农村自动安防报警系统的设计
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摘要：针对农村安防现场报警过程需要有人值守的缺点，提出了综合传感器探测、双音频远程数据传输（DTMF）及计算机通信等技术的用于农村的自动安防报警系统。该系统主要由信号检测电路、模拟摘机挂机、拨号电路和语音电路构成，具有智能化程度高、实用性强、性能可靠稳定等特点，可以在发生盗情时拨叫号码，并能利用普通电话线进行报警语音信号自动呼叫，从而及时通知不在现场的主人，有效保障广大农民的财产安全。
关键词：安防报警；无人值守；农村；双音频；语音电路
中图分类号：TP277 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2013）17-4228-04
Design of Automatic Security Alarm System in the Countryside
KONG Qing-xia
（Faculty of Electronic and Electrical Engineering， Huaiyin Institute of Technology，Huaian 223003，Jiangsu，China）
Abstract： Aimed at the faults of attended need of security alarm system in the contryside， combining sensor measure， DTMF data remote transmission with computer communication technology， the automatic security alarm system used in countryside was designed. The system consisted of the signal detecting circuit， simulator picking and hangup dialing circuit and voice circuit and featured high intelligence， practicability， stability and function-reliable. It could dial a phone number in stolen emergencies， and made an alarm voice call over normal telephone lines automatically， so it could inform the host in absentia in time， and efficiently protected the farmers’ properties.
Key words： security alarm； unattended； countryside； DTMF； voice circuit
收稿日期：2013-04-16
基金项目：江苏省普通高校研究生科研创新计划项目（CXLX12_0277）； 江苏省高校自然科学基础研究面上项目（12KJD510003）；淮安市科技
支撑计划农业项目（SN1161）
作者简介：孔庆霞（1976-），女，江苏淮安人，实验师，主要从事智能检测与智能控制的研究工作，（电话）13645230365（电子信箱）
。
随着我国经济的不断发展，农村居民拥有的财富越来越多，对安全服务的要求也日益迫切。然而，由于农村地域广大，村民居住分散，治安防范中存在不少薄弱环节，总体呈现出盗窃等侵财犯罪多发的特点，安全防范工作面临着巨大的挑战[1]。目前，农村防盗报警虽然正逐渐引起人们的重视，但是，其一般以人为防范为主，即使有数量极少的个别地区使用安防报警系统[2-4]，也只是简单的机械式设备，其防范系数低，安全性差，适用空间小，已经严重影响了对农村地区侵财犯罪的安全防范。基于以上考虑，本设计完成了一种用于农村的自动安防报警系统，通过这种现代化报警系统来满足农村对安全防范的迫切需求，从而有利于降低农村侵财犯罪案件的发生。
