无线智能报警器的设计

摘    要：本文介绍一种基于AT89S52、CM8880PI、MC34118的无线智能报警器。
关键词：被动红外 ；双音多频 ；无线数据传输

本文介绍一种无线智能报警器，它能识别各种警情(盗窃、火灾、求救、煤气泄露等)，并及时将警情通过公共电话交换网传输到手机、固定电话或联网报警中心，以便用户或警察能及时采取有效措施。
无线智能报警系统由遥控器、报警探测器和家庭报警控制器组成，它们之间采用无线连接。报警探测器包括无线门磁、无线被动红外探测器、无线煤气泄露探测器、无线火灾烟雾探测器和无线主动红外对射等。

系统的硬件构成
系统硬件包括报警探测器的硬件和家庭报警控制器的硬件。本文仅介绍家庭报警控制器的硬件构成及特点。家庭报警控制器由电源及备用电源、无线接收、语音存储、被动红外探测、电话号码及报警信息和设置存储、拨号与接收部分和音频输出部分组成。
微处理器单元
微处理器采用AT89S52，其内置256字节的RAM、8K字节的Flash、32个I/O口、3个16位定时/计数器、8个中断源，一个全双工串行口、看门狗定时器、双数据指针、片内振荡器和时钟电路。AT89S52的主要功能是：接收无线信号并进行相应处理；对被动红外信号进行识别处理；控制ZY1420B进行录音和放音；控制CM8880PI和MC34118接收和发送DTMF码；读写AT24C04；检测振铃信号进行远程设防或撤防；检测电话线通断；输出模拟警笛信号驱动警笛等。同时采用HT7044B对系统工作电压进行监控，当电压低于4.4V时，将输出高电平对微处理器复位；使用看门狗定时器进行抗干扰，防死机处理。
电源及后备电源单元
电源及后备电源单元由低压差三端稳压器HT7551-1和电池充电电路构成。该电路采用100mA自恢复保险电阻对整个电路进行短路保护；采用瞬变二极管和压敏电阻对电源电路进行防雷电保护；对6V 1.3AH的免维护电池进行充电，使家庭报警控制器在断电时自动切换到电池供电，并能在断电或输入电源被破坏时工作36小时以上。其中HT7551-1是低压差、低功耗5V三端稳压器，最大输入电压达24V，典型输出电流为150mA，当输出电流为1mA时，典型的输入输出电压差为100mV。这些特性使其既能工作于最高达24V的外接电源(本系统外接电源为DC20V)，又能采用6V电池供电。
电话号码、设置和报警信息存储单元
电话号码、设置和报警信息存储单元采用AT24C04。AT24C04是E2PROM，内置512字节和I2C通信端口，外部有8个引脚，可靠性高，数据保持时间长(≥100年)。
无线接收单元
无线接收单元构成如图1所示。本单元采用通用无线接收板M1，它使用超再生电路或超外差电路，电路成本低，电流最小可达100mA。通用无线接收板输出端OUT定义为OUTA，另外本报警器对通用无线接收板进行了改动，从中引出一输出端，定义为OUTB。信号OUTA经CD4093整形输送到微处理器的ENCODE端，微处理器对由ENCODE输入的信号进行识别。当由OUTB输出的信号达到一定幅度时，输出低电平给微处理器引脚1，微处理器响应中断，开始对由ENCODE输入的信号进行识别。其原理是：信号OUTB经电压跟随器(U16C)隔离后给C107充电，给LM324的12脚和3脚提供参考电压。同时，信号OUTB经电压跟随器隔离，进一步放大后由LM324的7脚输出。当P0.3为高电平时，LM324的13脚也为高电平，14脚为低电平，1脚为高电平；当P0.3由高电平变为低电平时，C106经R105、D101放电，此时D101导通，OUTB信号传递到LM324的13脚，经C106积分，最后与U16A的3脚比较，有信号时输出一低电平脉冲，无信号时输出高电平。
语音存储单元
语音存储单元的构成如图2所示。本家庭报警控制器采用ZY1420B 20秒四段高保真语音录放模块。ZY1420B内部使用ISD1420作为主控芯片，对ISD1420的标准外围电路作了优化并全部集成于模块内部。本家庭报警控制器对该模块进一步优化，采用MC34118的内部增益可调麦克风放大器，并消除背景声，如图2所示，语音信号进入MC34118的MICIN端，MICOUT输出后进入ZY1420B的ANAIN端。本单元的主要功能是：录音，用户按遥控器的设置键，然后通过电话机输入指令818##或828##，AT89S52使状态指示灯亮，提示用户开始录音，同时将地址码输送到ZY1420B的B0、B1端，使ZY1420B的/REC端为低电平并开始录音，录音时间到则置/REC高电平，同时灭状态指示灯；放音，输入指令《888##》或播放语音信息，AT89S52就将地址码输送到ZY1420B的B0、B1端，并使ZY1420B的/PLAYL端为低电平，开始放音，放音时间到则置/PLAYL高电平。
