智能化電話報(bào)警器的研制

摘要：介紹一種以單片機(jī)作為控制核心的電話報(bào)警器。利用電話網(wǎng)傳輸數(shù)字和語(yǔ)音信息，設(shè)計(jì)新穎，功能齊全，可靠性高，操作方便。這種報(bào)警器是機(jī)要部門、倉(cāng)庫(kù)及居家環(huán)境實(shí)現(xiàn)安全防范的現(xiàn)場(chǎng)化設(shè)施。

    關(guān)鍵詞：雙音多頻 電話報(bào)警器 精簡(jiǎn)指令 DTMF

引言

改革開放以來(lái)，在城市大發(fā)展的過(guò)程中，大量外地人口涌入城市，給社會(huì)治安帶來(lái)很大壓力。工廠、機(jī)關(guān)和居家失盜、失火、搶劫事件時(shí)有發(fā)生；個(gè)別地方尤為嚴(yán)重，損失驚人。由此引起公安部門的高度重視和社會(huì)各屆人士的普遍關(guān)注。有些部門和居民小區(qū)開始派人白天守衛(wèi)、夜間巡邏，并紛紛購(gòu)置防護(hù)鐵門、鐵欄桿等被動(dòng)防范措施，將主人裝在鐵籠子中以求安全。一旦發(fā)生警性（如火警或煤氣泄漏），才發(fā)現(xiàn)鐵籠子將消防人員在事故現(xiàn)場(chǎng)之外，難以即時(shí)救助，實(shí)為弊端。從整頓市容角度來(lái)看，亦為雅觀。為此，政府部門提倡采用高科技手段實(shí)現(xiàn)技術(shù)防范措施。在社會(huì)治安的現(xiàn)實(shí)需求和政府部門的推動(dòng)下，市場(chǎng)上國(guó)產(chǎn)和進(jìn)口的防盜報(bào)警應(yīng)運(yùn)而生。為此，我們分析、對(duì)比了國(guó)內(nèi)外的十種防盜報(bào)警器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能；結(jié)合國(guó)內(nèi)使用條件，研制適合國(guó)情的智能化電話報(bào)警器。經(jīng)過(guò)不懈努力，已經(jīng)取得成功。

一、總體設(shè)計(jì)方案和技術(shù)要求

過(guò)去不少單位已經(jīng)安裝了防盜報(bào)警裝置，為何仍然失盜？為何至今仍然有人不習(xí)慣于使用防盜報(bào)警裝置？這里涉及到機(jī)器的功能、可靠性以及機(jī)器在使用過(guò)程中是否簡(jiǎn)單方便、便于編程等一系列的問(wèn)題。我們經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期調(diào)查研究，從技術(shù)上認(rèn)真分析，認(rèn)為需滿足下列技術(shù)要求，方能實(shí)現(xiàn)功能完善、操作方便這兩個(gè)主要目標(biāo)：

（1）報(bào)警器靈敏度要高，又要求防止誤報(bào)，就必須有微電腦監(jiān)控。它能對(duì)來(lái)自傳感器的事故信息進(jìn)行分析，排除因小動(dòng)物入侵而產(chǎn)生的誤報(bào)信號(hào)及其他環(huán)境干擾信號(hào)。

（2）事故地點(diǎn)（報(bào)警站）與被呼叫對(duì)象（接收站）之間的空間距離應(yīng)不受限制。

（3）語(yǔ)音和數(shù)字信息都可在同一條信道上傳輸。采用哪種傳輸方式（數(shù)字或語(yǔ)音），可由用戶自行決定。

（4）由于用戶環(huán)境不同，配合使用的傳感器類型及數(shù)量亦不相同。對(duì)于如此多樣化的用戶環(huán)境，機(jī)器的設(shè)置項(xiàng)目就要多一些（特別是進(jìn)口產(chǎn)品），造成用戶操作不便。為此我們事先編好適應(yīng)多樣化用戶環(huán)境的精簡(jiǎn)指令并按順序編號(hào)，使得用戶只需用電話機(jī)按鍵撥號(hào)，鍵入事先編好的精簡(jiǎn)指令序號(hào)及適當(dāng)?shù)膮?shù)即可實(shí)現(xiàn)各種程序化操作，適應(yīng)不同環(huán)境的要求。用戶編程精簡(jiǎn)指令就像使用計(jì)算機(jī)一樣簡(jiǎn)單方便，容易接受。

