隨著科學(xué)技術(shù)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(yīng)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(chǔ)上，研制一種操作簡單、功能強(qiáng)大、能對多類警情進(jìn)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(jī)P89C668為核心，結(jié)合雙音頻(DTMF)信號傳輸技術(shù)、視頻信號的同步分離技術(shù)及串口通訊技術(shù)，設(shè)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(dāng)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(shè)備等；(3)利用同步分離技術(shù)對視頻信號進(jìn)行分離，使報警系統(tǒng)能對16路視頻信號進(jìn)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(shù)及現(xiàn)有電話網(wǎng)絡(luò)資源，進(jìn)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(jī)" title="上位機(jī)">上位機(jī)進(jìn)行通信，實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)操作；(7)在與上位機(jī)通信過程中若發(fā)現(xiàn)上位機(jī)死機(jī)，能對其進(jìn)行復(fù)位操作；(8)簡易的鍵盤操作使用戶能對報警系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)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(jìn)行報警，還可以對視頻丟失、上位機(jī)死機(jī)、主電源斷電進(jìn)行報警。而一般的報警主機(jī)僅能對一些來自探頭或傳感器的防區(qū)警情進(jìn)行報警。
　　(2)智能化程度高。系統(tǒng)能根據(jù)設(shè)置自動撥號報警、布撤防、控制聯(lián)動設(shè)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(shè)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(shù)，增強(qiáng)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(shè)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(shè)計重?fù)軝C(jī)制，在預(yù)設(shè)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(guān)人員能收到報警語音信息。
　　(5)靈活性強(qiáng)。本多功能報警控制系統(tǒng)不但可以作為一個獨立的設(shè)備單獨工作，也可以通過串口通訊與上位機(jī)、其他控制器實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)操作。另外，在設(shè)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(jìn)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(jī)箱面板上的指示燈報警，打開蜂鳴器，控制相應(yīng)的聯(lián)動設(shè)備作出動作，然后將警情信息傳給上位機(jī)，接著撥打預(yù)設(shè)報警電話、手機(jī)，向有關(guān)人員發(fā)送語音報警信息。
2 硬件電路設(shè)計
　　由于本報警控制系統(tǒng)功能較復(fù)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(shè)計的關(guān)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(jī)控制技術(shù)，是系統(tǒng)智能化、多功能化的關(guān)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(jī)特點如下：
　　(1)速度快，每個機(jī)器周期為6個時鐘周期，并在此條件下速度可高達(dá)20MHz(相當(dāng)于普通單片機(jī)40MHz性能)，是普通單片機(jī)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(jié)構(gòu);
　　(4)具有幀錯誤檢測和自動地址識別的全雙工增強(qiáng)型
　　UART，簡化了報警控制系統(tǒng)與上位機(jī)間的串口通信程序；
　　(5)器件具有I²C串行接口，在本系統(tǒng)設(shè)計中，利用此接口，將外掛的EEPROM設(shè)備AT24C02與CPU相接，節(jié)省硬件資源；
　　(6)該單片機(jī)具有功耗模式控制，系統(tǒng)可根據(jù)需要進(jìn)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(shè)置進(jìn)行保存，等待備電的啟用，節(jié)約了能量；
　　(7)該單片機(jī)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(shè)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(jī)進(jìn)行了I/O口擴(kuò)展，并對輸入通道采用了光電耦合技術(shù)，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(yù)設(shè)置電話向有關(guān)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(yù)設(shè)5個電話(包括分機(jī)、固定電話、手機(jī)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(shè)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(jìn)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(jī)相連的接口，單片機(jī)通過接口可以方便地對MT8880進(jìn)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(jī)的P1.2口控制繼電器，實現(xiàn)自動摘/掛機(jī)功能。當(dāng)系統(tǒng)檢測到警情時，模擬摘機(jī)，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(jī)，然后重新摘機(jī)，判斷撥號音；若檢測出撥號音正常，則MT8880設(shè)置為發(fā)送模式，通過TONE端口向外發(fā)送預(yù)設(shè)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(jī)，則單片機(jī)向ISD1420發(fā)送控制信號，讓相關(guān)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(jī)，則掛機(jī)，MT8880繼續(xù)撥打預(yù)設(shè)的下個電話，直到預(yù)設(shè)的電話都撥打完畢。如果一個循環(huán)下來，預(yù)設(shè)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(kuò)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?xì)怏w探測器、緊急求助按鈕等報警探測設(shè)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(shù)；對于輸出通道，擴(kuò)展口通過驅(qū)動電路驅(qū)動繼電器控制聯(lián)動設(shè)備，如此在報警系統(tǒng)與聯(lián)動設(shè)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(jìn)行報警，還能對閉路監(jiān)視系統(tǒng)中的攝像機(jī)、視頻傳輸線路的故障、斷電或人為破壞進(jìn)行報警。這部分電路是本系統(tǒng)獨具特色的設(shè)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(fù)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(jī)能夠?qū)φ５臅r序信號進(jìn)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(dāng)?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(jié)束，第二個時序脈沖就已到達(dá)，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(dāng)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(jī)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(jìn)行同步分離、單穩(wěn)觸發(fā)后才能被單片機(jī)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(guān)CD4067。16路待測信號接入CD4067的16個輸入腳，利用單片機(jī)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(jī)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(shè)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(jī)的通信及對上位機(jī)的復(fù)位電路
　　P89C668的串行口經(jīng)光電隔離后，通過MAX232芯片與上位機(jī)(或其他報警系統(tǒng))的串口相連；當(dāng)報警系統(tǒng)與上位機(jī)距離較遠(yuǎn)時，可通過MAX485芯片及轉(zhuǎn)換卡與上位機(jī)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(jī)、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(kuò)展與智能化。
　　在本報警系統(tǒng)的設(shè)計中，特意將單片機(jī)的P1.1口通過驅(qū)動電路、驅(qū)動繼電器，實現(xiàn)對上位機(jī)的復(fù)位操作。在系統(tǒng)與上位機(jī)通信過程中，如果發(fā)現(xiàn)上位機(jī)死機(jī)，系統(tǒng)不但能夠?qū)Υ税l(fā)出報警信號，而且能對上位機(jī)進(jìn)行復(fù)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(shè)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(jìn)行參數(shù)(如電話號碼、布/撤防信息、聯(lián)動設(shè)置、系統(tǒng)時間、密碼等)的設(shè)置與查詢，同時，也可以通過鍵盤對語音芯片ISD1420進(jìn)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(jìn)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(kuò)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(jìn)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(diào)用相應(yīng)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(jìn)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(jī)的豐富資源，將控制技術(shù)與DTMF傳輸技術(shù)、視頻同步分離技術(shù)、串口通信技術(shù)等結(jié)合到一起，具有功能強(qiáng)、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(shè)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。