基于GPRS 和數字無線的嵌入式報警系統的設計

　　2. 1 系統硬件設計

　　該系統主要由5 個硬件模塊組成： 數字無線收發電路、GPRS 接口電路、DTMF 雙音多頻編解碼電路、電話接口電路、語音電路。

　　2. 1. 1 數字無線收發電路

　　系統采用以nRF24L01 為核心的2. 4 GHz 半雙工數字無線傳輸模塊。nRF24L01 有6 根控制信號線，SPI 總線4 個引腳： CSN （ SPI 使能） 、SCK （ SPI 時鐘） 、MOSI（ 主出從入） 和MISO （ 主入從出） ; IRQ 為接受到數據后產生的中斷信號， 供單片機查詢； CE 為片選信號， 置低則開啟數據傳輸模塊。MCU 通過SPI 串行總線來配置nRF24L01 的內部寄存器和進行數據收發。

　　在與傳感器連接的無線發射電路中， 警情發生時觸發節點MCU 控制nRF24L01 數字無線傳輸模塊發射本節點地址和采集到的報警信號； 在無線接收電路中，C8051F020 直接與nRF24L01 進行通信， 接收傳感器節點地址和報警信息， 通過識別節點地址判斷報警類別。

　　2. 1. 2 GPRS 模塊接口電路

　　中央處理器接收到傳感器發送的報警信號后， 控制GPRS 通信模塊， 通過GSM 網絡， 向用戶手機終端發送短信進行報警提示。

　　單片機控制電路與GPRS 通信模塊通過UART 接口相連。但是， 由于GPRS 模塊信號線上為12 V S232電平， 而單片機電平為3. 3 V, 所以必須采用MAX3232進行電平轉換。當報警時， 單片機通過串口將控制指令和短信內容發送到GPRS 通信模塊； GPRS 通信模塊識別出控制指令， 根據短信內容向用戶發送短信。

　　2. 1. 3 DTMF 雙音多頻編解碼電路

　　DT MF 雙音多頻編解碼電路主要由MT 8888 構成， 包括DTMF 編碼電路、DTMF 解碼電路和鈴音識別電路。編碼電路實現自動撥號， 解碼電路實現遠程控制指令識別。鈴音識別電路能正確進行撥號音、忙音、回鈴音的識別。

　　自動撥號時， 單片機將被叫號碼發送到發送數據寄存器， 合成DTMF 信號， 經放大后通過電話接口傳輸到電話網絡中的程控交換機， 實現撥號。遠程控制時， 遠程DT MF 控制信號經過高頻和低頻濾波器濾波后， 再經過數字編碼器編碼， 得到相應控制指令的二進制編碼， 存放于接收數據寄存器， 同時在MT 8888 的IRQ 端口產生中斷信號； 單片機響應中斷后， 讀出接收數據寄存器的數據， 識別控制指令。鈴音識別時， 450 Hz 的正弦鈴音信號從DTMF IN 端口輸入， 經過一個中心頻率為450 Hz、帶寬為250 Hz 的濾波器， 如果信號落在濾波器的通帶內， 則IRQ 端口輸出同頻率的方波。

　　2. 1. 4 電話接口電路

　　電話接口電路包括自動摘機電路、振鈴檢測電路和斷線檢測電路。

　　自動摘機電路實現模擬自動摘機， 當撥號報警或遠程控制時， 系統自動摘機， 接入電話網絡。在遠程控制時， 振鈴檢測電路能檢測到電話振鈴信號， 從而自動摘機。振鈴檢測電路主要由高速光耦6N138 和電壓比較器LM393 構成。根據程控交換機協議， 交流振鈴信號為25 Hz, 90 V 的正弦波。振鈴信號經過直流隔離電容和限壓電阻后， 驅動光電耦合器， 光電耦合器的邏輯輸出端產生脈沖， 經過電壓比較器整形后， 得到方波脈沖。脈沖信號輸入單片機， 單片機可以對脈沖進行計數， 計到一定的脈沖數后， 自動摘機。當系統沒有正常連接到電話網絡時， 斷線檢測電路能自動檢測到故障并進行提示。

　　2. 1. 5 語音電路

　　系統采用ISD1760 作為語音錄放芯片。單片機通過SPI 串行總線與ISD1760 相連， 傳輸SPI 指令， 配置內部寄存器和實現語音錄放。ISD1700 作為SPI 從機，幾乎所有的按鍵操作都可以通過這些SPI 指令來實現。

　　一些SPI 命令： 如PLAY, REC, ERASE, FWD, RESET , GLOBAL_ERA SE 的運行類似于相應的獨立按鍵操作， 另外SET_REC, SET _PLAY, SET _ERASE 命令允許用戶指定錄音、放音和擦除的起始和結束地址。

　　系統初始化設置時， 應該首先根據各種提示音的長度，用查表的方法分配好相應的存儲起止地址。并且通過硬件為用戶提供錄音接口與控制接口。撥號報警時， 根據報警類型尋址并播放相應的提示音。