（5）用EEPROM固化程序，程序中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)（如用戶報(bào)警電話的號(hào)碼）可以臨時(shí)在電話機(jī)鍵盤上修改又不因掉電而丟失。

（6）如因故死機(jī)，應(yīng)能自動(dòng)恢復(fù)正常運(yùn)行。

二、技術(shù)措施

上述要求是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)但也是必須要達(dá)到的目標(biāo)。為此我們經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期努力，采用以下技術(shù)措施，實(shí)現(xiàn)了上述目標(biāo)：

（1）采用公用電話線作為信息傳輸媒體，不用無(wú)線電方式。這樣，機(jī)器受干擾少，誤報(bào)率低，使用范圍更加寬廣。凡是有公共電話的地方，報(bào)警信息都可以到達(dá)，距離不受限制。充分利用公共電話線路普及性的優(yōu)勢(shì)，成本大大降低。同時(shí)簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)，提高了可靠性。

（2）傳送報(bào)警信息用語(yǔ)音方式或數(shù)字信息方式，可由用戶選擇。語(yǔ)音簡(jiǎn)短明確，可在電話機(jī)上收聽，使用方便。在有條件安裝計(jì)算機(jī)的地方（如110報(bào)警中心及單位保衛(wèi)部門），還可傳送數(shù)字信號(hào)，便于計(jì)算機(jī)與報(bào)警器之間實(shí)現(xiàn)數(shù)字通信。

（3）報(bào)警器設(shè)有撥號(hào)修改用戶密碼的電路，可以在很遠(yuǎn)的地方通過(guò)電話線路修改自己家中的電話報(bào)警器的密碼，遠(yuǎn)程控制報(bào)警器的設(shè)防或撤防操作。

（4）安裝看門狗電路，因故死機(jī)后能自動(dòng)恢復(fù)正常運(yùn)行。

（5）電話設(shè)計(jì)、元器件篩選及接插件安裝過(guò)程符合國(guó)家《防盜報(bào)警控制器通用技術(shù)條件》（GB12663-90）。

（6）在EEPROM中寫入9條精簡(jiǎn)指令，斷電后可以永久保存。同時(shí)用戶可自行設(shè)置密碼，他人無(wú)法使用，保密性好。

（7）9條精簡(jiǎn)指令如下：

①用戶設(shè)定或修改密碼；

②用戶設(shè)定第一個(gè)被呼叫的電話號(hào)碼（最多16位數(shù)字）；

③用戶設(shè)定第二個(gè)被呼叫的電話號(hào)碼（最多16位數(shù)字）；

④用戶設(shè)定第三個(gè)被呼叫的電話號(hào)碼（最多16位數(shù)字）；

⑤用戶設(shè)定第四個(gè)被呼叫的電話號(hào)碼（最多16位數(shù)字）；

⑥用戶設(shè)定8個(gè)防區(qū)（對(duì)應(yīng)8個(gè)傳感器）的設(shè)防或撤防狀態(tài)；

⑦用戶設(shè)定8個(gè)防區(qū)是有聲報(bào)警，或是無(wú)聲報(bào)警（有聲報(bào)警是拉響現(xiàn)場(chǎng)喇叭，驅(qū)走入侵者；無(wú)聲報(bào)警是現(xiàn)場(chǎng)無(wú)聲，聲音由電話線路單線傳送到被呼叫電話機(jī)上，外人聽不到）；

⑧用戶自行錄入8段（分別對(duì)應(yīng)于8個(gè)傳感器）語(yǔ)音，作為預(yù)定的報(bào)警語(yǔ)音；

⑨用戶通過(guò)電話機(jī)撥號(hào)操作，可以對(duì)報(bào)警器設(shè)防或撤防。

以上9條預(yù)先編好的程序，按順序編號(hào)。用戶只需通過(guò)電話撥號(hào)盤撥號(hào)，即可選擇各種操作。這些操作跟操作計(jì)算器一樣方便。

