智能报警系统的设计

    本智能报警系统充分利用现有电话网络进行设计，利用电话键盘操作电路、振铃识别电路、异地留言电路、自动识别主被叫摘挂机电路、双音频拨号(自振铃)电路等，解决报警不及时、漏报、误报等问题，并能提高电话接通率。主要用于家庭、店铺、办公室、具有贵重物品场所的防盗报警。

1 总体设计方案
1．1 技术要求
    经过调查研究，从技术上认真分析，认为需满足下列六条技术要求，方能实现功能完善、操作方便这两个主要目标。
    (1)报警器灵敏度要高，又要求防止误报；
    (2)事故地点(报警站)与被呼叫对象(接收站)之间的空间距离应不受限制；
    (3)语音和数字信息在同一条信道上传输；
    (4)由于用户环境不同，配合使用的传感器类型及数量亦不相同；
    (5)用E2PRoM固化程序；
    (6)如因故死机，应能正常恢复运行。根据上述要求，构成如图1所示的系统框图。

1．2 系统主要功能
    (1)当室内有警情发生时(如有人非法进入室内、煤气泄漏、火灾等)，智能电话报警系统能及时地通过各种传感器获知警情，对警情的种类进行判断，并立即自动顺序拨打预设的2个电话号码。在拨号后，首先判断对方是否摘机，如是，则根据不同的警情播放相应的录制好的语音报警内容；否则，挂机后拨下一组预置电话，直至2个电话全部接通。
    (2)本报警器内置电话拨号系统，能向用户指定的2个电话机发送发生事故的地点、用户姓名、电话号码等信息的语音或数字报警信息，使警情得到及时处理。2个电话机类型包括手机、传呼机、家用电话机。通过电话机的拨号盘就可输入2条精简指令及用户信息，就像操作计算器一样简单。由于采用数字录音技术，用户可自行录入语音，反复录放，分2段存储、播放。设有外出布防、留守撤防两种状态，适用于家中有人、无人两种情况。
    (3)断电后，本报警器的备用电池立即自动启用。
    (4)当电话被盗打时，能及时报警。

2 技术措施
    (1)采用公用电话线作为信息传输媒体，不用无线方式。
    (2)传送报警信息用语音方式或数字信息方式，可在电话机上收听，使用方便。
    (3)报警器设有修改用户密码的电路，可以在很远的地方通过电话线路修改自己家中的电话报警器的密码．远程控制报警器的设防或撤防操作。
    (4)安装看门狗电路，因故死机后能恢复正常运行。
    (5)在E2PROM中写入2条精简指令，断电后可以永久保存。

3 智能电话报警器硬件设计
    智能电话报警器硬件部分由拨号电路、自动摘挂机电路、信号音检测电路、语音录放电路、报警电路和看门狗电路等部分组成的。
3．1 主要电路设计
3．1．1 拨号电路
    拨号电路采用HT9170和HT9200A分别作为双音多频(DTMF)信号接收器和发生器。自动拨号芯片采用串行式DTMF拨号芯片HT9200A，接收CPU送入的电话号码并向电话线送出双音多频信号，以使主叫和被叫用户之间建立联接。HT9200A的每一种输出频率由5位(D4～D0)不同的位码组合决定。当片选信号CE为低电平时，CPU通过P0．5口向HT9200A的数据输入端DATA串行输入5位编码，在CLK的下降沿将数据锁存，并从输出端DTMF通过模拟开关向电话线输送DTMF音调的拨号信号。
3．1．2 信号发生器HT9200A
    HT9200A是一种串行式DTMF信号发生器，具有良好的温度适应性，其工作温度范围为-20～+70℃，采用8引脚DIP或SOP封装。
3．1．3 信号接收器HT9170
    HT9170集成了数字解码器和带滤波器功能的双音频DTMF接收器，可工作在掉电模式和抑制模式下。HT9170采用数字化计算方法识别，将16倍的DTMF音频解码后转化为4位代码输出。高精度的转换电容滤波器将音频DTMF信号分离为低频信号和高频信号，自带拨号音频阻波电路可省去前置滤波器所需的阻波电路。
3．1．4 自动摘挂机电路
    自动摘挂机电路如图2所示。由三极管反相放大电路和继电器组成。系统检测信号电平为0～3．5 V，当系统检测到报警信号时，主控系统使PICK变为高电平，三极管导通，继电器吸合，K1接通，系统自动摘机。当用户执行完命令操作之后(如向外报警过程完成后)，主控系统给PICK一个低电平，三极管截止，继电器释放，开关K1断开，自动挂机。

