SPMC65P2408A單片機在報警主機中的應用

引 言：
　　隨著人們生活水平的提高，安全意識也在不斷增強，這為安防行業(yè)提供了良好的發(fā)展環(huán)境和廣闊的發(fā)展空間。最近幾年統(tǒng)計數(shù)字顯示:國內安防產品行業(yè)平均以20%-30%的年增長率迅速成長。安防市場的年產值為300-400億元。就北京地區(qū)來講，安防市場容量1996年為5億元，1997年6.25億元，1998年由于大力推行金融網建設激增至13.6億元，1999年9.2億元，近幾年則一直保持在10億元以上。由于奧運設施應在2006年以前基本建成，因此專家指出，在2004年到2005年安防市場將迎來總體高峰，對安防產品制造、銷售和工程安裝都是不可多得的商機。
　　安防產品的網絡化和無線化是發(fā)達國家安防發(fā)展的方向，也將成為我國安防業(yè)的發(fā)展方向。目前已經有很多產品實現(xiàn)了無線化，例如各種探測器、攝像機等，但是在技術上還不十分完善。安防網絡化則更具有戰(zhàn)略意義。安防行業(yè)的盈利模式要從目前的銷售和安裝轉向附加值更高的安防服務，網絡化是必由之路。由此可見，安防技術距離成熟還有很長的路要走。
　　這篇文章的主要目的是希望能夠大力推動SPMC65系列芯片的應用，使凌陽8位單片機能夠為國內安防事業(yè)的發(fā)展添磚加瓦。
1功能簡介
　　(1)報警主機與探測器采用無線連接，安裝方便靈活。
　　(2)全程中文語音提示，易于使用。
　　(3)無線遙控：采用無線的遙控器對主機進行布防、撤防、緊急報警控制，供用戶隨身攜帶。
　　(4)可與各類型防盜、煙感、可燃氣體等無線探測器聯(lián)網，組成安全防范布防系統(tǒng)，支持2個永久防區(qū)（始終處于“布防”狀態(tài)）和6個自由防區(qū)（可布防/撤防）。接收各類型探測器的無線編碼信號，根據情況作出相應的報警動作。
　　(5)電話報警功能：可預設6組報警電話，當發(fā)生警情時，主機將循環(huán)撥打設定的電話，并向接聽者播放用戶預錄語音信息。
　　(6)報警留言設置：可預錄7S的語音信息（如家庭住址等），主機可以在撥通報警電話時把預錄的語音播放給接聽電話方。
　　(7)緊急報警功能：在遙控器及主機上設置有緊急報警按鍵，供緊急情況用。
　　(8)遠程電話控制功能：用戶可以通過電話線，在遠程對家中的主機進行控制，如布防、撤防等。

2系統(tǒng)總體方案介紹
　　系統(tǒng)硬件框圖如圖 1所示。本方案選用SPMC65P2408A*32P單片機作為控制器的處理器，其加上一些外圍器件，構成最小系統(tǒng)，完成主控器的控制功能外，還完成了主控器中所有的語音功能。
　　電話線接口電路：在本方案中作為主控器的報警通道，同時也是用戶遠程控制的通道，負責信號的檢測和信息的傳輸。
　　DTMF編解碼模塊：負責電話機雙音多頻編碼和解碼的工作。
　　鍵盤模塊：根據客戶選擇，選用不同的鍵盤模式，基礎方案中為4X4鍵盤。
　　語音模塊：采用ISD語音芯片，音質很好。
　　無線接收模塊：目前是采用市場上最常見的無線接收模塊。
　　電源模塊：主要為外接9VDC電源，內置可充電的電池，以備停電時使用。

圖 1系統(tǒng)硬件框圖

3系統(tǒng)硬件設計

圖 2系統(tǒng)電路原理圖

4芯片特性簡介
　　SPMC65P2408A是由凌陽公司設計開發(fā)的8位工業(yè)級單片機，采用凌陽SPMC65內核，支持位操作指令。具有強大的定時/計數(shù)器、豐富的外部中斷源以及ADC、PWM、標準通訊接口等多種功能。適用于通用工控場合、計算機外圍控制和家電等。SPMC65P2408A有28管腳和32管腳兩種封裝，32管腳封裝多了UART功能。本設計選用32管腳封裝，如圖 3所示。
　　32管腳封裝芯片的具體特性如下：
　　　　●工作電壓：3.0V～5.5V
　　　　●工作速度：8MHz
　　　　●工作溫度：-40℃～85 ℃
　　　　●超強抗干擾、抗靜電ESD保護能力
　　　　●8K byte ROM，256 byte RAM
　　　　●27個通用輸入輸出口
　　　　●強大的定時計數(shù)器：2個8位、2個16位具有CaptureComparePWM功能
　　　　●1個1Hz～62.5KHz的時基
　　　　●8通道10位精度的ADC(帶外部參考電壓)
　　　　●4個外部中斷
　　　　●SPI、UART通訊接口
　　　　●2種省電模式：Halt、Stop
　　　　●蜂鳴器輸出功能
　　　　●4.0V/2.5V可選低電壓復位功能
　　　　●可編程看門狗功能