三、總體設(shè)計(jì)電路框圖

我們?cè)O(shè)計(jì)完成的智能電話報(bào)警器，做到了上述技術(shù)要求。其總體設(shè)計(jì)的電路結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

四、主要電路分析

1.傳感器與信號(hào)輸入接口

要求居家安全，應(yīng)確保被監(jiān)視的區(qū)域（陽(yáng)臺(tái)、門窗、過(guò)道、金庫(kù)等）置于傳感器的敏感區(qū)域內(nèi)。

現(xiàn)有的傳感器產(chǎn)品很多，如紅外熱釋電探頭、微波多普勒效應(yīng)探頭、微波-紅外復(fù)用探頭，用于檢測(cè)盜賊侵入很靈敏。離子煙感器和半導(dǎo)體氣敏傳感器用于監(jiān)視火警及煤氣泄漏。傳感器產(chǎn)品大多用繼電器作信號(hào)輸出端。正常時(shí)繼電器觸頭開路，報(bào)警時(shí)觸頭閉合。傳感器與信號(hào)輸入接口電路如圖2所示。

正常時(shí)晶體管集電極輸出低電平；報(bào)警時(shí)輸出高電平。8個(gè)晶體管分別將來(lái)自8路傳感器的信號(hào)傳送到74F373的8個(gè)輸入端，供CPU讀取。若8個(gè)傳感器未滿額，空閑的晶體管仍然會(huì)輸出低電平，不會(huì)報(bào)警IN0～I(xiàn)N7分別對(duì)應(yīng)來(lái)自8個(gè)傳感器的電平信號(hào)。

2.語(yǔ)音控制與錄放電路

語(yǔ)音控制與錄放電路如圖3所示。采用ISD2575芯片作數(shù)字錄音器件。錄放音時(shí)間可達(dá)75s。可連續(xù)錄放亦可通過(guò)地址線（A0～A9）選擇分段錄放。圖3中將地址線A0～A4接地，僅用A5～A9可選32段或少于32段。我們只選8段。若將74ALS374的1腳（OE）通過(guò)K1接地（ON），則ISD2575芯片處于聯(lián)機(jī)狀態(tài)，語(yǔ)音芯片及錄放電路受CPU控制；若將74ALS374的1腳浮空（開關(guān)K1的5腳OFF），則Q0～A7為高阻態(tài)，語(yǔ)音芯片處于脫機(jī)狀態(tài)并受K1和K2控制，可用手撥開關(guān)實(shí)現(xiàn)錄放操作。

語(yǔ)音芯片ISD2575的片選輸入端CE（23腳）為低脈沖時(shí)啟動(dòng)放音周期。放音不隨CE電平的返高而結(jié)束。CE信號(hào)的下降沿啟動(dòng)錄音周期。PD腳（24腳）為高時(shí)進(jìn)入低功耗狀態(tài)（非錄放狀態(tài)）。P/R（27腳）輸入端為高電平時(shí)選定放音周期，低電平為錄音周期。

用戶可事先選定脫機(jī)狀態(tài)，手動(dòng)開關(guān)K1和K2錄入各段在報(bào)警時(shí)需要播放的固定語(yǔ)音段。報(bào)警器值班時(shí)語(yǔ)音芯片應(yīng)處于聯(lián)機(jī)狀態(tài)。報(bào)警時(shí)程序能根據(jù)正在報(bào)警的傳感器的編號(hào)（0～7）自動(dòng)判斷8種警性并按警情編號(hào)去選擇應(yīng)該播放的哪一段。圖3中MIC為駐極體微音器。喇叭可監(jiān)聽到從電話網(wǎng)上收發(fā)的雙音多頻信號(hào)或語(yǔ)音信號(hào)。用MC34119作語(yǔ)音功放芯片，可調(diào)整放音輸出的幅度。

