摘 要： 分析和設計了單片機控制的遠程告警系統，給出了軟件流程圖。該系統以微控制器（MCU）為核心，結合其他外圍模塊電路，通過公眾交換電話網絡實現遠程自動語音告警，用戶也可以方便地在線修改預先存儲在系統中的電話號碼。系統利用了現有的電信網絡基礎設施，用戶無需額外的投資，具有成本低廉、告警迅速、及時可靠的特點，可應用于家庭、學校、辦公室等場合的安全防范。
關鍵詞： 單片機；智能控制；遠程監控
隨著信息網絡技術的發展和應用，信息的交互、傳輸變得更加廣泛、可靠和便捷。電話網絡提供的語音通信依然是人們不可或缺的信息交流方式。借助電信網絡實現額外的功能也在不斷地探索中，例如通過電信網絡實現家用電器的遠程自動控制[1-4]等，這拓展了電話網絡的應用范疇。本文介紹的單片機控制遠程告警系統采用模塊化的設計方式，價格低廉，告警可靠及時，可滿足大眾消費要求。一旦發生告警信息，系統便通過公眾交換電話網絡自動撥叫存儲在系統中的電話號碼（固定電話號碼或移動電話號碼）并以語音方式及時通知用戶，同時用戶也可方便地在線修改預先存儲在系統中的電話號碼。
1 系統組成
本文所述的單片機控制遠程告警系統如圖1所示。系統由入侵信息檢測無線發射電路和無線接收信號處理電路兩部分組成。
圖1（a）為入侵信息檢測無線發射電路部分，實現3個功能：一是入侵檢測（傳感器電路），負責對環境安全信息的檢測；二是數字編碼電路，實現識別、區分不同的布控目標地點；三是調制發射電路，實現對編碼信息的調制發射。傳感器一檢測到入侵信息或其他非安全信息，則產生告警信號并觸發數字編碼器工作，數字編碼器的輸出信號經調制器調制后以無線電波形式發射。
本系統采用的傳感器電路為包含有菲涅爾透鏡的模塊電路。
數字編碼器采用普林斯頓技術公司的PT2262[5]，它是一款采用COMS技術、與數字譯碼器PT2272[6]配對使用的遠程控制編碼器。它將數據引腳和地址引腳編碼為適合于射頻調制的串行編碼波形。它具有12位的三態地址引腳，最多能提供312個地址碼。因此可大大減少任何代碼沖突和掃描未授權代碼的概率。其主要特點是采用低功耗的COMS技術、最多12位三態地址引腳、最多6位數據引腳、寬工作電壓范圍、采用DIP（Dual In-line Package）和SO（Small Out-line）封裝方式、鎖存或記憶輸出類型。PT2262被廣泛應用于車輛安全系統、車門控制器、家庭安全自動化系統、玩具風扇的遙控以及工業應用中的遠程控制。
無線發射電路采用調制發射模塊電路，工作電壓范圍較寬，為3 V~12 V，工作頻率為315 MHz，調制方式為幅度鍵控（ASK）。無線傳輸距離隨工作電壓和環境（如空曠地帶、室內環境等）的不同而不同。
圖1（b）為無線接收信號處理電路，主要實現無線信號的接收解調、數字譯碼、語音通知及電話號碼的自動呼叫等功能。它與家庭或辦公室內的電話機并接于電話線上。此部分電路以微控制器（MCU）為核心，結合其他外圍模塊電路，如電話接口電路、無線接收與譯碼電路、雙音多頻（DTMF）信號發送和接收電路、語音提示電路等完成告警信號的接收、處理及電話號碼的自動撥號呼叫功能。
MCU采用的是單片機（AT89C51）。單片機具有小巧靈活，以成本低、易于產品化、可靠性高、適應環境溫度寬、結構靈活、開發設計研制周期短等一系列優點，在工業自動化、智能儀表、導航、民用消費類電子產品等方面得到廣泛應用。以單片機為內核嵌入到電子產品應用系統中，實現產品自動化、智能化，成為典型的嵌入式應用系統。
無線接收電路采用的是超再生式接收（Super Regenerative Detector）模塊電路，工作電壓為5V，輸出電平為TTL電平，工作頻率為315 MHz，調制方式為幅度鍵控（ASK）。
無線接收電路解調后的輸出經過數字譯碼電路進行譯碼，譯碼電路采用的是與發送端相配對使用的數字譯碼器PT2272，PT2272譯碼后輸出給其他電路作進一步的處理。
