校園安防智能電話報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要：基于現(xiàn)有公共電話網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合射頻無線通信及傳感器技術(shù)，設(shè)計(jì)開發(fā)一種用于校園安防的智能報(bào)警系統(tǒng)。系統(tǒng)在探測(cè)器端上加入編碼發(fā)射電路，每個(gè)探測(cè)器編碼由12位組成，編碼信號(hào)包括探測(cè)器的位置信息和探測(cè)器類別信息。報(bào)警終端采用無線接收方式接收編碼信號(hào)，用單片機(jī)軟件譯碼取代專用集成電路芯片硬件譯碼，12位編碼數(shù)據(jù)位中的位置信息編碼位數(shù)和探測(cè)器種類編碼位數(shù)可根據(jù)實(shí)際使用場(chǎng)合靈活定義，突破了采用集成芯片譯碼只有4-6位數(shù)據(jù)位的局限性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：探測(cè)器無線發(fā)送距離為200 m，在8位位置信息碼，4位探測(cè)器種類信息碼，每位兩種狀態(tài)的編碼方式下，每個(gè)報(bào)警終端可接入探測(cè)器的數(shù)量達(dá)256個(gè)。
關(guān)鍵詞：校園安防；雙音多頻；智能；電話；報(bào)警系統(tǒng)

    學(xué)校作為人才的培養(yǎng)基地，安全問題尤為重要。學(xué)校校園具有人員密集且流動(dòng)量大：功能性建筑多且分布面積廣；貴重教學(xué)儀器多且放置分散等特點(diǎn)。如何加強(qiáng)校園的安全防護(hù)，提高安防效率是當(dāng)前亟需解決的問題。傳統(tǒng)的安防通常是通過視頻監(jiān)視系統(tǒng)完成的，視頻監(jiān)控系統(tǒng)雖然實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控、錄像、存儲(chǔ)等功能。但是，由于圖像識(shí)別技術(shù)的警情識(shí)別難度較大，很難從實(shí)時(shí)的圖像中自動(dòng)識(shí)別出警情發(fā)生，并進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警。而且，視頻監(jiān)控系統(tǒng)難以做到全校園覆蓋，存在監(jiān)控盲區(qū)。所以，研究一種經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的監(jiān)控及智能報(bào)警系統(tǒng)與視頻監(jiān)控系統(tǒng)形成互補(bǔ)，具有十分重要的意義。
    本設(shè)計(jì)以普及的電話線作為傳輸媒介，結(jié)合無線傳輸、傳感器及聲光報(bào)警技術(shù)，實(shí)現(xiàn)火災(zāi)、煤氣、門禁、紅外等實(shí)時(shí)監(jiān)控，可以彌補(bǔ)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的不足。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理
    系統(tǒng)主要包括無線探測(cè)網(wǎng)絡(luò)、報(bào)警終端和接警中心管理系統(tǒng)3部分，如圖1所示。

