基于單片機的家居安防系統設計

　　1 引言

　　現在，人們對工作和生活環境不僅要求舒適健康、可靠便利，而且更加看重安全性，并利用安防系統來提高家庭抵御各種意外情況的能力。現在的安防系統可借助計算機技術、IC 卡技術、通信技術等來實現，CAN總線應用于安防系統對家居智能化發展起到了良好的促進作用。CAN總線是一種應用較為廣泛的現場總線，它支持多主節點，有完善的錯誤處理機制，通信速率快，傳送距離遠，可掛接控制設備多。而把DTMF 技術應用于安防系統，不需要專門的布線，不占用無線電頻率資源，沒有電磁污染。文中設計了一種基于CAN 總線和DTMF技術的以AT89S52單片機為核心的新型智能家居安防系統，使原來小區安防系統的實時性和可靠性有了一個新層次的提高。本系統可以對整個家居的安全環境進行實時監控，監控的范圍包括室內防盜、火災報警、煤氣泄露等一系列不安全因素。一旦有上述事故發生，該報警系統就會發出相應的報警信息，用語音播出警情類別，向遠方用戶和相關部門提供警情語音。

　　2 系統總體構成

　　系統框圖如圖1所示。單片機控制DTMF收發電路、數字語音電路、摘掛機控制電路。探測器能夠快速、準確地監測到住宅的異常狀況，經確認后及時通知控制器，再由單片機來控制電話接口電路，實現模擬摘機，自動撥打預先設置的電話號碼進行語音報警并通知管理中心。當監測到對方回應后，自動恢復警戒狀態。

　　圖1 家居安防系統框圖

　　3 硬件設計

　　系統主控部分采用AT89S52單片機，無需擴展外部存儲器。看門狗電路采用具有可編程的串行EEPROM - X25045。X25045依次存儲了標志字段、話機號碼、警情代號、系統設置等數據信息。數字語音電路采用數字語音芯片ISD1420。系統中ISD1420僅作為基本錄放音電路，所以所有的地址線全部置為0， 因此放音的起始地址是0。語音信號由駐極話筒拾取，從M IC和M IC REF兩端輸入芯片內部的放大器放大，經過功放后的音頻信號從SP+ 被用來與通話電路相連，以送出語音信號。

　　3. 1 振鈴檢測及模擬摘掛機單元

　　系統并于電話線兩端，時刻處于監控狀態，不會影響電話的正常工作。當系統接收到振鈴信號時，會進行振鈴檢測。振鈴信號經三個反相器后接入AT89S52的P3. 4口。若5次振鈴后無人接聽，則系統進入自動摘機狀態。單片機P1. 2 引腳輸出高電平，三極管V501導通則繼電器K1動作，將負載電阻接入電路實現模擬摘機。此后電話線上就會出現大于10mA的電流，交換中心檢測到這一電流后就不再輸出振鈴信號而是轉為接通電話。如果振鈴信號沒有達到預設值就消失，則單片機的計數值清零，控制器不動作。

　　3. 2 DTMF收發單元

　　DTMF收發電路采用DTMF信號編/解碼芯片MT8880[ 5] 芯片，單片機通過DTMF收發電路撥出電話號碼進行電話報警，DTMF收發電路如圖2所示。

　　圖2 DTMF收發電路

　　MT8880提供了與微處理器相連的接口，以對其發送、接收和工作模式進行控制。它的接收部分采用單端輸入，由R27、R28和C16 組成，其輸入電壓增益為1， 通過改變R28可調節輸入信號的增益。它的發送部分由R29、C17、C18和XTAL2構成。它的控制部分由R30 和C19 構成。IRQ /CP與單片機P3. 5 腳相連。當MT8880接收到有效的雙音多頻信號時，單片機進行中斷處理。MT8880的IN - 端和通話電路TEA 1062 的QR 端相連，MT8880的TONE端和TEA1062的DTMF端相連。

　　3. 3 通話單元

　　通話電路使用電話機專用通話集成電路TEA1062。送話時，語音信號(來自ISD1420)通過M IC + 引腳輸入，DTMF信號(來自MT8880)通過DTMF引腳輸入，經過TEA1062 放大后從LN 引腳一起送到電話外線上。受話時，信號通過消側音網絡，從IR 引腳輸入，放大后從引腳QR 輸出，分兩路：一路送到ISD1420的ANA IN端供語音錄制用，另一路送到MT8880的IN-端提取DTMF信號。

　　3. 4 CAN 總線數據傳輸單元

　　CAN 總線數據傳輸單元由兩部分構成，一部分是CAN控制器，實現對總線數據的交互與控制，另一部分是CAN 數據收發器，實現數據的網絡傳輸。

　　單片機AT89S52通過控制CAN控制器來實現對總線的訪問，同時還負責功能單元的測量和控制， CAN 總線接口電路如圖3所示。

　　圖3 CAN總線接口電路

　　AT89S52通過中斷方式訪問CAN控制器SJA1000，為了增強CAN總線節點的抗干擾能力，SJA1000通過高速光耦6N137與CAN總線驅動器PCA82C50相連。PCA82C50的CANH和CANL引腳各自接了一個5的電阻與CAN總線相連，可以起到限流作用，以免PCA82C50受到過電流沖擊。

　　4 軟件設計

　　系統的軟件采用模塊化設計，主要包括主程序模塊、CAN通信模塊、振鈴檢測模塊、語音報警模塊、DTMF收發模塊等，這里主要介紹主程序和CAN通信模塊設計。

　　4. 1 主程序設計

　　主程序主要完成各功能模塊的調用，檢測系統輸入，然后根據系統狀態進行判斷處理。程序進行主循環之前還要進行必要的初始化，如MT8880、ISD1420、SJA1000相關標志位等。主程序流程如圖4所示。

　　圖4 主程序流程圖

　　4. 2 CAN通信模塊設計

　　CAN通信模塊包括控制器初始化、數據接收和發送子程序。SJA1000有復位模式和工作模式兩種狀態，兩種狀態下寄存器配置不同。當參數設置完后，CPU發出命令，SJA1000處于工作狀態，進行正常通信。如果通信出錯，CPU會使SJA1000回到復位模式。接收模塊負責節點報文的接收及相關處理。接收過程中CPU會讀數據，根據命令字判斷數據幀的類型進行不同處理。發送模塊負責報文的發送，SJA1000發送數據前，要判斷是否滿足發送條件，如果滿足，則把報文幀信息、標識符和要發送的數據寫入緩沖區，即可發送。JA 1000的收發流程圖如圖5所示。

　　圖5 JA 1000的收發流程圖

　　5 結束語

　　本系統以AT89S52單片機為核心，不用對電話網進行任何改造，實現對家居設防點進行自動檢測和語音報警。設計中用CAN總線結構組成安防系統，有較好的靈活性和擴展性，同時利用CAN 總線引入實時的數據處理，提高了系統的可靠性。可對樓宇可視對講、智能小區管理、門禁管理等有較大的應用推廣價值。