隨著科學技術的發(fā)展和人們生活水平的提高，安全報警系統(tǒng)得到了廣泛應用,，與此同時人們對安全防范的要求也越來越高,。因此，在充分利用現(xiàn)有科技的基礎上,，研制一種操作簡單,、功能強大、能對多類警情進行報警,、可靠性高且成本低廉的新型智能化報警控制系統(tǒng)具有十分重要的意義,。
　　本文以單片機P89C668為核心，結合雙音頻(DTMF)信號傳輸技術,、視頻信號的同步分離技術及串口通訊技術,，設計了這款多功能智能報警控制系統(tǒng)。
1 系統(tǒng)功能及特點
　　該報警控制系統(tǒng)之所以稱為多功能的,、智能化的,，是因為其具有如下功能：(1)擁有16路防區(qū)信號輸入接口，可接各類報警探頭或傳感器(如門/窗磁,、紅外探頭,、感煙探測器、緊急按鈕等),；(2)擁有16路聯(lián)動輸出接口,，當發(fā)生警情時,，可輸出控制信號控制門禁系統(tǒng),、警鈴、警燈,、自動噴淋,、電源設備等,；(3)利用同步分離技術對視頻信號進行分離，使報警系統(tǒng)能對16路視頻信號進行丟失檢測,，查看攝像頭,、視頻傳輸線路是否出故障(或被破壞)；(4)利用DTMF傳輸技術及現(xiàn)有電話網(wǎng)絡資源,，進行自動撥號報警,，最多能撥打5個電話號碼；(5)可錄制/播放報警語音信息,，在撥打電話報警時能向用戶傳送語言信息,；(6)通過串口，能與上位機" title="上位機">上位機進行通信,，實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)操作,；(7)在與上位機通信過程中若發(fā)現(xiàn)上位機死機，能對其進行復位操作,；(8)簡易的鍵盤操作使用戶能對報警系統(tǒng)進行參數(shù)設置與查詢,。
　　與其他報警系統(tǒng)相比，該多功能智能報警控制系統(tǒng)具有如下特點：
　　(1)功能齊全,。本系統(tǒng)不但可以對來自防區(qū)的警情進行報警,，還可以對視頻丟失、上位機死機,、主電源斷電進行報警,。而一般的報警主機僅能對一些來自探頭或傳感器的防區(qū)警情進行報警。
　　(2)智能化程度高,。系統(tǒng)能根據(jù)設置自動撥號報警,、布撤防、控制聯(lián)動設備動作等,。
　　(3)與閉路監(jiān)視系統(tǒng)實現(xiàn)聯(lián)動,。系統(tǒng)通過檢測來自閉路監(jiān)視系統(tǒng)的視頻信號是否發(fā)生丟失，判斷閉路監(jiān)視系統(tǒng)的前沿設備(攝像頭,、傳輸線路)是否正常工作,。
　　(4)可靠性好。系統(tǒng)通過以下方式提高其可靠性：①輸入通道采用光電隔離技術,，增強抗干擾能力,；②采用雙電源供電，保證系統(tǒng)在斷電情況下能正常工作,；③采用含有2K字節(jié)的EEPROM芯片AT24C02,，能存儲用戶對報警控制系統(tǒng)的設置信息及記錄警情，在掉電的情況下也不丟失；④在發(fā)生警情時能自動撥號報警,，并用軟件設計重撥機制,，在預設的5個電話第一遍都未撥通的情況下，繼續(xù)撥第二遍,，確保有關人員能收到報警語音信息,。
　　(5)靈活性強。本多功能報警控制系統(tǒng)不但可以作為一個獨立的設備單獨工作,，也可以通過串口通訊與上位機,、其他控制器實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)操作。另外,，在設計中,，將視頻丟失檢測電路作為一個獨立的部分從報警系統(tǒng)中分離出來，用戶可根據(jù)需要選擇安裝,。
　　系統(tǒng)的報警過程如下：警情信息通過輸入通道進入報警系統(tǒng),；系統(tǒng)首先把警情記錄下來，再根據(jù)警情的類型啟動機箱面板上的指示燈報警,，打開蜂鳴器,，控制相應的聯(lián)動設備作出動作，然后將警情信息傳給上位機,，接著撥打預設報警電話,、手機，向有關人員發(fā)送語音報警信息,。
