基于单片机的智能家居安防系统的方案设计

摘要： 介绍了一种以AT89S52单片机为控制核心， 通过DTMF公用电话网和CAN 总线传递的多节点家居安防系统设计方案。本智能家居安防系统集防火、防盗、防燃气为一体， 可实现自动检测与自动语音拨号报警。详细介绍了DTMF收发电路、通话电路和CAN 总线传输等电路。实验结果表明， 本系统功能实用， 信息传递实时可靠，适用于家居安防或其他场所的安防系统。

　　1 引言

　　现在的安防系统可借助计算机技术、IC 卡技术、通信技术等来实现，CAN总线应用于安防系统对家居智能化发展起到了良好的促进作用。而把DTMF 技术应用于安防系统， 不需要专门的布线， 不占用无线电频率资源， 没有电磁污染。文中设计了一种基于CAN 总线和DTMF技术的以AT89S52单片机为核心的新型智能家居安防系统， 使原来小区安防系统的实时性和可靠性有了一个新层次的提高。本系统可以对整个家居的安全环境进行实时监控， 监控的范围包括室内防盗、火灾报警、煤气泄露等一系列不安全因素。一旦有上述事故发生， 该报警系统就会发出相应的报警信息， 用语音播出警情类别， 向远方用户和相关部门提供警情语音。
　　2 系统总体构成

　　系统框图如图1所示。单片机控制DTMF收发电路、数字语音电路、摘挂机控制电路。探测器能够快速、准确地监测到住宅的异常状况， 经确认后及时通知控制器， 再由单片机来控制电话接口电路， 实现模拟摘机， 自动拨打预先设置的电话号码进行语音报警并通知管理中心。当监测到对方回应后， 自动恢复警戒状态。

图1 家居安防系统框图

　　3 硬件设计

　　系统主控部分采用AT89S52单片机， 无需扩展外部存储器。看门狗电路采用具有可编程的串行EEPROM - X25045。X25045依次存储了标志字段、话机号码、警情代号、系统设置等数据信息。数字语音电路采用数字语音芯片ISD1420。系统中ISD1420仅作为基本录放音电路， 所以所有的地址线全部置为0, 因此放音的起始地址是0。语音信号由驻极话筒拾取， 从M IC 和M IC REF两端输入芯片内部的放大器放大， 经过功放后的音频信号从SP+ 被用来与通话电路相连， 以送出语音信号。

　　3. 1 振铃检测及模拟摘挂机单元

　　系统并于电话线两端， 时刻处于监控状态， 不会影响电话的正常工作。当系统接收到振铃信号时，会进行振铃检测。振铃信号经三个反相器后接入AT89S52的P3. 4口。若5次振铃后无人接听， 则系统进入自动摘机状态。单片机P1. 2 引脚输出高电平， 三极管V501导通则继电器K1 动作， 将负载电阻接入电路实现模拟摘机。此后电话线上就会出现大于10mA 的电流， 交换中心检测到这一电流后就不再输出振铃信号而是转为接通电话。如果振铃信号没有达到预设值就消失， 则单片机的计数值清零，控制器不动作。

　　3. 2 DTMF收发单元

　　DTMF收发电路采用DTMF 信号编/解码芯片MT8880[ 5] 芯片， 单片机通过DTMF收发电路拨出电话号码进行电话报警， DTMF 收发电路如图2所示。

图2 DTMF收发电路

　　MT8880提供了与微处理器相连的接口， 以对其发送、接收和工作模式进行控制。它的接收部分采用单端输入， 由R27、R28和C16 组成， 其输入电压增益为1, 通过改变R28可调节输入信号的增益。它的发送部分由R29、C17、C18和XTAL2构成。它的控制部分由R30 和C19 构成。IRQ /CP 与单片机P3. 5 脚相连。当MT8880接收到有效的双音多频信号时， 单片机进行中断处理。MT8880 的IN - 端和通话电路TEA 1062 的QR 端相连， MT8880 的TONE端和TEA1062的DTMF端相连。
通话单元#e#3. 3 通话单元

　　通话电路使用电话机专用通话集成电路TEA1062。送话时， 语音信号（来自ISD1420）通过M IC + 引脚输入， DTMF信号（来自MT8880）通过DTMF引脚输入， 经过TEA1062 放大后从LN 引脚一起送到电话外线上。受话时， 信号通过消侧音网络， 从IR 引脚输入， 放大后从引脚QR 输出， 分两路： 一路送到ISD1420的ANA IN 端供语音录制用，另一路送到MT8880的IN - 端提取DTMF信号。

　　3. 4 CAN 总线数据传输单元

　　CAN 总线数据传输单元由两部分构成， 一部分是CAN 控制器， 实现对总线数据的交互与控制， 另一部分是CAN 数据收发器， 实现数据的网络传输。

　　单片机AT89S52通过控制CAN 控制器来实现对总线的访问， 同时还负责功能单元的测量和控制， CAN 总线接口电路如图3所示。

图3 CAN总线接口电路

AT89S52 通过中断方式访问CAN 控制器SJA1000, 为了增强CAN 总线节点的抗干扰能力，SJA1000通过高速光耦6N137 与CAN 总线驱动器PCA82C50 相连。PCA82C50 的CANH 和CANL引脚各自接了一个5 的电阻与CAN 总线相连， 可以起到限流作用