基于AT89C52的智能无线安防报警器

摘   要： 以MCS-51系列单片机AT89C52为核心，结合外围无线编码接收电路、DTMF发送接收电路、数字语音录放电路、通话电路，以及其他的外围辅助电路，构成了一款高性能的智能无线安防报警器。配合各种无线传感器，可实现防盗、防火等安防功能。它能智能地区分各种警情、自动数字语音电话报警，可接收远端的电话遥控指令，有大功率继电输出口。

引言
现在安防报警系统越来越受到人们的重视，人们对报警器功能和性能方面的要求也越来越高。本文提出一种基于AT89C52的智能无线安防报警器：
?能与标准保安探头进行无线连接，实现大范围安防监控，并可随意扩展。
?多防区功能。能够区分各种警情，并能够用语音播出警情类别。
?自动电话报警，向远方用户提供警情语音和现场声响，并接收用户指令进行相应操作。
?多功能自由切换，低误报率，高可靠性。
?使用方便，有较高的性价比。
本报警器串接在外线和用户的普通电话机中间。报警号码的输入、报警语音的录制、无线传感器的录入及其他主机参数的设定都是通过电话机完成，平时不影响电话机的工作，用户用遥控器对主机进行布防或撤防。当主机接收到来自无线探头发过来的编码信号时，主机将编码与原来存入的编码进行对照，并查询系统参数，决定是否报警和采取何种方式报警。它可以自动拨出用户设置的报警电话，通过语音告知警情，用户可监听现场声响，还可通过电话指令启动警号和其他执行机构(如防煤气泄露，可启动排风扇)，并决定主机进入布防还是撤防状态。用户还可以主动从异地打电话到主机，对主机布防或撤防。

图1系统框图

图2  DTMF收发电路

图3  数字语音录放电路

图4  断线、回铃检测电路

图5  后备电源电路

图6  主程序流程图

图7  设置子程序流程图

系统结构
本系统的核心部分是AT89C52，其它的主要单元电路有：无线编码接收电路、DTMF收发电路、数字语音电路、通话电路、线路切换电路、断线检测和回铃检测电路，以及电源、后备电源电路等。系统框图如图1所示。
单片机、看门狗电路、无线编码接收电路
采用MCS-51系列的AT89C52单片机，它有8K的EEPROM，无需扩展外部存储器。256字节的RAM和32线I/O口，完全可以满足本系统的要求。看门狗电路采用X5045，它是一种集看门狗、电压监控和串行EEPROM三种功能于一身的可编程电路。它内部的512字节的EEPROM用来存放无线探头的编码和一些系统设置参数。X5045可提供1,000,000次擦写和100年的数据保存期。无线编码接收采用常见的超再生接收模块，频率315MHz,ASK方式，不含解码芯片PT2272(采用软件解码)，与无线探头端的编码芯片PT2262对应，有312种编码，保证了有足够的保密性。模块的信号输出端直接接到单片机的P1.1进行软件解码。
DTMF收发电路
DTMF(双音多频)收发电路如图2所示，其核心芯片为MT8880，可接收和发送DTMF全部16个信号，具有接收呼叫音和带通滤波功能，能和微处理器直接接口。单片机通过DTMF收发电路拨出电话号码进行电话报警，并接收远端用户的电话遥控指令进行相应操作。DTMF电路的输入输出信号都会经过信号放大电路(以TEA1062为核心)进行增益调整。
数字语音录放电路
数字语音录放电路如图3所示。所用的数字语音芯片ISD1420，采用先进的模拟数字语音存储技术，音质好，无须A/D转换，可录制20秒的语音信息，可分段存储信息，采用总线技术，适宜与单片机接口。 另外，它是零功率信息存储方式，断电情况下，信息可保留10年以上；易于使用，可随意改变录音内容，录放次数达10万次以上。在本系统中，用户通过电话机将各种警情语音和用户的地址语音(便于与110联网)分段录入到ISD1420中。6种警情(或对应6个防区)共6×2秒=12秒，地址语音8秒。在使用ISD1400系列的语音芯片时，应注意在REC和VCC之间接一个0.1mF的电容，以防止在上电时出现录音操作而破坏原来录制的信息。
通话电路
TEA1062是电话机专用通话集成电路。送话时，语音信号(来自ISD1420和驻集体话筒)通过MIC+引脚输入，DTMF信号(来自MT8880)通过DTMF引脚输入，经过TEA1062放大后从LN引脚一起送到电话外线上。受话时，信号通过消侧音网络，从IR引脚输入，放大后从引脚QR输出，分两路：一路送到ISD1420的ANA-IN端供语音录制用，另一路送到MT8880的IN-端提取DTMF信号。
断线、回铃检测电路
为防止电话线路故障或人为损坏而导致不能电话报警，作为一种补救措施，本系统中加入了断线检测电路，图4为断线、回铃检测电路。断线检测电路有两个，一个是由整流桥和9018构成的高输入阻抗检测电路，用于平时检测电话外线的线路电压，是主机自检的一部分。此电路应满足电话机入网要求，保证外线泄露电流在15mA以下。另一个是由光耦4N33 构成，外线电压送到4N33的B端，若电话报警时外线突然被剪断，则C端跳变为高电平，此时单片机将由电话报警方式自动转换为警号报警方式，起到双重保护的目的。同时，4N33也构成回铃检测电路。当用户从异地打电话到主机进行布防撤防操作时，振铃信号通过涤纶电容、整流桥送到4N33的IN+、IN-引脚，引起C端电平的跳变。光电隔离可以防止高压振铃信号串入主机。当主机检测到振铃信号达到相应次数后，主机便自动摘机，接收用户输入的密码，若密码正确，则主机开始接受用户的遥控指令。
线路切换、电话设置电路
线路切换电路由两个双刀双置继电器组成，实现主机、外线、电话机连接关系的切换。平时外线与电话机连通；报警时和异地主动监控时，外线与主机连接；对主机进行设置时(包括录报警电话号码，录语音，及其他参数设定)，主机断开外线，只与电话机相连，此时主机需要通过一个恒流源来给TEA1062提供电源。恒流源由发光二极管、S8550和几个电阻组成。是否进入设置状态由一个设置开关来决定。设置开关开，则恒流源投入，并且软件转入响应的设置子程序。
后备电源电路、显示电路、驱动电路
为保证市电断电时，主机仍然能够进行电话报警，本系统中设有后备电源电路，如图5所示。用4节1.2V的镍镉充电电池作为后备电源，电力不足时能够自动恒流充电；利用电压检测模块HT7050A，电池充电满后自动停止充电。当市电停电时，电子开关打开，后备电源接入系统。
由于有语音区分警情类别，故系统对显示电路的要求不高。用一个发光二极管做电源指示，再用一个发光二极管指示工作状态：布防(点亮)、撤防(熄灭)或报警中(闪烁)，便可以满足要求。
执行机构用于一些特殊场合，如在防煤气泄露中启动排风扇。为保证执行机构有足够的驱动能力，系统采用过零触发光耦MOC3041驱动双向可控硅，可有220V、10A的驱动容量。