2 硬件電路設計
　　由于本報警控制系統(tǒng)功能較復雜,，所以在保證實現(xiàn)系統(tǒng)功能的前提下，盡可能簡化電路是本系統(tǒng)硬件電路設計的關鍵,。本多功能報警控制系統(tǒng)硬件電路框圖如圖1所示,。

2.1微處理器部分
　　微處理器部分是該報警控制系統(tǒng)的核心，其單片機控制技術,，是系統(tǒng)智能化,、多功能化的關鍵。由于本系統(tǒng)對實時性要求較高且需要實現(xiàn)的功能較多,，因此選用了飛利浦公司的P89C668作為系統(tǒng)的CPU,。該單片機特點如下：
　　(1)速度快，每個機器周期為6個時鐘周期,，并在此條件下速度可高達20MHz(相當于普通單片機40MHz性能),，是普通單片機速度的一倍，能夠很好地滿足系統(tǒng)對實時性的要求,；
　　(2)器件內(nèi)部含有8KB的RAM及64KB的Flash,，并且該Flash存儲器既可并行編程,，也可以串行在系統(tǒng)編程(ISP)，可以通過ISP對多功能智能報警控制系統(tǒng)內(nèi)的程序升級,；
　　(3)器件有三個16位定時器/計數(shù)器，八個中斷源,，四個優(yōu)選級,，且可嵌套中斷結構;
　　(4)具有幀錯誤檢測和自動地址識別的全雙工增強型
　　UART，簡化了報警控制系統(tǒng)與上位機間的串口通信程序,；
　　(5)器件具有I²C串行接口,，在本系統(tǒng)設計中，利用此接口,，將外掛的EEPROM設備AT24C02與CPU相接,，節(jié)省硬件資源；
　　(6)該單片機具有功耗模式控制,，系統(tǒng)可根據(jù)需要進入空閑模式或掉電模式,，本系統(tǒng)在主電掉電的情況下，利用該芯片的掉電模式對某些設置進行保存,，等待備電的啟用,，節(jié)約了能量；
　　(7)該單片機是80C51家族的衍生品,，指令集與80C51相同,，便于編程。
　　P89C668上述功能的使用,，不但滿足了報警系統(tǒng)對實時性的要求,，而且大大簡化了系統(tǒng)的軟、硬件設計,。
　　在本系統(tǒng)中,，由于需要有16路輸入(防區(qū)報警信號)、16路輸出(聯(lián)動控制輸出),、自動撥號電路及鍵盤顯示等功能,，P89C668的I/O口資源不能滿足需要，所以利用8255對單片機進行了I/O口擴展,，并對輸入通道采用了光電耦合技術,，避免線路引起的干擾。
2.2 自動撥號及語音電路
　　在發(fā)生警情的情況下,，自動撥打預設置電話向有關人員發(fā)送語音報警信息,，是該報警系統(tǒng)的一大功能。系統(tǒng)最多可預設5個電話(包括分機,、固定電話,、手機等),。
　　系統(tǒng)采用MT8880作為通信器件，這是因為MT8880是專門為雙音頻信號(DTMF)的收,、發(fā)而設計的一款芯片,。它能自動撥號，向電話線發(fā)送雙音頻信號,，能對雙音頻信號進行接收譯碼,；可以檢測各種信號音(撥號音、回鈴音,、盲音等),，無需外加電路；具有與單片機相連的接口,，單片機通過接口可以方便地對MT8880進行讀,、寫和控制。
　　語音電路選用ISD1420集成語音芯片,，該芯片可錄放時間為20s,，可組合分段，分別錄入不同的語音,。由于本報警系統(tǒng)可對4種警情報警,，所以將錄放時間分為4段，每段5s,，系統(tǒng)根據(jù)不同的警情播放不同的報警語音,。報警語音可通過麥克事先錄入。從ISD1420出來的語音分成兩路,，其中一路與MT8880的雙音頻輸出端TONE一起通過三極管放大后輸入音頻變壓器,，經(jīng)耦合輸出至電話線上；另一路經(jīng)音頻放大器輸出至揚聲器,。