    無線探測(cè)網(wǎng)絡(luò)主要由前置探測(cè)器組成，包括防盜用熱釋紅外探測(cè)器、門磁探測(cè)器、緊急報(bào)警開關(guān)以及防火用煙霧探測(cè)器、可燃?xì)怏w探測(cè)器、CO探測(cè)器以及其他探測(cè)器等。
    報(bào)警終端包括無線接收模塊、隔離變換模塊、單片機(jī)和電話模塊，其中電話模塊完成DTMF雙音多頻編解碼、自動(dòng)摘掛機(jī)、線路檢測(cè)等功能。當(dāng)用戶設(shè)置系統(tǒng)進(jìn)入設(shè)防狀態(tài)后，一旦有警情發(fā)生，例如窗戶被強(qiáng)行打開或者其他安放在房間里的報(bào)警探測(cè)器被觸發(fā)，探測(cè)器編碼電路和無線發(fā)射模塊同時(shí)上電，產(chǎn)生無線報(bào)警信號(hào)。接收電路產(chǎn)生報(bào)警中斷，單片機(jī)啟動(dòng)解碼程序解碼，解碼成功后讀出預(yù)先設(shè)定的電話號(hào)碼和用戶信息組成報(bào)警信息幀，然后模擬摘機(jī)，撥打電話，再監(jiān)測(cè)電話的狀態(tài)，等待接警控制系統(tǒng)摘機(jī)后，將用戶信息和探測(cè)器的位置信息發(fā)往監(jiān)控中心，并聲光報(bào)警。如果斷電，報(bào)警器自動(dòng)切換內(nèi)置的備用電源，繼續(xù)工作。系統(tǒng)還設(shè)計(jì)有防破壞功能，在設(shè)防狀態(tài)下如果電話線被切斷或電話被盜打，則被認(rèn)為是惡意侵犯，報(bào)警器也將聲光報(bào)警。
    接警控制系統(tǒng)包含接警控制器和中心管理軟件系統(tǒng)，電話線上的來電呼叫使得自動(dòng)摘掛機(jī)電路產(chǎn)生一個(gè)中斷信號(hào)，觸發(fā)單片機(jī)進(jìn)入中斷服務(wù)程序。單片機(jī)模擬摘機(jī)，在監(jiān)控中心和用戶報(bào)警系統(tǒng)間形成了一個(gè)通信信道。用戶端和監(jiān)控中心間按照規(guī)定的協(xié)議進(jìn)行通信，完成報(bào)警信息的傳輸。單片機(jī)系統(tǒng)對(duì)外通信主要靠串口，當(dāng)雙方確認(rèn)通信完成后，接警控制器掛斷電話，啟動(dòng)串行通信程序，將收到的報(bào)警信息發(fā)給監(jiān)控中心的中心控制計(jì)算機(jī)，軟件系統(tǒng)依據(jù)接收到的報(bào)警信息在系統(tǒng)中顯示各種報(bào)警參數(shù)。

2 硬件電路設(shè)計(jì)
2．1 探測(cè)器編碼發(fā)射電路
    目前市面上的電話報(bào)警器主要針對(duì)單個(gè)家庭用戶，報(bào)警控制器可接入探測(cè)器數(shù)目一般是4個(gè)左右，而且一般只支持無線接入方式，本系統(tǒng)中的一個(gè)報(bào)警控制器可接多個(gè)探測(cè)器，并且支持有線和無線2種接入方式。
    為了對(duì)系統(tǒng)中各探測(cè)器的身份進(jìn)行識(shí)別，在探測(cè)器上加入編碼電路，對(duì)探測(cè)器進(jìn)行編碼。系統(tǒng)采用集成編碼芯片PT2262，PT2262一共有12位編碼，每位有“1”、“0”、“f”(懸空)3種狀態(tài)，共有531 441種組合。譯碼電路不采用常規(guī)的PT2272譯碼芯片譯碼，而是采用單片機(jī)軟件譯碼，增加了編碼格式的靈活性和每個(gè)報(bào)警控制器可接入探測(cè)器的數(shù)量。探測(cè)器編碼電路如圖2所示，當(dāng)探測(cè)器監(jiān)測(cè)到信號(hào)到來時(shí)，探測(cè)器內(nèi)部處理電路將輸出開關(guān)量控制信號(hào)使PT2262和無線發(fā)射模塊同時(shí)上電，設(shè)定的地址碼和數(shù)據(jù)碼與固定的同步碼組成一組編碼從17腳串行輸出到315 MHz的無線數(shù)據(jù)發(fā)送模塊。振蕩電阻Rosc用來調(diào)節(jié)編碼發(fā)射頻率，適當(dāng)調(diào)高電路工作電源VCC可以增大發(fā)射距離。

