音錄放電路，它具有專利技術(shù)的模擬'處理存儲方式，使錄放音質(zhì)極佳，沒有常見的背景噪音，且電路斷電后語音內(nèi)容仍不丟失。ISD系列語音錄放組件內(nèi)含64 kB/128 kB E2PRoM存儲器、消除噪聲的話筒前置放大器和自動增益調(diào)節(jié)AGC電路、適合語音的專用濾波電路、具有極高溫度穩(wěn)定性能的時鐘振蕩電路及全部語音處理電路。它具有全貼片微型化、使用方便、語音任意錄抹放、斷電語音保存、微功耗、直推喇叭、音質(zhì)與磁帶效果相當(dāng)?shù)忍攸c。這種電路還提供了多種應(yīng)用方式選擇和接口，并可方便地應(yīng)用于各種集成化電子語音系統(tǒng)。

3 電路設(shè)計

3.1信號檢測電路

圖3中傳感器為P2288被動式熱釋電人體紅外傳感器。它采用平衡檢差方式工作，只感應(yīng)7~14um波長的活動人體紅外輻射線，不會受環(huán)境溫度及可見光的影響?；顒尤梭w輻射的紅外線被傳感器檢測到后，傳感器將產(chǎn)生微弱的電信號，經(jīng)濾波、放大，送給雙向比較器。為防誤動作，信號將與門限電平進(jìn)行比較，產(chǎn)生脈沖信號輸出，將高電平作為告警信號，送入CPU。

圖3信號檢測工作電路框圖

3.2復(fù)位電路

本系統(tǒng)采用的是RC復(fù)位方式，RC復(fù)位電路如圖4所示。系統(tǒng)上電時，該電路提供有效的復(fù)位信號RST（高電平）直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后撤銷復(fù)位信號（低電平）。實際設(shè)計中，通常C1取值為10uF以上，R1通常取值10 k左右。如果取值太小，則會導(dǎo)致RST信號驅(qū)動能力變差而無法使系統(tǒng)可靠復(fù)位。另外，圖中的虛線所接的續(xù)流二極管VD1對于改善復(fù)位性能起到了重要作用。它的作用是在電源電壓瞬間下降時使電容迅速放電。圖中接按鍵是為了方便主人使電路復(fù)位。

圖4復(fù)位電路圖

3.3 電話號碼預(yù)設(shè)電路

該部分電路的設(shè)計是為了方便用戶錄入電話號碼。

當(dāng)出現(xiàn)警情時，系統(tǒng)將撥打事先錄入的電話號碼進(jìn)行遠(yuǎn)程報警，此處要設(shè)計一個4行4列的鍵盤，為了軟件設(shè)計的方便，可通過兩個74HC245連接16個鍵，通過簡單的查詢程序即可錄入鍵盤輸人值。

圖5 電話號碼預(yù)設(shè)電路工作框圖

圖中DTMF編碼器采用CSC5087,它根據(jù)不同的按鍵產(chǎn)生一組雙音頻信號，CCITT（國際電報電話咨詢委員會）規(guī)定了按鍵與高、低頻組的組合。例如，按下"8"鍵，發(fā)出DTMF信號頻率為fL=852 Hz、fH=1 336 Hz.DTMF譯碼器為SC8870解碼器，它將每一個DTMF信號譯成一個4位二進(jìn)制代碼輸出，16個DTMF信號分別對應(yīng)0000~ 1111共16個二進(jìn)制代碼。

例如，對CSC5087送出的fL=852 Hz、fH=1336Hz的DTMF信號，SC8870譯碼后輸出"1000"代碼，對應(yīng)按鍵"8"。

振鈴檢測電路：當(dāng)有電話打入時，系統(tǒng)判斷振鈴的次數(shù)，達(dá)到預(yù)定的次數(shù)而電話仍沒摘機(jī)系統(tǒng)將自動摘機(jī)。將電話振鈴信號通過光電耦合器TP521輸入到AT89C52的TO腳，進(jìn)行計數(shù)，接到振鈴信號時，若連續(xù)振鈴10次后，用戶還沒有摘機(jī)，則自動轉(zhuǎn)到遠(yuǎn)程語音報警系統(tǒng)，CPU置"1"相應(yīng)引腳輸出信號實現(xiàn)自動摘機(jī)功能。若在10次振鈴中，主人接通電話，則控制器不響應(yīng)，這樣，就使得控制器與電話互不干擾。摘機(jī)后，檢測MT8888輸出的雙音多頻信號，又讀出用戶發(fā)來的遠(yuǎn)程信息，實現(xiàn)遠(yuǎn)程通信與控制功能。