3．1．5 信号音检测电路
    电话系统拨号音，回铃音和忙音的音源频率平均为450 Hz(±25 Hz)，只是断续比不同，且在时间上有明显差异(拨号音为450±25 Hz连续信号，忙音为0．35 s通，0．35 s断，回铃音为1 s通，4 s断)。故信号音为模拟信号。信号音检测电路需完成模拟量到数字量的转换。信号检测电路见图3。采用光电耦合器检测信号，电阻R1，R2用于分压，R3，D用于分流，各元件的参数如图中标注。信号经光耦后输出负脉冲信号，输出采用带施密特触发的反相器74LS19进行信号处理，转变成数字信号，供主控系统计数。

    计数时间为5 s，拨号音的计数下限为(450-25)×5=2 125，计数上限为(450+25)×5=2 375，即计数范围为2 125～2 375。同理，忙音的计数范围为1 041～1 212，回铃音的计数范围为425～475，无信号音的计数值应为0。故系统采用不同信号音相邻计数界限的中间值来区分不同的信号音。
3．2 语音录放电路
    系统的语音录放电路选用单片机语音录放电路系列集成电路ISD1420，ISD1420为美国ISD公司推出的产品，单片录放时间为8～20 s，音质好。ISD1420采用CMOS技术，内含振荡器、话筒前置放大、自动增益控制、防混淆滤波器、平滑滤波器、扬声器驱动及E2PROM阵列。最小的录放系统仅需麦克风、喇叭、两个按钮、电源及少量电阻电容。在录放操作结束后，器件自动进入低功耗节电模式，功耗仅0．5μW。
    电路的放音过程是由单片机AT89C51的P1～P7口给ISD1420的PLAYL口一个高电平，触发电路放音；给一个低电平，停止放音。

3．3 报警信号探测电路
    报警信号探测电路如图4所示。本系统选用AMN型热释电红外传感器进行探测。用性能较好的OP-07放大信号，用单电源供电，放大倍数设为10(Au=R2／R1=10)，当有人进入其探测范围时，传感器的2号管脚输出正向电平，经放大后产生报警启动信号送主控制电路。

4 智能电话报警器的软件设计
    软件部分主要通过汇编语言编程，控制单片机AT89C51的P0，P1，P2，P3口的高低电位从而达到报警目的。首先单片机初始化，单片机AT89C51的P3．2口开始检测报警信号，当P3．2口检测到一个高电平时，表示有报警信号输入，这时P0．0口给出一个高电平信号，使系统的自动摘挂机电路自动摘机，同时拨号电路也处在了拨号状态。如果单片机的T0口记数结果是允许拨号，则P2输出一组电平信号使拨号电路自动拨110报警，否则挂机。当拨号成功后，单片机的P1．7口给一个高电平信号，触发放音电路自动播放预先储存在ISD1420中的报警内容。报警结束后，单片机的P0．0口给一个低电平信号，系统自动挂机，完成整个报警过程。软件流程如图5所示。

5 结 语
    经过安装与调试，本电话自动报警器实现了以下功能：
    (1)本系统与电话机并联，只在报警期间占用电话线路，报警结束后系统与电话线路脱离，不影响电话机的正常使用，利用公共通信网作传输媒体，只要安装了电话的用户，即可安装此报警器。
    (2)本报警器具有自动、快速、准确的特点，当警情发生时，能够自动拨打110，对方摘机后自动播放已录制好的语音报警内容。若遇到对方占线，能自动摘挂机，并能按照拨号、检测、放音的顺序自动循环。
    (3)传统报警系统大都存在同时报警争信道问题。而本报警器由于利用公共通信网，此问题得到圆满解决，不会造成混乱，保证报警可靠。
    (4)成本低，可以广泛地应用于仓库、商店、家庭的安全防范。