隨著科學技術的發展和人們生活水平的提高，安全報警系統得到了廣泛應用，與此同時人們對安全防范的要求也越來越高。因此，在充分利用現有科技的基礎上，研制一種操作簡單、功能強大、能對多類警情進行報警、可靠性高且成本低廉的新型智能化報警控制系統具有十分重要的意義。
　　本文以單片機P89C668為核心，結合雙音頻(DTMF)信號傳輸技術、視頻信號的同步分離技術及串口通訊技術，設計了這款多功能智能報警控制系統。
1 系統功能及特點
　　該報警控制系統之所以稱為多功能的、智能化的，是因為其具有如下功能：(1)擁有16路防區信號輸入接口，可接各類報警探頭或傳感器(如門/窗磁、紅外探頭、感煙探測器、緊急按鈕等)；(2)擁有16路聯動輸出接口，當發生警情時，可輸出控制信號控制門禁系統、警鈴、警燈、自動噴淋、電源設備等；(3)利用同步分離技術對視頻信號進行分離，使報警系統能對16路視頻信號進行丟失檢測，查看攝像頭、視頻傳輸線路是否出故障(或被破壞)；(4)利用DTMF傳輸技術及現有電話網絡資源，進行自動撥號報警，最多能撥打5個電話號碼；(5)可錄制/播放報警語音信息，在撥打電話報警時能向用戶傳送語言信息；(6)通過串口，能與上位機" title="上位機">上位機進行通信，實現聯網操作；(7)在與上位機通信過程中若發現上位機死機，能對其進行復位操作；(8)簡易的鍵盤操作使用戶能對報警系統進行參數設置與查詢。
　　與其他報警系統相比，該多功能智能報警控制系統具有如下特點：
　　(1)功能齊全。本系統不但可以對來自防區的警情進行報警，還可以對視頻丟失、上位機死機、主電源斷電進行報警。而一般的報警主機僅能對一些來自探頭或傳感器的防區警情進行報警。
　　(2)智能化程度高。系統能根據設置自動撥號報警、布撤防、控制聯動設備動作等。
　　(3)與閉路監視系統實現聯動。系統通過檢測來自閉路監視系統的視頻信號是否發生丟失，判斷閉路監視系統的前沿設備(攝像頭、傳輸線路)是否正常工作。
　　(4)可靠性好。系統通過以下方式提高其可靠性：①輸入通道采用光電隔離技術，增強抗干擾能力；②采用雙電源供電，保證系統在斷電情況下能正常工作；③采用含有2K字節的EEPROM芯片AT24C02，能存儲用戶對報警控制系統的設置信息及記錄警情，在掉電的情況下也不丟失；④在發生警情時能自動撥號報警，并用軟件設計重撥機制，在預設的5個電話第一遍都未撥通的情況下，繼續撥第二遍，確保有關人員能收到報警語音信息。
　　(5)靈活性強。本多功能報警控制系統不但可以作為一個獨立的設備單獨工作，也可以通過串口通訊與上位機、其他控制器實現聯網操作。另外，在設計中，將視頻丟失檢測電路作為一個獨立的部分從報警系統中分離出來，用戶可根據需要選擇安裝。
　　系統的報警過程如下：警情信息通過輸入通道進入報警系統；系統首先把警情記錄下來，再根據警情的類型啟動機箱面板上的指示燈報警，打開蜂鳴器，控制相應的聯動設備作出動作，然后將警情信息傳給上位機，接著撥打預設報警電話、手機，向有關人員發送語音報警信息。
2 硬件電路設計
　　由于本報警控制系統功能較復雜，所以在保證實現系統功能的前提下，盡可能簡化電路是本系統硬件電路設計的關鍵。本多功能報警控制系統硬件電路框圖如圖1所示。

2.1微處理器部分
　　微處理器部分是該報警控制系統的核心，其單片機控制技術，是系統智能化、多功能化的關鍵。由于本系統對實時性要求較高且需要實現的功能較多，因此選用了飛利浦公司的P89C668作為系統的CPU。該單片機特點如下：
　　(1)速度快，每個機器周期為6個時鐘周期，并在此條件下速度可高達20MHz(相當于普通單片機40MHz性能)，是普通單片機速度的一倍，能夠很好地滿足系統對實時性的要求；
　　(2)器件內部含有8KB的RAM及64KB的Flash，并且該Flash存儲器既可并行編程，也可以串行在系統編程(ISP)，可以通過ISP對多功能智能報警控制系統內的程序升級；
　　(3)器件有三個16位定時器/計數器，八個中斷源，四個優選級，且可嵌套中斷結構;
　　(4)具有幀錯誤檢測和自動地址識別的全雙工增強型