2．2 編碼接收隔離電路
    接收電路由無線接收模塊和信號(hào)變換電路組成。無線接收模塊集無線接收、解調(diào)、放大、整形于一體，并能輸出與TTL電平信號(hào)兼容的數(shù)字信號(hào)。信號(hào)變換模塊主要完成信號(hào)隔離、編碼反相、為單片機(jī)提供中斷信號(hào)功能，如圖3所示。當(dāng)接收到編碼信號(hào)后，將編碼信號(hào)反相(見圖3中Data’端口)，送到單片機(jī)P0口進(jìn)行解碼，同時(shí)在INT端產(chǎn)生下降沿，并在整個(gè)信號(hào)接收過程中保持低電平，當(dāng)發(fā)送端停止發(fā)送編碼信號(hào)后，INT回到高電平，INT端口信號(hào)為單片機(jī)解碼提供中斷信號(hào)。

2．3 報(bào)警控制電路
    報(bào)警控制電路由電話模塊、AT89C51單片機(jī)和電源電路組成，如圖4所示。

    電話模塊采用成都寶佳電子有限公司的PY-ALL型全功能電話開發(fā)板，它集線路狀態(tài)檢測(cè)功能，上位機(jī)控制摘機(jī)、掛機(jī)功能、DTMF檢測(cè)功能、信號(hào)音檢測(cè)等功能于一體，內(nèi)部自帶MCU微處理器，而且包含RS232模塊，方便和上位機(jī)通信。單片機(jī)與PY-ALL之間通過串口按照全功能模塊串口協(xié)議進(jìn)行通信，串口波特率為1 200 b／s，數(shù)據(jù)位8位，停止位1位，無校驗(yàn)位。

3 軟件設(shè)計(jì)
    本系統(tǒng)軟件包括報(bào)警終端單片機(jī)程序軟件和接警中心軟件系統(tǒng)。報(bào)警終端單片機(jī)程序用C語(yǔ)言編寫，采用中斷方式完成。當(dāng)報(bào)警中斷被觸發(fā)，即圖4中INT端有下降沿到來，則立即啟動(dòng)報(bào)警中斷，同時(shí)，Data’端送來探測(cè)器的編碼信號(hào)，中斷服務(wù)程序如圖5所示。先對(duì)編碼信號(hào)進(jìn)行解碼，如果解碼成功，則撥打接警中心電話，然后以DTMF方式傳送報(bào)警信息。其中，圖5只顯示撥打一個(gè)設(shè)定號(hào)碼的流程，實(shí)際使用時(shí)可根據(jù)設(shè)置按一定優(yōu)先級(jí)撥打多部報(bào)警電話。接警中心軟件用Visual C++編寫，系統(tǒng)基于Windows使用MSComm控件通過串口與PYALL通信。如圖6所示，當(dāng)串口事件發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)檢測(cè)串口輸入數(shù)據(jù)的信息同步碼，判斷是否和約定的報(bào)警信息同步碼格式一致，如果一致，則表示為報(bào)警信息，繼續(xù)接收。接收到結(jié)尾標(biāo)志時(shí)，檢測(cè)校驗(yàn)結(jié)果，正確則進(jìn)入信息處理模塊，依次分析報(bào)警信息的ID號(hào)、警種信息和位置信息并在輔窗口中顯示。

4 結(jié)束語(yǔ)
    本系統(tǒng)采用無線與有線相結(jié)合的方式完成智能遠(yuǎn)程報(bào)警功能。系統(tǒng)只在報(bào)警期間占用電話線路，報(bào)警結(jié)束后系統(tǒng)與電話線路脫離，不影響電話機(jī)的正常使用，可以和電話機(jī)并聯(lián)使用，若有警情發(fā)生而電話線路被占用，則先強(qiáng)制發(fā)送掛機(jī)命令，完成報(bào)警。采用電話網(wǎng)進(jìn)行通信，無需重新布線，成本低廉。系統(tǒng)不僅可以和校園視頻監(jiān)控形成互補(bǔ)，還可以推廣應(yīng)用于倉(cāng)庫(kù)、商場(chǎng)、醫(yī)院、辦公樓等場(chǎng)所的安全防范，有廣闊的發(fā)展前景。