一种基于电话网络的家居智能报警系统

1 引言
    近年来，随着国内房地产行业的持续发展及居民对居住环境要求的不断提高，人们对自身的生命财产安全意识也在不断加强。小区报警系统是在此基础上迅速发展起来的。通过微处理器控制技术将双音多频电路与语音电路相结合，利用电话网络技术和相关的传感器，开发一种具有联网功能的智能报警系统。报警信号通过电话线同时传送到社区监控中心和住户。在家居内采用短距离无线数据传输方式，不需重新布线，特别适用于已装修的用户及布线不方便的场合。
    当住所被不法分子侵入或有火灾等意外事故发生时，报警传感器会发出特定频率的高频信号通知主控制器。主控制器接收到信号后，利用双音多频收发电路拨通预先存储在存储器中的电话号码与主人联系，同时启动语音电路，将警情及时报告给主人。如果是盗贼进入住所，则主控制器还会发出警笛信号以震慑盗贼。用户还可通过自己的手机或电话远程控制主控制器以便设防或撤防。主控制器还同时会将警情报告给小区管理中心，从而使用户的损失降到最低。

2 系统总体设计
    智能报警系统由传感器终端、计算机控制中心、小区管理中心的接警主机及相关软件组成。如图1所示，主机电路由射频接收模块接收传感器发来的报警信号，通过解码电路解码后得到报警传感器预先设定的地址码和数据码类型。主机和传感器两者设定的地址码相同时才能被主机接收。解码输出的数字代表传感器类型(门磁或红外等传感器)。解码输出信号进入主控制器的中断输入端，触发中断处理程序。该程序通过双音多频收发电路，拨打用户预先设好的电话号码(如手机号码，办公室号码进行远程拨号报警，如果电话占线或无人接听还可拨打下个电话号码：同时启动语音电路，将预先录制好的语音信号通过电话线传给主人，实现语音报警功能。并且主控制器还会输出警笛触发信号，经放大后推动警笛或喇叭，以达到驱赶和震慑盗贼的目的。通过编解码电路和射频发射接收模块控制无线连接传感器终端。采用LCD显示模块，实现信息显示功能；显示报警时间与报警类型，还可显示拨打的电话号码。键盘可实现语音录入和信息查看功能。利用串行通信接口实现与物业管理中心的主机通信，实现小区联网控制。

3 系统硬件电路设计
3．1 传感器模块
3．1．1 门磁传感器
    无线门磁传感器用来监控门的开关状态，当门不管何种原因被打开后。无线门磁传感器立即发射特定的无线电波，远距离向主机报警。无线门磁的无线报警信号在开阔地能传输200 m，在一般住宅中能传输20 m，这和周同的环境密切相关。无线门磁传感器一般安装在门内侧的上方，当门被打开后，立即发射包含地址码和数据码的315 MHz的高频无线电信号，接收板就是通过识别此信号的地址码来判断是否是同一个处理器控制的报警系统，确定是哪一个无线门磁报警。无线门磁传感器的地址码必须和报警器主机的地址码完全一致。
3．1．2 热释电红外传感器
    通常窗口人流量较小，而小偷经常通过窗口入室盗窃，所以采用红外热探测比较合适。这里采用被动红外热释电探测器。人体有恒定的体温，一般在37℃时会发出特定波长为1 0∏μm左右的红外线。被动式红外探头就是靠探测人体发射的1 0μm左右的红外线而工作。与其他传感器相同，电红外传感器也是通过编码器发出315 MHz的高频无线电信号，只有其地址码设置与其他传感器不同即可通过单片机识别报警传感器的类型。
3．1．3 无线火灾烟雾传感器
    无线火灾烟雾传感器采用一个光电式烟雾探测器件检测烟雾信号。将检测到烟雾值与预先设置的阈值比较，超过所设阈值后将通过编码器产生315 MHz的高频信号，其识别原理与上述传感器相同。其报警原理框图如图2所示。