　　UART，簡化了報警控制系統與上位機間的串口通信程序；
　　(5)器件具有I²C串行接口，在本系統設計中，利用此接口，將外掛的EEPROM設備AT24C02與CPU相接，節省硬件資源；
　　(6)該單片機具有功耗模式控制，系統可根據需要進入空閑模式或掉電模式，本系統在主電掉電的情況下，利用該芯片的掉電模式對某些設置進行保存，等待備電的啟用，節約了能量；
　　(7)該單片機是80C51家族的衍生品，指令集與80C51相同，便于編程。
　　P89C668上述功能的使用，不但滿足了報警系統對實時性的要求，而且大大簡化了系統的軟、硬件設計。
　　在本系統中，由于需要有16路輸入(防區報警信號)、16路輸出(聯動控制輸出)、自動撥號電路及鍵盤顯示等功能，P89C668的I/O口資源不能滿足需要，所以利用8255對單片機進行了I/O口擴展，并對輸入通道采用了光電耦合技術，避免線路引起的干擾。
2.2 自動撥號及語音電路
　　在發生警情的情況下，自動撥打預設置電話向有關人員發送語音報警信息，是該報警系統的一大功能。系統最多可預設5個電話(包括分機、固定電話、手機等)。
　　系統采用MT8880作為通信器件，這是因為MT8880是專門為雙音頻信號(DTMF)的收、發而設計的一款芯片。它能自動撥號，向電話線發送雙音頻信號，能對雙音頻信號進行接收譯碼；可以檢測各種信號音(撥號音、回鈴音、盲音等)，無需外加電路；具有與單片機相連的接口，單片機通過接口可以方便地對MT8880進行讀、寫和控制。
　　語音電路選用ISD1420集成語音芯片，該芯片可錄放時間為20s，可組合分段，分別錄入不同的語音。由于本報警系統可對4種警情報警，所以將錄放時間分為4段，每段5s，系統根據不同的警情播放不同的報警語音。報警語音可通過麥克事先錄入。從ISD1420出來的語音分成兩路，其中一路與MT8880的雙音頻輸出端TONE一起通過三極管放大后輸入音頻變壓器，經耦合輸出至電話線上；另一路經音頻放大器輸出至揚聲器。
　　本系統通過P89C668單片機的P1.2口控制繼電器，實現自動摘/掛機功能。當系統檢測到警情時，模擬摘機，來自電話線的撥號音經變壓耦合傳輸至MT8880的IN-腳，若MT8880檢測出撥號音不正常，則自動掛機，然后重新摘機，判斷撥號音；若檢測出撥號音正常，則MT8880設置為發送模式，通過TONE端口向外發送預設置的電話號碼，發送完畢后，繼續判斷IN-腳的輸入，查看電話線路上是否有回鈴音，若有，且在一定時間內對方摘機，則單片機向ISD1420發送控制信號，讓相關報警語音信息輸送到電話線上；若發現對方盲音，或在一定時間內對方沒有摘機，則掛機，MT8880繼續撥打預設的下個電話，直到預設的電話都撥打完畢。如果一個循環下來，預設的電話都未撥通，則系統繼續撥第二遍。
2.3 防區輸入與聯動控制電路
　　本報警控制系統通過I/O口擴展后，擁有16路防區輸入口與16路聯動控制輸出口。根據用戶選擇，防區輸入可接門/窗磁、紅外探頭、感煙探測器、可燃氣體探測器、緊急求助按鈕等報警探測設備；聯動控制輸出可接噴淋、警燈、警鈴、門禁系統等。對于輸入通道采用光電隔離技術；對于輸出通道，擴展口通過驅動電路驅動繼電器控制聯動設備，如此在報警系統與聯動設備之間也做了隔離。這兩項措施提高了系統的可靠性。
2.4 視頻丟失檢測電路
　　該報警系統不但可以對防區警情進行報警，還能對閉路監視系統中的攝像機、視頻傳輸線路的故障、斷電或人為破壞進行報警。這部分電路是本系統獨具特色的設計。利用該電路，將報警系統與閉路監視系統聯動工作，可大大提高安防效果。
　　視頻信號是由圖像信號和時序信號混合組成的。圖像信號由于其復雜性，不容易檢測，通過同步分離芯片LM1881將視頻信號內有規則的時序信號提取出來。為了讓單片機能夠對正常的時序信號進行識別，把時序信號通過一個可重觸發的單穩" title="單穩">單穩觸發芯片74LS123，選擇適當的R、C參數，使單穩觸發輸出的脈沖寬度Tw大于時序信號的周期T。這樣，在某路視頻信號正常情況下，單穩觸發的輸出在第一個時序脈沖作用下維持的高電平還未結束，第二個時序脈沖就已到達，觸發被重新激起。在連續不斷的時序脈沖作用下，觸發器的輸出始終維持在高電平狀態。當某路視頻信號被切斷時，由于沒有時序信號觸發單穩觸發器，觸發器的輸出端將保持低電平。將單穩觸發器輸出端與單片機的P1.3口相連，通過判斷P1.3口的狀態，可判斷出某路視頻信號是否正常。
