基于單片機的艦船自動報警系統(tǒng)的設計

摘要：介紹一種以單片機AT89C52為控制核心的艦用自動報警系統(tǒng)，主要功能是對電話雙音多頻信號進行編解碼，當有人非法進入艦船艙室內(nèi)時通過拔預置的電話號碼進行自動報警。本系統(tǒng)重點放在遠程語音報警的研制上，可組成非法侵入報警、火災報警、浸水報警等多功能報警系統(tǒng)。通過附加實現(xiàn)一些智能控制，賦予報警系統(tǒng)更強大和完整的功能，從而滿足艦艇及民用船舶對安全報警的需求。
關鍵詞：單片機；DTMF；MT8880；MT8980；時隙交換

    隨著經(jīng)濟全球化的深入發(fā)展，國際貿(mào)易對海運的需求不斷增長，但面對層出不窮，日益猖獗的海盜行為，我們的安全防范意識也必須不斷增強。因此，研究和開發(fā)面向艦艇和民用船舶、成本低、運行可靠的艦船用自動報警系統(tǒng)已成為當前艦船反恐、防盜報警裝置的主要發(fā)展方向，這對于保障貨船船員的生命財產(chǎn)安全，提高護航艦船的快速反應能力，有著十分重要的現(xiàn)實意義。本系統(tǒng)主要是以單片機AT89C52為控制核心，利用艦用電話交換網(wǎng)絡作為傳輸介質(zhì)，與艦用電話機并聯(lián)，只在報警期間占用電話線路，報警結束后系統(tǒng)與電話線路脫離，不影響電話機的正常使用。當探測器檢測到意外情況后就發(fā)出報警電平信號到主機控制部分，主機控制部分對該電平信號進行處理，然后控制撥號芯片向電話線路撥出雙音多頻信號，當線路接通后控制語音芯片播放出事先錄制好的語音信號到電話線路，實現(xiàn)語音報警。

1 系統(tǒng)組成及工作原理
    系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。本系統(tǒng)通過傳感器采集信號，經(jīng)信號調(diào)理電路整理后，再由模數(shù)轉(zhuǎn)換器將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號送入單片機1，單片機1輸出通過由MT8880和MT8980組成的交換網(wǎng)絡傳送到單片機2，TP3057主要負責語音的編碼和解碼。單片機2的輸出通過RS-232串行接口將所采集到的溫度、壓力、光電等數(shù)據(jù)送入PC機，從PC機便可以清楚看到所采集的數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的報警功能。

2 系統(tǒng)硬件電路的設計
    整個報警系統(tǒng)的硬件電路以單片機AT89C52為控制核心，外圍電路有信號采集放大模塊、A／D轉(zhuǎn)換模塊、DTMF模擬撥號收號模塊、語音編碼解碼模塊、時隙交換模塊、串行通信模塊等。
2．1 單片機控制中心
    本系統(tǒng)單片機控制采用AT89C52，應用單片機最小系統(tǒng)電路。單片機1主要負責接收被放大了的傳感器采集到的信號，通過固化在內(nèi)部ROM中的應用軟件來判斷是什么地方發(fā)生了什么情況，然后轉(zhuǎn)到相應的中斷處理過程，并且控制撥號芯片產(chǎn)生正確的DTMF信號，完成對艦船安全值班室電話機的呼叫。此外，還能有效地判斷當前線路的狀態(tài)，如果遇到線路忙等情況時可以有相應的等待機制。在長時間不通的情況下可以更換不同的號碼多次嘗試，直到有人獲得報警信息為止。單片機2主要是完成接收的通過電話傳來的報警信號，并上傳到PC機上。
2．2 DTMF發(fā)送和接收電路
    DTMF收發(fā)電路是實現(xiàn)電話線遠程通信的關鍵部分。它需實現(xiàn)自動撥號、忙音識別、鈴聲識別、遠程按鍵數(shù)字信號識別等功能。本系統(tǒng)采用功耗低，可靠性高、集收發(fā)于一身的MT8880實現(xiàn)。MT8880有兩種工作模式：DTMF模式和呼叫處理(CP)模式。當選擇了呼叫處理模式時，MT 8880就用于檢測電話網(wǎng)上電話呼叫過程中表示不同進程的信號音(主要是撥號音，撥號音的標準頻率為350 Hz或440 Hz)，可以進行撥號音識別。這是目前其他DTMF芯片所不具備的，這樣便可以省去一套復雜的撥號音識別電路。