基于农村安防报警过程需要专人值守的缺点，提出通信报警的研究设计思路，通过传感器探测、双音频远程数据传输（DTMF）及计算机通信等技术设计了一个综合性的智能报警系统，该防盗报警系统具有多路探测、现场报警以及电话自动拨号远程语音报警等功能，当系统发现盗情时可以立刻拨叫号码，并利用普通电话线进行报警信号的呼叫，从而及时通知不在现场的事主，有效保障农村居民的财产安全。
1 系统硬件介绍
整个无人值守智能安防报警系统由AT89C52单片机、信号检测电路、复位电路、报警电路、电话号码预设键盘和显示电路、存储电路、振铃检测电路、模拟摘机挂机电路、拨号电路以及语音电路组成（图1）。
在系统工作之前，一方面需要预设置报警号码，当用户按下重设按键时，显示器显示“TEL NUM”，此时用户自行输入5组报警用电话号码，并按下确定键将其存储，另一方面，用户可以在语音合成芯片ISD1420中录入自己喜爱的报警信息，初始化设置之后用户即可随时启动报警系统。当系统工作时，若信号检测电路检测到有人闯入，即发出触发报警信号送CPU，CPU经一定延时来等待主人的复位信号，若没有检测到该信号，即确认为非法入侵，报警器发出鸣叫声，同时CPU检查振铃检测电路是否有电话机振铃信号，如果没有振铃信号，CPU将指示模拟摘机挂机电路摘机，并通过拨号电路从存储器中查找预设的第一个报警号码，发送其DTMF电话号码，从而呼叫预设受话方，此时会有两种情况出现，即受话方占线和受话方振铃，若出现前一种情况，则系统进行模拟挂机，延时后再摘机拨号，在拨号两次后即查找下一号码进行重新拨号，若出现后一种受话方振铃、摘机的情况，则系统送录制于语音合成芯片ISD1420中的语音信号，播放完毕后挂机。
2 主要硬件电路
2.1 信号检测电路
系统选用P2288人体被动式热释电红外传感器为入侵检测用传感器。该传感器采取平衡检差工作方式，可感应7～14 μm波长的活动人体红外线，不受环境温度及可见光影响[5]。该传感器主要由敏感单元、阻抗变换器和滤光窗3大部分组成，其内部结构如图2所示。图2中，P2288的敏感单元由LiTaO3制成，并做成很薄的薄片，每一片薄片相对的两面各引出一根电极，电极两端可形成等效的小电容P1、P2，因为这两个电容做在同一硅晶片上，其等效小电容能自身产生极化，而极化的结果则在电容两端产生极性相反的正、负电荷，因此，利用极性反相串联的两个电容可以保证该传感器具有独特的抗干扰性。
当红外线辐射至P2288红外传感器时，安装在传感器前面的菲涅尔透镜将其聚焦后加至探测元，从而使传感器输出电压信号，相应的信号检测电路由检测滤波放大、电压放大、触发、双向比较等电路组成，具体如图3所示。
图3中，由P2288红外传感器U1、电阻R1～R4、电容C1～C3和三极管Q5组成检测滤波放大电路；由运放U2（CA3140）、电阻R5和R6、电容C4和C5组成电压放大电路；由运放U3（CA3140）和电位器R7组成触发电路；由光电耦合器U4（PC817C）和比较器U4A（LM339）组成双向比较电路。
工作中，当有人在传感器U1有效测量范围内走动时，U1即将人体红外线信号转换为超低频脉冲信号，该信号经Q5和U2两级电压放大后加至U3的正相输入端，并与反相输入端电压比较，若高于比较电压，则6脚输出高电平，使U4受触发工作，其输出信号送U4A，并与门限电平比较，以防误动作，产生的脉冲信号输出，送CPU的P1.6端，作为报警信号。图3中的R7为调整电位器，可用于改变报警动作灵敏度。
2.2 振铃检测电路
由电话交换机来的振铃信号为频率25 Hz、电压峰值90 V的正弦波，该振铃信号以5 s为周期（1 s通，4 s断）。基于上述特点，设计相应检测电路如图4所示。图4中，当信号检测电路检测到有人入侵，则将报警信号送单片机并启动现场报警，同时振铃检测电路工作，此时若有电话打入，25 Hz、90 V电话振铃信号经整流桥整流后，通过光电耦合器TP521输出脉冲信号，并送入AT89C52的P3.2脚，若CPU利用中断方式检测到该振铃信号，即延时挂机，否则系统控制MT8888芯片进行拨号。
2.3 模拟摘机挂机、拨号电路
模拟摘机挂机、拨号电路利用功能较强的双音多频（DTMF）发送和接收器件MT8888实现，具体电路如图5所示。图5中，MT8888的IN+、IN-为DTMF输入端，对应内部一差动放大器[6]。当CPU将预存电话号码由数据线D0～D3送MT8888内部数据缓冲器，经内部线路处理及D/A变换，同时线路选通信号CS有效时，则从MT8888的8脚输出标准DTMF信号。
