一种无线智能报警系统?

【摘　要】　介绍了一种基于AT89C51、AT89C2051、双音多频芯片和无线数传MODEM等的无线智能报警系统。该系统具有告警信息检测、液晶显示、键盘置号和自动拨号报警等功能。
    关键词：单片机，传感器，双音多频，无线数据传输，程序监控
　　　
　　随着物质生活的不断改善，人们对人身和财产的安全也更加关注，期盼着能够扮演看家狗作用的智能报警系统的诞生。本文介绍的无线智能报警系统能及时发现监控场所即将发生的紧急情况（盗窃、火灾等）并迅速拨打报警电话，以便及时采取有效措施，最大限度地降低给生命和财产造成的伤害和损失。本系统主要采用了单片机程序控制、无线数据传输、双音多频信号产生、E2PROM读写、电话摘机、红外传感、震动传感、烟雾传感及单片机间串行异步通讯等技术。由于采用无线传输手段，系统隐蔽性好，生存能力强，更重要的是它避免了有线报警系统安装时需要穿墙架线因而装拆麻烦且破坏已有合理结构的弊端，故具有极好的应用前景。

1　系统总体结构
　　无线智能报警系统由系统告警单元和系统中央处理单元以及公用电话网络接口组成，组成框图如图1所示。当某系统告警单元探测到有异常发生时，便通过天线发出一信号；此信号被系统中央处理单元接收后进行处理，最后以电话通知的方式报警。
2　系统的硬件构成与特点
    系统的硬件包括系统告警单元硬件和系统中央处理单元硬件两部分。系统告警单元硬件主要由AT89C2051单片机、告警采集电路、告警发送电路和看门狗电路等组成，其框图如图2所示。

　　当家中有盗窃或火灾等异常情况将要发生时，传感器便会立即检测到并产生一高电平输出，该信号经信号调理电路转换后送给单片机，单片机向告警信号发射电路送一经过编码的脉冲串，经过天线发射出去。看门狗电路的作用是，在出现程序跑飞或告警板死机等异常情况时，使单片机迅速复位，从而确保告警板始终处于良好工作状态。
　　告警中央处理单元硬件主要由AT89C51单片机、告警接收电路、电话摘机电路、拨号电路、号码写入和读出电路、号码显示电路及看门狗电路等组成，其框图如图3所示。

　　使用者可以利用家中电话机的按键通过号码置入电路把告警号码（可以是用户办公室的电话号码、手机号码、公用110报警电话号码或者其它任意的号码）置入到E2PROM中，置入过程可以通过液晶显示器看到。告警信号被中央处理单元天线接收后进入接收电路，接收电路向单片机发出拨号启动信号，单片机通过号码读出电路读取预先置入的告警号码，进而通过摘机及双音多频信号产生电路进入电信网络，使用者知道后便可采取相应措施。
2．1　单片机
　　系统告警单元的单片机采用ATMEL公司的89C2051，内置128字节的RAM、2K字节的FLASH、15个I／O口，外部有20条管脚。系统中央处理单元的单片机采用ATMEL公司的89C51，内置256字节的RAM、4K字节的FLASH（闪速存储器）、2个16位计数器／定时器、32个I／O口和5个中断源、一个全双工串行口、一个精确的模拟比较器、片内振荡器和时钟电路。外部有40条管脚，封装形式为DIP式（双列直插）。其他与89C2051相同。2．2　看门狗电路
　　在单片机的工作现场，存在着各种各样的干扰源。这些干扰源很可能引起程序跑飞，造成死机或程序的非正常运行，如不及时恢复，容易造成损失。看门狗就是在程序跑飞或死机时，对系统进行重新置位或者复位以使系统正常运行的一种专用电路。这
里的看门狗电路以MAX813L为核心并外加几个电阻、电容构成。MAX813L是MAXIM公司开发的低成本微处理监控芯片，外部有8条引脚，封装形式为DIP式，主要功能有上电、掉电、降压情况下的RESET输出和手工复位输入端。
2．3　无线发、收电路
　　无线发、收电路的核心部件采用PTR2000，这是由哈尔滨迅通电子科技有限公司推出的超小型、超低功率的高速无线数传MODEM。它可与单片机串口直接相连，而且毋需进行曼彻斯特编码，应用及编程非常方便。具体应用电路如图4所示（这里仅画出了PTR2000在告警板中使用的情况，其在中央板中的使用方法几乎与此相同）。

