李幕云，王衛(wèi)星，李浩明，張大池

（華南農(nóng)業(yè)大學 廣東 廣州 510642）

隨著我國國民經(jīng)濟和人們生活水平的不斷提高，在全國建成了許許多多的現(xiàn)代化住宅小區(qū)，這同時也給人們對于家居安全的理解觀念產(chǎn)生了巨大的變化，家居安全方面出現(xiàn)了面向智能化，方便化，系統(tǒng)化等高端方向的研究和發(fā)展[1-3]。與此同時，伴隨著固定電話、移動電話、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)用戶越來越多，公用電話交換網(wǎng)（Public Switched Telephone Network）如同神經(jīng)系統(tǒng)一樣遍布人們生活和工作的每個角落[4-5]，為家居防盜系統(tǒng)的遠程控制提供了可能。

文中主要利用了基于公共電話網(wǎng)（PSTN）和DTMF解碼技術(shù)，采用無處不在的電話網(wǎng)絡(luò)進行監(jiān)控，將STC89C52單片機、ISD1720集成語音芯片、MT8870解碼芯片等集成電路有機地結(jié)合在一起而構(gòu)成的一種成本低廉、遠程控制便捷、功能先進、實用的智能家庭式防盜報警系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)整體架構(gòu)及功能描述

智能防盜監(jiān)控系統(tǒng)原理如圖1所示。本系統(tǒng)采用STC89C52單片機為核心處理器[6]。整個控制系統(tǒng)主要由振鈴檢測模塊、語音提示模塊、DTMF解碼模塊、DTMF自動撥號模塊及預(yù)警報警模塊等5部分組成。

根據(jù)電話遠程遙控智能防盜鎖的功能要求，該裝置總體應(yīng)實現(xiàn)的功能如下：1）等待超過設(shè)定的振鈴次數(shù)，若無人接聽電話，裝置能自動實現(xiàn)模擬摘機；2）裝置摘機后，通過密碼來識別合法用戶；3）可通過電話來修改密碼，密碼掉電不丟失；4）通過對雙音頻信號的解碼來識別用戶的控制指令；5）裝置能根據(jù)用戶指令執(zhí)行相應(yīng)智能防盜監(jiān)控控制；6）可通過LCD液晶屏來顯示裝置當前所存狀態(tài)；7）超過設(shè)定的時間沒收到用戶的指令，裝置會掛機；8）裝置不影響電話的正常使用。

圖1 智能防盜監(jiān)控系統(tǒng)原理流程圖Fig.1 Intelligent security monitoring system schematic flow diagram

2 系統(tǒng)的硬件模塊設(shè)計

2.1 振鈴檢測模塊

電話線路沒來鈴流前，電話線路由電話交換機提供大約48 V的直流電壓。在電話網(wǎng)信號裝置中，撥號音是頻率為（450士25）Hz的連續(xù)信號音；回鈴音是頻率為（450士25）Hz，5 s斷續(xù)（即送 1 s、斷 4 s）的信號音；忙音是頻率為（450士25） Hz，0.7 s 斷續(xù)（即送 0.35 s、斷 0.35 s）的信號音。 音源信號為正弦波。當用戶被呼叫時，電話交換機發(fā)來鈴流信號。振鈴信號為（450士25）Hz的正弦波，諧鈴失真不大于10%，電壓有效值（90士15）V。振鈴以5 s為周期，即1 s送，4 s斷。

在本電路檢測鈴流信號時，以5次鈴響為準，即5次振鈴后無人摘機，便由單片機控制自動模擬摘機（即電子開關(guān)接通）。 振鈴檢測電路如圖 2 所示： 由 C2、R2、D2、R3、LED 和4N25組成。

