隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生活水平的提高,，個人安全和財產(chǎn)安全越來越被人們重視,。為了不受到傷害和損失，就需要有安全的報警系統(tǒng)?，F(xiàn)在的報警系統(tǒng)多數(shù)是以單片機(jī)作為主控制器,連線復(fù)雜,可靠性和穩(wěn)定性不高[1-2],。針對以上不足，本文利用EDA技術(shù)對報警系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計,，系統(tǒng)以CPLD芯片作為控制核心,，采用VHDL語言硬件描述來實現(xiàn)遠(yuǎn)程的智能報警，結(jié)構(gòu)和接口簡單,，工作可靠性高,。

1 系統(tǒng)原理和組成
    系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。系統(tǒng)由兩部分組成：外圍電路和CPLD控制電路,。外圍電路包括檢測電路,、語音電路,、DTMF撥號電路、摘機(jī)/掛機(jī)電路,、時鐘頻率電路,、電源電路。CPLD控制電路包括電話信號音檢測模塊,、雙音多頻信號DTMF收發(fā)時序模塊和摘機(jī)/掛機(jī)控制模塊,。外圍電路和CPLD控制電路相協(xié)同來實現(xiàn)系統(tǒng)的報警。

    系統(tǒng)工作原理：當(dāng)有人非法進(jìn)入室內(nèi)時,，檢測電路中的傳感器便采集到入侵信號,，入侵信號會啟動摘機(jī)/掛機(jī)控制模塊控制摘掛機(jī)電路實現(xiàn)電話摘機(jī)。摘機(jī)后,，電話信號音檢測模塊識別電話系統(tǒng)的狀態(tài)是否處于可撥號狀態(tài),。如果是,則DTMF收發(fā)時序模塊控制DTMF撥號電路以雙音頻DTMF方式撥預(yù)定的電話號，語音電路播放所要報警的報警信息,；否則,，通過摘機(jī)/掛機(jī)控制模塊控制掛機(jī)電路實現(xiàn)電話掛機(jī)，延時后再撥,。
    系統(tǒng)中檢測,、DTMF撥號、摘機(jī)/掛機(jī)等功能使用硬件電路來實現(xiàn),，電話語音識別,、DTMF收發(fā)時序、摘機(jī)/掛機(jī)控制等功能使用軟件編程來實現(xiàn),。
2 系統(tǒng)外圍電路
2.1 檢測電路
    本系統(tǒng)采用熱釋電紅外傳感器P228進(jìn)行探測[3],，檢測電路如圖2所示。當(dāng)有人進(jìn)入時,，P288檢測到的信號經(jīng)C11高頻濾波直接輸入到放大器IC1進(jìn)行低噪聲,、高穩(wěn)定放大。當(dāng)IC1輸出電壓高于IC2的基準(zhǔn)電壓時, IC2也輸出高電平,驅(qū)動光電隔離器4N25導(dǎo)通,，輸出入侵信號EN,，作為報警系統(tǒng)的啟動信號提供給主控電路。

2.2 語音電路
    語音電路用于錄制和播放所要報警的語音信號或其他報警信息,，相應(yīng)信息可由用戶預(yù)先設(shè)定并可隨時修改,。本系統(tǒng)中的語音電路選用語音錄放芯片APR9600。錄音時外部音頻信號經(jīng)芯片APR9600內(nèi)部具有自動增益調(diào)節(jié)的話筒放大器放大,，由內(nèi)部濾波器和采樣電路處理后存入專用快閃存儲器Flash RAM中,。放音時芯片內(nèi)部邏輯電路從Flash RAM 中取出信號，經(jīng)過一個低通濾波器送到功率放大器,，然后經(jīng)音頻功率放大器放大后輸送到電話線路上,，電路如圖3所示,。