　　本系統(tǒng)通過P89C668單片機的P1.2口控制繼電器,，實現(xiàn)自動摘/掛機功能。當系統(tǒng)檢測到警情時,，模擬摘機,，來自電話線的撥號音經(jīng)變壓耦合傳輸至MT8880的IN-腳，若MT8880檢測出撥號音不正常,，則自動掛機,，然后重新摘機，判斷撥號音,；若檢測出撥號音正常,，則MT8880設置為發(fā)送模式，通過TONE端口向外發(fā)送預設置的電話號碼,，發(fā)送完畢后,，繼續(xù)判斷IN-腳的輸入,，查看電話線路上是否有回鈴音，若有,，且在一定時間內(nèi)對方摘機,，則單片機向ISD1420發(fā)送控制信號，讓相關報警語音信息輸送到電話線上,；若發(fā)現(xiàn)對方盲音,，或在一定時間內(nèi)對方?jīng)]有摘機，則掛機,，MT8880繼續(xù)撥打預設的下個電話,，直到預設的電話都撥打完畢,。如果一個循環(huán)下來,，預設的電話都未撥通，則系統(tǒng)繼續(xù)撥第二遍,。
2.3 防區(qū)輸入與聯(lián)動控制電路
　　本報警控制系統(tǒng)通過I/O口擴展后,，擁有16路防區(qū)輸入口與16路聯(lián)動控制輸出口。根據(jù)用戶選擇,，防區(qū)輸入可接門/窗磁,、紅外探頭、感煙探測器,、可燃氣體探測器,、緊急求助按鈕等報警探測設備；聯(lián)動控制輸出可接噴淋,、警燈,、警鈴、門禁系統(tǒng)等,。對于輸入通道采用光電隔離技術,；對于輸出通道，擴展口通過驅動電路驅動繼電器控制聯(lián)動設備,，如此在報警系統(tǒng)與聯(lián)動設備之間也做了隔離,。這兩項措施提高了系統(tǒng)的可靠性。
2.4 視頻丟失檢測電路
　　該報警系統(tǒng)不但可以對防區(qū)警情進行報警,，還能對閉路監(jiān)視系統(tǒng)中的攝像機,、視頻傳輸線路的故障、斷電或人為破壞進行報警,。這部分電路是本系統(tǒng)獨具特色的設計,。利用該電路，將報警系統(tǒng)與閉路監(jiān)視系統(tǒng)聯(lián)動工作,，可大大提高安防效果,。
　　視頻信號是由圖像信號和時序信號混合組成的,。圖像信號由于其復雜性，不容易檢測,，通過同步分離芯片LM1881將視頻信號內(nèi)有規(guī)則的時序信號提取出來,。為了讓單片機能夠對正常的時序信號進行識別，把時序信號通過一個可重觸發(fā)的單穩(wěn)" title="單穩(wěn)">單穩(wěn)觸發(fā)芯片74LS123,，選擇適當?shù)腞,、C參數(shù)，使單穩(wěn)觸發(fā)輸出的脈沖寬度Tw大于時序信號的周期T,。這樣,，在某路視頻信號正常情況下，單穩(wěn)觸發(fā)的輸出在第一個時序脈沖作用下維持的高電平還未結束,，第二個時序脈沖就已到達,，觸發(fā)被重新激起。在連續(xù)不斷的時序脈沖作用下,，觸發(fā)器的輸出始終維持在高電平狀態(tài),。當某路視頻信號被切斷時，由于沒有時序信號觸發(fā)單穩(wěn)觸發(fā)器,，觸發(fā)器的輸出端將保持低電平,。將單穩(wěn)觸發(fā)器輸出端與單片機的P1.3口相連，通過判斷P1.3口的狀態(tài),，可判斷出某路視頻信號是否正常,。
　　考慮到來自閉路監(jiān)視系統(tǒng)的16路視頻信號依然要返回監(jiān)視器輸出，所以首先將16路視頻經(jīng)過視頻分配放大電路,，每路視頻被分成兩路,，一路輸出至監(jiān)視器，另一路作為待測信號,。由于每路待測信號都須進行同步分離,、單穩(wěn)觸發(fā)后才能被單片機檢測到，如果每路都使用LM1881及74LS123將會造成資源的浪費,，而且會增加系統(tǒng)的體積,。在此使用了一個16選1模擬開關CD4067。16路待測信號接入CD4067的16個輸入腳,，利用單片機的P2.0~P2.3口與CD4067的地址線相連,，將某路視頻選通送入同步分離芯片LM1881。經(jīng)LM1881分離出來的時序信號接著被送入單穩(wěn)觸發(fā)器,。單片機通過判斷與單穩(wěn)觸發(fā)器輸出端相連的P1.3腳的電平,，確定該路視頻信號是否發(fā)生故障。