　　图4中，PTR2000的2脚（CS）接低电平表示选用工作频道1即433．92MHz，当然2脚也可接高电平选择工作频道2（434．33MHz），但要注意，2脚的电位在两个单元中要一致。

2．4　告警号码置入及液晶显示电路
　　告警号码置入及液晶显示电路主要由X24C04和YUSUNG W－1602A组成，X24C04是ATMEL公司生产的一种CMOS4096位串行电子可擦除只读存储器（E2PROM），内置512个字节和两个串行口，外部有8个管脚，封装为DIP形式，可靠性高、数据保持时间长（≥100年）。W－1602A是深圳誉信电子有限公司生产的字符型液晶显示模块（LCM），由字符型液晶显示屏（LCD）、控制驱动主电路HD44780及其扩展驱动电路HD44100、少量阻、容元件、结构件等组成，显示方式为16×2（字符×行）。内置64个字节的自定义RAM、80个字节的RAM以及可显示192种字符的字符发生器。具有功耗低、寿命长、可靠性高等特点。电路见图5。
　　图5中，变阻器R的作用是调节液晶显示屏在背光下的亮度。实际应用时最好在变阻器上串联一个开关，使得仅在需要的情况下启动背光功能。需要说明的是，拨动键盘时从电话机出来的是双音频信号，经过转换才能被单片机接收，而这个过程是通过拨号电路中的MT8880来完成的。

2．5　拨号电路
　　拨号电路主要由双音多频芯片MT8880、多路切换开关4066、继电器、NPN型三极管和少量电阻、电容组成。MT8880的作用是把单片机写入的数字信号转换成双音频信号，在控制拨出继电器导通、电话摘机的情况下把告警号码送入公共电话网络。反之，它也可把从键盘来的双音频信号转换成数字信号送入单片机。具体电路如图6所示。
　　实验中发现，能否拨号首先取决于电话机是否可靠摘机，如果话机没有摘机，其它硬软件即使完全正确也是没用的。为此，要注意挑选性能好的继电器。使用4066的目的是确保置号和拨号相互隔离、互不影响。
3　系统的软件设计
   本系统软件包括系统告警单元软件和系统中央

　　单元软件两部分，每部分的程序皆采用模块化结构。系统告警单元软件由告警单元主程序、告警发射子程序、看门狗监控子程序、蜂鸣器报警子程序、延迟子程序等组成；系统中央处理单元软件由中央处理单元主程序、告警号码置入子程序、告警号码读出子程序、告警接收子程序、液晶模块显示子程序、拨号子程序、看门狗监控子程序、蜂鸣器报警子程序、延迟子程序等组成。主要程序的流程图见图7和图8。
　　告警单元主程序处于中断工作方式，其在完成系统初始化后开始等待中断响应产生，如果传感器探测到感应源，则程序向下执行，无线发出一个具有特定含义的编码脉冲串，反之则等待。中央处理单元主程序处于查询工作方式，其在完成系统初始化后开始循环检测接收缓冲器，如果有数据接收到，程序便向下执行开始拨号告警；若无数据接收到，则等
待。这里告警单元和中央处理单元之间采用异步串行工作方式。预先要多置入几个告警号码，以便当所拨线路占线时迅速拨打其它的号码。还需要特别指出的是，由于公共电话网络的响应速度有限，在摘机与拨号之间以及拨相邻两个号码之间要有足够的时间延迟。

　　参考文献

1　何立民．MCS－51系列单片机应用系统设计．北京：北京航空航天大学出版社，1990
2　陈龙三．8051单片机C语言控制与应用．北京：清华大学出版社，2000
3　张智荣等．智能化流量计量系统研究与开发．电子技术应用，2001（2）