随着科学技术的发展和人们生活水平的提高，安全报警系统得到了广泛应用，与此同时人们对安全防范的要求也越来越高。因此，在充分利用现有科技的基础上，研制一种操作简单、功能强大、能对多类警情进行报警、可靠性高且成本低廉的新型智能化报警控制系统具有十分重要的意义。
　　本文以单片机P89C668为核心，结合双音频(DTMF)信号传输技术、视频信号的同步分离技术及串口通讯技术，设计了这款多功能智能报警控制系统。
1 系统功能及特点
　　该报警控制系统之所以称为多功能的、智能化的，是因为其具有如下功能：(1)拥有16路防区信号输入接口，可接各类报警探头或传感器(如门/窗磁、红外探头、感烟探测器、紧急按钮等)；(2)拥有16路联动输出接口，当发生警情时，可输出控制信号控制门禁系统、警铃、警灯、自动喷淋、电源设备等；(3)利用同步分离技术对视频信号进行分离，使报警系统能对16路视频信号进行丢失检测，查看摄像头、视频传输线路是否出故障(或被破坏)；(4)利用DTMF传输技术及现有电话网络资源，进行自动拨号报警，最多能拨打5个电话号码；(5)可录制/播放报警语音信息，在拨打电话报警时能向用户传送语言信息；(6)通过串口，能与上位机" title="上位机">上位机进行通信，实现联网操作；(7)在与上位机通信过程中若发现上位机死机，能对其进行复位操作；(8)简易的键盘操作使用户能对报警系统进行参数设置与查询。
　　与其他报警系统相比，该多功能智能报警控制系统具有如下特点：
　　(1)功能齐全。本系统不但可以对来自防区的警情进行报警，还可以对视频丢失、上位机死机、主电源断电进行报警。而一般的报警主机仅能对一些来自探头或传感器的防区警情进行报警。
　　(2)智能化程度高。系统能根据设置自动拨号报警、布撤防、控制联动设备动作等。
　　(3)与闭路监视系统实现联动。系统通过检测来自闭路监视系统的视频信号是否发生丢失，判断闭路监视系统的前沿设备(摄像头、传输线路)是否正常工作。
　　(4)可靠性好。系统通过以下方式提高其可靠性：①输入通道采用光电隔离技术，增强抗干扰能力；②采用双电源供电，保证系统在断电情况下能正常工作；③采用含有2K字节的EEPROM芯片AT24C02，能存储用户对报警控制系统的设置信息及记录警情，在掉电的情况下也不丢失；④在发生警情时能自动拨号报警，并用软件设计重拨机制，在预设的5个电话第一遍都未拨通的情况下，继续拨第二遍，确保有关人员能收到报警语音信息。
　　(5)灵活性强。本多功能报警控制系统不但可以作为一个独立的设备单独工作，也可以通过串口通讯与上位机、其他控制器实现联网操作。另外，在设计中，将视频丢失检测电路作为一个独立的部分从报警系统中分离出来，用户可根据需要选择安装。
　　系统的报警过程如下：警情信息通过输入通道进入报警系统；系统首先把警情记录下来，再根据警情的类型启动机箱面板上的指示灯报警，打开蜂鸣器，控制相应的联动设备作出动作，然后将警情信息传给上位机，接着拨打预设报警电话、手机，向有关人员发送语音报警信息。
2 硬件电路设计
　　由于本报警控制系统功能较复杂，所以在保证实现系统功能的前提下，尽可能简化电路是本系统硬件电路设计的关键。本多功能报警控制系统硬件电路框图如图1所示。

2.1微处理器部分
　　微处理器部分是该报警控制系统的核心，其单片机控制技术，是系统智能化、多功能化的关键。由于本系统对实时性要求较高且需要实现的功能较多，因此选用了飞利浦公司的P89C668作为系统的CPU。该单片机特点如下：
　　(1)速度快，每个机器周期为6个时钟周期，并在此条件下速度可高达20MHz(相当于普通单片机40MHz性能)，是普通单片机速度的一倍，能够很好地满足系统对实时性的要求；
　　(2)器件内部含有8KB的RAM及64KB的Flash，并且该Flash存储器既可并行编程，也可以串行在系统编程(ISP)，可以通过ISP对多功能智能报警控制系统内的程序升级；
　　(3)器件有三个16位定时器/计数器，八个中断源，四个优选级，且可嵌套中断结构;
　　(4)具有帧错误检测和自动地址识别的全双工增强型