　　考慮到視頻分配電路的體積較大,，且視頻的輸入,、輸出接口較多,，將此部分單獨作為一個整體，設計了一塊電路板,，通過排線插口與報警主板相連,。這樣，用戶可根據(jù)實際選擇是否需要視頻檢測這一部分,。整個視頻檢測部分是本報警控制系統(tǒng)多功能,、靈活化的一大體現(xiàn)。
2.5 與上位機的通信及對上位機的復位電路
　　P89C668的串行口經(jīng)光電隔離后,，通過MAX232芯片與上位機(或其他報警系統(tǒng))的串口相連,；當報警系統(tǒng)與上位機距離較遠時，可通過MAX485芯片及轉換卡與上位機相連,。兩種不同的選擇使報警系統(tǒng)的安裝位置更具有靈活性,，同時通過串口通信，實現(xiàn)了系統(tǒng)與上位機,、系統(tǒng)與系統(tǒng)之間的聯(lián)網(wǎng)操作,，有利于整個系統(tǒng)的功能擴展與智能化,。
　　在本報警系統(tǒng)的設計中,，特意將單片機的P1.1口通過驅動電路、驅動繼電器,，實現(xiàn)對上位機的復位操作,。在系統(tǒng)與上位機通信過程中，如果發(fā)現(xiàn)上位機死機,，系統(tǒng)不但能夠對此發(fā)出報警信號,，而且能對上位機進行復位，這樣保證了整個系統(tǒng)的正常運行,，提高了安全性,。
2.6 其他電路
　　該報警系統(tǒng)利用P89C668的I²C串口接EEPROM芯片AT24C02，用于存儲警情及用戶設置的參數(shù),。
　　對于鍵盤顯示部分,，利用8279芯片管理4×5的鍵盤及8位LED數(shù)碼管。通過鍵盤操作,，可以對報警系統(tǒng)進行參數(shù)(如電話號碼,、布/撤防信息、聯(lián)動設置,、系統(tǒng)時間,、密碼等)的設置與查詢，同時,，也可以通過鍵盤對語音芯片ISD1420進行錄/放音操作,。
　　為了便于用戶查詢警情發(fā)生的時間,，同時也給系統(tǒng)提供一個時間信息，本報警系統(tǒng)使用了日歷芯片DS12C887,。在未對鍵盤進行操作的情況下,，8位LED用來顯示系統(tǒng)時間。
　　同時,，為了用戶對布撤防設置,、防區(qū)警情狀況及系統(tǒng)工作狀態(tài)有個直觀的了解，在系統(tǒng)的控制面板上設計了指示燈,，用戶可根據(jù)燈的亮,、滅判斷16個防區(qū)是否已布/撤防，根據(jù)燈的閃爍判斷是否有警情發(fā)生,。另一方面,，報警系統(tǒng)內(nèi)還設計了報警蜂鳴器，警情發(fā)生時,，指示燈閃爍的同時,，蜂鳴器也將鳴響，起到聲光報警作用,。
　　此外,，報警系統(tǒng)內(nèi)還設計了后備電源，在主電斷電情況下,，能使報警信息順利地通過電話線發(fā)送出去,。
3 軟件設計
　　鑒于本報警系統(tǒng)對實時性要求高，選用效率最高的,、直接面向硬件的MCS-51匯編語言編寫程序,。
　　程序先對P89C668、擴口芯片8255,、鍵盤顯示管理芯片8279,、雙音頻收發(fā)芯片MT8880等器件進行初始化；然后依次判斷鍵盤,、16路防區(qū)輸入,、16路視頻信號的狀態(tài)，若有鍵盤,、防區(qū)報警,、視頻丟失等事件發(fā)生，則分別調用相應的子程序處理,。對于串口通信,、日歷更新、主電斷電報警等，采用中斷方式進行處理,。系統(tǒng)主流程如圖2所示,。

　　該多功能智能報警控制系統(tǒng)充分利用了P89C668單片機的豐富資源，將控制技術與DTMF傳輸技術,、視頻同步分離技術,、串口通信技術等結合到一起，具有功能強,、可靠性高,、智能化、操作簡單,、可聯(lián)網(wǎng),、體積小、成本低等突出優(yōu)點,。該設計已制成產(chǎn)品,，投入生產(chǎn)。實踐證明,，此多功能智能報警系統(tǒng)較同類產(chǎn)品更具競爭力,。