圖6振鈴檢測與模擬摘機(jī)掛機(jī)電路

自動摘機(jī)掛機(jī)：自動摘機(jī)是遠(yuǎn)程報警和接收電話的前提。程控電話交換機(jī)判斷電話線路是否摘機(jī)的根據(jù)是回路電流突然增大到30 A左右則認(rèn)為電話已經(jīng)摘機(jī)，本電路就是據(jù)此而設(shè)計的。當(dāng)有報警信號或者外界有電話打人，需要系統(tǒng)摘機(jī)接通電話時，單片機(jī)P1.7口變高電平，使NPN三極管5551導(dǎo)通，繼而5041接通，從而電話回路被接通，實現(xiàn)了自動摘機(jī)。當(dāng)P1.7口變低電平時系統(tǒng)實現(xiàn)掛機(jī)。

3.5撥號電路

撥號電路是利用MT8888可實現(xiàn)DTMF的收發(fā)和信號音的判斷功能。當(dāng)要發(fā)送DTMF信號時，將MT8888設(shè)為DTMF發(fā)送模式，單片機(jī)會把電話號碼的每一位發(fā)送給MT8888,轉(zhuǎn)變成對應(yīng)的DTMF信號發(fā)送到電話線上，實現(xiàn)自動撥號。各數(shù)字對應(yīng)的雙音多頻信號如表1所示。

表1數(shù)宇一信號頻率對照表

在選擇突發(fā)模式的情況下，每發(fā)送一個電話號碼，MT8888都可以給單片機(jī)產(chǎn)生一個中斷信號。圖7中的DO~D3接AT89C52的P1.0~P1.3.MT8888的端與AT89C52的TO連接，端輸出同TONE端輸入的正弦波一一對應(yīng)的方波，記方波的個數(shù)即可判斷各種信號音。當(dāng)判斷信號音時，MT8888設(shè)置為信號音判斷模式（CALL模式），然后啟動TO計數(shù)器對端輸出的信號進(jìn)行計數(shù)，因為回鈴音為1 s通4 S斷的信號，所以記數(shù)時間為5 S,又因為撥號音為450 Hz連續(xù)信號，忙音為0.35 S通0.35 S斷，如果計數(shù)值為350~550（450*1=450）則為回鈴音，2 150~2 350（450*5=2 250）為撥號音，計數(shù)值1 025~1 225（450*5/2-1 125）為忙音，催掛音為連續(xù)的950 Hz的正弦波，所以記數(shù)值大于4 000.記數(shù)值的范圍可以適當(dāng)調(diào)整，本文采用了上下100個誤差。

圖7撥號電路原理圖

3.6語音電路

語音電路在報警系統(tǒng)中錄制和播放用戶所要報警的語音信號，這些語音信號可由用戶自己預(yù)先錄制并能隨時修改。語音電路主要由單片機(jī)89C52和數(shù)字音頻錄放芯片ISDl420構(gòu)成，原理圖如圖8所示。

工作原理為當(dāng)遠(yuǎn)程語音智能防盜報警系統(tǒng)檢測到有人非法闖入時，報警系統(tǒng)發(fā)出報警信號，同時單片機(jī)通過串行通信數(shù)據(jù)總線P3.0、P3.1與語音合成芯片ISDl420進(jìn)行串行通信，控制ISDl420的語音合成（把事先已從外部人為錄入的相關(guān)單字進(jìn)行組合）并輸出，經(jīng)三極管放大并經(jīng)橋式電橋整流后送到電話線上，經(jīng)交換機(jī)交換轉(zhuǎn)接后送至指定話機(jī)或手機(jī)。

圖8語音電路原理圖

4結(jié)語

本文所設(shè)計的基于AT89C52的遠(yuǎn)程智能語音防盜報警系統(tǒng)利用程控電話網(wǎng)做傳輸媒體，在出現(xiàn)緊急情況時能及時通知當(dāng)事人，即便其不在現(xiàn)場附近，也能自動呼叫報警。相比普通的報警系統(tǒng)，本系統(tǒng)將重點放在遠(yuǎn)程智能語音防盜報警上。另外，通過對其輸人端口的擴(kuò)展，可以組成火災(zāi)報警、煤氣泄露報警等多功能報警系統(tǒng)，具有重要的現(xiàn)實意義和推廣價值。