采用单总线与单片机的智能报警系统

得益于住宅电话和移动通信设备的普及， 使公共通信网成为报警系统廉价的传输媒介。鉴于电话语音报警的有效、快捷、价格低廉， 使普及和推广成为可能。

本文介绍的智能家居报警系统充分利用单片机资源，采用单总线传感器， 功能齐全， 易于扩展， 一机多用， 可根据实际需要应用在不同的场合。

系统的基本功能： 有警情时， 启动大功率声光报警器， 自动拨打预先设定的报警电话； 无警情时可接受远程控制命令， 控制家电的启停、进入环境监听或提示对方语音留言。其他功能： 万年历功能、显示时间、年月日、星期， 同时还可显示环境温湿度； 语音定时提醒； 家用电器定时。在LCD 屏幕提示下， 通过键盘可校对、修改LCD 所显示的时间、年月日及星期； 设定语音定时提醒的日期时间； 完成语音芯片的八段录音和放音；修改发生警情时所拨打的电话号码； 设定远程控制时的密码等等。相关信息存放于EEPROM 中。

1  系统硬件电路

1. 1  总体结构

智能报警系统的硬件总体结构如图1 所示， 硬件实现主要模块包括： AT 89C52 主控制器、PH8809电话接口、MT 8888 双音多频编解码器、APR9600 语音电路、键盘输入及LCD1602 显示电路、警情及温湿度传感器、S SR 固态继电器控制电路。

图1  总体结构图

1. 2  键盘输入及LCD 显示

AT89C52 端口P2 对3  4 键盘进行扫描， 根据键值执行约定的命令或存储、修改系统数据。P2 口同时作为固态继电器SSR 的控制端口， 控制家电的开启或关闭。

P3. 0、P3. 1、P3. 2 口分别连接至LCD1602 的RS、R/W 及E 端， P0 口连接LCD1602 的8 条数据线， 完成对LCD1602 的读写操作。

1. 3  电话接口电路

报警器电路通过电话接口芯片PH8809 与用户电话机共用一条电话线。AT89C52 端口P1. 6 和P1. 7接到电话接口芯片PH8809 的SW 端及RING 端， 分别完成模拟摘/ 挂机控制及振铃信号的检出。此外DTMF 收发电路、语音电路均通过PH8809 与外界相连。

1. 4  单总线传感器

只要遵循Dallas 公司单总线（ 1w ire bus） 协议所定义的时序对单总线器件进行操作， 并正确识别每个器件的64 bit 二进制ROM 代码以确定其ID 号， 对于单总线上可挂接的从器件数量几乎不受限制。在此， 端口P2. 7 同时挂接单总线器件DS2450 及DS2438。其中具有四路A/ D 转换的DS2450 完成警情信号的采集检测。DS2438 则配合H IH3610 完成温湿度的测量。DS2438 是Dallas 公司推出的为解决便携式电子产品电池实时监测的单总线芯片。

HIH3610 为新型相对湿度传感器， 该传感器采用热固聚酯电容式传感头， 通过内部功能电路可将电容值转换成线性电压输出。本系统利用了DS2438 片内13 位精度温度传感器和片内的10 bit 二通道电压A/D 转换器将HIH3610 的直流电压信号数字化， 实现了对温湿度的数据采集， 并通过单总线接口P2. 7 传递给单片机。

DS2438 提供给用户使用40 B 的EEPROM, 可用于保存用户数据， 若容量不够时亦可在P2. 7 端口挂接其他EEPROM 单总线芯片。

1. 5  DTMF 收发电路

选用MT8888 型DT MF 收发器。A T89C52 端口P3. 4 与MT8888 的RS0 相连， 用来选择MT8888 内部寄存器； P3. 5 连接MT 8888 的INQ/ CP, 用于对各种电话信号音的检测； P1. 0  P1. 3 接MT 8888 的数据线D0  D3, P3. 6、P3. 7 分别与MT8888 的WR 和RD 相连， 控制对MT8888 的读写操作， 完成DT MF信号的收发。有警情时自动摘机对各种电话信号音进行识别并顺序拨打预存的电话号码。无警情时， 解码远程电话按键信号实现远程家用电器控制和现场环境监听。若无按键信号则提示对方简短留言。

1. 6  语音电路

选用A PR9600 芯片作为录、放音电路， 并设定为并行八段方式。端口P1. 4 输出上升沿到74LS374的CK 端， 锁存P0 口输出的段选信号， 选择8 段其中的一段进行录音或放音。端口P1. 5 输出低电平时为录音， 输出高电平时为放音。LM386 用来放大音频信号。麦克风除用作录音外， 还可作为监听使用， 此时麦克风信号经APR9600 语音电路内部的音频放大器放大后， 通过电话接口电路PH8809 馈送至电话线实现环境监听。

1. 7  固态继电器电路

户主拨通电话并输入事先设定的密码， 经DT MF解码确认后， P2 端口控制SSR（ so lidstate relay, 固态继电器）导通或截止， 完成对家电的远程控制命令。

非报警状态时亦可通过SSR 对家电进行定时控制。

发生警情时， P2 端口的一路信号将启动SSR 控制的大功率讯响器。

2  系统软件

2. 1  主程序流程

图2 为系统软件流程图。主程序随时扫描键盘进行人机交互， 通过键盘命令可修改预存电话号码及远程控制密码、调校日期和时间、修改录制语音内容等。

图2  软件流程图

系统不设防时可设置系统为电话自动应答方式，有来电时代替户主自动摘机并播放一段已存录音， 提示来电方作简短留言， 然后自动挂机， 以便在户主方便时回拨对方电话。不设防时还可对家电进行定时控制。

户主出门时可通过按键K1 将系统置为设防状态， 回家前可通过拨打电话并输入密码解除设防状态。

2. 2  电话设防子程序流程

在有警情发生时， 系统通过SSR 启动大功率蜂鸣器， 同时调用拨号子程序完成自动拨号报警。

若无警情发生， 户主打回电话， 系统若检测到多次振铃无人接听， 将自动提机接通电话， 等待户主通过电话键入操作命令， 经DT MF 解码将命令传送到单片机， 执行远程控制家电、环境监听操作。此外， 户主应在回家前解除设防状态返回到主程序。若摘机后接收不到输入命令， 系统将播放语音提示， 告知来电方作简短留言， 待对方留言后， 系统自动挂机。

2. 3  拨号子程序流程

如图3 所示，进入拨号子程序后，系统获取摘机后的回音信号， 并得到一个计数值， 判断子程序根据程控交换机的标准确定检测出是拨号音、忙音、还是回铃音， 拨号子程序在可以拨号条件下拨打预存的电话号码，若对方为占线或响铃后无人接听，则延迟一段时间， 等候下一轮续拨。放音子程序在电话接通后，将预先录制的报警语音回放出来。

图3  摘机拨号流程图

3  结束语

本智能家居系统功能完善、报警快捷、可靠。运用单总线技术， 线路简单、硬件开销少、软件设计规范、成本低廉、易于扩展， 具有较为广泛的应用前景。

大学生创新实验计划的实施， 有利于科研训练与素质拓展， 使教师更加注重实践教学环节， 加强了研究性学习和个性化培养的教学方式， 形成了创新教育的氛围。