基于gprs和數(shù)字無線技術(shù)的嵌入式電話報警系統(tǒng)設計

基于gprs和數(shù)字無線技術(shù)的嵌入式電話報警系統(tǒng)設計

0系統(tǒng)的基本方案作為智能家居的重要組成部分，警告系統(tǒng)在日常生活中發(fā)揮著越來越重要的作用。當今常用的報警系統(tǒng)都是通過單片機控制固定電話網(wǎng)絡傳輸警情,穩(wěn)定性和可靠性都比較低,而且人機交互困難,操作復雜,這就直接削弱了它在實際生活中的應用價值,所以報警系統(tǒng)急需進行設計方案的改進和優(yōu)化,以推進其發(fā)展。本文設計了一種以增強型單片機為控制核心,結(jié)合傳感技術(shù)、數(shù)字無線技術(shù)、GSM移動通信網(wǎng)絡、固定電話網(wǎng)絡、嵌入式技術(shù)和計算機控制技術(shù)的智能報警系統(tǒng)。相對以往電話報警系統(tǒng),該系統(tǒng)以GPRS短信功能彌補固定電話報警的缺陷,在功能上和性能上都進行了加強和完善,提高了穩(wěn)定性和可靠性,而且改善了人機交互接口,簡化用戶管理系統(tǒng)時的操作。1語音報警和短信提示該系統(tǒng)采用增強型單片機作為系統(tǒng)的處理器提高系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和可靠性,盡量減小系統(tǒng)的誤報和漏報率。系統(tǒng)通過煤氣、煙霧、門磁、紅外、超聲波等多路傳感器的協(xié)同工作,對環(huán)境的安全狀況進行實時監(jiān)測,并結(jié)合固定電話網(wǎng)絡和GSM網(wǎng)絡,實現(xiàn)火災、盜情和各種緊急情況的語音報警和短信提示。該系統(tǒng)還為用戶提供了易于操作的計算機終端界面,降低用戶管理與設置的操作復雜度。此外,系統(tǒng)還設有報警日志,用戶通過系統(tǒng)終端界面輸入口令并驗證成功后可選擇日期查看當天系統(tǒng)報警日志,在一定程度上實現(xiàn)了報警取證。系統(tǒng)主要有6項具體功能:(1)數(shù)字無線技術(shù)與傳感技術(shù)結(jié)合,實時監(jiān)控家庭環(huán)境安全狀況;(2)中央控制器接收到報警信號后,通過固定電話網(wǎng)絡自動撥打預置電話號碼進行語音報警或通過GPRS通信模塊發(fā)送短信提示;(3)具有自動摘機和DTMF解碼功能,用戶可以撥打電話遠程控制系統(tǒng),如:報警預處理、解除系統(tǒng)報警監(jiān)控;(4)通過系統(tǒng)終端界面或系統(tǒng)鍵盤進行設置或修改密碼預置或修改電話號碼(5)記錄和查詢報警日志;(6)斷線檢測功能,自動檢測系統(tǒng)到電話網(wǎng)絡的連接異常。2報警管理電路設計該系統(tǒng)以單片機C8051F020最小系統(tǒng)為核心控制電路,減小單片機的電磁輻射對數(shù)字無線電路造成的干擾,提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。傳感器組和數(shù)字無線收發(fā)模塊組成環(huán)境監(jiān)控電路,監(jiān)測環(huán)境安全狀況。GPRS通信模塊和DTMF雙音多頻編解碼電路組成系統(tǒng)的報警信息傳輸通道。GPRS通信模塊通過GSM網(wǎng)絡,向用戶手機發(fā)送短信,傳遞報警信息。DTMF雙音多頻編解碼電路通過固定電話網(wǎng)絡實現(xiàn)自動撥號和遠程控制。電話接口電路包括斷線檢測電路、振鈴檢測電路、自動摘機電路,實現(xiàn)斷線檢測、振鈴檢測、自動摘機。語音電路則用于報警提示音存儲和放音控制。圖1為系統(tǒng)總體設計框圖。