基于单片机的舰船自动报警系统的设计

摘要：介绍一种以单片机AT89C52为控制核心的舰用自动报警系统，主要功能是对电话双音多频信号进行编解码，当有人非法进入舰船舱室内时通过拔预置的电话号码进行自动报警。本系统重点放在远程语音报警的研制上，可组成非法侵入报警、火灾报警、浸水报警等多功能报警系统。通过附加实现一些智能控制，赋予报警系统更强大和完整的功能，从而满足舰艇及民用船舶对安全报警的需求。
关键词：单片机；DTMF；MT8880；MT8980；时隙交换

    随着经济全球化的深入发展，国际贸易对海运的需求不断增长，但面对层出不穷，日益猖獗的海盗行为，我们的安全防范意识也必须不断增强。因此，研究和开发面向舰艇和民用船舶、成本低、运行可靠的舰船用自动报警系统已成为当前舰船反恐、防盗报警装置的主要发展方向，这对于保障货船船员的生命财产安全，提高护航舰船的快速反应能力，有着十分重要的现实意义。本系统主要是以单片机AT89C52为控制核心，利用舰用电话交换网络作为传输介质，与舰用电话机并联，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。当探测器检测到意外情况后就发出报警电平信号到主机控制部分，主机控制部分对该电平信号进行处理，然后控制拨号芯片向电话线路拨出双音多频信号，当线路接通后控制语音芯片播放出事先录制好的语音信号到电话线路，实现语音报警。

1 系统组成及工作原理
    系统组成框图如图1所示。本系统通过传感器采集信号，经信号调理电路整理后，再由模数转换器将转换后的数字信号送入单片机1，单片机1输出通过由MT8880和MT8980组成的交换网络传送到单片机2，TP3057主要负责语音的编码和解码。单片机2的输出通过RS-232串行接口将所采集到的温度、压力、光电等数据送入PC机，从PC机便可以清楚看到所采集的数据，从而实现系统的报警功能。

2 系统硬件电路的设计
    整个报警系统的硬件电路以单片机AT89C52为控制核心，外围电路有信号采集放大模块、A／D转换模块、DTMF模拟拨号收号模块、语音编码解码模块、时隙交换模块、串行通信模块等。
2．1 单片机控制中心
    本系统单片机控制采用AT89C52，应用单片机最小系统电路。单片机1主要负责接收被放大了的传感器采集到的信号，通过固化在内部ROM中的应用软件来判断是什么地方发生了什么情况，然后转到相应的中断处理过程，并且控制拨号芯片产生正确的DTMF信号，完成对舰船安全值班室电话机的呼叫。此外，还能有效地判断当前线路的状态，如果遇到线路忙等情况时可以有相应的等待机制。在长时间不通的情况下可以更换不同的号码多次尝试，直到有人获得报警信息为止。单片机2主要是完成接收的通过电话传来的报警信号，并上传到PC机上。
2．2 DTMF发送和接收电路
    DTMF收发电路是实现电话线远程通信的关键部分。它需实现自动拨号、忙音识别、铃声识别、远程按键数字信号识别等功能。本系统采用功耗低，可靠性高、集收发于一身的MT8880实现。MT8880有两种工作模式：DTMF模式和呼叫处理(CP)模式。当选择了呼叫处理模式时，MT 8880就用于检测电话网上电话呼叫过程中表示不同进程的信号音(主要是拨号音，拨号音的标准频率为350 Hz或440 Hz)，可以进行拨号音识别。这是目前其他DTMF芯片所不具备的，这样便可以省去一套复杂的拨号音识别电路。

