防盗报警系统的设计与实现?

【摘　要】　介绍了一种基于公用电话网的智能防盗报警系统的工作原理、硬件和软件设计。
     关键词：防盗报警，DTMF发送，报警控制，单片机
 
　　随着经济的发展，人们对防盗、防劫、防火保安设备的需求量大大增加。针对偷盗、抢劫、火灾、煤气泄漏等事故进行监测和报警的系统，其要求也愈来愈高。笔者针对上述情况及电话网络覆盖面越来越广的趋势，采用单片机控制技术，将MCS－51单片机、ISD2560集成语音芯片、HT1621液晶显示驱动芯片及集成电路组成的双音多频拨号电路等有机地结合在一起，研制成一种功能先进、实用、成本低廉的智能防盗报警器。该报警器的保安功能可由用户通过小键盘设置，配用相应的标准保安探头，可以实现防开启、防接近、防玻璃破碎、防火灾等全面的保安功能，并与电话网络组成自动寻呼报警系统，当任一被监测点有事故发生时，该点的传感器将信号送入该系统，则系统自动通过电话网络向警讯中心或用户寻呼，对所指定的机构或人员发出警情信号。该智能报警器可广泛用于银行、商场、金库、机要室、仓库等有特殊保安要求的场合，也适用于家庭保安。以下就该报警器的功能、工作原理、硬件及软件设计作进一步阐述。

1　系统原理及特点
　　如图1所示，防盗报警系统主要由以下三大部分构成：
　 （1）传感器阵列，主要由红外探测器，超声探测器、玻璃破碎探测器、磁控开关、烟雾探测器等构成智能报警器的检测输入。用户根据需要可进行选择。
　 （2）以单片机为核心构成的双CPU系统，一个以完成用户键盘输入、汉字液晶显示、故障状态指示为主，另一个完成报警检测，若有报警事故发生，将所监测的报警信号进行分类处理，并且可向外界发出声光报警信号，也可以调出已存贮好的相应语音信号，通过电话网络向外发出警情信号。
　 （3）模拟电话机，采用集成电路组成的双音多频信号（DTMF）技术，模拟电话机摘机、拨号、应答等功能，将报警信号通过语音或DTMF代码传送到外界所指定的地点。

　　与其它自动报警系统相比，该系统具有以下突出的特点和优点：
　　·安装了预警蜂鸣器，可作24小时防盗音响恐吓和键盘操作提示，外接大功率高音警戒音响。
　　·监控8个保安警戒防区，每个防区可按用户要求自由设置16项保安功能，并有上万组可修改的密码封锁，保密性强。
　　·多项可由用户编程操作使用的报警功能：如编程密码、警戒密码设置与修改；进入时间、退出时间设置与修改；警戒防区设置与修改（1～8防区自由组态）等。
　　·防区探头线路状态（短路、开路、正常）和警戒情况均可由汉字液晶显示提示。
　　·用户全部操作集中在4×4数字键盘上完成，均可汉字显示，人机界面友好。
　　·交流／直流（浮充）供电，突然停电也能正常工作。
　　·具有电话线断路检测功能，外线断路时会自动报警。
　　·系统软件采取了抗干扰、遇忙重拨、数据重发等机制。
    ·设有后备电源，突然停电也能正常工作。
　　·主机与键盘分开，便于主机隐蔽安装。
2　硬件电路设计
　　用AT89C52作CPU，其内部有256byte的RAM及8kbyte的EEPROM，外接大容量的EEPROM93C66存储器配置用户信息，可以满足本系统多功能、大容量的需要。采用了单片机控制技术，对于系统功能的多样化、智能化起着关键性的作用。系统的硬件框图如图2所示。