    圖2所示是MT8880與單片機AT89C52的電路連接圖，其中8端口為DTMF輸出端，2端口為DTMF輸入端。
2．3 程控交換電路
    此模塊主要是以時間交換器MT8980為核心。MT8980與單片機的接口電路如圖3所示，從圖中可以看出其實接線并不復雜，但其中有兩個引腳比較關鍵，那就是DS端和DTA端，而DS、DTA作為CPU和MT8980之間數(shù)據(jù)交換的同步信號，在DS選通信號的上升沿，如果MT8980的片選信號、數(shù)據(jù)地址線以及讀寫信號有效，則CPU開始對MT8980進行讀寫操作，當MT8980與CPU這間完成相應的數(shù)據(jù)發(fā)送或是接收之后，MT8880的數(shù)據(jù)應答信號DAT送出一個下降沿，表示這次數(shù)據(jù)交換完成，可以進行下一個操作了。對于AT89C51，我們可以用I／O口直接控制MT8980，在讀寫MT8980時，需判斷DTA是否為低有效。

3 系統(tǒng)軟件設計與實現(xiàn)
    本系統(tǒng)采用模塊化編程方法進行所有的軟件設計，主要包括主程序、A／D轉(zhuǎn)換子程序、發(fā)送和接收子程序和程控交換子程序等的設計。
3．1 主程序
    程序初始化地址為0000H，因此開機后自動運行，大部分都是在中斷后完成，所以主程序比較短，僅對MT8880進行初始化，同時開啟中斷，然后處于等待狀態(tài)，直至INT0或INT1接收到信號。主程序框圖如圖4所示。

3．2 發(fā)送和接收子程序
    本系統(tǒng)采用的是兼信號收、發(fā)于一體的雙音多頻芯片MT8880。此芯片可以通過不同的命令控制線來控制接收狀態(tài)和發(fā)送狀態(tài)。此芯片有三類寄存器：數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移寄存器、收發(fā)控制寄存器和收發(fā)狀態(tài)寄存器，這些寄存器分別由MT8880的三個控制腳RS0、R／W和IRQ／CP腳進行控制。收發(fā)控制由CRA和CRB兩個控制寄存器共同完成。本設計在MT8880撥號的過程中采用延時法，而在MT8880收號的過程中采用查詢法。子程序框圖如圖5所示。

3．3 程控交換子程序
    MT8980D可工作于兩種模式。一種為交換模式，可實現(xiàn)任意輸入信道至任意輸出信道的交換；另一種是消息模式，它允許交換機的控制系統(tǒng)通過MT8980D的控制接口直接讀任何語音存儲單元或?qū)懭魏谓永m(xù)存儲單元。這種模式對于控制系統(tǒng)收、發(fā)信念十分方便。而存儲單元的地址低字節(jié)部分直接來源于地址線A5-A0。

    程控交換子程序框圖如圖6所示。本設計應用到MT8980的交換模式，所以控制寄存器的控制位C7=0，并且當A5為高電平時，處理機可根據(jù)當前寫入控制寄存器CR的C0-C2來確定ST-BUSO總線號，然后根據(jù)A4-A0確定該ST-BUSO總線上的某信道號，從而根據(jù)一一對應的關系由確定的ST-BUSO總線號和信道號共同尋址到接續(xù)控制存儲器的某一特定存儲單元。尋址到接續(xù)控制存儲器某存儲單元后，要根據(jù)當前控制寄存器CR的C4-C3確定下上步操作是針對于CMH還是CML，前者用來指定MT8980具體信道的工作方式，即消息模式還是交換模式，后者用來指定具體信道時隙交換的輸入來源，即輸入ST-BUSI總線和信道號。設計中要求ST-BUSI0的時隙5上的信號從ST-BUSO1的時隙1輸出，即C2C1C0=001、A4A3A2A1 A0=00001而C4C3=11確保如下的操作是指向接續(xù)存儲器高3位CMH，并且應在接續(xù)存儲器的33號存儲單元的低字節(jié)里寫入05H。每個輸出信道對應了接續(xù)存儲器的一個單元，每個單元有11位，當B10=0時，該單元對應的信道工作于交換模式，此時B7-B5選擇輸入的ST-BUSI總線，B4-B0選擇在輸入的ST-BUSI總線的具體輸入時隙，當B10=1時，該單元對應的信道工作于消息模式，此時B7-B0中的內(nèi)容將每幀重復地輸出一次。在確定完輸出總線和信道號后要確定輸入總線和信道號，所以根據(jù)設計的要求，C4C3=10確保如下的操作是指向接續(xù)存儲器低8位CML，而B78685 =000、B483B281BO=00101，這樣也就確定了輸入總線和信道號。從而成功的完成了兩個話路的時隙交換。

4 結束語
    本文設計的基于單片機AT89C52的遠程智能報警系統(tǒng)，使用艦船用電話網(wǎng)絡的遠程控制方式，利用了現(xiàn)有的有線電話線路資源，不需進行專門的布線。當有報警信號時，可享有電話線路使用的優(yōu)先權，此系統(tǒng)結構簡單、成本低、可靠性高，可快速有效地解決艦船的反恐、防盜、防火等安防問題，具有廣泛的應用前景。