接口電路提供了滿足電信設備接入標準要求的功能，通過該接口將系統與家用電話機并接于電話線上。該接口電路采用了具有32引腳雙列直插封裝式的集成電路模塊PH8809[7]，其內部結構如圖2所示，提供的主要功能有：振鈴信號檢測，摘機與掛機控制，電話線斷線檢測，提供語音信號或雙音多頻（DTMF）信號輸入、輸出口，內置自動增益控制電路，提供符合電信部門要求的DTMF頻率指標，此外，該集成電路模塊可方便地與其他CPU直接相連。
信令音檢測、識別電路依據不同信令音的特征進行各信令音的識別，以實現系統在不同狀態之間的正確轉換并進行相應的操作。
雙音多頻信號發送電路采用的是HOLTEK半導體有限公司生產的HT9200A[8]，其主要特點是工作電壓為2.5~5.5 V，串行工作模式，待機電流低，總諧波失真低。HT9200A是一款具有與MCU接口的音頻信號產生器，在MCU控制下，從DTMF引腳可產生16種雙音頻信號和8個單音頻信號，提供了串行工作模式，在MCU的控制下，將存于系統中的電話號碼由HT9200A經電話接口電路發送至電話線上。
雙音多頻信號接收電路采用的是HOLTEK半導體有限公司生產的具有優良性能的HT9170[9]。HT9170系列是集成了數字譯碼器和多帶濾波功能的雙音多頻信號接收器。HT9170B和HT9170D都可工作在省電模式和抑制模式，HT9170系列各種型號都是使用數字計數技術來檢測，并將所有16種雙音多頻信號對轉換成4位代碼輸出。高精度的轉換電容濾波器把雙音多頻信號（DTMF）分離為低頻群和高頻群信號。自帶撥號音頻陷波電路，可省略前置濾波器所需的陷波電路。其主要特點是工作電壓為2.5~5.5 V，外接元件較少，無需外接濾波器，具有三態數據輸出。雙音多頻信號接收電路主要用于接收用戶發送的DTMF信號，在MCU控制下，實現用戶在線修改存儲在系統中的電話號碼。
語音提示電路目的是通過公眾交換電話網絡為用戶提供語音告警通知信息及操作提示信息，采用的器件是APLUS集成電路公司生產的APR9600[10]。該器件提供了真正的單片語音錄制，掉電時存儲信息，以及40~60 s的回放能力，其同時支持多信息的隨機存取和順序存取，用戶可選擇采樣速率，這滿足了設計者的不同需求和存取時間需求，集成了輸出放大器、麥克風放大器、AGC電路，大大簡化了系統設計，是端口化語音錄制、玩具、許多其他消費品和工業應用的理想器件。
2 系統工作原理
當傳感器電路檢測到入侵信息時，產生的輸出告警信號觸發數字編碼電路和調制器工作，將相關信息以無線電波形式發送，經無線接收端接收解調及數字譯碼后送給MCU進一步處理。MCU獲取告警信息后，首先模擬人工摘機操作，在聽到撥號音后，將存儲于系統中的電話號碼通過DTMF發送電路進行發送。當用戶摘機后，語音電路APR9600通過電話接口電路經電話線向用戶播放語音通知，使用戶及時獲知告警信息。當用戶掛機后，MCU模擬人工掛機操作，從而完成電話號碼的自動呼叫及語音通知功能。此外，系統還通過DTMF接收電路提供用戶在線修改系統預先存儲的電話號碼的功能。
電話網絡的出現，為信息提供了廣泛、可靠、及時的傳輸、交換途徑。本文介紹的單片機控制遠程告警系統的硬件設計結果如圖6所示，其中圖6（a）為無線接收信號處理硬件電路，圖6（b）為入侵信息檢測發射硬件電路。
該系統的無線接收信號處理硬件電路與家用或辦公用電話機并接于電話線上使用，不論用戶身在何處，只要身邊有電話機或移動電話，現場安防告警信息都能通過電話網絡迅速、及時地告知用戶。實驗結果表明，系統告警及時迅速，且容易在線修改預先存儲于系統中的電話號碼，只需更換不同的傳感器，如煙霧傳感器、氣體傳感器等，便可應用于不同的告警場合。該系統可應用于家庭、辦公室、實驗室等各種安全監控場合。
參考文獻
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