防盜報警系統(tǒng)中話線斷線呼救無線網(wǎng)的研究與應(yīng)用

摘要：針對借助固定電話通信的防盜報警器在話線遭到破壞情況下，無法將警情送達接警中心或用戶手機的現(xiàn)象，提出一種電路簡單、通信可靠、占用信道時間短、成本低廉的話線斷線無線呼救系統(tǒng)。給出完整的硬件電路，其中包括話線斷線與摘機檢測電路，ASK調(diào)制的無線發(fā)射電路，以及斷線呼救與應(yīng)答信息的構(gòu)成、通信協(xié)議，并詳細描述呼救信息發(fā)送、接收處理流程。實驗證明，該無線呼救系統(tǒng)極大地提高借助固定電話通信的防盜報警器的可靠性，使其誤報率降低了50％，漏報率降低了30％。
關(guān)鍵詞：單片機；防盜報警；無線通信；編碼；解碼

    在社會治安形勢尚未徹底好轉(zhuǎn)前，入屋盜竊、搶劫案件不時發(fā)生。常見的防盜網(wǎng)、防盜門、防盜鎖等被動防盜設(shè)施效果有限，并沒有給住戶帶來真正的安全，反而影響了市容、埋下了消防隱患。在這種情況下，各類防盜報警設(shè)備銷量猛增，但多數(shù)防盜報警主機只能通過固話線路向外發(fā)送警情信息。據(jù)報道，在多數(shù)惡性入屋犯罪事件中，犯罪分子一般先提前破壞大門外布線規(guī)范、一眼就能找到固話線路，后才擇機撬門或開鎖入屋。在這種情況下，報警主機除了借助警號阻嚇外，無法將警情送出。為避免固話斷線發(fā)送不了警情的弊端，個別品牌防盜報警器內(nèi)置GSM模塊，借助移動網(wǎng)絡(luò)通信。然而這類主機價格昂貴。日常維護費用大，普及率不高。因此，如何在防盜報警器中增加成本低廉、通信可靠的話線斷線呼救系統(tǒng)成了一種必然趨勢。

1 系統(tǒng)硬件電路
    話線斷線無線呼救系統(tǒng)硬件電路由話線斷線檢測電路、本地話機摘機檢測電路、無線發(fā)射電路(調(diào)制方式、載波頻率與報警主機內(nèi)的無線接收模塊相同)等部分組成，如圖1所示。

    外線經(jīng)極性變換電路后送話線斷線檢測電路，其輸出信號接MCU的I／O引腳；本地話機摘機檢測電路輸出信號接MCU的另一I／0引腳。當(dāng)有效時，表示本地話機摘機，忽略話線斷線檢測電路輸出信號。話線斷線檢測與本地電話摘機檢測具體電路如圖2所示。

    本地電話摘機檢測電路由電阻R4、R5，以及U2、U3組成。用戶摘機時，話機電流流經(jīng)R4，只要話機電流不小于15 mA，則R4上的壓降必定大于1．23 V，PC817光耦內(nèi)發(fā)光二極管可靠導(dǎo)通。R4取值范圍在82～100 Ω之間，過大則話機電壓偏小，影響話機通話；反之，太小則可能造成其上壓降小于1．2 V，PC817不能可靠導(dǎo)通。R5為發(fā)光二極管限流電阻，阻值在5l～100Ω之間。由于無法確定外線極性，需要由U2、U3的發(fā)光二極管反向并聯(lián)構(gòu)成雙極性檢測，這樣無論L1為正極還是L2為正極均可保證在摘機狀態(tài)下U2、U3總有一個處于導(dǎo)通狀態(tài)。
    外線經(jīng)二極管VD1～VD4構(gòu)成的極性變換電路后得到極性固定的饋電電壓，加到U1光耦的1、2引腳。在掛機狀態(tài)下，15 V穩(wěn)壓二極管VDZ擊穿，光耦內(nèi)發(fā)光二極管電流約0．4 mA(交換機饋電約為48 V)，光敏三極管飽和導(dǎo)通，輸出高電平，表示話線正常；反之，如果斷線或掛接在外線上的其他話機被摘機等原因，則極性變換電路輸出電壓必定小于12 V，穩(wěn)壓二極管截止，光耦內(nèi)光敏三極管也截止，輸出低電平。
    在本地話機摘機檢測輸出信號為高電平狀態(tài)下，表示話線斷線，可根據(jù)報警主機的狀態(tài)，做出相應(yīng)處理——在撤防狀態(tài)下，通過蜂鳴器提示話線故障(即話線盜用提示)：在布防狀態(tài)下，報警主機內(nèi)的MCU控制器借助無線發(fā)射電路(圖3)向鄰近同類型主機發(fā)出斷線呼救信號，同時觸發(fā)警號鳴響提醒鄰居或住戶。

    有效通信距離與發(fā)射功率、天線形狀與尺寸、載波頻率、接收模塊靈敏度等因素有關(guān)。即使采用2SC3356小功率發(fā)射管，對于一個設(shè)計優(yōu)良的ASK調(diào)制發(fā)射電路(發(fā)射功率在4～6 mW之間)，有效接收距離也小于200 m(開闊地帶)。
    因為防盜報警主機內(nèi)一般已有無線接收、解調(diào)電路(其主要任務(wù)是接收無線探頭、遙控器發(fā)出的編碼信息)，因此無須額外的無線接收、解調(diào)電路。