3．2 编/解码电路
    采用PT2262/2272完成编解码功能。编码器PT2262发出的编码信号由地址码、数据码、同步码组成，解码器PT2272接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后输出高电平，同时相应的数据引脚输出高电平。当发射机有按键按下时，PT2262工作，315 MHz的高频发射电路起振并发射等幅高频信号。
3．3 DTMF收发电路
    要实现电话远程报警，最重要的是DTMF收发电路。它将实现自动拨号、忙音识别、铃声识别、远程按键数字信号识别等功能。选用MT8888双音多频(DTMF)收发器，与单片机及音频放大电路组合，实现各种信号音的组合、检测及DTMF信号的产生，并将DTMF信号输送到电话线，如图3所示。

    当需要拨打电话时，需发送的DTMF编码信号通过MT8888的数据总线传到数据总线缓冲器，并且输入数据经发送数据寄存器(TDR)控制可编程行、列计数器、D／A转换器，合成需要发送的DTMF信号。而电话机传来的DTMF信号经拨号音抑制、分离带通滤波器、监频与确认，译成相应的4比特码．译码的DTMF信号经接收数据寄存器(RDR)输送至数据总线。
    (1)电话信号音格式 忙音：450 Hz，350 ms有，350 ms无；忙号音：450 Hz，持续；回铃音：450 Hz，1 s有，4 s无。
    (2)信号音的判断方法将MT8888的IRQ／CP引脚接AT89S52的T0引脚，电话呼叫过程中的各种信号音经MT8888滤波限幅后得到方波，由MT8888的IRQ引脚输出到AT89S52的T0引脚。对T0引脚信号记数5 s。该计数值则位于2 175～2 357范同内，为拨号音；计数值位于1 041～1 212范围内，为忙音；计数值位于425～475范围内，为回铃音。在实际编程中，考虑到计数的误差，可将范围适当放宽，但不重叠。
    (3)电话摘挂机电路、振铃检测电路 为实现系统与电话网络的连接和断开：当系统需要外界远程通信时，电路能实现系统与电话网络的接通；当外界有电话进入时，系统能接通电话接收远程控制信号。自动摘机是远程报警和接收电话的前提。程控电话交换机判断电话线路是否摘机的根据是回路电流突然增大约到30 mA，则认为电话已经摘机，该电路就是据此而设计的(控制器和家里电话并接在一条电话线上、并且电路报警和打电话共用一条线)。振铃检测电路是为了实现系统与普通的电话通信互不干扰而设计。当有电话打入时，系统判断振铃的次数，达到预定的次数而电话仍没有摘机则系统将自动摘机转入远程控制程序，如图4所示。

    (4)自动报警 当接收到电传感器等发来的无线报警信号后，处理器立即发出报警信号，通过电话线传到远程用户。报警方式：用户通过界面设置10个报警电话，当接到警情后，从第1个电话开始拨号，一直拨到第10个，来回拨3遍。如果任意一个电话回送了“#”键确认信号，即意味着报警已收到，不再继续拨号。每个号码需拨号时间100 ms．号码之间留500ms间隔。拨号时，先检测存储的电话号码。若为空，即未设此电话，跳过不拨，继续拨下一个电话号码。这样，用户可随意设置数个报警电话号码。便于存储，规定号码长度最多不超过14位。
3．4 语音电路模块
    为了实现语音通信，采用ISDl420语音器件完成语音提示和报警功能。ISD1420为单片语音处理集成电路．片内由时钟振荡器、128 KB E2PROM(电可编程可擦除只读存储器)、微音放大器、自动增益控制电路、抗干扰滤波器、差动功率放大器等组成，具有高品质语音录放系统所需的全部基本功能电路。该电路与同类语音电路相比具有诸多优点。

4 系统软件设计
    按照系统要完成的功能，将系统的软件划分为初始化、异常检测与判断、电话报警等功能模块。其中关键的主程序和电话报警模块的程序流程分别如图5和图6所示。

5 结语
    介绍了基于单片机和电话网络的家居智能报警系统的原理和设计。按照给出的软、硬件设计样机，实现诸多功能，并且预留一些有用接口，便于系统升级。该系统设计实现了家居生活的安全，方便。如果进一步与智能家电整合，会有广阔的应用前景。