2.3 DTMF撥號電路和摘機(jī)/掛機(jī)電路
    DTMF撥號電路是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，它的運行狀態(tài)決定了系統(tǒng)的可靠性,。本系統(tǒng)采用專用雙音頻解碼集成芯片MT8880,，MT8880是專門用于處理DTMF信號的專用集成電路，具有接收和發(fā)送該信號的雙重功能,，其電路如圖4所示,。MT8880以1、2腳IN+,、IN-作為DTMF的輸入端,，對應(yīng)內(nèi)部一個差分放大器，可以雙端輸入,，又可單端輸入,，本電路采用單端輸入。8腳是DTMF信號的輸出端,，主控電路將預(yù)先存儲的電話號碼通過數(shù)據(jù)線D0～D3送入MT8880內(nèi)部的數(shù)據(jù)緩沖器,，此時RS和R_W都是低電平,數(shù)據(jù)寫入TDR,再通過內(nèi)部線路處理，利用D/A變換,，在電路選通CS=0時,，從8腳輸出標(biāo)準(zhǔn)的DTMF信號。MT8880輸出的DTMF信號不能直接與電話線連接,，因為36 V左右的電話線空載電壓極易燒毀MT8880,，故在它們之間通過一個放大器與電話線路相接，此放大器可以用運放也可以用分立電路,圖4為分立電路,。
    摘機(jī)/掛機(jī)電路主要由Q1,、Q2、D1,、R12構(gòu)成,，利用Q1和Q2的截止和飽和起到開關(guān)作用，從而實現(xiàn)摘機(jī)和掛機(jī),。
    DTMF撥號電路和摘機(jī)/掛機(jī)電路的工作過程：當(dāng)需要向電話網(wǎng)發(fā)送預(yù)先存儲的電話號碼時,，PICK=1,，通過D1和R12使Q1和Q2處于飽和狀態(tài),。從電話線TIP和RING兩端來的電壓使Q3和Q4得到正常偏置處于放大狀態(tài)，此時R_W=0,。使MT8880的CS=0,，芯片被選中，DTMF信號從MT8880的8腳輸出,，經(jīng)過R14,、C18送到Q3的基極,，經(jīng)Q3、Q4的放大后從電話線路輸出,，此時發(fā)光管LED點亮顯示發(fā)送狀態(tài),，平時非發(fā)送狀態(tài)時，PICK=0,，Q1,、Q2、Q3,、Q4處于截至狀態(tài),，CS=1，MT8880不能被選中,，它的8腳內(nèi)部電路處于高阻抗?fàn)顟B(tài),，電路與電話線隔離，不影響正常電話機(jī)的使用,。接口電路由電話線電壓供電,，平時36 V左右，工作時為9 V,。
2.4 時鐘頻率電路
    時鐘頻率電路由555定時器和外接元件R3,、RP1、C6構(gòu)成多諧振蕩器,，腳2與腳6直接相連,，如圖5所示。電路沒有穩(wěn)態(tài),，僅存在兩個暫穩(wěn)態(tài),，且不需要外接觸發(fā)信號，利用電源通過R3,、RP1向C6充電,，以及C6通過RP1向放電端放電，使電路產(chǎn)生振蕩,，從而在輸出端為主控電路提供1.1 kHz 的時鐘頻率,。

3 CPLD的系統(tǒng)設(shè)計和邏輯仿真
　 系統(tǒng)控制核心CPLD的三個控制模塊都是采用VHDL語言編程來實現(xiàn)的[4-5]，其中電話信號音檢測模塊DJF1用來檢測公用電話網(wǎng)絡(luò)傳遞的語音信號,，摘機(jī)/掛機(jī)控制模塊DJF2用來控制摘機(jī)/掛機(jī)電路,，實現(xiàn)電話的接通和關(guān)斷，DTMF收發(fā)時序模塊DJF3控制DTMF撥號電路自動撥打預(yù)先設(shè)定好的電話號碼,。系統(tǒng)的主程序流程圖如圖7所示,。

    系統(tǒng)的工作過程：當(dāng)紅外傳感器檢測到人體入侵信號EN后，摘機(jī)/掛機(jī)控制模塊啟動并產(chǎn)生摘機(jī)信號PICK,，使摘機(jī)/掛機(jī)電路進(jìn)行摘機(jī),。摘機(jī)后,，DTMF收發(fā)時序模塊將MT8880設(shè)置為呼叫處理模式。然后電話信號音檢測模塊通過對IRQ的計數(shù)判別電話音是否為撥號音,。如果不是撥號音,，則電話掛機(jī)，然后再摘機(jī)重?fù)?。如果是撥號音,，則MT8880設(shè)置為DTMF發(fā)送模式，同時MT8880撥打預(yù)置電話和發(fā)送語音報警信號,。發(fā)出報警信息后延時,，電話信號音檢測模塊檢測電話音是否為回鈴音。如果是,，則延時掛機(jī),；如果不是，則掛機(jī)重?fù)堋?br/> 　 CPLD芯片采用的是Altera公司的EPM240芯片,，該芯片具有片內(nèi)存儲器,，系統(tǒng)掉電和復(fù)位后不用重新向芯片下載程序就能正常工作。系統(tǒng)設(shè)計完成后,，對三個功能模塊進(jìn)行邏輯編譯,、邏輯綜合及優(yōu)化、邏輯布局布線,、邏輯仿真,，然后將生成的配置文件下載到CPLD芯片。將功能模塊進(jìn)行時序仿真驗證,，仿真波形如圖8所示,，可以看到功能模塊達(dá)到所期望的邏輯功能。

    本文采用CPLD控制核心實現(xiàn)了智能報警系統(tǒng),。由于利用EDA技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計,，外圍器件少、體積小,、功耗低,、可靠性高。通過修改VHDL源程序就可以增加一些新的功能,，提高了設(shè)計的靈活性,，具有較好的應(yīng)用前景。
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