基于GPRS 和数字无线的嵌入式报警系统的设计

　　2. 1 系统硬件设计

　　该系统主要由5 个硬件模块组成： 数字无线收发电路、GPRS 接口电路、DTMF 双音多频编解码电路、电话接口电路、语音电路。

　　2. 1. 1 数字无线收发电路

　　系统采用以nRF24L01 为核心的2. 4 GHz 半双工数字无线传输模块。nRF24L01 有6 根控制信号线，SPI 总线4 个引脚： CSN （ SPI 使能） 、SCK （ SPI 时钟） 、MOSI（ 主出从入） 和MISO （ 主入从出） ; IRQ 为接受到数据后产生的中断信号， 供单片机查询； CE 为片选信号， 置低则开启数据传输模块。MCU 通过SPI 串行总线来配置nRF24L01 的内部寄存器和进行数据收发。

　　在与传感器连接的无线发射电路中， 警情发生时触发节点MCU 控制nRF24L01 数字无线传输模块发射本节点地址和采集到的报警信号； 在无线接收电路中，C8051F020 直接与nRF24L01 进行通信， 接收传感器节点地址和报警信息， 通过识别节点地址判断报警类别。

　　2. 1. 2 GPRS 模块接口电路

　　中央处理器接收到传感器发送的报警信号后， 控制GPRS 通信模块， 通过GSM 网络， 向用户手机终端发送短信进行报警提示。

　　单片机控制电路与GPRS 通信模块通过UART 接口相连。但是， 由于GPRS 模块信号线上为12 V S232电平， 而单片机电平为3. 3 V, 所以必须采用MAX3232进行电平转换。当报警时， 单片机通过串口将控制指令和短信内容发送到GPRS 通信模块； GPRS 通信模块识别出控制指令， 根据短信内容向用户发送短信。

　　2. 1. 3 DTMF 双音多频编解码电路

　　DT MF 双音多频编解码电路主要由MT 8888 构成， 包括DTMF 编码电路、DTMF 解码电路和铃音识别电路。编码电路实现自动拨号， 解码电路实现远程控制指令识别。铃音识别电路能正确进行拨号音、忙音、回铃音的识别。

　　自动拨号时， 单片机将被叫号码发送到发送数据寄存器， 合成DTMF 信号， 经放大后通过电话接口传输到电话网络中的程控交换机， 实现拨号。远程控制时， 远程DT MF 控制信号经过高频和低频滤波器滤波后， 再经过数字编码器编码， 得到相应控制指令的二进制编码， 存放于接收数据寄存器， 同时在MT 8888 的IRQ 端口产生中断信号； 单片机响应中断后， 读出接收数据寄存器的数据， 识别控制指令。铃音识别时， 450 Hz 的正弦铃音信号从DTMF IN 端口输入， 经过一个中心频率为450 Hz、带宽为250 Hz 的滤波器， 如果信号落在滤波器的通带内， 则IRQ 端口输出同频率的方波。

　　2. 1. 4 电话接口电路

　　电话接口电路包括自动摘机电路、振铃检测电路和断线检测电路。

　　自动摘机电路实现模拟自动摘机， 当拨号报警或远程控制时， 系统自动摘机， 接入电话网络。在远程控制时， 振铃检测电路能检测到电话振铃信号， 从而自动摘机。振铃检测电路主要由高速光耦6N138 和电压比较器LM393 构成。根据程控交换机协议， 交流振铃信号为25 Hz, 90 V 的正弦波。振铃信号经过直流隔离电容和限压电阻后， 驱动光电耦合器， 光电耦合器的逻辑输出端产生脉冲， 经过电压比较器整形后， 得到方波脉冲。脉冲信号输入单片机， 单片机可以对脉冲进行计数， 计到一定的脉冲数后， 自动摘机。当系统没有正常连接到电话网络时， 断线检测电路能自动检测到故障并进行提示。

　　2. 1. 5 语音电路

　　系统采用ISD1760 作为语音录放芯片。单片机通过SPI 串行总线与ISD1760 相连， 传输SPI 指令， 配置内部寄存器和实现语音录放。ISD1700 作为SPI 从机，几乎所有的按键操作都可以通过这些SPI 指令来实现。

　　一些SPI 命令： 如PLAY, REC, ERASE, FWD, RESET , GLOBAL_ERA SE 的运行类似于相应的独立按键操作， 另外SET_REC, SET _PLAY, SET _ERASE 命令允许用户指定录音、放音和擦除的起始和结束地址。

　　系统初始化设置时， 应该首先根据各种提示音的长度，用查表的方法分配好相应的存储起止地址。并且通过硬件为用户提供录音接口与控制接口。拨号报警时， 根据报警类型寻址并播放相应的提示音。