    图2所示是MT8880与单片机AT89C52的电路连接图，其中8端口为DTMF输出端，2端口为DTMF输入端。
2．3 程控交换电路
    此模块主要是以时间交换器MT8980为核心。MT8980与单片机的接口电路如图3所示，从图中可以看出其实接线并不复杂，但其中有两个引脚比较关键，那就是DS端和DTA端，而DS、DTA作为CPU和MT8980之间数据交换的同步信号，在DS选通信号的上升沿，如果MT8980的片选信号、数据地址线以及读写信号有效，则CPU开始对MT8980进行读写操作，当MT8980与CPU这间完成相应的数据发送或是接收之后，MT8880的数据应答信号DAT送出一个下降沿，表示这次数据交换完成，可以进行下一个操作了。对于AT89C51，我们可以用I／O口直接控制MT8980，在读写MT8980时，需判断DTA是否为低有效。

3 系统软件设计与实现
    本系统采用模块化编程方法进行所有的软件设计，主要包括主程序、A／D转换子程序、发送和接收子程序和程控交换子程序等的设计。
3．1 主程序
    程序初始化地址为0000H，因此开机后自动运行，大部分都是在中断后完成，所以主程序比较短，仅对MT8880进行初始化，同时开启中断，然后处于等待状态，直至INT0或INT1接收到信号。主程序框图如图4所示。

3．2 发送和接收子程序
    本系统采用的是兼信号收、发于一体的双音多频芯片MT8880。此芯片可以通过不同的命令控制线来控制接收状态和发送状态。此芯片有三类寄存器：数据转移寄存器、收发控制寄存器和收发状态寄存器，这些寄存器分别由MT8880的三个控制脚RS0、R／W和IRQ／CP脚进行控制。收发控制由CRA和CRB两个控制寄存器共同完成。本设计在MT8880拨号的过程中采用延时法，而在MT8880收号的过程中采用查询法。子程序框图如图5所示。

3．3 程控交换子程序
    MT8980D可工作于两种模式。一种为交换模式，可实现任意输入信道至任意输出信道的交换；另一种是消息模式，它允许交换机的控制系统通过MT8980D的控制接口直接读任何语音存储单元或写任何接续存储单元。这种模式对于控制系统收、发信念十分方便。而存储单元的地址低字节部分直接来源于地址线A5-A0。

    程控交换子程序框图如图6所示。本设计应用到MT8980的交换模式，所以控制寄存器的控制位C7=0，并且当A5为高电平时，处理机可根据当前写入控制寄存器CR的C0-C2来确定ST-BUSO总线号，然后根据A4-A0确定该ST-BUSO总线上的某信道号，从而根据一一对应的关系由确定的ST-BUSO总线号和信道号共同寻址到接续控制存储器的某一特定存储单元。寻址到接续控制存储器某存储单元后，要根据当前控制寄存器CR的C4-C3确定下上步操作是针对于CMH还是CML，前者用来指定MT8980具体信道的工作方式，即消息模式还是交换模式，后者用来指定具体信道时隙交换的输入来源，即输入ST-BUSI总线和信道号。设计中要求ST-BUSI0的时隙5上的信号从ST-BUSO1的时隙1输出，即C2C1C0=001、A4A3A2A1 A0=00001而C4C3=11确保如下的操作是指向接续存储器高3位CMH，并且应在接续存储器的33号存储单元的低字节里写入05H。每个输出信道对应了接续存储器的一个单元，每个单元有11位，当B10=0时，该单元对应的信道工作于交换模式，此时B7-B5选择输入的ST-BUSI总线，B4-B0选择在输入的ST-BUSI总线的具体输入时隙，当B10=1时，该单元对应的信道工作于消息模式，此时B7-B0中的内容将每帧重复地输出一次。在确定完输出总线和信道号后要确定输入总线和信道号，所以根据设计的要求，C4C3=10确保如下的操作是指向接续存储器低8位CML，而B78685 =000、B483B281BO=00101，这样也就确定了输入总线和信道号。从而成功的完成了两个话路的时隙交换。

4 结束语
    本文设计的基于单片机AT89C52的远程智能报警系统，使用舰船用电话网络的远程控制方式，利用了现有的有线电话线路资源，不需进行专门的布线。当有报警信号时，可享有电话线路使用的优先权，此系统结构简单、成本低、可靠性高，可快速有效地解决舰船的反恐、防盗、防火等安防问题，具有广泛的应用前景。