摘 要： 針對(duì)市場(chǎng)上各類家庭報(bào)警系統(tǒng)沒(méi)有為用戶提供人機(jī)交互接口的弊端，在傳統(tǒng)報(bào)警系統(tǒng)的基礎(chǔ)上對(duì)其功能進(jìn)行了有意義的擴(kuò)展，既實(shí)現(xiàn)了對(duì)非法侵入、火災(zāi)、煤氣泄漏等各類家庭緊急情況的及時(shí)報(bào)警，又為用戶提供了人機(jī)交互功能，解決了用戶不能自行修改報(bào)警號(hào)碼的問(wèn)題，使整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加人性化。給出了整個(gè)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖和軟件設(shè)計(jì)流程圖。
關(guān)鍵詞： 人機(jī)交互接口；安全報(bào)警；單片機(jī)；雙音多頻
家庭安全報(bào)警系統(tǒng)是住宅小區(qū)周界報(bào)警系統(tǒng)、重點(diǎn)部位電視監(jiān)視系統(tǒng)、樓宇對(duì)講系統(tǒng)、家庭安全報(bào)警系統(tǒng)和電子巡更系統(tǒng)等五大技術(shù)防范系統(tǒng)中的一個(gè)重要系統(tǒng)。它屬于由小區(qū)區(qū)域防范層、樓宇防范層和家庭防范層組成的多層技術(shù)防范體系的第3層，是保護(hù)住戶人身財(cái)產(chǎn)安全的最后一道重要防線。近年來(lái)，隨著社會(huì)對(duì)家庭安全問(wèn)題的關(guān)心與重視，家庭安全報(bào)警系統(tǒng)已經(jīng)逐漸為人們所接受，它為維護(hù)社會(huì)治安、保障國(guó)家和百姓的生命財(cái)產(chǎn)安全發(fā)揮了重要作用。然而市場(chǎng)上出現(xiàn)的各類家庭安全報(bào)警系統(tǒng)功能雖較齊全，但并不完善，明顯的不足之處就是報(bào)警號(hào)碼都是預(yù)先存入，而且沒(méi)有提供人機(jī)交互功能，用戶如因特殊情況需更換報(bào)警電話號(hào)碼時(shí)往往無(wú)能為力，其設(shè)計(jì)顯然不夠人性化，也給用戶帶來(lái)了諸多不便。基于這一點(diǎn)，本文設(shè)計(jì)了一種功能較完善的家庭安全報(bào)警系統(tǒng)，既實(shí)現(xiàn)了對(duì)非法侵入、火災(zāi)、煤氣泄漏等家庭各類緊急情況的及時(shí)電話報(bào)警，同時(shí)又?jǐn)U展了人機(jī)交互接口模塊，解決了用戶不能自行修改報(bào)警號(hào)碼的問(wèn)題。
1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)硬件部分采用AT89C51單片機(jī)為控制中心，配有警情采集電路、報(bào)警驅(qū)動(dòng)電路、雙音多頻（DTMF）收發(fā)電路、摘機(jī)檢測(cè)電路、語(yǔ)音報(bào)警電路、鍵盤(pán)接口及LED顯示電路。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。
警情采集電路負(fù)責(zé)對(duì)各類警情信號(hào)的采集，當(dāng)采集到警情信號(hào)時(shí)，單片機(jī)立即接通報(bào)警驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警，同時(shí)由雙音多頻收發(fā)電路通過(guò)電話網(wǎng)絡(luò)撥打報(bào)警號(hào)碼向外界報(bào)警，當(dāng)摘、掛機(jī)檢測(cè)電路檢測(cè)到被呼叫方摘機(jī)后，單片機(jī)接通語(yǔ)音報(bào)警電路，通過(guò)事先錄制好的語(yǔ)音信號(hào)告知對(duì)方與警情相關(guān)的信息，對(duì)方掛機(jī)后，模擬掛機(jī)，完成自動(dòng)報(bào)警。鍵盤(pán)接口及LED顯示電路負(fù)責(zé)用戶對(duì)報(bào)警信息的顯示、修改與存儲(chǔ)，它由8×8鍵盤(pán)、8位8段數(shù)碼管及HD7279A控制電路組成，HD7279A通過(guò)定時(shí)查詢鍵盤(pán)和AT89C51進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。系統(tǒng)硬件調(diào)試采用浙江天煌教儀TKSCM-2型單片機(jī)開(kāi)發(fā)綜合實(shí)驗(yàn)裝置和偉福E6000型仿真器。
1.1 警情采集電路
警情采集電路負(fù)責(zé)各類警情信號(hào)的采集，并向AT89C51單片機(jī)發(fā)送信息。主要由以下幾種傳感器組成：
(1)煙霧傳感器。煙霧傳感器MQ-2可用于家庭和工廠的氣體泄漏監(jiān)測(cè)裝置，適宜于液化氣、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氫氣、煙霧等的探測(cè)；
(2)溫度傳感器。溫度傳感器DS18B20體積小，集成了溫度傳感器和信號(hào)調(diào)理電路，使用方便；
(3)防盜檢測(cè)器。人體熱釋電紅外傳感器SGP102能夠響應(yīng)入侵者在所防范區(qū)域內(nèi)移動(dòng)時(shí)所引起的紅外輻射變化，在信號(hào)輸出端輸出一個(gè)脈沖使監(jiān)控報(bào)警器產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，從而完成報(bào)警功能。
1.2 雙音多頻收發(fā)電路
