基于CPLD的智能撥號(hào)報(bào)警系統(tǒng)

摘 要：提出了一種以CPLD芯片作為控制核心的智能報(bào)警系統(tǒng)。系統(tǒng)主要通過(guò)檢測(cè)電路、DTMF撥號(hào)電路、VHDL語(yǔ)言編寫(xiě)的邏輯硬件電路實(shí)現(xiàn)報(bào)警。利用EDA技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，外圍器件少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，升級(jí)和維護(hù)方便。通過(guò)邏輯仿真，驗(yàn)證了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可行性和穩(wěn)定性，具有實(shí)用價(jià)值。
關(guān)鍵詞： CPLD； DTMF； VHDL； EDA

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生活水平的提高，個(gè)人安全和財(cái)產(chǎn)安全越來(lái)越被人們重視。為了不受到傷害和損失，就需要有安全的報(bào)警系統(tǒng)?，F(xiàn)在的報(bào)警系統(tǒng)多數(shù)是以單片機(jī)作為主控制器,連線復(fù)雜,可靠性和穩(wěn)定性不高[1-2]。針對(duì)以上不足，本文利用EDA技術(shù)對(duì)報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，系統(tǒng)以CPLD芯片作為控制核心，采用VHDL語(yǔ)言硬件描述來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的智能報(bào)警，結(jié)構(gòu)和接口簡(jiǎn)單，工作可靠性高。
1 系統(tǒng)原理和組成
系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。系統(tǒng)由兩部分組成：外圍電路和CPLD控制電路。外圍電路包括檢測(cè)電路、語(yǔ)音電路、DTMF撥號(hào)電路、摘機(jī)/掛機(jī)電路、時(shí)鐘頻率電路、電源電路。CPLD控制電路包括電話信號(hào)音檢測(cè)模塊、雙音多頻信號(hào)DTMF收發(fā)時(shí)序模塊和摘機(jī)/掛機(jī)控制模塊。外圍電路和CPLD控制電路相協(xié)同來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的報(bào)警。

系統(tǒng)工作原理：當(dāng)有人非法進(jìn)入室內(nèi)時(shí)，檢測(cè)電路中的傳感器便采集到入侵信號(hào)，入侵信號(hào)會(huì)啟動(dòng)摘機(jī)/掛機(jī)控制模塊控制摘掛機(jī)電路實(shí)現(xiàn)電話摘機(jī)。摘機(jī)后，電話信號(hào)音檢測(cè)模塊識(shí)別電話系統(tǒng)的狀態(tài)是否處于可撥號(hào)狀態(tài)。如果是,則DTMF收發(fā)時(shí)序模塊控制DTMF撥號(hào)電路以雙音頻DTMF方式撥預(yù)定的電話號(hào)，語(yǔ)音電路播放所要報(bào)警的報(bào)警信息；否則，通過(guò)摘機(jī)/掛機(jī)控制模塊控制掛機(jī)電路實(shí)現(xiàn)電話掛機(jī)，延時(shí)后再撥。
系統(tǒng)中檢測(cè)、DTMF撥號(hào)、摘機(jī)/掛機(jī)等功能使用硬件電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，電話語(yǔ)音識(shí)別、DTMF收發(fā)時(shí)序、摘機(jī)/掛機(jī)控制等功能使用軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)。
2 系統(tǒng)外圍電路
2.1 檢測(cè)電路
本系統(tǒng)采用熱釋電紅外傳感器P228進(jìn)行探測(cè)[3]，檢測(cè)電路如圖2所示。當(dāng)有人進(jìn)入時(shí)，P288檢測(cè)到的信號(hào)經(jīng)C11高頻濾波直接輸入到放大器IC1進(jìn)行低噪聲、高穩(wěn)定放大。當(dāng)IC1輸出電壓高于IC2的基準(zhǔn)電壓時(shí), IC2也輸出高電平,驅(qū)動(dòng)光電隔離器4N25導(dǎo)通，輸出入侵信號(hào)EN，作為報(bào)警系統(tǒng)的啟動(dòng)信號(hào)提供給主控電路。

2.2 語(yǔ)音電路
語(yǔ)音電路用于錄制和播放所要報(bào)警的語(yǔ)音信號(hào)或其他報(bào)警信息，相應(yīng)信息可由用戶預(yù)先設(shè)定并可隨時(shí)修改。本系統(tǒng)中的語(yǔ)音電路選用語(yǔ)音錄放芯片APR9600。錄音時(shí)外部音頻信號(hào)經(jīng)芯片APR9600內(nèi)部具有自動(dòng)增益調(diào)節(jié)的話筒放大器放大，由內(nèi)部濾波器和采樣電路處理后存入專(zhuān)用快閃存儲(chǔ)器Flash RAM中。放音時(shí)芯片內(nèi)部邏輯電路從Flash RAM 中取出信號(hào)，經(jīng)過(guò)一個(gè)低通濾波器送到功率放大器，然后經(jīng)音頻功率放大器放大后輸送到電話線路上，電路如圖3所示。

