摘 要： 分析和設(shè)計(jì)了單片機(jī)控制的遠(yuǎn)程告警系統(tǒng),，給出了軟件流程圖。該系統(tǒng)以微控制器（MCU）為核心,，結(jié)合其他外圍模塊電路,，通過公眾交換電話網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動語音告警，用戶也可以方便地在線修改預(yù)先存儲在系統(tǒng)中的電話號碼,。系統(tǒng)利用了現(xiàn)有的電信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施,，用戶無需額外的投資，具有成本低廉,、告警迅速,、及時(shí)可靠的特點(diǎn)，可應(yīng)用于家庭,、學(xué)校,、辦公室等場合的安全防范,。
關(guān)鍵詞： 單片機(jī)；智能控制,；遠(yuǎn)程監(jiān)控
隨著信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用,，信息的交互、傳輸變得更加廣泛,、可靠和便捷,。電話網(wǎng)絡(luò)提供的語音通信依然是人們不可或缺的信息交流方式。借助電信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)額外的功能也在不斷地探索中,，例如通過電信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)家用電器的遠(yuǎn)程自動控制[1-4]等,，這拓展了電話網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用范疇。本文介紹的單片機(jī)控制遠(yuǎn)程告警系統(tǒng)采用模塊化的設(shè)計(jì)方式,，價(jià)格低廉,，告警可靠及時(shí)，可滿足大眾消費(fèi)要求,。一旦發(fā)生告警信息,，系統(tǒng)便通過公眾交換電話網(wǎng)絡(luò)自動撥叫存儲在系統(tǒng)中的電話號碼（固定電話號碼或移動電話號碼）并以語音方式及時(shí)通知用戶，同時(shí)用戶也可方便地在線修改預(yù)先存儲在系統(tǒng)中的電話號碼,。
1 系統(tǒng)組成
本文所述的單片機(jī)控制遠(yuǎn)程告警系統(tǒng)如圖1所示,。系統(tǒng)由入侵信息檢測無線發(fā)射電路和無線接收信號處理電路兩部分組成。
圖1（a）為入侵信息檢測無線發(fā)射電路部分,，實(shí)現(xiàn)3個(gè)功能：一是入侵檢測（傳感器電路）,，負(fù)責(zé)對環(huán)境安全信息的檢測；二是數(shù)字編碼電路,，實(shí)現(xiàn)識別,、區(qū)分不同的布控目標(biāo)地點(diǎn)；三是調(diào)制發(fā)射電路,，實(shí)現(xiàn)對編碼信息的調(diào)制發(fā)射,。傳感器一檢測到入侵信息或其他非安全信息，則產(chǎn)生告警信號并觸發(fā)數(shù)字編碼器工作,，數(shù)字編碼器的輸出信號經(jīng)調(diào)制器調(diào)制后以無線電波形式發(fā)射,。
本系統(tǒng)采用的傳感器電路為包含有菲涅爾透鏡的模塊電路。
數(shù)字編碼器采用普林斯頓技術(shù)公司的PT2262[5],，它是一款采用COMS技術(shù),、與數(shù)字譯碼器PT2272[6]配對使用的遠(yuǎn)程控制編碼器。它將數(shù)據(jù)引腳和地址引腳編碼為適合于射頻調(diào)制的串行編碼波形,。它具有12位的三態(tài)地址引腳,，最多能提供312個(gè)地址碼。因此可大大減少任何代碼沖突和掃描未授權(quán)代碼的概率,。其主要特點(diǎn)是采用低功耗的COMS技術(shù),、最多12位三態(tài)地址引腳,、最多6位數(shù)據(jù)引腳、寬工作電壓范圍,、采用DIP（Dual In-line Package）和SO（Small Out-line）封裝方式,、鎖存或記憶輸出類型。PT2262被廣泛應(yīng)用于車輛安全系統(tǒng),、車門控制器、家庭安全自動化系統(tǒng),、玩具風(fēng)扇的遙控以及工業(yè)應(yīng)用中的遠(yuǎn)程控制,。
無線發(fā)射電路采用調(diào)制發(fā)射模塊電路，工作電壓范圍較寬,，為3 V~12 V,，工作頻率為315 MHz，調(diào)制方式為幅度鍵控（ASK）,。無線傳輸距離隨工作電壓和環(huán)境（如空曠地帶,、室內(nèi)環(huán)境等）的不同而不同。