圖2 振鈴檢測電路原理圖Fig.2 Ringing detection circuit schematics

2.2 語音提示模塊

語音信號的主要作用是用作操作過程中的語音提示，實現(xiàn)用戶和本裝置的交流，方便用戶的操作，使本裝置更友好、更智能。ISD系列語音芯片采用模擬數(shù)據(jù)在半導體存儲器直接存儲的專利技術(shù)，即將模擬語音數(shù)據(jù)直接寫入單個存儲單元，不經(jīng)過A/D或D/A轉(zhuǎn)換，因此能夠較好的真實再現(xiàn)語音的自然效果，避免了一般固體語音電路因為量化和壓縮所造成的量化噪音和失真現(xiàn)象。本模塊采用ISD1720語音芯片，工作電路如圖3所示。

本設(shè)計使用的是SPI模式來控制ISD1720的錄音放音。ISD1720 的控制端（SCLK、MOSI、MISO、/SS）分別接在 51 單片機的P3.4~P3.7。語音輸出端SP+（15管腳）接在圖3的“J1”接口上，語音信號在模擬摘機后即可通過電話線傳輸?shù)綋芙杏脩舻碾娫捝?，音色不失真，音量足夠，不需再對音頻進行放大。

2.3 DTMF解碼模塊

DTMF碼的雙音頻信號是由低頻組和高頻組兩組頻率信號構(gòu)成，每個數(shù)字信號由低頻組和高頻組的任意一個組合而成。根據(jù)CCITT的建議，DTMF的編譯碼如表1所示。

圖3 ISD1720語音提示電路Fig.3 ISD1720 voice promptcircuit

表1 電話號碼與頻率的對應(yīng)關(guān)系表Tab.1 Telephone number and frequency of correspondence between tables

電話線上傳輸?shù)氖怯筛?、低兩個音頻組合的雙音頻信號，而微控制器可以識別的是由“0”和“1”組成的數(shù)字信號。微控制器要想識別電話線上的雙音頻信號，就需要一個DTMF解碼電路將DTMF信號轉(zhuǎn)化成二進制信號再傳給微控制器。相反，由單片機送出的二進制碼經(jīng)DTMF雙音多頻編解碼電路編碼后，產(chǎn)生兩個高、低音頻的組合信號也可通過電話線向外發(fā)送出去。

這些頻率的選擇是經(jīng)過對人體聲學的研究后得到的，是人聲帶使用最少的頻率組合。因此DTMF可避免人的話音干擾。參照MT8870的典型應(yīng)用電路及其引腳功能，本裝置DTMF解碼電路的設(shè)計如圖4所示。

2.4 DTMF自動撥號模塊

本部分電路主要完成對電話雙音多頻信號進行解碼，同時，當出現(xiàn)警情時，撥預(yù)置的電話號碼進行遠程預(yù)警，以便對警情進行處理。

圖4 MT8870解碼電路原理圖Fig.4 MT8870 decoding circuit schematics

實現(xiàn)利用電話網(wǎng)絡(luò)進行遠程通訊，關(guān)鍵部分是DTMF收發(fā)電路。它將實現(xiàn)自動撥號、忙音識別、鈴聲識別等功能。本設(shè)計是使用集成電路的方法加以實現(xiàn)，即使用電話專用的雙音頻編解碼芯片（MT8888）進行輸入雙音頻信號的編碼，信號轉(zhuǎn)換成為不同的碼制信號，并且通過放大芯片（LM324）放大，放大后的DTMF碼直接通過電話線端口發(fā)送至交換機。

2.5 預(yù)警報警模塊

報警模塊主要對住宅中的安全狀態(tài)進行采集并提供報警信息。報警模塊可以探測非法侵入、火災(zāi)發(fā)生等，例如：門磁報警器、煙霧探測器、可燃氣體探測器等，用戶可以根據(jù)需要進行配置。報警模塊在探測到異常情況時將自動發(fā)出報警信號，同時發(fā)出聲音報警。單片機系統(tǒng)接收并處理報警信號，然后將預(yù)先設(shè)置的電話號碼（如家人的手機號碼、119等）通過自動撥號模塊自動撥出，將報警信息傳輸給用戶或監(jiān)控中心。