圖 3 SPMC65P2408A*28P封裝

5電路模塊分析
5.1 供電系統(tǒng)分析
　　圖 4為報警主機的電源部份電路。主機采用9V的DC電源，經7806穩(wěn)到6V然后再經過二極管使電壓穩(wěn)到5.3V左右，給電路中各模塊提供電源；另提供了一個備用電池的接口，備用電池采用6V的可充電電池，接到J6。

圖 4供電系統(tǒng)
5.2 語音輸入輸出電路
　　音頻輸出為兩路，一路為本地音頻輸出（圖 5），另一路為外線音頻輸出（圖 6）。

圖 5本地音頻輸出

圖 6 外線音頻輸出
　　音頻輸入電路如圖 7所示，主要用于錄音的聲音信號采集。

圖 7 MIC音頻輸入電路

5.3 電話線接口電路
　　電話線接口電路主要按功能來劃分可分成以下幾塊：
　　　　●模擬摘掛機；
　　　　●來電振鈴檢測；
　　　　●回鈴音檢測電路；
　　　　●信號輸入輸出耦合電路；

5.3.1模擬摘掛機電路

圖 8 模擬摘掛機和振鈴檢測電路
　　電話外線接入電路接口J1和J2（J1和J2是一樣的），經過橋進行整流，這樣可以防止電話線的正負極接反，Q1、Q3負責控制電話線摘掛機信號，當掛機狀態(tài)時，HPSEL的電平用MCU控制為低電平，則Q3截止、Q1截止，此時，電路無法形成回路，沒有電流（理想狀態(tài)），交換機則認為電話線處于掛機狀態(tài)。因為電話外線上的電壓在平時有40V左右，當振鈴來時能有到110V左右的電壓，所以對于Q1和Q3的選擇，應選擇反向電壓在160V以上的三極管。
　　當HPSEL為高電平時，Q3、Q1都會導通，后面的D6把電壓穩(wěn)在5.1V，這時主要由R1給外線提供摘機電流。

5.3.2來電振鈴檢測電路
　　電路圖如圖 8所示。外線在平時的電壓為直流40V左右，而振鈴來時會有正負25V的交流電壓疊加在外線上，所以檢測振鈴的電路用C11高壓電容來進行隔直；當有振鈴來時，交流信號會通過C11，擊穿D7，給后面的光藕提供脈沖開關信號，而R11為限流電阻。
　　經光藕隔離的信號經C17和R14濾波整形后，會變成標準低電平和帶紋波高電平的長周期脈沖信號，但是輸出的波形不好，且為高的電平狀態(tài)還與各交換機相關，所以在后面加上了一個三極管的反向器，作為整形，這樣就可以得到很完整的波形了。
　　RING為輸出信號端。
5.3.3回鈴音檢測電路
　　回鈴音和忙音、線路錯誤音等電話進程音是載波為450Hz的信號，各種信號的不同只是調制的周期、占空比不同；所在這些信號的檢測主要是檢測450Hz信號的周期與占空比。
　　由于外線中存在很多干擾，特別是市電的50Hz干擾等，對信號的檢測造成影響；所以在電路設計時，前端信號先經過一個二階濾波放大器，然后再經過一個鎖相環(huán)，最后輸出不同周期與占空比的調制波信號，這樣就可以用單片機的IO口來檢測。

圖 9回鈴音檢測電路

5.4 DTMF編解碼模塊電路
　　在電話通訊中，用到DTMF編解碼的功能，所以在方案中采用了兩片分別用于DTMF解碼和編碼的芯片，圖 10為接線圖。

圖 10DTMF編解碼模塊
6程序流程及說明
主程序流程見圖 11：

圖 11 主程序流程圖
7結語
　　網絡化和無線化是安防產品的發(fā)展趨勢，也是現(xiàn)代家庭中一項十分有用的技術。對裝有該類裝置的家庭，即使在外地，也可以隨時監(jiān)控家里的情況。隨著可視技術的發(fā)展，該類產品將會更出色的服務于各個行業(yè)。