圖1（b）為無線接收信號處理電路,，主要實(shí)現(xiàn)無線信號的接收解調(diào),、數(shù)字譯碼、語音通知及電話號碼的自動呼叫等功能,。它與家庭或辦公室內(nèi)的電話機(jī)并接于電話線上,。此部分電路以微控制器（MCU）為核心，結(jié)合其他外圍模塊電路,，如電話接口電路,、無線接收與譯碼電路、雙音多頻（DTMF）信號發(fā)送和接收電路,、語音提示電路等完成告警信號的接收,、處理及電話號碼的自動撥號呼叫功能。
MCU采用的是單片機(jī)（AT89C51）,。單片機(jī)具有小巧靈活,，以成本低、易于產(chǎn)品化,、可靠性高,、適應(yīng)環(huán)境溫度寬、結(jié)構(gòu)靈活,、開發(fā)設(shè)計(jì)研制周期短等一系列優(yōu)點(diǎn),，在工業(yè)自動化、智能儀表,、導(dǎo)航,、民用消費(fèi)類電子產(chǎn)品等方面得到廣泛應(yīng)用,。以單片機(jī)為內(nèi)核嵌入到電子產(chǎn)品應(yīng)用系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品自動化,、智能化,，成為典型的嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)。
無線接收電路采用的是超再生式接收（Super Regenerative Detector）模塊電路,，工作電壓為5V,，輸出電平為TTL電平，工作頻率為315 MHz,，調(diào)制方式為幅度鍵控（ASK）,。
無線接收電路解調(diào)后的輸出經(jīng)過數(shù)字譯碼電路進(jìn)行譯碼，譯碼電路采用的是與發(fā)送端相配對使用的數(shù)字譯碼器PT2272,，PT2272譯碼后輸出給其他電路作進(jìn)一步的處理,。
接口電路提供了滿足電信設(shè)備接入標(biāo)準(zhǔn)要求的功能，通過該接口將系統(tǒng)與家用電話機(jī)并接于電話線上,。該接口電路采用了具有32引腳雙列直插封裝式的集成電路模塊PH8809[7],，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示，提供的主要功能有：振鈴信號檢測,，摘機(jī)與掛機(jī)控制,，電話線斷線檢測，提供語音信號或雙音多頻（DTMF）信號輸入,、輸出口,，內(nèi)置自動增益控制電路，提供符合電信部門要求的DTMF頻率指標(biāo),，此外,，該集成電路模塊可方便地與其他CPU直接相連。
信令音檢測,、識別電路依據(jù)不同信令音的特征進(jìn)行各信令音的識別,，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)在不同狀態(tài)之間的正確轉(zhuǎn)換并進(jìn)行相應(yīng)的操作。
雙音多頻信號發(fā)送電路采用的是HOLTEK半導(dǎo)體有限公司生產(chǎn)的HT9200A[8],，其主要特點(diǎn)是工作電壓為2.5~5.5 V,，串行工作模式，待機(jī)電流低,，總諧波失真低,。HT9200A是一款具有與MCU接口的音頻信號產(chǎn)生器，在MCU控制下,，從DTMF引腳可產(chǎn)生16種雙音頻信號和8個(gè)單音頻信號,，提供了串行工作模式，在MCU的控制下，將存于系統(tǒng)中的電話號碼由HT9200A經(jīng)電話接口電路發(fā)送至電話線上,。
雙音多頻信號接收電路采用的是HOLTEK半導(dǎo)體有限公司生產(chǎn)的具有優(yōu)良性能的HT9170[9],。HT9170系列是集成了數(shù)字譯碼器和多帶濾波功能的雙音多頻信號接收器。HT9170B和HT9170D都可工作在省電模式和抑制模式,，HT9170系列各種型號都是使用數(shù)字計(jì)數(shù)技術(shù)來檢測,，并將所有16種雙音多頻信號對轉(zhuǎn)換成4位代碼輸出。高精度的轉(zhuǎn)換電容濾波器把雙音多頻信號（DTMF）分離為低頻群和高頻群信號,。自帶撥號音頻陷波電路,，可省略前置濾波器所需的陷波電路。其主要特點(diǎn)是工作電壓為2.5~5.5 V,，外接元件較少,，無需外接濾波器，具有三態(tài)數(shù)據(jù)輸出,。雙音多頻信號接收電路主要用于接收用戶發(fā)送的DTMF信號，在MCU控制下,，實(shí)現(xiàn)用戶在線修改存儲在系統(tǒng)中的電話號碼,。
語音提示電路目的是通過公眾交換電話網(wǎng)絡(luò)為用戶提供語音告警通知信息及操作提示信息，采用的器件是APLUS集成電路公司生產(chǎn)的APR9600[10],。該器件提供了真正的單片語音錄制,，掉電時(shí)存儲信息，以及40~60 s的回放能力,，其同時(shí)支持多信息的隨機(jī)存取和順序存取,，用戶可選擇采樣速率，這滿足了設(shè)計(jì)者的不同需求和存取時(shí)間需求,，集成了輸出放大器,、麥克風(fēng)放大器、AGC電路,，大大簡化了系統(tǒng)設(shè)計(jì),，是端口化語音錄制、玩具,、許多其他消費(fèi)品和工業(yè)應(yīng)用的理想器件,。
