校园安防智能电话报警系统设计与实现

摘要：基于现有公共电话网络，结合射频无线通信及传感器技术，设计开发一种用于校园安防的智能报警系统。系统在探测器端上加入编码发射电路，每个探测器编码由12位组成，编码信号包括探测器的位置信息和探测器类别信息。报警终端采用无线接收方式接收编码信号，用单片机软件译码取代专用集成电路芯片硬件译码，12位编码数据位中的位置信息编码位数和探测器种类编码位数可根据实际使用场合灵活定义，突破了采用集成芯片译码只有4-6位数据位的局限性。实验结果表明：探测器无线发送距离为200 m，在8位位置信息码，4位探测器种类信息码，每位两种状态的编码方式下，每个报警终端可接入探测器的数量达256个。
关键词：校园安防；双音多频；智能；电话；报警系统

    学校作为人才的培养基地，安全问题尤为重要。学校校园具有人员密集且流动量大：功能性建筑多且分布面积广；贵重教学仪器多且放置分散等特点。如何加强校园的安全防护，提高安防效率是当前亟需解决的问题。传统的安防通常是通过视频监视系统完成的，视频监控系统虽然实现了实时视频监控、录像、存储等功能。但是，由于图像识别技术的警情识别难度较大，很难从实时的图像中自动识别出警情发生，并进行自动报警。而且，视频监控系统难以做到全校园覆盖，存在监控盲区。所以，研究一种经济、实用的监控及智能报警系统与视频监控系统形成互补，具有十分重要的意义。
    本设计以普及的电话线作为传输媒介，结合无线传输、传感器及声光报警技术，实现火灾、煤气、门禁、红外等实时监控，可以弥补视频监控系统的不足。

1 系统结构及原理
    系统主要包括无线探测网络、报警终端和接警中心管理系统3部分，如图1所示。

    无线探测网络主要由前置探测器组成，包括防盗用热释红外探测器、门磁探测器、紧急报警开关以及防火用烟雾探测器、可燃气体探测器、CO探测器以及其他探测器等。
    报警终端包括无线接收模块、隔离变换模块、单片机和电话模块，其中电话模块完成DTMF双音多频编解码、自动摘挂机、线路检测等功能。当用户设置系统进入设防状态后，一旦有警情发生，例如窗户被强行打开或者其他安放在房间里的报警探测器被触发，探测器编码电路和无线发射模块同时上电，产生无线报警信号。接收电路产生报警中断，单片机启动解码程序解码，解码成功后读出预先设定的电话号码和用户信息组成报警信息帧，然后模拟摘机，拨打电话，再监测电话的状态，等待接警控制系统摘机后，将用户信息和探测器的位置信息发往监控中心，并声光报警。如果断电，报警器自动切换内置的备用电源，继续工作。系统还设计有防破坏功能，在设防状态下如果电话线被切断或电话被盗打，则被认为是恶意侵犯，报警器也将声光报警。
    接警控制系统包含接警控制器和中心管理软件系统，电话线上的来电呼叫使得自动摘挂机电路产生一个中断信号，触发单片机进入中断服务程序。单片机模拟摘机，在监控中心和用户报警系统间形成了一个通信信道。用户端和监控中心间按照规定的协议进行通信，完成报警信息的传输。单片机系统对外通信主要靠串口，当双方确认通信完成后，接警控制器挂断电话，启动串行通信程序，将收到的报警信息发给监控中心的中心控制计算机，软件系统依据接收到的报警信息在系统中显示各种报警参数。

2 硬件电路设计
2．1 探测器编码发射电路
    目前市面上的电话报警器主要针对单个家庭用户，报警控制器可接入探测器数目一般是4个左右，而且一般只支持无线接入方式，本系统中的一个报警控制器可接多个探测器，并且支持有线和无线2种接入方式。
    为了对系统中各探测器的身份进行识别，在探测器上加入编码电路，对探测器进行编码。系统采用集成编码芯片PT2262，PT2262一共有12位编码，每位有“1”、“0”、“f”(悬空)3种状态，共有531 441种组合。译码电路不采用常规的PT2272译码芯片译码，而是采用单片机软件译码，增加了编码格式的灵活性和每个报警控制器可接入探测器的数量。探测器编码电路如图2所示，当探测器监测到信号到来时，探测器内部处理电路将输出开关量控制信号使PT2262和无线发射模块同时上电，设定的地址码和数据码与固定的同步码组成一组编码从17脚串行输出到315 MHz的无线数据发送模块。振荡电阻Rosc用来调节编码发射频率，适当调高电路工作电源VCC可以增大发射距离。

2．2 编码接收隔离电路
    接收电路由无线接收模块和信号变换电路组成。无线接收模块集无线接收、解调、放大、整形于一体，并能输出与TTL电平信号兼容的数字信号。信号变换模块主要完成信号隔离、编码反相、为单片机提供中断信号功能，如图3所示。当接收到编码信号后，将编码信号反相(见图3中Data’端口)，送到单片机P0口进行解码，同时在INT端产生下降沿，并在整个信号接收过程中保持低电平，当发送端停止发送编码信号后，INT回到高电平，INT端口信号为单片机解码提供中断信号。

2．3 报警控制电路
    报警控制电路由电话模块、AT89C51单片机和电源电路组成，如图4所示。

    电话模块采用成都宝佳电子有限公司的PY-ALL型全功能电话开发板，它集线路状态检测功能，上位机控制摘机、挂机功能、DTMF检测功能、信号音检测等功能于一体，内部自带MCU微处理器，而且包含RS232模块，方便和上位机通信。单片机与PY-ALL之间通过串口按照全功能模块串口协议进行通信，串口波特率为1 200 b／s，数据位8位，停止位1位，无校验位。

3 软件设计
    本系统软件包括报警终端单片机程序软件和接警中心软件系统。报警终端单片机程序用C语言编写，采用中断方式完成。当报警中断被触发，即图4中INT端有下降沿到来，则立即启动报警中断，同时，Data’端送来探测器的编码信号，中断服务程序如图5所示。先对编码信号进行解码，如果解码成功，则拨打接警中心电话，然后以DTMF方式传送报警信息。其中，图5只显示拨打一个设定号码的流程，实际使用时可根据设置按一定优先级拨打多部报警电话。接警中心软件用Visual C++编写，系统基于Windows使用MSComm控件通过串口与PYALL通信。如图6所示，当串口事件发生时，系统检测串口输入数据的信息同步码，判断是否和约定的报警信息同步码格式一致，如果一致，则表示为报警信息，继续接收。接收到结尾标志时，检测校验结果，正确则进入信息处理模块，依次分析报警信息的ID号、警种信息和位置信息并在辅窗口中显示。

4 结束语
    本系统采用无线与有线相结合的方式完成智能远程报警功能。系统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，可以和电话机并联使用，若有警情发生而电话线路被占用，则先强制发送挂机命令，完成报警。采用电话网进行通信，无需重新布线，成本低廉。系统不仅可以和校园视频监控形成互补，还可以推广应用于仓库、商场、医院、办公楼等场所的安全防范，有广阔的发展前景。