摘 要： 分析和設(shè)計了單片機控制的遠程告警系統(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，通過公眾交換電話網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)遠程自動語音告警，用戶也可以方便地在線修改預(yù)先存儲在系統(tǒng)中的電話號碼。系統(tǒng)利用了現(xiàn)有的電信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，用戶無需額外的投資，具有成本低廉、告警迅速、及時可靠的特點，可應(yīng)用于家庭、學(xué)校、辦公室等場合的安全防范。
關(guān)鍵詞： 單片機；智能控制；遠程監(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)實現(xiàn)額外的功能也在不斷地探索中，例如通過電信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)家用電器的遠程自動控制[1-4]等，這拓展了電話網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用范疇。本文介紹的單片機控制遠程告警系統(tǒng)采用模塊化的設(shè)計方式，價格低廉，告警可靠及時，可滿足大眾消費要求。一旦發(fā)生告警信息，系統(tǒng)便通過公眾交換電話網(wǎng)絡(luò)自動撥叫存儲在系統(tǒng)中的電話號碼（固定電話號碼或移動電話號碼）并以語音方式及時通知用戶，同時用戶也可方便地在線修改預(yù)先存儲在系統(tǒng)中的電話號碼。
1 系統(tǒng)組成
本文所述的單片機控制遠程告警系統(tǒng)如圖1所示。系統(tǒng)由入侵信息檢測無線發(fā)射電路和無線接收信號處理電路兩部分組成。
圖1（a）為入侵信息檢測無線發(fā)射電路部分，實現(xiàn)3個功能：一是入侵檢測（傳感器電路），負責(zé)對環(huán)境安全信息的檢測；二是數(shù)字編碼電路，實現(xiàn)識別、區(qū)分不同的布控目標(biāo)地點；三是調(diào)制發(fā)射電路，實現(xiàn)對編碼信息的調(diào)制發(fā)射。傳感器一檢測到入侵信息或其他非安全信息，則產(chǎn)生告警信號并觸發(fā)數(shù)字編碼器工作，數(shù)字編碼器的輸出信號經(jīng)調(diào)制器調(diào)制后以無線電波形式發(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]配對使用的遠程控制編碼器。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、家庭安全自動化系統(tǒng)、玩具風(fēng)扇的遙控以及工業(yè)應(yīng)用中的遠程控制。
無線發(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）為無線接收信號處理電路，主要實現(xiàn)無線信號的接收解調(diào)、數(shù)字譯碼、語音通知及電話號碼的自動呼叫等功能。它與家庭或辦公室內(nèi)的電話機并接于電話線上。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、無線接收與譯碼電路、雙音多頻（DTMF）信號發(fā)送和接收電路、語音提示電路等完成告警信號的接收、處理及電話號碼的自動撥號呼叫功能。
MCU采用的是單片機（AT89C51）。單片機具有小巧靈活，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、開發(fā)設(shè)計研制周期短等一系列優(yōu)點，在工業(yè)自動化、智能儀表、導(dǎo)航、民用消費類電子產(chǎn)品等方面得到廣泛應(yīng)用。以單片機為內(nèi)核嵌入到電子產(chǎn)品應(yīng)用系統(tǒng)中，實現(xiàn)產(chǎn)品自動化、智能化，成為典型的嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)。
無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）。
無線接收電路解調(diào)后的輸出經(jīng)過數(shù)字譯碼電路進行譯碼，譯碼電路采用的是與發(fā)送端相配對使用的數(shù)字譯碼器PT2272，PT2272譯碼后輸出給其他電路作進一步的處理。
接口電路提供了滿足電信設(shè)備接入標(biāo)準要求的功能，通過該接口將系統(tǒng)與家用電話機并接于電話線上。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：振鈴信號檢測，摘機與掛機控制，電話線斷線檢測，提供語音信號或雙音多頻（DTMF）信號輸入、輸出口，內(nèi)置自動增益控制電路，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、識別電路依據(jù)不同信令音的特征進行各信令音的識別，以實現(xiàn)系統(tǒng)在不同狀態(tài)之間的正確轉(zhuǎn)換并進行相應(yīng)的操作。
雙音多頻信號發(fā)送電路采用的是HOLTEK半導(dǎo)體有限公司生產(chǎn)的HT9200A[8]，其主要特點是工作電壓為2.5~5.5 V，串行工作模式，待機電流低，總諧波失真低。HT9200A是一款具有與MCU接口的音頻信號產(chǎn)生器，在MCU控制下，從DTMF引腳可產(chǎn)生16種雙音頻信號和8個單音頻信號，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系列各種型號都是使用數(shù)字計數(shù)技術(shù)來檢測，并將所有16種雙音多頻信號對轉(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（DTMF）分離為低頻群和高頻群信號。自帶撥號音頻陷波電路，可省略前置濾波器所需的陷波電路。其主要特點是工作電壓為2.5~5.5 V，外接元件較少，無需外接濾波器，具有三態(tài)數(shù)據(jù)輸出。雙音多頻信號接收電路主要用于接收用戶發(fā)送的DTMF信號，在MCU控制下，實現(xiàn)用戶在線修改存儲在系統(tǒng)中的電話號碼。
語音提示電路目的是通過公眾交換電話網(wǎng)絡(luò)為用戶提供語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音錄制，掉電時存儲信息，以及40~60 s的回放能力，其同時支持多信息的隨機存取和順序存取，用戶可選擇采樣速率，這滿足了設(shè)計者的不同需求和存取時間需求，集成了輸出放大器、麥克風(fēng)放大器、AGC電路，大大簡化了系統(tǒng)設(shè)計，是端口化語音錄制、玩具、許多其他消費品和工業(yè)應(yīng)用的理想器件。
2 系統(tǒng)工作原理
當(dāng)傳感器電路檢測到入侵信息時，產(chǎn)生的輸出告警信號觸發(fā)數(shù)字編碼電路和調(diào)制器工作，將相關(guān)信息以無線電波形式發(fā)送，經(jīng)無線接收端接收解調(diào)及數(shù)字譯碼后送給MCU進一步處理。MCU獲取告警信息后，首先模擬人工摘機操作，在聽到撥號音后，將存儲于系統(tǒng)中的電話號碼通過DTMF發(fā)送電路進行發(fā)送。當(dāng)用戶摘機后，語音電路APR9600通過電話接口電路經(jīng)電話線向用戶播放語音通知，使用戶及時獲知告警信息。當(dāng)用戶掛機后，MCU模擬人工掛機操作，從而完成電話號碼的自動呼叫及語音通知功能。此外，系統(tǒng)還通過DTMF接收電路提供用戶在線修改系統(tǒng)預(yù)先存儲的電話號碼的功能。
電話網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)，為信息提供了廣泛、可靠、及時的傳輸、交換途徑。本文介紹的單片機控制遠程告警系統(tǒng)的硬件設(shè)計結(jié)果如圖6所示，其中圖6（a）為無線接收信號處理硬件電路，圖6（b）為入侵信息檢測發(fā)射硬件電路。
該系統(tǒng)的無線接收信號處理硬件電路與家用或辦公用電話機并接于電話線上使用，不論用戶身在何處，只要身邊有電話機或移動電話，現(xiàn)場安防告警信息都能通過電話網(wǎng)絡(luò)迅速、及時地告知用戶。實驗結(jié)果表明，系統(tǒng)告警及時迅速，且容易在線修改預(yù)先存儲于系統(tǒng)中的電話號碼，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)用于不同的告警場合。該系統(tǒng)可應(yīng)用于家庭、辦公室、實驗室等各種安全監(jiān)控場合。
參考文獻
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