基于CAN总线和DTMF技术的新型智能家居安防系统设计
1 引言
现在，人们对工作和生活环境不仅要求舒适健康、可靠便利，而且更加看重安全性，并利用安防系统来提高家庭抵御各种意外情况的能力。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。can总线是一种应用较为广泛的现场总线，它支持多主节点，有完善的错误处理机制，通信速率快，传送距离远，可挂接控制设备多。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。
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，以免pca82c50受到过电流冲击。
4 软件设计
系统的软件采用模块化设计，主要包括主程序模块、can通信模块、振铃检测模块、语音报警模块、dtmf收发模块等，这里主要介绍主程序和can通信模块设计。
4. 1 主程序设计
主程序主要完成各功能模块的调用，检测系统输入，然后根据系统状态进行判断处理。程序进行主循环之前还要进行必要的初始化，如mt8880、isd1420、sja1000相关标志位等。主程序流程如图4所示。
图4 主程序流程图
4. 2 can通信模块设计
can通信模块包括控制器初始化、数据接收和发送子程序。sja1000有复位模式和工作模式两种状态，两种状态下寄存器配置不同。当参数设置完后，cpu发出命令，sja1000处于工作状态，进行正常通信。如果通信出错，cpu会使sja1000回到复位模式。接收模块负责节点报文的接收及相关处理。接收过程中cpu会读数据，根据命令字判断数据帧的类型进行不同处理。发送模块负责报文的发送，sja1000发送数据前，要判断是否满足发送条件，如果满足，则把报文帧信息、标识符和要发送的数据写入缓冲区，即可发送。ja 1000的收发流程图如图5所示。
图5 ja 1000的收发流程图
5 结束语
本系统以at89s52单片机为核心，不用对电话网进行任何改造，实现对家居设防点进行自动检测和语音报警。设计中用can总线结构组成安防系统，有较好的灵活性和扩展性，同时利用can 总线引入实时的数据处理，提高了系统的可靠性。可对楼宇可视对讲、智能小区管理、门禁管理等有较大的应用推广价值。
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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。
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。
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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，以免pca82c50受到过电流冲击。
4 软件设计
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4. 1 主程序设计
主程序主要完成各功能模块的调用，检测系统输入，然后根据系统状态进行判断处理。程序进行主循环之前还要进行必要的初始化，如mt8880、isd1420、sja1000相关标志位等。主程序流程如图4所示。
图4 主程序流程图
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图5 ja 1000的收发流程图
5 结束语
本系统以at89s52单片机为核心，不用对电话网进行任何改造，实现对家居设防点进行自动检测和语音报警。设计中用can总线结构组成安防系统，有较好的灵活性和扩展性，同时利用can 总线引入实时的数据处理，提高了系统的可靠性。可对楼宇可视对讲、智能小区管理、门禁管理等有较大的应用推广价值。
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