　　UART，简化了报警控制系统与上位机间的串口通信程序；
　　(5)器件具有I²C串行接口，在本系统设计中，利用此接口，将外挂的EEPROM设备AT24C02与CPU相接，节省硬件资源；
　　(6)该单片机具有功耗模式控制，系统可根据需要进入空闲模式或掉电模式，本系统在主电掉电的情况下，利用该芯片的掉电模式对某些设置进行保存，等待备电的启用，节约了能量；
　　(7)该单片机是80C51家族的衍生品，指令集与80C51相同，便于编程。
　　P89C668上述功能的使用，不但满足了报警系统对实时性的要求，而且大大简化了系统的软、硬件设计。
　　在本系统中，由于需要有16路输入(防区报警信号)、16路输出(联动控制输出)、自动拨号电路及键盘显示等功能，P89C668的I/O口资源不能满足需要，所以利用8255对单片机进行了I/O口扩展，并对输入通道采用了光电耦合技术，避免线路引起的干扰。
2.2 自动拨号及语音电路
　　在发生警情的情况下，自动拨打预设置电话向有关人员发送语音报警信息，是该报警系统的一大功能。系统最多可预设5个电话(包括分机、固定电话、手机等)。
　　系统采用MT8880作为通信器件，这是因为MT8880是专门为双音频信号(DTMF)的收、发而设计的一款芯片。它能自动拨号，向电话线发送双音频信号，能对双音频信号进行接收译码；可以检测各种信号音(拨号音、回铃音、盲音等)，无需外加电路；具有与单片机相连的接口，单片机通过接口可以方便地对MT8880进行读、写和控制。
　　语音电路选用ISD1420集成语音芯片，该芯片可录放时间为20s，可组合分段，分别录入不同的语音。由于本报警系统可对4种警情报警，所以将录放时间分为4段，每段5s，系统根据不同的警情播放不同的报警语音。报警语音可通过麦克事先录入。从ISD1420出来的语音分成两路，其中一路与MT8880的双音频输出端TONE一起通过三极管放大后输入音频变压器，经耦合输出至电话线上；另一路经音频放大器输出至扬声器。
　　本系统通过P89C668单片机的P1.2口控制继电器，实现自动摘/挂机功能。当系统检测到警情时，模拟摘机，来自电话线的拨号音经变压耦合传输至MT8880的IN-脚，若MT8880检测出拨号音不正常，则自动挂机，然后重新摘机，判断拨号音；若检测出拨号音正常，则MT8880设置为发送模式，通过TONE端口向外发送预设置的电话号码，发送完毕后，继续判断IN-脚的输入，查看电话线路上是否有回铃音，若有，且在一定时间内对方摘机，则单片机向ISD1420发送控制信号，让相关报警语音信息输送到电话线上；若发现对方盲音，或在一定时间内对方没有摘机，则挂机，MT8880继续拨打预设的下个电话，直到预设的电话都拨打完毕。如果一个循环下来，预设的电话都未拨通，则系统继续拨第二遍。
2.3 防区输入与联动控制电路
　　本报警控制系统通过I/O口扩展后，拥有16路防区输入口与16路联动控制输出口。根据用户选择，防区输入可接门/窗磁、红外探头、感烟探测器、可燃气体探测器、紧急求助按钮等报警探测设备；联动控制输出可接喷淋、警灯、警铃、门禁系统等。对于输入通道采用光电隔离技术；对于输出通道，扩展口通过驱动电路驱动继电器控制联动设备，如此在报警系统与联动设备之间也做了隔离。这两项措施提高了系统的可靠性。
2.4 视频丢失检测电路
　　该报警系统不但可以对防区警情进行报警，还能对闭路监视系统中的摄像机、视频传输线路的故障、断电或人为破坏进行报警。这部分电路是本系统独具特色的设计。利用该电路，将报警系统与闭路监视系统联动工作，可大大提高安防效果。
　　视频信号是由图像信号和时序信号混合组成的。图像信号由于其复杂性，不容易检测，通过同步分离芯片LM1881将视频信号内有规则的时序信号提取出来。为了让单片机能够对正常的时序信号进行识别，把时序信号通过一个可重触发的单稳" title="单稳">单稳触发芯片74LS123，选择适当的R、C参数，使单稳触发输出的脉冲宽度Tw大于时序信号的周期T。这样，在某路视频信号正常情况下，单稳触发的输出在第一个时序脉冲作用下维持的高电平还未结束，第二个时序脉冲就已到达，触发被重新激起。在连续不断的时序脉冲作用下，触发器的输出始终维持在高电平状态。当某路视频信号被切断时，由于没有时序信号触发单稳触发器，触发器的输出端将保持低电平。将单稳触发器输出端与单片机的P1.3口相连，通过判断P1.3口的状态，可判断出某路视频信号是否正常。