Mitel公司生產(chǎn)的MT8870芯片是一款功能較強(qiáng)的DTMF發(fā)送與接收器件，有較完整的DTMF發(fā)送或接收、接收信號(hào)音和帶通濾波功能，而且與51系列單片機(jī)具有良好的接口性能。圖2為MT8870和AT89C51的接口電路。
輸入的DTMF信號(hào)經(jīng)MT8870解調(diào)后，在STD端產(chǎn)生一個(gè)控制輸出信號(hào),該信號(hào)與單片機(jī)AT89C51的外部中斷輸入端INT1相連。當(dāng)該信號(hào)發(fā)生由1到0的跳變時(shí)引發(fā)中斷，單片機(jī)響應(yīng)中斷后，使MT8870的TOE端產(chǎn)生一個(gè)高電平脈沖信號(hào)，該信號(hào)使MT8870的數(shù)據(jù)輸出端Q0~Q3由原來(lái)的高阻狀態(tài)變?yōu)榕c當(dāng)前輸入的雙音頻信號(hào)相對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制編碼，單片機(jī)通過(guò)P1口將該二進(jìn)制數(shù)讀入并識(shí)別出鍵值保存在RAM中[1]。
1.3 語(yǔ)音報(bào)警電路
語(yǔ)音報(bào)警電路采用語(yǔ)音芯片APR9600。該電路主要由語(yǔ)音電路、譯碼器和電子開(kāi)關(guān)組成[2]，如圖3所示。
APR9600芯片采用模擬存儲(chǔ)技術(shù)，噪音低，不怕斷電，可以反復(fù)錄放。使用時(shí)，用戶通過(guò)簡(jiǎn)單的按鍵操作，可以隨時(shí)錄制和播放任意一段。當(dāng)出現(xiàn)報(bào)警時(shí)，單片機(jī)通過(guò)P2.2~P2.4控制電子開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)按鍵操作，啟動(dòng)相應(yīng)的錄音段，放出相應(yīng)的語(yǔ)音報(bào)警信息，并且可以根據(jù)需要循環(huán)播放，播放次數(shù)由用戶自行設(shè)置。
1.4 鍵盤(pán)接口及LED顯示電路
采用鍵盤(pán)顯示驅(qū)動(dòng)專用器件HD7279A。HD7279A可同時(shí)驅(qū)動(dòng)8個(gè)共陰式數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示，也可同時(shí)連接多達(dá)64鍵的矩陣鍵盤(pán)。與傳統(tǒng)的鍵盤(pán)顯示器件8279相比，HD7279A外圍元件數(shù)目少，單片即可完成LED顯示和鍵盤(pán)接口的全部功能，簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)，而且和AT89C51相連只需4根線（CS、CLK、DATA、KEY），僅僅使用單片機(jī)的P1.4～P1.7口，大大節(jié)省了CPU的端口資源。由于HD7279A內(nèi)部含有消除按鍵抖動(dòng)電路，軟件編程無(wú)需鍵盤(pán)的消抖動(dòng)程序，使軟件編程更簡(jiǎn)單。圖4為HD7279A與AT89C51的接口電路。
P1.4/CS是HD7279A的片選線，P1.5/CLK是單片機(jī)產(chǎn)生的控制同步時(shí)鐘，P1.6/DATA是命令數(shù)據(jù)輸出/輸入線，P1.7/KEY是按鍵有效輸出端。HD7279A器件控制8個(gè)LED數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示，并監(jiān)測(cè)64鍵鍵盤(pán)。CLK時(shí)鐘頻率約100 kHz，由單片機(jī)編程延時(shí)決定。在CLK的同步時(shí)鐘作用下，控制命令、顯示數(shù)據(jù)以及采用查詢方式讀取鍵盤(pán)鍵值代碼數(shù)據(jù)等均由DATA端輸入/輸出[3-5]。
2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)硬件功能均由軟件控制實(shí)現(xiàn)，針對(duì)系統(tǒng)硬件特點(diǎn)，軟件控制分警情采集和鍵盤(pán)查詢與顯示兩大模塊。其中警情采集又分聲光報(bào)警和電話報(bào)警兩部分。主程序負(fù)責(zé)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，使之進(jìn)入工作狀態(tài)，鍵盤(pán)查詢及顯示程序響應(yīng)用戶的信息輸入與顯示，警情采集程序通過(guò)調(diào)用相應(yīng)子程序?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)報(bào)警。圖5和圖6分別為軟件主程序流程圖和鍵盤(pán)查詢與顯示程序流程圖，警情采集程序流程如圖7所示。軟件源程序全部采用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)。軟件調(diào)試采用仿真軟件Wave6000。
本文設(shè)計(jì)的家庭報(bào)警系統(tǒng)是對(duì)傳統(tǒng)系統(tǒng)功能的擴(kuò)展和完善，解決了報(bào)警號(hào)碼難修改的問(wèn)題。經(jīng)測(cè)試，系統(tǒng)對(duì)警情反應(yīng)及時(shí)，用戶修改報(bào)警號(hào)碼操作簡(jiǎn)單。系統(tǒng)成本低，工作可靠，有實(shí)用意義。如和其他安全防范措施彼此協(xié)同，相互補(bǔ)充，即可構(gòu)成一個(gè)立體安全防范體系，在居民區(qū)、公司、銀行、辦公區(qū)、庫(kù)房等場(chǎng)所的安全防范方面有廣闊的應(yīng)用前景。
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