基于单片机的电话报警系统设计 - 全文

随着社会的发展，人们的活动、居住区域越来越大，安全问题越显重要，加上电话、手机得到普及，简捷、经济型报警器成为家庭所需。目前，市售有多种拨号报警器，但大多数属于特殊功能的电话机，成本报高，作为普通市民丢弃原先购置的电话机再安装报警电话机实在是浪费。本系统研究的是，在无须改动原电话机的前提下，在电话线上并接本装置，并采用无线红外探头实时监测，达到各项功能上，并且在用户使用界面、安全性、多路无线探头设计方面有较大改进。

1 系统设计

　　为达到良好的实际使用效果，系统须具有的功能如下：
　　（1）三重设置功能。可以同时设置电话、传呼、手机号码，一旦报警，延时、判断、确认5s后，自动拨号通知值班人员，并在现场发出警报。

　　（2）延时启动功能。首次启动报警器，报警器将于20s后自动进入警戒状态，以便主人可以从容处理，避免引起误报。

　　（3）人机交互界面。采用32位字符型液晶显示模块，显示直观、清楚，并采用4×4键盘手动输入。

　　（4）保密功能。电话号码、密码的修改必须经密码判断确认无误后才能进行，系统关机亦须输入密码。

　　（5）数据永久保存功能。意外或人为断电，系统里面设置的所有号码数据不会丢失。

　　（6）简洁安装功能。与日常通话功能互不干涉，可安装在任意位置，不需改动电话机。

　　（7）四路无线红外探头。编码探头可以任意安装在15m防区内。设计中，采用89C51[1]，P1口作为用户键盘输入。输入内容包括密码输入、电话号码输入和关机控制等。P0口作为字符液晶显示的数据口，P3口作为串行EEPROM 25045的控制口和数据传输口。P0的锁存器口作为模拟电话号码拨号数据口，通过十六选一数据选择器4067控制继电器矩阵模拟拨号。电话拨号采用价格便宜、低功耗的专用拨号芯片91219E[2]。89C51中的P3口用于四路无线红外探头信号的输入[3]，讯响器作为现场讯响报警。

2 主要器件和部分单元电路
2.1 双音频/脉冲拨号器91210E

　　91210E为双音频/脉冲拨号器，由***联华电子公司制造，18只引脚，采用CMOS工艺。功耗很低且具有较高的噪声容限，采用3.58MHz晶振，具有很高的精确度和稳定性，工作电压2～5.5V，最大功耗500mW，32位号码重拨存储器，630ms闪烁时间，可以选择通断比和工作方式。输入为C1、C2、C3、C4、R1、R2、R3、R4键盘输入，输出为音调正弦数字合成。

91210E各引脚功能如表1所列。

表1

 

2.2 编码、解码芯片PT2262/PT2272

　　PT2262/PT2272是PTC公司生产的CMOS遥控三态编解码集成电路，广泛应用在各种遥控电路上，典型产品有机车防盗器、遥控收发组件。PT2262是发射，PT2272是接收。二者必须配对使用，且振荡电阻必须符合要求。PT2262的TE端是发射允许端，接低电平时，17脚DOUT端输出一串编码。该串编码经过传播从PT2272的14脚输入。如果地址端密码一致，VT解码有效端输出高电平，数据端就会输出与PT2262发射端一致的电平信号，从而实现遥控功能。
对于编码PT2262，A0～A5共6根线，为地址线；而A6～A11共6根线，可作地址线又可作数据线。若解码器A6～A11作地址线使用，则A0～A11共12根地址线，每线都可以设置成“1”、“0”、“开路”三种状态之一，因此，共有编码数为3 12=531 441种。但若解码器的A6～A11作数据线。那么，这时的PT2262的A6～A11可设置为“1”、“0”两种状态，而地址线只剩下A0～A5共6根，编码数为729种。

2.3 无线收发模块

2.4 热释电红外电路

　　人体是一特定波长红外线的发射体，检测到这种红外线的变化并予以放大处理，以推动适当的负载，是热释电人体红外传感器及专用集成电路的功能。这种人体检测技术较之以往的超声微波方式更为灵敏与准确，在国外已广泛应用于灯具控制、保安报警、自动门、自动风扇、门铃等等的新产品之中。由于热电红外传感头PIR输出的信号幅度小（mV级）、频率低（约0.1～8Hz），因此，对随后的放大处理电路要求较高：既要达到很高的灵敏度，能有几m～十几m的作用距离，又要能准确紧别生特体和非生物体的运动，使误报率达到最低，还要能做到体积小、耗电微、外围元件小。我们采用BIS0001作为红外信号的处理芯片，这个芯片内含有两级运算放大器、级级电压比较器、状态控制器、延时定时器、输出封锁定时器及参考电源等，与热释电传感器连接只需少量的外围元件即可构成自动报警器。

　　当人进入警戒区域时，热释电红外传感器PIR接收到频率为0.1～8Hz的人体红外信号，并将其转换为电信号，经过由电阻R2、电容C3及C5组成的低通滤波电路，滤除高频干扰噪声，送至IC1BIS0001的14脚。经内部二级放大和双向幅度鉴别后，通过逻辑控制延时电路在IC1 BIS0001的2脚输出高电平，并经电阻R送至三极管9013。9013接射极跟随电路，E极通过1个2kΩ的电阻限流接1个发光二极管指示，E极又输出1个信号作为编码芯片的输入端。

3 系统设计时应考虑和解决的几个主要问题

　　（1）报警信号的准确性热释红外传感头及信号处理专用芯片。在实验中发现红外线控头容易受干扰引起误报警，除在硬件上增加高频滤波电容外，还在软件中增加判断和鉴别报警信号子程序，提高了系统的可靠性。在开发中采用PT2262/2272作为编、解码芯片，采用无线收发模块传输信号，提高了监控组数，减少了连线麻烦。

（2）自动拨号的实现

　　自动拨号电路采用十六选一数据选择器，使用继电器矩阵单元电路代替手机拨号。我们在实验时先考虑用模拟开关实现拨号，这样可以使线路功耗小、板子体积小；但实验证明，由于模拟开关存在较大的接触电阻，无法正确可靠拨号。如果采用低接触电阻的音频开关矩阵，则成本太高。

（3）数据的存储和程序的监测

　　为了在断电情况下能保存电话号码和密码等数据，我们采用串行EEPROM 25045，带512个字节，并且带“看门狗”功能。如果程序跑飞无法在设定时间内使“看门狗”复位，能及时使PC指针复位，提高了系统的可靠性。

（4）键盘的设计及保密

　　键盘编程是根据线反转的思路。为了提高系统的安全保密性，在设置键功能时考虑了密码键，并且为了系统正常工作，设置了关机键。只有在输入正确密码后才能被关机。

（5）系统干扰

　　系统干扰主要来自两个方面，无线传感器干扰和电话线干扰。无线传感器干扰主要来自接收部分的电路，我们一方面选用独立的+5V电压作为传感器电路的电源，另一方面在四路信号输入口使用了光隔离，解决了问题。电话线干扰主要来自多只电话机在同一线路上的耦合及频繁操作，亦采用了光隔离，成功地解决了这个问题。