2 系統(tǒng)工作原理
當(dāng)傳感器電路檢測到入侵信息時(shí)，產(chǎn)生的輸出告警信號觸發(fā)數(shù)字編碼電路和調(diào)制器工作,，將相關(guān)信息以無線電波形式發(fā)送,，經(jīng)無線接收端接收解調(diào)及數(shù)字譯碼后送給MCU進(jìn)一步處理。MCU獲取告警信息后,，首先模擬人工摘機(jī)操作,，在聽到撥號音后，將存儲于系統(tǒng)中的電話號碼通過DTMF發(fā)送電路進(jìn)行發(fā)送。當(dāng)用戶摘機(jī)后,，語音電路APR9600通過電話接口電路經(jīng)電話線向用戶播放語音通知,，使用戶及時(shí)獲知告警信息。當(dāng)用戶掛機(jī)后,，MCU模擬人工掛機(jī)操作,，從而完成電話號碼的自動呼叫及語音通知功能。此外,，系統(tǒng)還通過DTMF接收電路提供用戶在線修改系統(tǒng)預(yù)先存儲的電話號碼的功能,。
電話網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)，為信息提供了廣泛,、可靠,、及時(shí)的傳輸、交換途徑,。本文介紹的單片機(jī)控制遠(yuǎn)程告警系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)結(jié)果如圖6所示,，其中圖6（a）為無線接收信號處理硬件電路，圖6（b）為入侵信息檢測發(fā)射硬件電路,。
該系統(tǒng)的無線接收信號處理硬件電路與家用或辦公用電話機(jī)并接于電話線上使用,，不論用戶身在何處，只要身邊有電話機(jī)或移動電話,，現(xiàn)場安防告警信息都能通過電話網(wǎng)絡(luò)迅速,、及時(shí)地告知用戶。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,，系統(tǒng)告警及時(shí)迅速,，且容易在線修改預(yù)先存儲于系統(tǒng)中的電話號碼，只需更換不同的傳感器,，如煙霧傳感器,、氣體傳感器等，便可應(yīng)用于不同的告警場合,。該系統(tǒng)可應(yīng)用于家庭,、辦公室、實(shí)驗(yàn)室等各種安全監(jiān)控場合,。
參考文獻(xiàn)
[1] WONG E M C. A phone-based remote controller for home and office automation[J]. IEEE Transactions on Consumer Electr-onics,， 1994， 40（1）：28-34.
[2] 李文江,，呂冬.基于CPLD的智能撥號報(bào)警系統(tǒng)[J].電子技術(shù)應(yīng)用,，2012，38（5）：94-97.
[3] SCHNEIDER S,， SWANSON J,， WOO Pengyung. Remote telephone control system[J]. IEEE Transactions on Consumer Electronics， 1997， 43（2）：103-111.
[4] ARDAM C. A remote controller for home and office appliances by telephone[J]. IEEE Transactions on Consumer Electronics,， 1998,，44（4）：1291-1297.
[5] Princeton Technology Corp. Remote Control Encoder PT2262[Z]. 2011.
[6] Princeton Technology Corp. Remote Control Decoder PT2272[Z]. 2011.
[7] 成都寶佳電子有限公司.PH8809電話模塊資料[Z].2010.
[8] Holtek Semiconductor Inc. HT9200A/HT9200B DTMF Gen-erators. 2009.
[9] Holtek Semiconductor Inc. HT9170 DTMF Receiver [Z]. 2009.
[10] Aplus Integrated Circuits Inc. APR9600 single-chip voice recording & playback device 60-second Duration[Z]. 2002.