3.雙音多頻發(fā)送/接收電路

雙音多頻發(fā)送/接收電路如圖4所示。

5087是配合電話機(jī)鍵盤使用的雙音多頻（DTMF）發(fā)送芯片。其輸入引腳C1～C4（列）和R1～R4（行）對(duì)應(yīng)電話機(jī)鍵盤（4行×4列）的8根接收端。按下任一鍵對(duì)應(yīng)C1～C4和R1～R4的一種組合并能從5087的16腳發(fā)出某一組高低音搭配的雙音頻音調(diào)去電話網(wǎng)。收方（圖4中是8870）收到雙音頻音調(diào)后再譯碼為4位二進(jìn)制電平Q1～Q4并送CPU讀取。DTMF信號(hào)與二進(jìn)制編碼的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所列。

表1

	發(fā)方（5087）			DTMF信令編碼			收方（8870）
信息	C4C3C2C1	ZR4R3R2R1	十六進(jìn)制	頻率（低組）	頻率（高阻）	鍵號(hào)	Q4Q3Q2Q1	十六進(jìn)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位輸入口與5087的C1～C、R1～R4連接（取消電話機(jī)鍵盤），再將74ALS374作為CPU的輸出口，CPU即可代替電話機(jī)鍵盤向電話網(wǎng)發(fā)送全部鍵盤信號(hào)（十六地?cái)?shù)值0～F及"*"，"#"）就可以在單片機(jī)控制下通過(guò)電話網(wǎng)實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制數(shù)字傳送。而在媒體上傳輸?shù)氖请p音多頻信號(hào)。這樣，就實(shí)現(xiàn)了在電腦控制下分時(shí)傳送語(yǔ)音和數(shù)字信息的目的。

五、智能化電話報(bào)警的主要功能

（1）配備8個(gè)傳感器的信號(hào)輸入通道。8個(gè)傳感器（包括火警、煤氣泄漏、玻璃破碎、緊急求救、盜匪侵入、房屋門窗被非法打開等）信號(hào)的輸入通道，能滿足全方位監(jiān)控的需求。也可選擇8個(gè)傳感器中的任意幾個(gè)使用，或根據(jù)具體情況屏蔽一些暫時(shí)不用的傳感器信號(hào)。當(dāng)不同的傳感器輸出報(bào)警信號(hào)時(shí)，本報(bào)警器中的微電腦經(jīng)過(guò)分析判斷后即可向外發(fā)送不同的報(bào)警信息。

（2）通信對(duì)象多樣化。本報(bào)警器內(nèi)置電話撥號(hào)系統(tǒng)，能向用戶指定的4個(gè)電話機(jī)發(fā)送發(fā)生事故的地點(diǎn)、用戶姓名、電話號(hào)碼等信息的語(yǔ)音或數(shù)字報(bào)警信息，使警情得到及時(shí)處理。4個(gè)電話機(jī)類型包括手機(jī)、傳呼機(jī)、家用電話機(jī)及專用數(shù)據(jù)接收機(jī)。

（3）操作方便。通過(guò)電話機(jī)的撥號(hào)盤就可輸入9條精簡(jiǎn)指令及用戶信息，就像操作計(jì)算器一樣簡(jiǎn)單。

（4）由于采用數(shù)字錄音技術(shù)，用戶可自行錄入語(yǔ)音，反復(fù)錄放，時(shí)間長(zhǎng)達(dá)75s；分9段存儲(chǔ)、播放。

（5）設(shè)有外出布防、留守撤防兩種狀態(tài)，適用于家中有人、無(wú)人兩種情況。

（6）電話遙控。可通過(guò)外線電話遙控本報(bào)警器的撤防/設(shè)防、密碼修改、指定探測(cè)器的開/關(guān)狀態(tài)等功能。

（7）可接高分貝報(bào)警喇叭。本報(bào)芍器配備有聲/無(wú)聲報(bào)警開關(guān)。

（8）停電保護(hù)。斷電后，本報(bào)警器的備用電池立即自動(dòng)啟用，并可支持24小時(shí)。

（9）斷線報(bào)警。當(dāng)電話線被盜打時(shí)，能及時(shí)報(bào)警。

（10）可擴(kuò)展性。依據(jù)實(shí)際需要，可選裝所需傳感器。

（11）存儲(chǔ)的用戶信息不因停電而丟失（EEPROM）。

（12）根據(jù)需要，提供相關(guān)的主控中心平臺(tái)軟件，以實(shí)現(xiàn)小區(qū)區(qū)域型報(bào)警管理。