智能化电话报警器的研制
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关键词：双音多频 电话报警器 精简指令 DTMF
引言
改革开放以来，在城市大发展的过程中，大量外地人口涌入城市，给社会治安带来很大压力。工厂、机关和居家失盗、失火、抢劫事件时有发生；个别地方尤为严重，损失惊人。由此引起公安部门的高度重视和社会各届人士的普遍关注。有些部门和居民小区开始派人白天守卫、夜间巡逻，并纷纷购置防护铁门、铁栏杆等被动防范措施，将主人装在铁笼子中以求安全。一旦发生警性（如火警或煤气泄漏），才发现铁笼子将消防人员在事故现场之外，难以即时救助，实为弊端。从整顿市容角度来看，亦为雅观。为此，政府部门提倡采用高科技手段实现技术防范措施。在社会治安的现实需求和政府部门的推动下，市场上国产和进口的防盗报警应运而生。为此，我们分析、对比了国内外的十种防盗报警器的内部结构和功能；结合国内使用条件，研制适合国情的智能化电话报警器。经过不懈努力，已经取得成功。
一、总体设计方案和技术要求
过去不少单位已经安装了防盗报警装置，为何仍然失盗？为何至今仍然有人不习惯于使用防盗报警装置？这里涉及到机器的功能、可靠性以及机器在使用过程中是否简单方便、便于编程等一系列的问题。我们经过长期调查研究，从技术上认真分析，认为需满足下列技术要求，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，就必须有微电脑监控。它能对来自传感器的事故信息进行分析，排除因小动物入侵而产生的误报信号及其他环境干扰信号。
（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）语音和数字信息都可在同一条信道上传输。采用哪种传输方式（数字或语音），可由用户自行决定。
（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。对于如此多样化的用户环境，机器的设置项目就要多一些（特别是进口产品），造成用户操作不便。为此我们事先编好适应多样化用户环境的精简指令并按顺序编号，使得用户只需用电话机按键拨号，键入事先编好的精简指令序号及适当的参数即可实现各种程序化操作，适应不同环境的要求。用户编程精简指令就像使用计算机一样简单方便，容易接受。
（5）用EEPROM固化程序，程序中的关键数据（如用户报警电话的号码）可以临时在电话机键盘上修改又不因掉电而丢失。
（6）如因故死机，应能自动恢复正常运行。
二、技术措施
上述要求是一项艰巨的任务但也是必须要达到的目标。为此我们经过长期努力，采用以下技术措施，实现了上述目标：
（1）采用公用电话线作为信息传输媒体，不用无线电方式。这样，机器受干扰少，误报率低，使用范围更加宽广。凡是有公共电话的地方，报警信息都可以到达，距离不受限制。充分利用公共电话线路普及性的优势，成本大大降低。同时简化了设计，提高了可靠性。
（2）传送报警信息用语音方式或数字信息方式，可由用户选择。语音简短明确，可在电话机上收听，使用方便。在有条件安装计算机的地方（如110报警中心及单位保卫部门），还可传送数字信号，便于计算机与报警器之间实现数字通信。
（3）报警器设有拨号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，因故死机后能自动恢复正常运行。
（5）电话设计、元器件筛选及接插件安装过程符合国家《防盗报警控制器通用技术条件》（GB12663-90）。
（6）在EEPROM中写入9条精简指令，断电后可以永久保存。同时用户可自行设置密码，他人无法使用，保密性好。
（7）9条精简指令如下：
①用户设定或修改密码；
②用户设定第一个被呼叫的电话号码（最多16位数字）；
③用户设定第二个被呼叫的电话号码（最多16位数字）；
④用户设定第三个被呼叫的电话号码（最多16位数字）；
⑤用户设定第四个被呼叫的电话号码（最多16位数字）；
⑥用户设定8个防区（对应8个传感器）的设防或撤防状态；
⑦用户设定8个防区是有声报警，或是无声报警（有声报警是拉响现场喇叭，驱走入侵者；无声报警是现场无声，声音由电话线路单线传送到被呼叫电话机上，外人听不到）；
⑧用户自行录入8段（分别对应于8个传感器）语音，作为预定的报警语音；
⑨用户通过电话机拨号操作，可以对报警器设防或撤防。
以上9条预先编好的程序，按顺序编号。用户只需通过电话拨号盘拨号，即可选择各种操作。这些操作跟操作计算器一样方便。
三、总体设计电路框图
我们设计完成的智能电话报警器，做到了上述技术要求。其总体设计的电路结构框图如图1所示。
四、主要电路分析
1.传感器与信号输入接口
要求居家安全，应确保被监视的区域（阳台、门窗、过道、金库等）置于传感器的敏感区域内。
现有的传感器产品很多，如红外热释电探头、微波多普勒效应探头、微波-红外复用探头，用于检测盗贼侵入很灵敏。离子烟感器和半导体气敏传感器用于监视火警及煤气泄漏。传感器产品大多用继电器作信号输出端。正常时继电器触头开路，报警时触头闭合。传感器与信号输入接口电路如图2所示。
正常时晶体管集电极输出低电平；报警时输出高电平。8个晶体管分别将来自8路传感器的信号传送到74F373的8个输入端，供CPU读取。若8个传感器未满额，空闲的晶体管仍然会输出低电平，不会报警IN0～IN7分别对应来自8个传感器的电平信号。
2.语音控制与录放电路
语音控制与录放电路如图3所示。采用ISD2575芯片作数字录音器件。录放音时间可达75s。可连续录放亦可通过地址线（A0～A9）选择分段录放。图3中将地址线A0～A4接地，仅用A5～A9可选32段或少于32段。我们只选8段。若将74ALS374的1脚（OE）通过K1接地（ON），则ISD2575芯片处于联机状态，语音芯片及录放电路受CPU控制；若将74ALS374的1脚浮空（开关K1的5脚OFF），则Q0～A7为高阻态，语音芯片处于脱机状态并受K1和K2控制，可用手拨开关实现录放操作。