2.1系統(tǒng)硬件設計該系統(tǒng)主要由5個硬件模塊組成:數(shù)字無線收發(fā)電路、GPRS接口電路、DTMF雙音多頻編解碼電路、電話接口電路、語音電路。2.1.1數(shù)據(jù)傳輸裝置系統(tǒng)采用以nRF24L01為核心的2.4GHz半雙工數(shù)字無線傳輸模塊。nRF24L01有6根控制信號線,SPI總線4個引腳:CSN(SPI使能)、SCK(SPI時鐘)、MOSI(主出從入)和MISO(主入從出);IRQ為接受到數(shù)據(jù)后產(chǎn)生的中斷信號,供單片機查詢;CE為片選信號,置低則開啟數(shù)據(jù)傳輸模塊。MCU通過SPI串行總線來配置nRF24L01的內(nèi)部寄存器和進行數(shù)據(jù)收發(fā)。在與傳感器連接的無線發(fā)射電路中,警情發(fā)生時觸發(fā)節(jié)點MCU控制nRF24L01數(shù)字無線傳輸模塊發(fā)射本節(jié)點地址和采集到的報警信號;在無線接收電路中,C8051F020直接與nRF24L01進行通信,接收傳感器節(jié)點地址和報警信息,通過識別節(jié)點地址判斷報警類別。2.1.2登記引領的gprs通信模塊方案2中央處理器接收到傳感器發(fā)送的報警信號后,控制GPRS通信模塊,通過GSM網(wǎng)絡,向用戶手機終端發(fā)送短信進行報警提示。單片機控制電路與GPRS通信模塊通過UART接口相連。但是,由于GPRS模塊信號線上為12VS232電平,而單片機電平為3.3V,所以必須采用MAX3232進行電平轉(zhuǎn)換。當報警時,單片機通過串口將控制指令和短信內(nèi)容發(fā)送到GPRS通信模塊;GPRS通信模塊識別出控制指令,根據(jù)短信內(nèi)容向用戶發(fā)送短信。2.1.3信號傳遞的識別方法DTMF雙音多頻編解碼電路主要由MT8888構(gòu)成,包括DTMF編碼電路、DTMF解碼電路和鈴音識別電路。編碼電路實現(xiàn)自動撥號,解碼電路實現(xiàn)遠程控制指令識別。鈴音識別電路能正確進行撥號音、忙音、回鈴音的識別。自動撥號時,單片機將被叫號碼發(fā)送到發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器,合成DTMF信號,經(jīng)放大后通過電話接口傳輸?shù)诫娫捑W(wǎng)絡中的程控交換機,實現(xiàn)撥號。遠程控制時,遠程DTMF控制信號經(jīng)過高頻和低頻濾波器濾波后,再經(jīng)過數(shù)字編碼器編碼,得到相應控制指令的二進制編碼,存放于接收數(shù)據(jù)寄存器,同時在MT8888的IRQ端口產(chǎn)生中斷信號;單片機響應中斷后,讀出接收數(shù)據(jù)寄存器的數(shù)據(jù),識別控制指令。鈴音識別時,450Hz的正弦鈴音信號從DTMFIN端口輸入,經(jīng)過一個中心頻率為450Hz、帶寬為250Hz的濾波器,如果信號落在濾波器的通帶內(nèi),則IRQ端口輸出同頻率的方波。2.1.4振鈴檢測電路電話接口電路包括自動摘機電路、振鈴檢測電路和斷線檢測電路。自動摘機電路實現(xiàn)模擬自動摘機,當撥號報警或遠程控制時,系統(tǒng)自動摘機,接入電話網(wǎng)絡。在遠程控制時,振鈴檢測電路能檢測到電話振鈴信號,從而自動摘機。振鈴檢測電路主要由高速光耦6N138和電壓比較器LM393構(gòu)成。根據(jù)程控交換機協(xié)議,交流振鈴信號為25Hz,90V的正弦波。振鈴信號經(jīng)過直流隔離電容和限壓電阻后,驅(qū)動光電耦合器,光電耦合器的邏輯輸出端產(chǎn)生脈沖,經(jīng)過電壓比較器整形后,得到方波脈沖。