關(guān)于CAN總線和DTMF技術(shù)的新型智能家居安防系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

本文介紹了DTMF技術(shù)和CAN總線,在詳細(xì)分析振鈴檢測(cè)、DTMF信號(hào)調(diào)制/解調(diào)、模擬摘/掛機(jī)和CAN總線數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ芘c原理的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了以單片機(jī)AT89C51CC01和雙音多頻解碼集成芯片MT8880為電路核心、通過(guò)DTMF公話網(wǎng)絡(luò)和CAN網(wǎng)絡(luò)信息傳遞的遠(yuǎn)程多節(jié)點(diǎn)家庭控制系統(tǒng)。系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,其功能實(shí)用、靈活,信息傳遞實(shí)時(shí)、可靠,能夠?qū)Χ鄠€(gè)被遙控對(duì)象的狀態(tài)進(jìn)行查詢(xún)及控制,適于家用電器或其他場(chǎng)所的各種設(shè)備的遠(yuǎn)程遙控操作。

1 引言

現(xiàn)在，人們對(duì)工作和生活環(huán)境不僅要求舒適健康、可靠便利，而且更加看重安全性，并利用安防系統(tǒng)來(lái)提高家庭抵御各種意外情況的能力?，F(xiàn)在的安防系統(tǒng)可借助計(jì)算機(jī)技術(shù)、IC 卡技術(shù)、通信技術(shù)等來(lái)實(shí)現(xiàn)，CAN總線應(yīng)用于安防系統(tǒng)對(duì)家居智能化發(fā)展起到了良好的促進(jìn)作用。CAN總線是一種應(yīng)用較為廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線，它支持多主節(jié)點(diǎn)，有完善的錯(cuò)誤處理機(jī)制，通信速率快，傳送距離遠(yuǎn)，可掛接控制設(shè)備多。而把DTMF 技術(shù)應(yīng)用于安防系統(tǒng)，不需要專(zhuān)門(mén)的布線，不占用無(wú)線電頻率資源，沒(méi)有電磁污染。文中設(shè)計(jì)了一種基于CAN 總線和DTMF技術(shù)的以AT89S52單片機(jī)為核心的新型智能家居安防系統(tǒng)，使原來(lái)小區(qū)安防系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可靠性有了一個(gè)新層次的提高。本系統(tǒng)可以對(duì)整個(gè)家居的安全環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，監(jiān)控的范圍包括室內(nèi)防盜、火災(zāi)報(bào)警、煤氣泄露等一系列不安全因素。一旦有上述事故發(fā)生，該報(bào)警系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警信息，用語(yǔ)音播出警情類(lèi)別，向遠(yuǎn)方用戶(hù)和相關(guān)部門(mén)提供警情語(yǔ)音。

2 系統(tǒng)總體構(gòu)成

系統(tǒng)框圖如圖1所示。單片機(jī)控制DTMF收發(fā)電路、數(shù)字語(yǔ)音電路、摘掛機(jī)控制電路。探測(cè)器能夠快速、準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)到住宅的異常狀況，經(jīng)確認(rèn)后及時(shí)通知控制器，再由單片機(jī)來(lái)控制電話接口電路，實(shí)現(xiàn)模擬摘機(jī)，自動(dòng)撥打預(yù)先設(shè)置的電話號(hào)碼進(jìn)行語(yǔ)音報(bào)警并通知管理中心。當(dāng)監(jiān)測(cè)到對(duì)方回應(yīng)后，自動(dòng)恢復(fù)警戒狀態(tài)。

圖1 家居安防系統(tǒng)框圖

3 硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主控部分采用AT89S52單片機(jī)，無(wú)需擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器?？撮T(mén)狗電路采用具有可編程的串行EEPROM - X25045。X25045依次存儲(chǔ)了標(biāo)志字段、話機(jī)號(hào)碼、警情代號(hào)、系統(tǒng)設(shè)置等數(shù)據(jù)信息。數(shù)字語(yǔ)音電路采用數(shù)字語(yǔ)音芯片ISD1420。系統(tǒng)中ISD1420僅作為基本錄放音電路，所以所有的地址線全部置為0， 因此放音的起始地址是0。語(yǔ)音信號(hào)由駐極話筒拾取，從M IC和M IC REF兩端輸入芯片內(nèi)部的放大器放大，經(jīng)過(guò)功放后的音頻信號(hào)從SP+ 被用來(lái)與通話電路相連，以送出語(yǔ)音信號(hào)。

3. 1 振鈴檢測(cè)及模擬摘掛機(jī)單元

系統(tǒng)并于電話線兩端，時(shí)刻處于監(jiān)控狀態(tài)，不會(huì)影響電話的正常工作。當(dāng)系統(tǒng)接收到振鈴信號(hào)時(shí)，會(huì)進(jìn)行振鈴檢測(cè)。振鈴信號(hào)經(jīng)三個(gè)反相器后接入AT89S52的P3. 4口。若5次振鈴后無(wú)人接聽(tīng)，則系統(tǒng)進(jìn)入自動(dòng)摘機(jī)狀態(tài)。單片機(jī)P1. 2 引腳輸出高電平，三極管V501導(dǎo)通則繼電器K1動(dòng)作，將負(fù)載電阻接入電路實(shí)現(xiàn)模擬摘機(jī)。此后電話線上就會(huì)出現(xiàn)大于10mA的電流，交換中心檢測(cè)到這一電流后就不再輸出振鈴信號(hào)而是轉(zhuǎn)為接通電話。如果振鈴信號(hào)沒(méi)有達(dá)到預(yù)設(shè)值就消失，則單片機(jī)的計(jì)數(shù)值清零，控制器不動(dòng)作。