语音芯片ISD2575的片选输入端CE（23脚）为低脉冲时启动放音周期。放音不随CE电平的返高而结束。CE信号的下降沿启动录音周期。PD脚（24脚）为高时进入低功耗状态（非录放状态）。P/R（27脚）输入端为高电平时选定放音周期，低电平为录音周期。
用户可事先选定脱机状态，手动开关K1和K2录入各段在报警时需要播放的固定语音段。报警器值班时语音芯片应处于联机状态。报警时程序能根据正在报警的传感器的编号（0～7）自动判断8种警性并按警情编号去选择应该播放的哪一段。图3中MIC为驻极体微音器。喇叭可监听到从电话网上收发的双音多频信号或语音信号。用MC34119作语音功放芯片，可调整放音输出的幅度。
3.双音多频发送/接收电路
双音多频发送/接收电路如图4所示。
5087是配合电话机键盘使用的双音多频（DTMF）发送芯片。其输入引脚C1～C4（列）和R1～R4（行）对应电话机键盘（4行×4列）的8根接收端。按下任一键对应C1～C4和R1～R4的一种组合并能从5087的16脚发出某一组高低音搭配的双音频音调去电话网。收方（图4中是8870）收到双音频音调后再译码为4位二进制电平Q1～Q4并送CPU读取。DTMF信号与二进制编码的对应关系如表1所列。
表1
| 发方（5087） | DTMF信令编码 | 收方（8870） | ||||||
| 信息 | C4C3C2C1 | ZR4R3R2R1 | 十六进制 | 频率（低组） | 频率（高阻） | 键号 | Q4Q3Q2Q1 | 十六进制 |
| 1 | 0001 | 1110 | 1EH | 697 | 1209 | 1 | 0001 | 1H |
| 2 | 0010 | 1110 | 2EH | 697 | 1336 | 2 | 0010 | 2H |
| 3 | 0100 | 1110 | 4EH | 697 | 1477 | 3 | 0011 | 3H |
| 4 | 0001 | 1101 | 1DH | 770 | 1209 | 4 | 0100 | 4H |
| 5 | 0010 | 1101 | 2DH | 770 | 1336 | 5 | 0101 | 5H |
| 6 | 0100 | 1101 | 4DH | 770 | 1477 | 6 | 0110 | 6H |
| 7 | 0001 | 1011 | 1BH | 852 | 1209 | 7 | 0111 | 7H |
| 8 | 0010 | 1011 | 2BH | 852 | 1336 | 8 | 1000 | 8H |
| 9 | 0100 | 1011 | 4BH | 852 | 1477 | 9 | 1001 | 9H |
| A | 0010 | 0111 | 27H | 941 | 1336 | 0 | 1010 | AH |
| B | 0001 | 0111 | 17H | 941 | 1209 | * | 1011 | BH |
| C | 0100 | 0111 | 47H | 941 | 1477 | # | 1100 | CH |
| D | 1000 | 1110 | 8EH | 697 | 1633 | A | 1101 | DH |
| E | 1000 | 1101 | 8DH | 770 | 1633 | B | 1110 | EH |
| F | 1000 | 1011 | 8BH | 852 | 1633 | C | 1111 | FH |
| 0 | 1000 | 0111 | 87H | 941 | 1633 | D | 0000 | 0H |
用74ALS374的8位输入口与5087的C1～C、R1～R4连接（取消电话机键盘），再将74ALS374作为CPU的输出口，CPU即可代替电话机键盘向电话网发送全部键盘信号（十六地数值0～F及"*"，"#"）就可以在单片机控制下通过电话网实现二进制数字传送。而在媒体上传输的是双音多频信号。这样，就实现了在电脑控制下分时传送语音和数字信息的目的。
五、智能化电话报警的主要功能
（1）配备8个传感器的信号输入通道。8个传感器（包括火警、煤气泄漏、玻璃破碎、紧急求救、盗匪侵入、房屋门窗被非法打开等）信号的输入通道，能满足全方位监控的需求。也可选择8个传感器中的任意几个使用，或根据具体情况屏蔽一些暂时不用的传感器信号。当不同的传感器输出报警信号时，本报警器中的微电脑经过分析判断后即可向外发送不同的报警信息。
（2）通信对象多样化。本报警器内置电话拨号系统，能向用户指定的4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。4个电话机类型包括手机、传呼机、家用电话机及专用数据接收机。
（3）操作方便。通过电话机的拨号盘就可输入9条精简指令及用户信息，就像操作计算器一样简单。
（4）由于采用数字录音技术，用户可自行录入语音，反复录放，时间长达75s；分9段存储、播放。
（5）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。
（6）电话遥控。可通过外线电话遥控本报警器的撤防/设防、密码修改、指定探测器的开/关状态等功能。
（7）可接高分贝报警喇叭。本报芍器配备有声/无声报警开关。
（8）停电保护。断电后，本报警器的备用电池立即自动启用，并可支持24小时。
（9）断线报警。当电话线被盗打时，能及时报警。
（10）可扩展性。依据实际需要，可选装所需传感器。
（11）存储的用户信息不因停电而丢失（EEPROM）。
（12）根据需要，提供相关的主控中心平台软件，以实现小区区域型报警管理。
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