系统软件设计
系统软件采用模块化结构和子程序嵌套技术，可读性好，便于编制和扩充。主流程采用顺序查询方式，分别检测无线编码信号、设置按钮的开关状态、外部振铃信号。用于检测后两个信号的时间很短，可以认为主机是在随时接收无线编码信号。
主程序流程
主程序流程如图6所示。它反复循环，调用以下几个主要子程序：
(1)无线编码检测程序。如果检测到有效信号，则转入软件模拟PT2272解码子程序和报警子程序。
(2)设置按钮状态检测。如果设置开关打开，则转入设置子程序，设定主机参数。
(3)外部振铃检测程序。如果振铃达到设定的次数，则转入监控子程序。通过参数设置，也可禁止异地主动监控。
设置子程序流程
设置子程序的流程如图7所示。
主要子程序的简要介绍
(1) 报警子程序：判断是否该报警，该采用何种报警方式(电话报警，警号报警或者两者同时报警)。若是采用了电话报警方式，那么它会调用拨号子程序来拨出预先设定的报警电话，选择恰当的语音放送到电话线路上，此过程中它还会检测是否有来自遥控器的撤防信号，或是用户端的反控信号。
(2) 监控子程序：当用户在异地向主机打电话来进行布、撤防或其他操作，监控子程序就会接收用户的这些指令。它首先校验用户密码，看是否是合法用户。如果是，则监控子程序可按照用户的指令进行布防、撤防、启动警号、开关继电输出口等。
几点注意事项
(1) 无线编码的软件解码。本报警器用软件模拟PT2272来进行软件解码，这样无论发射端PT2262的地址码是怎样的，报警器都可以接收该编码。而采用硬件PT2272进行解码时，只有它与PT2262的地址码完全一致时，才能成功解码。由于一台报警主机要能与多个无线传感探头进行无线方式连接，且能够区分各探头达到分区的目的，因此必须采用软件解码方式。
(2) 主机的防误报功能。在本报警器使用过程中，我们发现绝大多数烟感探头存在着电池电压下降(9伏电池降到7.5伏左右)而导致误发信号的问题，这就会导致主机的误报警。这是同类报警器普遍存在的问题。根据对烟感探头低电误报特点的研究，发现此时烟感探头发出的码信号比正常报警时要短，于是在程序中加入灵敏度调节模块，规定只有连续几次都收到有效信号(只针对装有烟感探头的防区)，主机才开始报警。灵敏度6级可调，只要设置合适，就可以兼顾灵敏度和可靠性，解决烟感探头的误报问题。
(3) 主机工作方式的灵活性。在软件中定义了30多条指令，可以对主机进行各种工作方式的选择，参数大小的设置，便于调试人员调试，也便于用户使用，将软件的功能发挥到最大。

结语
本文介绍的安防报警器能够实现分区，具有自动电话语音报警功能，借用普通电话作为键盘，来对报警主机进行设置，并通过软件实现强大的功能。考虑到可扩展性，在软件中含有联网子程序，可与监控中心的PC机联网，适用于小区和大楼等场合的集中管理。