3. 2 DTMF收發(fā)單元

DTMF收發(fā)電路采用DTMF信號(hào)編/解碼芯片MT8880[ 5] 芯片，單片機(jī)通過(guò)DTMF收發(fā)電路撥出電話號(hào)碼進(jìn)行電話報(bào)警，DTMF收發(fā)電路如圖2所示。

圖2 DTMF收發(fā)電路

MT8880提供了與微處理器相連的接口，以對(duì)其發(fā)送、接收和工作模式進(jìn)行控制。它的接收部分采用單端輸入，由R27、R28和C16 組成，其輸入電壓增益為1， 通過(guò)改變R28可調(diào)節(jié)輸入信號(hào)的增益。它的發(fā)送部分由R29、C17、C18和XTAL2構(gòu)成。它的控制部分由R30 和C19 構(gòu)成。IRQ /CP與單片機(jī)P3. 5 腳相連。當(dāng)MT8880接收到有效的雙音多頻信號(hào)時(shí)，單片機(jī)進(jìn)行中斷處理。MT8880的IN - 端和通話電路TEA 1062 的QR 端相連，MT8880的TONE端和TEA1062的DTMF端相連。

3. 3 通話單元

通話電路使用電話機(jī)專(zhuān)用通話集成電路TEA1062。送話時(shí)，語(yǔ)音信號(hào)(來(lái)自ISD1420)通過(guò)M IC + 引腳輸入，DTMF信號(hào)(來(lái)自MT8880)通過(guò)DTMF引腳輸入，經(jīng)過(guò)TEA1062 放大后從LN 引腳一起送到電話外線上。受話時(shí)，信號(hào)通過(guò)消側(cè)音網(wǎng)絡(luò)，從IR 引腳輸入，放大后從引腳QR 輸出，分兩路：一路送到ISD1420的ANA IN端供語(yǔ)音錄制用，另一路送到MT8880的IN-端提取DTMF信號(hào)。

3. 4 CAN 總線數(shù)據(jù)傳輸單元

CAN 總線數(shù)據(jù)傳輸單元由兩部分構(gòu)成，一部分是CAN控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)總線數(shù)據(jù)的交互與控制，另一部分是CAN 數(shù)據(jù)收發(fā)器，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)傳輸。

單片機(jī)AT89S52通過(guò)控制CAN控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)總線的訪問(wèn)，同時(shí)還負(fù)責(zé)功能單元的測(cè)量和控制， CAN 總線接口電路如圖3所示。

圖3 CAN總線接口電路

AT89S52通過(guò)中斷方式訪問(wèn)CAN控制器SJA1000，為了增強(qiáng)CAN總線節(jié)點(diǎn)的抗干擾能力，SJA1000通過(guò)高速光耦6N137與CAN總線驅(qū)動(dòng)器PCA82C50相連。PCA82C50的CANH和CANL引腳各自接了一個(gè)5的電阻與CAN總線相連，可以起到限流作用，以免PCA82C50受到過(guò)電流沖擊。

4 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，主要包括主程序模塊、CAN通信模塊、振鈴檢測(cè)模塊、語(yǔ)音報(bào)警模塊、DTMF收發(fā)模塊等，這里主要介紹主程序和CAN通信模塊設(shè)計(jì)。

4. 1 主程序設(shè)計(jì)

主程序主要完成各功能模塊的調(diào)用，檢測(cè)系統(tǒng)輸入，然后根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行判斷處理。程序進(jìn)行主循環(huán)之前還要進(jìn)行必要的初始化，如MT8880、ISD1420、SJA1000相關(guān)標(biāo)志位等。主程序流程如圖4所示。

圖4 主程序流程圖

4. 2 CAN通信模塊設(shè)計(jì)

CAN通信模塊包括控制器初始化、數(shù)據(jù)接收和發(fā)送子程序。SJA1000有復(fù)位模式和工作模式兩種狀態(tài)，兩種狀態(tài)下寄存器配置不同。當(dāng)參數(shù)設(shè)置完后，CPU發(fā)出命令，SJA1000處于工作狀態(tài)，進(jìn)行正常通信。如果通信出錯(cuò)，CPU會(huì)使SJA1000回到復(fù)位模式。接收模塊負(fù)責(zé)節(jié)點(diǎn)報(bào)文的接收及相關(guān)處理。接收過(guò)程中CPU會(huì)讀數(shù)據(jù)，根據(jù)命令字判斷數(shù)據(jù)幀的類(lèi)型進(jìn)行不同處理。發(fā)送模塊負(fù)責(zé)報(bào)文的發(fā)送，SJA1000發(fā)送數(shù)據(jù)前，要判斷是否滿(mǎn)足發(fā)送條件，如果滿(mǎn)足，則把報(bào)文幀信息、標(biāo)識(shí)符和要發(fā)送的數(shù)據(jù)寫(xiě)入緩沖區(qū)，即可發(fā)送。JA 1000的收發(fā)流程圖如圖5所示。

圖5 JA 1000的收發(fā)流程圖

5 結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)以AT89S52單片機(jī)為核心，不用對(duì)電話網(wǎng)進(jìn)行任何改造，實(shí)現(xiàn)對(duì)家居設(shè)防點(diǎn)進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)和語(yǔ)音報(bào)警。設(shè)計(jì)中用CAN總線結(jié)構(gòu)組成安防系統(tǒng)，有較好的靈活性和擴(kuò)展性，同時(shí)利用CAN 總線引入實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)處理，提高了系統(tǒng)的可靠性?？蓪?duì)樓宇可視對(duì)講、智能小區(qū)管理、門(mén)禁管理等有較大的應(yīng)用推廣價(jià)值。