2 通信協(xié)議
2．1 呼救信息
    在住房商品化時代，鄰居之間電話號碼、主機編號等均涉及個人隱私，因此斷線后，呼救方必須提供接警中心用戶編號(6位BCD碼。注：報警主機普遍采用C．ID協(xié)議與接警中心通信，而C．ID協(xié)議中用戶編號最多6位)警情代碼、被觸發(fā)的防區(qū)號、機主本地電話號碼(不能用接警中心用戶編號作為鄰居主機撥通后告知機主的語音信息，原因是機主不熟悉該編號，只能用機主本地電話號碼)、用戶手機、小靈通或辦公室固定電話號碼等信息。為減少無線信道占用時間，將以上信息分3幀(每幀64 bit)送無線發(fā)射模塊。相應(yīng)的，接收方收到鄰居呼救信號后，必須給出相應(yīng)的應(yīng)答信號，以便呼救方感知呼救信號是否已被附近同類主機可靠接收，同時阻止其他主機撥打呼救主機對應(yīng)的機主電話。避免“一機呼救多機響應(yīng)”現(xiàn)象。同樣為盡可能減少信道占用時間，應(yīng)答信息幀為32 bit(由l字節(jié)標(biāo)識信息和3字節(jié)接警中心用戶編號組成)。
2．2 信息幀格式與調(diào)制方式
    呼救信息幀格式與應(yīng)答信息幀格式如表l所示。

    為了能夠直接利用報警主機內(nèi)無線接收、解調(diào)電路完成呼救信號接收與解調(diào)，呼救信號調(diào)試方式、載波頻率與系統(tǒng)內(nèi)其他無線發(fā)射設(shè)備相同。例如，當(dāng)系統(tǒng)其他無線發(fā)射設(shè)備采用315 MHz ASK調(diào)制方式，信息幀編碼方式與2262編碼器兼容時，可利用信息幀同步頭脈寬比的大小來區(qū)分信息類型。由于2262編碼器同步頭脈寬比為1：32(高低電平時間為4：124)，那么呼救信息同步頭脈寬比可選定為l：10(高低電平時間為4：36)，相應(yīng)地應(yīng)答信息同步頭脈寬比選定為1：17(高低電平時間為4：64)，如圖4所示。

    圖中α為比例系數(shù)，與PT2262器件頻率有關(guān)。這樣利用軟件解碼方式。不難分辨、處理以上三類信息。

3 信息收發(fā)與處理流程
    話線斷線處理過程大致如圖5所示。話線斷線時，檢測主機當(dāng)前狀態(tài)，在撤防狀態(tài)時，則觸發(fā)蜂鳴器斷續(xù)鳴叫；在布防狀態(tài)時，則初始化、等待信道空閑。當(dāng)有空閑信道時，依次發(fā)送3幀呼救信息，然后初始化等待應(yīng)答信號時間、觸發(fā)警號鳴響。與此同時等待附近同類主機的應(yīng)答信號。在特定時間內(nèi)沒有應(yīng)答信號，呼救次數(shù)減l。次數(shù)未減到O則繼續(xù)等待信道空閑，然后發(fā)送呼救信息；如果呼救信息減到0則退出。
如果主機接收到附近主機的呼救成功的信息(應(yīng)答標(biāo)志為0x13)，表示呼救成功，然后退出。

    如果主機接收到附近主機響應(yīng)(應(yīng)答標(biāo)志為0x15)，表示附近主機轉(zhuǎn)發(fā)的第一個呼救沒人響應(yīng)，則判斷呼救次數(shù)，接著選擇下一個用戶電話號碼并發(fā)送呼救信息的第2幀。然后再等待應(yīng)答信號直到有用戶響應(yīng)或呼救次數(shù)減到O退出。
    如果主機接收到附近主機的呼救成功信息(應(yīng)答標(biāo)志為Oxll)，則表示附近主機響應(yīng)但接收的信息有誤，則依次發(fā)送3幀呼救信息。再次判斷呼救次數(shù)、等待應(yīng)答標(biāo)志轉(zhuǎn)到相應(yīng)的處理過程。

    斷線呼救信息接收處理過程大致如圖6所示。為保證通信的可靠性，在發(fā)送斷線信息、應(yīng)答信號前，可利用報警主機內(nèi)的無線接收電路探測無線信道是否處于空閑狀態(tài)。

4 結(jié)束語
    本文介紹的話線斷線無線呼救系統(tǒng)硬件電路簡單、成本低廉，軟件設(shè)計、調(diào)試容易。自2005年以來，先后將該系統(tǒng)應(yīng)用于多家防盜報警設(shè)備生產(chǎn)廠商委托開發(fā)的8款防盜報警主機中，實踐表明系統(tǒng)運行穩(wěn)定、可靠，取得良好的社會效益和經(jīng)濟效益。