3 智能防盜監(jiān)控系統(tǒng)的總體軟件設(shè)計

本裝置得已穩(wěn)定可靠運行，除了有設(shè)計合理的硬件模塊外，還需要良好的軟件配合，而且要有友好的人機對話功能。軟件設(shè)計的核心是編寫51單片機程序，來檢測、分析來自各模塊的信息，并根據(jù)用戶的操做調(diào)用對應(yīng)的處理函數(shù)。

軟件要實現(xiàn)的功能有：1）當電話線上有振鈴信號時，通過判斷達到振鈴次數(shù)，則摘機繼電器吸合，完成模擬摘機。2）單片機控制ISD1720語音模塊播放“請輸入6位密碼”，用戶輸入6位正確密碼后進入系統(tǒng)控制中心。3）用戶通過語音進行對防盜監(jiān)控系統(tǒng)的控制操作，按“1”對裝置進行開鎖，按“2”對裝置進行上鎖，按“0”進行密碼修改。 4）若用戶按“*”或者超過30秒不做任何操作，單片機將控制P2.4執(zhí)行模擬掛機。

根據(jù)上述的軟件功能，設(shè)計本裝置的總程序流程圖如圖5所示。

4 結(jié) 論

1）本系統(tǒng)設(shè)計了一種基于PLMN（陸基移動通信網(wǎng)）和PSTN（公用電話交換網(wǎng)）的電話遠程遙控控制報警裝置，該裝置并接在電話線上后，對電話機的正常使用不產(chǎn)生任何影響，用戶撥打電話后，能在五次響鈴無人接聽系統(tǒng)摘機后，按語音提示操作連接在本裝置的防盜監(jiān)控系統(tǒng)。

圖5 智能監(jiān)控防盜系統(tǒng)總程序流程圖Fig.5 The total program flowchart intelligent monitoring alarm systems

2）該控制系統(tǒng)在硬件上采用了模塊化設(shè)計，設(shè)計包含了振鈴檢測、語音提示、DTMF解碼、DTMF自動撥號及預(yù)警報警等模塊，系統(tǒng)實現(xiàn)了遠程控制啟動關(guān)閉、六位密碼在線修改與驗證以及室內(nèi)安全防盜監(jiān)控功能。同時采用在線更改密碼和外部寄存器存儲密碼的方式，提高了裝置的安全性。

[1]Miller C．Guardian Home Security System[D].the Best on the Block，2008

[2]徐品燕.防盜門智能門警裝置：中國，CN200720037526.2[P].2008-04-23.

[3]劉冬生，王平根，劉昌鑫，等．可遠程監(jiān)控的智能防盜系統(tǒng)研究[J]．井岡山大學學報：自然科學版，2012，33（1）:68-73.LIU Dong-sheng，WANG Ping-gen，LIU Chang-xin，et al.Research on intelligent alarm system for remote monitoring[J]．Journal of Jinggangshan University：Natural Science，2012，33（1）:68-73.

[4]趙鋼．基于PSTN的家電控制系統(tǒng) [J].內(nèi)蒙古師范大學學報:自然科學漢文版，2013，42（4）:428-430.ZHAO Gang．Design of household appliances control system based on PSTN[J]．Journal of Mongolia Normal University：Natural Science Edition，2013，42（4）:428-430.

[5]兀偉，馮楠，郗柯慶．基于PSTN的遠程水庫水位監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計[J].電子設(shè)計工程，2010，18（12）:178-180．WU Wei，F(xiàn)ENG Nan，XI Ke-qing．Design of a water-level monitoring system of the remote reservoir based on PSTN[J]．Electronic Design Engineering，2010，18（12）:178-180．

[6]劉文濤.單片機應(yīng)用開發(fā)實例[M].北京:清華大學出版社，2005.