MT8888输出的DTMF信号不能直接与电话线连接，故设计接口电路（Q1、Q2、Q3、Q4）辅助完成。其中，Q1和Q2起开关作用，Q3和Q4构成的复合管起放大作用。在向电话网发送号码时，单片机令P1.2=1，通过D5和R18使Q1、Q2处于饱和状态，此时，A、B两点电压近似相等，从电话线TIP和RING两端来的电压通过A、B，使Q3和Q4正常偏置处于放大状态。此时，AT89C52的P2.5输出低电平保证MT8888选中，DTMF信号则从MT8888的8脚输出，经过R17、C12送到Q3基极，经Q3、Q4放大，最后从电话线输出，并控制LED点亮，用以显示发送状态；当处于非发送号码状态时，单片机P1.2为0，Q1、Q2、Q3、Q4截止，MT8888的CS=1，因此，其8脚内部电路处于高阻状态，整个电路与电话线隔离，从而保证不影响正常电话的使用。
2.4 语音电路
语音电路用于录制、播放报警用语音信息，可由用户预先自行录制并可随时修改。该电路主要利用ISD1420集成电路完成，具体如图6所示。
图6中模拟语音信号从ISD1420的MIC和MCREF两端口输入，经内部放大后由ANAOUT端输出，再通过外接电容C15送ANAIN端，该信号经内部放大后可被时钟信号采样并存储到内部EEPROM中。ISD1420的AGC端一般接一个RC积分电路，用以保证所存语音具有良好的重放效果[7]，其A0～A7端口具有地址编码和逻辑控制双重功能。
录音时，单片机P0.0～P0.7输出有效数据经并行接口芯片8255的PB0～PB7送语音芯片ISD1420。从而控制ISD1420的录音使能端口REC为低电平，PB6为高电平，A2～A7为存储语音地址编码，此时，模拟语音信号从MIC和MICREF两个端口输入，经内部处理后，即可被采样存储于确定地址编码的EEPROM中。在录音过程中，RECLED引脚可输出低电平脉冲信号，用以驱动发光二极管作为录音状态操作指示。
放音时，由单片机控制PB6=0，从而保证ISD1420语音芯片的放音使能端PLAYL有效，同时REC置高电平，A0、A1固定接地，接下来单片机令PB0～PB7输出ISD1420播放控制码，使得语音芯片从EEPROM指定地址处输出已录入报警信息，该信息经ISD1420的SP+、SP-两端送音频放大电路LM386放大，再由变压器T1耦合至电话回路TIP、RING，最后经交换机交换转接送至指定话机或手机。
整个系统硬件部分除以上主要电路外，还设有矩阵式电话号码预设键盘和采用液晶TC1602EL模块的显示电路，用以方便用户录入号码及显示。
3 软件部分概述
系统软件采用模块化结构设计，由主程序和相关子程序（如延时子程序、语音提示子程序、放音子程序、拨号子程序等）组成。整个流程由主程序初始化开始，先判断重设键是否按下，若按下，则标志位A清0，同时，液晶显示器显示“TEL NUM”，然后，用户可通过预设键盘设置报警号码并存储，当用户输入完5组号码或重设键没按下，则标志位A置1，系统进入正常工作状态，在此状态下系统循环采集入侵检测电路信号，当检测到入侵信号后，系统调延时子程序延时5 s，此时若复位键被按下，则系统关闭；否则，系统调拨号子程序，检测振铃信号，若有振铃则延时10 s后模拟挂机，若没有，摘机送第一个号码拨号。在此期间，如果受话方占线，则进行模拟挂机、延时后再摘机拨号，拨号满两次后再查找下一个号码进行拨号，反之，如果受话方振铃、摘机，则系统调放音子程序，开始传送录制在语音合成芯片ISD1420中的报警语音信号。
4 小结
基于农村地区警务人员的缺乏及侵财犯罪率较高的现状，专门设计用于农村的自动安防报警系统，该系统由信号检测电路、模拟摘机挂机、拨号电路和语音电路构成，可以实现多路探测、现场报警以及电话自动拨号远程语音报警功能。整个系统的设计完全满足农村安防的实际需求，具有智能化程度高、实用性强、性能可靠稳定等特点。通过设计这种切实有效的专门针对农村的安防报警系统，可以为创造稳定的农村治安环境打下坚实的基础。
参考文献：
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