远程智能监控系统的设计与实现
2008-07-11
作者：马胜前， 佘乾顺， 吕长青， 李
摘 要： 设计了一种无线、全方位监控的智能安全系统。以单片机AT89C52、无线传输PT2262/PT2272编解码芯片、双音多频" title="双音多频">双音多频(DTMF)芯片MT8888、模拟电话接口PH8809、语音录放芯片ISD1420为核心，通过公用电话网络进行远程控制和报警。
关键词： 无线通讯 自动报警 遥控 AT89C52
有线监控系统中，通常需要进行复杂的布局布线，且不利于远程监控。有学者研究了远程电话报警系统[1]，以及对家居设备的远程控制系统[2]。参考文献[3]对电话报警和控制系统进行了初步的研究，但其远程遥控操作主要针对的是布防及报警方面。随着人们生活水平的提高，现代家庭既需要安全报警，也需要对家用电器设备进行远程遥控。针对这一实际需求，本文设计了一种远程智能监控系统。该系统利用现有的电话网，检测报警信号采用无线传输技术，控制电器设备采用遥控技术。本系统实现的主要功能是：一方面，用户可以根据需要选择安装多达15个检测模块，如火灾、烟雾、门磁、红外、燃气泄漏等等，一旦发现警情立即拨打预先存储的电话号码将发生的有关异常情况通过语音通知用户或者其他部门，保证了报警的快速和有效性。另一方面，用户可以通过拔打电话直接遥控家用电器等相关设备。
1 系统组成与原理
系统结构如图1所示，单片机选用AT89C52，检测电路由传感器和外围电路组成。无线发送接收选用的是PT2262/PT2272编解码芯片[4]。语音电路模块采用ISD1420芯片[5]。DTMF信号收发选用MT8888双音多频芯片[6]，电话接口模块采用的是PH8809芯片[7]。
本系统的工作原理：当发现警情时，传感器将检测到的警情信号通过发送模块" title="发送模块">发送模块PT2262无线发送，接收模块" title="接收模块">接收模块PT2272解码后送入单片机，单片机的报警中断程序开始运行,调用拨号子程序按照预置号码进行拨号，然后对电话线上的信号音进行检测，以判定电话是否占线，待对方摘机后，调用语音模块进行相关语音报警。当没有警情时，该系统并不影响电话机的正常使用。用户需要对家用设备进行遥控时，首先拔通电话，系统将会提示输入控制密码，验证密码正确后，用户可以按照提示，输入被控制电器的编号及状态编码，经过单片机识别处理，将控制信号无线发送出去，然后由无线接收模块解码出对应的控制信号经由控制电路去控制设备的相关状态，从而实现了对设备的远程电话遥控。
2 主要模块的软、硬件设计
2.1 无线检测发送模块
无线检测发送模块主要包括由各类传感器等组成的检测电路和编码无线发送电路。编码无线发送电路如图2所示，其中PT2262的A0～A7为地址码，可以设成置1、置0、悬空三种状态，D0～D3为数据码，可设定为1、0两种状态，处理模块可以根据解码到的数据来判断报警类型或区域。当有报警信号输入时，输入高电平使得倒相器VT2的集电极输出低电平，令PT2262的使能端
有效，从Dout端输出编码信号，再经过315MHz的高频调制和功率放大输出。
2.2 无线接收模块
接收模块采用超再生型接收方式，其电路原理图见参考文献[8]和[9]。其中VT端为解码有效输出端，天线是一根长度为23cm的软导线，PT2272外接的振荡电阻为200kΩ，可以和发射端PT2262外接的1.2MΩ电阻配合，使得中心频率在315MHz。PT2272地址码A0～A7的设置必须和编码芯片PT2262保持一致。PT2272的D0～D3脚，为四位解码数据输出端，与单片机的P0.4～P0.7连接，通过编程可以读出解码到的数据。数据输出端还与一个四输入或非门4002连接，或非门的输出端接单片机中断口INT1。
2.3 语音控制与录放模块