脈沖信號輸入單片機,單片機可以對脈沖進行計數(shù),計到一定的脈沖數(shù)后,自動摘機。當系統(tǒng)沒有正常連接到電話網(wǎng)絡時,斷線檢測電路能自動檢測到故障并進行提示。2.1.5spi指令實現(xiàn)系統(tǒng)采用ISD1760作為語音錄放芯片。單片機通過串行總線與相連傳輸指令配置內(nèi)部寄存器和實現(xiàn)語音錄放。ISD1700作為SPI從機,幾乎所有的按鍵操作都可以通過這些SPI指令來實現(xiàn)。一些SPI命令:如PLAY,REC,ERASE,FWD,RE-SET,GLOBALERASE的運行類似于相應的獨立按鍵操作,另外SETREC,SETPLAY,SETERASE命令允許用戶指定錄音、放音和擦除的起始和結(jié)束地址。系統(tǒng)初始化設置時,應該首先根據(jù)各種提示音的長度,用查表的方法分配好相應的存儲起止地址。并且通過硬件為用戶提供錄音接口與控制接口。撥號報警時,根據(jù)報警類型尋址并播放相應的提示音。2.2軟件設計2.2.1不同中斷方式下保護系統(tǒng)上電后,首先延時100ms,讓單片機和外圍電路有充分的時間復位。在系統(tǒng)初始化過程中,使能C8051F020的外部中斷6,7和串口中斷,并將各個中斷請求標志位復位。外部中斷6處理遠程控制,外部中斷7處理報警,串口中斷處理PC控制命令。循環(huán)掃描各路中斷標志位,如果中斷請求標志位置位,則轉(zhuǎn)入相應的中斷服務程序。如圖2所示。2.2.2鈴音的計數(shù)保護當報警時,調(diào)用摘機函數(shù)模擬摘機,并進行鈴音檢測。鈴音檢測時單片機計數(shù)器T0定時4s,計數(shù)器T1對MT8888IRQ輸出方波進行4s計數(shù)。據(jù)程控交換機協(xié)議,鈴音信號為誤差+25Hz的450Hz連續(xù)正弦波,撥號音是連續(xù)的,忙音為0.35s通、0.35s斷,回鈴音為1s通、4s斷?？稍O定計數(shù)門限,據(jù)計數(shù)值的不同進行鈴音識別。如,撥號音的計數(shù)上下門限為(450+25)×4=1900和(450-25)×4=1700。如圖3所示。2.2.3mt機構(gòu)及其配置當與遠程控制相應的外部中斷6中斷請求標志置位時,系統(tǒng)由主程序轉(zhuǎn)入遠程控制子程序。首先,MT8888設置為DTMF模式,然后解碼遠程輸入的密碼,與本地的密碼進行比較,如果不匹配,則掛機;否則身份驗證通過。通過身份驗證后,MT8888解碼遠程控制指令并傳遞給單片機。單片機根據(jù)控制指令執(zhí)行相應的控制操作,執(zhí)行完成之后,自動掛機。2.3顯示系統(tǒng)的安全系統(tǒng)終端界面如圖4所示。當系統(tǒng)處于待機狀態(tài)時,安全指示燈亮;當處于報警狀態(tài)時,相應的報警狀態(tài)指示燈會閃爍指示報警狀態(tài)。修改密碼時需要輸入原密碼,以防被人非法篡改,從而提高系統(tǒng)安全性;修改號碼時也需要輸入密碼,否則不能修改。查詢系統(tǒng)日志時需要輸入密碼;選擇日期,雙擊日期可以查詢當天的報警日志。報警日志可以以文本文件格式進行存儲,并且可以更改存儲目錄,便于日后查看和調(diào)用。3無線收縮電路該系統(tǒng)采用美國Silabs公司的增強型8位單片機C8051F020為控制核心,減小電磁輻射對系統(tǒng)數(shù)字無線收發(fā)電路的干擾;采用以2.4GHz公共頻率為載波頻率的數(shù)字無線收發(fā)電路,相對于傳統(tǒng)的433MHz和315MHz的無線收發(fā)電路具有抗干擾能力強,發(fā)射距離遠和電路體積小的優(yōu)點;并結(jié)合多節(jié)點傳感組,能實時對家庭