　　考虑到来自闭路监视系统的16路视频信号依然要返回监视器输出，所以首先将16路视频经过视频分配放大电路，每路视频被分成两路，一路输出至监视器，另一路作为待测信号。由于每路待测信号都须进行同步分离、单稳触发后才能被单片机检测到，如果每路都使用LM1881及74LS123将会造成资源的浪费，而且会增加系统的体积。在此使用了一个16选1模拟开关CD4067。16路待测信号接入CD4067的16个输入脚，利用单片机的P2.0~P2.3口与CD4067的地址线相连，将某路视频选通送入同步分离芯片LM1881。经LM1881分离出来的时序信号接着被送入单稳触发器。单片机通过判断与单稳触发器输出端相连的P1.3脚的电平，确定该路视频信号是否发生故障。
　　考虑到视频分配电路的体积较大，且视频的输入、输出接口较多，将此部分单独作为一个整体，设计了一块电路板，通过排线插口与报警主板相连。这样，用户可根据实际选择是否需要视频检测这一部分。整个视频检测部分是本报警控制系统多功能、灵活化的一大体现。
2.5 与上位机的通信及对上位机的复位电路
　　P89C668的串行口经光电隔离后，通过MAX232芯片与上位机(或其他报警系统)的串口相连；当报警系统与上位机距离较远时，可通过MAX485芯片及转换卡与上位机相连。两种不同的选择使报警系统的安装位置更具有灵活性，同时通过串口通信，实现了系统与上位机、系统与系统之间的联网操作，有利于整个系统的功能扩展与智能化。
　　在本报警系统的设计中，特意将单片机的P1.1口通过驱动电路、驱动继电器，实现对上位机的复位操作。在系统与上位机通信过程中，如果发现上位机死机，系统不但能够对此发出报警信号，而且能对上位机进行复位，这样保证了整个系统的正常运行，提高了安全性。
2.6 其他电路
　　该报警系统利用P89C668的I²C串口接EEPROM芯片AT24C02，用于存储警情及用户设置的参数。
　　对于键盘显示部分，利用8279芯片管理4×5的键盘及8位LED数码管。通过键盘操作，可以对报警系统进行参数(如电话号码、布/撤防信息、联动设置、系统时间、密码等)的设置与查询，同时，也可以通过键盘对语音芯片ISD1420进行录/放音操作。
　　为了便于用户查询警情发生的时间，同时也给系统提供一个时间信息，本报警系统使用了日历芯片DS12C887。在未对键盘进行操作的情况下，8位LED用来显示系统时间。
　　同时，为了用户对布撤防设置、防区警情状况及系统工作状态有个直观的了解，在系统的控制面板上设计了指示灯，用户可根据灯的亮、灭判断16个防区是否已布/撤防，根据灯的闪烁判断是否有警情发生。另一方面，报警系统内还设计了报警蜂鸣器，警情发生时，指示灯闪烁的同时，蜂鸣器也将鸣响，起到声光报警作用。
　　此外，报警系统内还设计了后备电源，在主电断电情况下，能使报警信息顺利地通过电话线发送出去。
3 软件设计
　　鉴于本报警系统对实时性要求高，选用效率最高的、直接面向硬件的MCS-51汇编语言编写程序。
　　程序先对P89C668、扩口芯片8255、键盘显示管理芯片8279、双音频收发芯片MT8880等器件进行初始化；然后依次判断键盘、16路防区输入、16路视频信号的状态，若有键盘、防区报警、视频丢失等事件发生，则分别调用相应的子程序处理。对于串口通信、日历更新、主电断电报警等，采用中断方式进行处理。系统主流程如图2所示。

　　该多功能智能报警控制系统充分利用了P89C668单片机的丰富资源，将控制技术与DTMF传输技术、视频同步分离技术、串口通信技术等结合到一起，具有功能强、可靠性高、智能化、操作简单、可联网、体积小、成本低等突出优点。该设计已制成产品，投入生产。实践证明，此多功能智能报警系统较同类产品更具竞争力。