　 （1）键盘和显示电路：键盘采用4×4行列式、通过P口直接扫描输入；显示采用HT1621液晶显示驱动芯片，该驱动芯片是带32×4显存的多功能LCD驱动器，只需4条接口与控制器相连并可提供看门狗时钟，液晶显示屏除4位数字外，还有报警、火警、未准备、旁路、布防等多达16个汉字的内容，以构成直观的汉字显示。在设置设防点时显示监视点号、时间、设防标志等，在设置报警电话号码时显示序号、电话号码，在查询事故报警记录时显示日期、时分、事故点及发讯号。本系统操作键盘由16个键构成，其中0～9为10个数字键，其余为设防、撤防、密码、事故查询、声光报警设置、消除、电话报警设置／消除等组合功能键。
   （2）语音录放：语音电路采用ISD2560集成语音芯片，该芯片录放时间为60秒，可以组合分段，每段录入不同的语音，根据多种需要随机播放。自动拨号成功后，DTMF编码报警的同时会出现语音提示，大大增强了系统的友好性和易用性。录音时，通过接在电话线上的电话机输入语音信号，放音时则通过电话线将音频信号传送到远方，语音信号的输入／输出均由单片机控制。
　 （3）报警信号传送：该部分由集成电路组成的双音多频拨号电路和忙音信号检测及摘机信号检测等电路构成，由单片机根据事故报警信号，接通电话通信网络，根据忙音检测信号将所设通讯地址号码通过由定时器T0控制在P1．6产生的低频方波信号和由定时器T1控制在（P1．5）产生的高频方波信号，经合成后产生DTMF双音多频信号发送至报警点；也可根据用户设置将ISD2560语音芯片驻留的语音信息发送出去；或根据警讯中心的通讯格式如3＋2／4＋2、CID等将警情发送出去。此时也可根据设定，启动声光报警器向周围环境发出报警信号。另外，为了使本系统能与电话网接线端不分极性任意接线，因而设置了极性变换电路。
 　（4）探测器接口电路：探测器通过线路防断路、短路接口电路与单片机相连，当探测器与单片机相通的线路被断开或被短接时，则由单片机检测出并发出事故报警信号，同时通过汉字显示屏进行显示。　　
   （5）电源：电源由市电和备用蓄电池两部分组成。在正常情况下，市电通过整流、滤波、稳压后向报警系统提供直流电源，并且向蓄电池自动稳流充电。当市电出现故障，则蓄电池自动投入使用，以保证报警系统能正常工作，同时向外界发送电源故障预警信息。
　 （6）看门狗电路：利用HT1621液晶显示驱动芯片提供的看门狗时钟，实现对键盘系统崩溃时自动复位，使键盘系统恢复工作。主机是利用定时器T2产生的20ms时钟在P2．7输出去复位单片机，20ms之外视为系统崩溃，自动复位单片机，使系统恢复工作。
3　系统软件设计
　　软件设计的基本任务是实现用户保安功能的可编程，对警戒防区实时监控报警，实现键盘与主机系统的实时通讯。本软件设计采用结构化程序设计方法，各功能程序实现模块化、子程序化。主要包括：系统初始化程序、通讯中断服务程序、探测器定时扫描输入服务程序，键盘扫描输入服务程序，报警信号处理服务程序等。以上皆可由MCS－51汇编语言编制。　
 　（1）AT89C52资源分配：键盘系统的AT89C52的定时器T0设为模式1，10ms定时，定时计数器T1为模式2，作为串行波特率发生器，串行口工作在模式3。允许T0定时器中断、串行口中断。主机系统的AT89C52的定时器T0设为模式1，定时计数器T1为模式2，作为串行波特率发生器，串行口工作在模式3，T2设为模式1，20ms定时，允许T0定时器中断、串行口中断。EEPROM93C66，依次存储了标志字段、用户密码、话机号码、报警号码、警情代号、系统设置等数据信息。
   （2）软件流程：系统软件的主流程如图3所示。

　　程序先对AT89C52内部资源、HT1621液晶显示驱动芯片、大容量EEPROM93C66存储器、语音集成芯片ISD2560等器件进行初始化处理。键盘系统扫描键盘输入，若无键盘输入则等待；若有键盘输入则执行EEPROM93C66刷新子程序、HT1621液晶显示子程序和与主机的串行通讯子程序。一旦主机向键盘系统通讯，则立即产生中断，执行警情服务子程序（键盘端）或故障服务子程序。主机初始化后，由定时器T2产生的20ms定时器定时地检测探测器回路，有警情信号时，执行警情服务子程序，并
向键盘系统发送通讯指令。
　 （3）在警情服务子程序中，包括调用DTMF拨号子程序。由定时器T0控制在P1．6产生一个低频方波信号，由定时器T1控制在P1．5产生一个高频方波信号，经合成后产生DTMF双音多频信号，参考程序如下：

4　结束语
　　本报警系统采用了微电脑控制技术，从而使得报警系统具有智能化色彩，在防范和化解由偷盗、抢劫、火灾、煤气泄漏等事故而引发的危害方面起到不可估量的作用。另外，本报警系统的报警方式可通过电话网络将求救信号无声地传送到公安部门，以对犯罪分子进行隐蔽性的捕获，也可通过报警器直接产生声光呼救信号，对犯罪分子产生一种威慑力量。该系统具有多功能、低成本、易普及、高可靠性等突出优点，可部分替代进口同类产品，其应用前景十分看好。另外，本系统的设计思想，对于远程抄表（水、电、气）等系统的开发，也具有一定的借鉴意义。
1　何立民．单片机应用系统设计．北京：北京航空航天大学出版社，1990