DTMF拨号及接收单元
双音多频(DTMF)拨号及接收单元的构成如图2所示。本报警器的双音多频单元采用CM8880PI，该单元功能是：拨电话号码和输出报警信息，AT89S52先对CM8880PI初始化，然后将一位数字及控制信号送到CM8880PI的D3~D0、/CS、RS0、R/W端，当CM8880PI完成发送后，/IRQ端发送中断信号给AT89S52，通知AT89S52发送下一数字，而调制的DTMF信号经MC34118放大及校准后，经隔离变压器输送到公共电话交换网。接收反馈的控制信息和接收用户设置信息(通过电话机)，DTMF信号经耦合变压器后进入MC34118进行滤波，再由CM8880PI接收并进行译码，译码完成后，/IRQ端发送中断信号给AT89S52，通知AT89S52读数据。
公用电话网接口单元
采用磁珠、保险电阻、压敏电阻、瞬变二极管等元件对公用电话网接口进行防雷保护。本单元具有电话线断线检测、振铃检测、线路切换、电话通或占线检测等功能。电话线断线检测： Q502(9012)的基极置低电平，继电器RJ2闭合，由D505~D508组成的整流桥给光耦U13供电，U13的5脚输出低电平，当电话线断线时，U13的5脚输出高电平；振铃检测：振铃信号经C505整流后给光耦U12供电，U12的5脚输出锯齿波，然后经U19 CD4093整形成矩形波，最后经AT89S52识别。线路切换：本无线智能报警器优先使用电话线，当需报警时，如电话线正在使用，则自动切断电话，然后进行拨号报警。电话通或占线检测：电话通或占线信号经隔离变压器后，进入MC34118滤波，然后进入CM8880PI放大，再经LM358与CM8880PI的参考电压进行比较，产生矩形波，而后经CD4093整形送AT89S52识别(电话通450Hz，1s通，4s断；电话忙450Hz，0.35s通，0.35s断)。
被动红外探测单元
被动红外探测单元的构成如图3所示。当被探测目标侵入防范区域，并在防范区域内移动时，将引起防范区域的红外辐射(势辐射)发生变化，被动红外入侵探测器能响应这个变化，并进入报警状态。红外辐射的变化由背景(房屋、家具等)温度与入侵者温度的差值而产生。温度不同，辐射波长不同，关系式为：
Tlm=b
式中，T为热力学温度，lm为单色辐射波长的峰值，b是常量，其值为2.897X10-3mk。按此计算：背景为20T时，lm=10mm，人体36T时，lm=9.4mm。被动红外探测器正是通过检测辐射波长的差值(折合成能量的差值)来确定是否进入报警状态，而且在通常温度下，这种差值越大，被动红外探测器越灵敏。本报警器将被动红外探测器集成为一体，由报警器供电，免去更换电池的麻烦。另外，集成为一体也可充分利用微处理器对探测到的红外信号(信号周期，幅度，极性)进行智能处理，消除各种热源、小宠物、光源干扰及射频辐射的干扰。本被动红外探测单元采用自动温度补偿技术，能自动调节信号增益的大小，平衡因温度变化引起的灵敏度变化。此外，脉冲计数技术能调节红外探测的灵敏度，消除误报和漏报。

软件编程
因篇幅限制，本文仅介绍主程序的流程。报警器上电后首先初始化，它将读AT24C04中的数据，设置报警器的工作状态、遥控器的地址码、处理因故未处理完的警情以及被动红外探头的预热等工作。然后循环检测是否有振铃信号或警情发生，如有则调用相应的处理模块。如有中断发生则调用相应的中断处理模块(包括被动红外处理模块和无线信号处理模块)。

结语
本文所介绍的无线智能报警器已投入使用，该报警器工作稳定可靠,无线防区多(达256个)，误报少，抗无线同频干扰能力强(解决附加无线被动红外在同频干扰下失去作用的问题)，操作方便,安装简单。■

参考文献
1 Data sheet of CM8880  Micro Devices. Inc. 1999
2 Data sheet of MC34118 Motorola, Inc. 1999
3 Data sheet of AT89S52 Atmel Corporation 1999