语音控制与语音录放电路如图3所示。当开关S2打到2时，扬声器用于录音监视；当开关S2打到1时，从SP+引出的语音输出信号经过功放LM386驱动后，连接到PH8809电话接口的20脚，传送到电话线上。单片机的P0口通过锁存器74LS373与ISD1420的地址线相连，以控制分段录音和放音。用按键S1或P2.3控制录音，P2.6和P2.2控制放音，此语音模块预先录制存储若干段系统提示音。系统利用语音提示实现与远程用户的交流，AT89C52根据报警或遥控的需要，对存储语音进行寻址，并播放相应的提示音。
2.4 DTMF解码译码模块
DTMF解码译码模块电路如图4所示。图中的
T0分别与单片机上的相应管脚连接，编码的实现是MT8888接收单片机数据线（D0～D3）送入的二进制信号，然后由内部电路合成对应的双音频信号，由TONE脚输出。解码的实现刚好相反，由电话线送进来的双音多频信号经电容隔直后送入到MT8888,它将接收到的DTMF信号变换成对应二进制编码，然后由单片机读取。单片机通过MT8888将RAM区预存的号码拨出的软件流程图如图5所示。
2.5 模拟电话接口模块
PH8809接口电路如图6所示，其中2、4脚连接电话线；10脚接一个0.47μF/250V的电容,通过稳压管连到4脚，用于检测振铃信号；30脚连接到单片机P2.5，用于电话线断线检测；7脚是摘、挂机控制端，单片机可以通过设置P2.4高电平摘机，低电平挂机；16脚信号输出送到MT8888的输入端；17脚用于接收MT8888发出的信号并输出到电话线上；振铃信号直接连接到INT0中断口上；20脚接语音录放电路的输出。
2.6 遥控模块
遥控所使用的无线收发模块的原理与报警的无线收发相同，本系统设计的遥控中的无线收发模块地址必须设置相同，且不能与报警的无线收发模块的地址冲突。单片机通过P1口可以控制多个遥控发送模块。其中每个遥控发送模块对应配置四个无线接收控制模块" title="控制模块">控制模块，无线接收控制模块将其解码信号通过驱动电路来控制固态继电器的状态，进而由固态继电器来控制电器设备的工作状态。
2.7 主程序及中断服务程序设计
主程序主要由两个中断程序组成，主程序流程图如图7所示，P2.5用来检测系统与电话线是否连接好。报警信号产生的中断INT1的程序流程如图8所示。振铃信号产生的中断INT0的程序流程如图9所示，P2.7与一个按键连接，用于系统自检。当INT0管脚电平变低时，程序需检测P2.7口上的电平，当为高电平时，确认中断信号为振铃信号产生。
根据以上原理设计制作了远程监控系统，供电电源为+5V和+12V，通过稳压芯片7805和7812及相应的外围电路来实现。在语音录放模块中将此系统所需要的所有提示语音录制、存储完毕。 在该系统的实验过程中，在检测端安装了四个传感器及相应的无线发送模块，配置了一个接收模块。在遥控过程中，使用了一个发送模块和四个接收控制模块，来控制四台电器设备。经测试，系统工作完全正常，既能实现识别报警类型及区域，还具有远程电话遥控的先进功能。该系统具有配置灵活、成本低、反应迅速、误报率低、使用方便等优点，具有广阔的应用前景。
参考文献
[1] 刘威，袁小平．基于电话线的远程报警器的设计[J]．山东电子，2004,(3)：38-39.
[2] 陈曦．智能家居控制系统的设计与实现" title="设计与实现">设计与实现．国外电子元器件[J]，2003,(11)：5-7.
[3] 王涛，李艳萍．智能小区家庭安全系统的设计与实现[J]．电测与仪表，2005，42(3)：6-9.
[4] 李火明． PT2262/PT2272编解码器及其干扰的处理[J]．电子世界，2002(8)：35-36.
[5] 蒋怀伟，尹志强．ISD1420语音芯片在单片 机系统中的应用[J]．世界电子，2002，(12)：34-36.
[6] 代新鹏，王书茂．MT8888在家庭安全自动报警系统中的应用[J]．微计算机信息，2005，21(5)：113-114.
[7] www.cdbjdz.com/phone/phone8809_1.htm
[8] www.xie-gang.com/100m.htm
[9] www.xie-gang.com/PT22622272.htm