2.3 DTMF撥號(hào)電路和摘機(jī)/掛機(jī)電路
DTMF撥號(hào)電路是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，它的運(yùn)行狀態(tài)決定了系統(tǒng)的可靠性。本系統(tǒng)采用專(zhuān)用雙音頻解碼集成芯片MT8880，MT8880是專(zhuān)門(mén)用于處理DTMF信號(hào)的專(zhuān)用集成電路，具有接收和發(fā)送該信號(hào)的雙重功能，其電路如圖4所示。MT8880以1、2腳IN+、IN-作為DTMF的輸入端，對(duì)應(yīng)內(nèi)部一個(gè)差分放大器，可以雙端輸入，又可單端輸入，本電路采用單端輸入。8腳是DTMF信號(hào)的輸出端，主控電路將預(yù)先存儲(chǔ)的電話號(hào)碼通過(guò)數(shù)據(jù)線D0～D3送入MT8880內(nèi)部的數(shù)據(jù)緩沖器，此時(shí)RS和R_W都是低電平,數(shù)據(jù)寫(xiě)入TDR,再通過(guò)內(nèi)部線路處理，利用D/A變換，在電路選通CS=0時(shí)，從8腳輸出標(biāo)準(zhǔn)的DTMF信號(hào)。MT8880輸出的DTMF信號(hào)不能直接與電話線連接，因?yàn)?6 V左右的電話線空載電壓極易燒毀MT8880，故在它們之間通過(guò)一個(gè)放大器與電話線路相接，此放大器可以用運(yùn)放也可以用分立電路,圖4為分立電路。
摘機(jī)/掛機(jī)電路主要由Q1、Q2、D1、R12構(gòu)成，利用Q1和Q2的截止和飽和起到開(kāi)關(guān)作用，從而實(shí)現(xiàn)摘機(jī)和掛機(jī)。
DTMF撥號(hào)電路和摘機(jī)/掛機(jī)電路的工作過(guò)程：當(dāng)需要向電話網(wǎng)發(fā)送預(yù)先存儲(chǔ)的電話號(hào)碼時(shí)，PICK=1，通過(guò)D1和R12使Q1和Q2處于飽和狀態(tài)。從電話線TIP和RING兩端來(lái)的電壓使Q3和Q4得到正常偏置處于放大狀態(tài)，此時(shí)R_W=0。使MT8880的CS=0，芯片被選中，DTMF信號(hào)從MT8880的8腳輸出，經(jīng)過(guò)R14、C18送到Q3的基極，經(jīng)Q3、Q4的放大后從電話線路輸出，此時(shí)發(fā)光管LED點(diǎn)亮顯示發(fā)送狀態(tài)，平時(shí)非發(fā)送狀態(tài)時(shí)，PICK=0，Q1、Q2、Q3、Q4處于截至狀態(tài)，CS=1，MT8880不能被選中，它的8腳內(nèi)部電路處于高阻抗?fàn)顟B(tài)，電路與電話線隔離，不影響正常電話機(jī)的使用。接口電路由電話線電壓供電，平時(shí)36 V左右，工作時(shí)為9 V。
2.4 時(shí)鐘頻率電路
時(shí)鐘頻率電路由555定時(shí)器和外接元件R3、RP1、C6構(gòu)成多諧振蕩器，腳2與腳6直接相連，如圖5所示。電路沒(méi)有穩(wěn)態(tài)，僅存在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，且不需要外接觸發(fā)信號(hào)，利用電源通過(guò)R3、RP1向C6充電，以及C6通過(guò)RP1向放電端放電，使電路產(chǎn)生振蕩，從而在輸出端為主控電路提供1.1 kHz 的時(shí)鐘頻率。

3 CPLD的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和邏輯仿真
　 系統(tǒng)控制核心CPLD的三個(gè)控制模塊都是采用VHDL語(yǔ)言編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的[4-5]，其中電話信號(hào)音檢測(cè)模塊DJF1用來(lái)檢測(cè)公用電話網(wǎng)絡(luò)傳遞的語(yǔ)音信號(hào)，摘機(jī)/掛機(jī)控制模塊DJF2用來(lái)控制摘機(jī)/掛機(jī)電路，實(shí)現(xiàn)電話的接通和關(guān)斷，DTMF收發(fā)時(shí)序模塊DJF3控制DTMF撥號(hào)電路自動(dòng)撥打預(yù)先設(shè)定好的電話號(hào)碼。系統(tǒng)的主程序流程圖如圖7所示。