　　考慮到來自閉路監視系統的16路視頻信號依然要返回監視器輸出，所以首先將16路視頻經過視頻分配放大電路，每路視頻被分成兩路，一路輸出至監視器，另一路作為待測信號。由于每路待測信號都須進行同步分離、單穩觸發后才能被單片機檢測到，如果每路都使用LM1881及74LS123將會造成資源的浪費，而且會增加系統的體積。在此使用了一個16選1模擬開關CD4067。16路待測信號接入CD4067的16個輸入腳，利用單片機的P2.0~P2.3口與CD4067的地址線相連，將某路視頻選通送入同步分離芯片LM1881。經LM1881分離出來的時序信號接著被送入單穩觸發器。單片機通過判斷與單穩觸發器輸出端相連的P1.3腳的電平，確定該路視頻信號是否發生故障。
　　考慮到視頻分配電路的體積較大，且視頻的輸入、輸出接口較多，將此部分單獨作為一個整體，設計了一塊電路板，通過排線插口與報警主板相連。這樣，用戶可根據實際選擇是否需要視頻檢測這一部分。整個視頻檢測部分是本報警控制系統多功能、靈活化的一大體現。
2.5 與上位機的通信及對上位機的復位電路
　　P89C668的串行口經光電隔離后，通過MAX232芯片與上位機(或其他報警系統)的串口相連；當報警系統與上位機距離較遠時，可通過MAX485芯片及轉換卡與上位機相連。兩種不同的選擇使報警系統的安裝位置更具有靈活性，同時通過串口通信，實現了系統與上位機、系統與系統之間的聯網操作，有利于整個系統的功能擴展與智能化。
　　在本報警系統的設計中，特意將單片機的P1.1口通過驅動電路、驅動繼電器，實現對上位機的復位操作。在系統與上位機通信過程中，如果發現上位機死機，系統不但能夠對此發出報警信號，而且能對上位機進行復位，這樣保證了整個系統的正常運行，提高了安全性。
2.6 其他電路
　　該報警系統利用P89C668的I²C串口接EEPROM芯片AT24C02，用于存儲警情及用戶設置的參數。
　　對于鍵盤顯示部分，利用8279芯片管理4×5的鍵盤及8位LED數碼管。通過鍵盤操作，可以對報警系統進行參數(如電話號碼、布/撤防信息、聯動設置、系統時間、密碼等)的設置與查詢，同時，也可以通過鍵盤對語音芯片ISD1420進行錄/放音操作。
　　為了便于用戶查詢警情發生的時間，同時也給系統提供一個時間信息，本報警系統使用了日歷芯片DS12C887。在未對鍵盤進行操作的情況下，8位LED用來顯示系統時間。
　　同時，為了用戶對布撤防設置、防區警情狀況及系統工作狀態有個直觀的了解，在系統的控制面板上設計了指示燈，用戶可根據燈的亮、滅判斷16個防區是否已布/撤防，根據燈的閃爍判斷是否有警情發生。另一方面，報警系統內還設計了報警蜂鳴器，警情發生時，指示燈閃爍的同時，蜂鳴器也將鳴響，起到聲光報警作用。
　　此外，報警系統內還設計了后備電源，在主電斷電情況下，能使報警信息順利地通過電話線發送出去。
3 軟件設計
　　鑒于本報警系統對實時性要求高，選用效率最高的、直接面向硬件的MCS-51匯編語言編寫程序。
　　程序先對P89C668、擴口芯片8255、鍵盤顯示管理芯片8279、雙音頻收發芯片MT8880等器件進行初始化；然后依次判斷鍵盤、16路防區輸入、16路視頻信號的狀態，若有鍵盤、防區報警、視頻丟失等事件發生，則分別調用相應的子程序處理。對于串口通信、日歷更新、主電斷電報警等，采用中斷方式進行處理。系統主流程如圖2所示。

　　該多功能智能報警控制系統充分利用了P89C668單片機的豐富資源，將控制技術與DTMF傳輸技術、視頻同步分離技術、串口通信技術等結合到一起，具有功能強、可靠性高、智能化、操作簡單、可聯網、體積小、成本低等突出優點。該設計已制成產品，投入生產。實踐證明，此多功能智能報警系統較同類產品更具競爭力。