摘要：介紹一種以公共電話網(wǎng)絡(luò)PSTN（Public Switch Telecommunication Network）為傳輸媒介的住宅小區(qū)緊急求助系統(tǒng)。系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，以雙音多頻（DTMF，Dual Tone Multiple Frequency）作為通信方式。該系統(tǒng)為小區(qū)內(nèi)住戶(hù)提供緊急求助服務(wù)，具有可靠性高、成本低、易普及等優(yōu)點(diǎn)。文中給出系統(tǒng)原理圖、主要硬件電路和程序框圖。最后對(duì)該系統(tǒng)的應(yīng)用前景進(jìn)行了預(yù)測(cè)。

引言

隨著人們生活水平的不斷提高，家庭安全服務(wù)正在逐漸引起人們的重視。由于子?jì)D女的上班，很多老人尤其是病患者不能得到很好的照顧，出現(xiàn)險(xiǎn)情時(shí)不能得到及時(shí)處理，存在很大的安全隱患。因此，在住宅小區(qū)中設(shè)置聯(lián)網(wǎng)緊急求助系統(tǒng)，使小區(qū)物業(yè)管理中心能對(duì)住戶(hù)的險(xiǎn)情進(jìn)行及時(shí)處理，這正是人們所期盼的。隨著電話設(shè)備的大規(guī)模普及，使得利用公共電話網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)緊急求助變得簡(jiǎn)單易行。在此，本文將介紹一種基于公共電話網(wǎng)絡(luò)的社會(huì)緊急求助系統(tǒng)，這時(shí)改善人居環(huán)境和實(shí)現(xiàn)樓宇自動(dòng)化都將有大幫助。

1 系統(tǒng)工作原理

該系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，由DTMF撥號(hào)電路、遙控發(fā)射及接收電路、電話號(hào)碼存儲(chǔ)電路和免提通話電路四部分組成。當(dāng)有險(xiǎn)情發(fā)生時(shí)，按下呼叫器或遙控器上的緊急按鈕，單片機(jī)檢測(cè)到該信號(hào)后，將 存儲(chǔ)的電路號(hào)碼發(fā)送出去，接通后可以實(shí)現(xiàn)提對(duì)講。此外，由于該系統(tǒng)中的電話號(hào)碼是存儲(chǔ)在一片帶I2C總線接口的E2PROM芯片中，所以該號(hào)碼可以隨時(shí)修改，極其方便。系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。

圖2

2 主要硬件電路

2.1 DTMF撥號(hào)芯片與單片機(jī)的接口原理

雙音多頻信號(hào)（DTMF），通常簡(jiǎn)稱(chēng)為雙音頻信號(hào)。它是用兩個(gè)特定的單音信號(hào)組合疊加，來(lái)代表某一數(shù)字或符號(hào)。兩個(gè)單音的頻率不同，所代表的數(shù)字或功能也不同。在雙音多頻電話機(jī)中，有16個(gè)按鍵，其中10個(gè)數(shù)字鍵（0～9）、6個(gè)功能鍵（*、#、A、B、C、D）。這樣，按照組合的原理，它必須有8種不同的單音頻信號(hào)。根據(jù)CCITT（國(guó)際電報(bào)電話咨詢(xún)委員會(huì)）提出的雙音頻撥號(hào)的頻率組合建議，國(guó)際上采用4個(gè)低頻頻率（697Hz、770Hs、852H2、941Hz）和4個(gè)高頻頻率（1209Hz、1336Hz、1477Hz、1633Hz）中任意抽出一種頻率進(jìn)行組合，共有16種不同的組合方式，代表16種不同的數(shù)字或符號(hào)，如表1所示。

表1 雙音多頻的撥號(hào)代碼

本系統(tǒng)中，雙音多頻信號(hào)由DTMF信號(hào)發(fā)生器專(zhuān)用芯片UM95087產(chǎn)生。其輸入端R1～R4（行）、C1～C4（列）既可接普通電話鍵盤(pán)，也可用于電平輸入。輸入的兩個(gè)音頻信號(hào)被線性地疊加在一起，產(chǎn)生的DTMF信號(hào)由UM95087的16腳輸出。一個(gè)音頻信號(hào)由輸入端R1～R4從低頻組中選定，另一個(gè)音頻信號(hào)由輸入端C1～C4從高頻組中選定。當(dāng)定（Ri）輸入為低電平時(shí)，選擇其低頻組中的一個(gè)；當(dāng)列（Ci）輸入為電平時(shí)，選擇其高頻組中的一個(gè)。輸出的音頻單音幅度為400～500mV，雙音頻輸出的諧波失真和音頻失真小于10%，頻率誤差為±10%，準(zhǔn)確度小于0.75%，高頻比低頻加重2dB。UM95087的15腳用來(lái)防止單音產(chǎn)生，當(dāng)為低電平時(shí)，輸出將不會(huì)產(chǎn)生單音輸出；10腳是靜噪輸出端；2腳為發(fā)射機(jī)開(kāi)關(guān)控制端；7腳為片內(nèi)振蕩器輸入端；8腳為片內(nèi)振蕩器輸出端。應(yīng)用時(shí)，在第7腳和第8腳之間接入3.57954MHz晶振即可。現(xiàn)采用單片機(jī)AT89C51控制DTMF發(fā)生器UM95087來(lái)實(shí)現(xiàn)信道編碼，其接口電路如較2所示。

    根據(jù)雙音頻信號(hào)（DTMF）的組合原理和以上接口電路，可得DTMF信號(hào)與二進(jìn)制編碼信號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，如表2所示。

表2 DTMF信號(hào)與二進(jìn)制編碼對(duì)應(yīng)關(guān)系

2．2 免提通話電路

免提通話電路要求做到聲音清晰、洪亮，又不會(huì)因受話、送話而相互干擾。因此，對(duì)免提通話電路的技術(shù)要求較高，送話放大器靈敏度要高；受話放大器輸出功率要大；能有效地抑制受話引起的側(cè)音效應(yīng)。本系統(tǒng)采用專(zhuān)用免提通話芯片MC34018來(lái)構(gòu)成免提通話電路。MC34018是一種應(yīng)用廣泛、高質(zhì)量的免提通話集成芯片，它采用聲控方式半雙工免提通話，包含有發(fā)送放大器、揚(yáng)聲功率放大器、衰減控制系統(tǒng)、背景噪聲監(jiān)控系統(tǒng)、發(fā)送與接收衰減器。其衰減控制系統(tǒng)不僅受相應(yīng)的送話與受話電平控制，也受背景噪聲電平控制。由MC34018構(gòu)成的免提通話電路如圖3所示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)包括單片機(jī)求助信號(hào)的采集、電路號(hào)碼的讀取和發(fā)送、電話號(hào)碼的設(shè)置等三部分。其中，電話號(hào)碼的讀取和設(shè)置是軟件設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。由于電話號(hào)碼存儲(chǔ)在一片帶I2C接口的E2PROM中，而本系統(tǒng)所采用的單片機(jī)并沒(méi)有I2C接口，所以通過(guò)軟件來(lái)模擬I2C總線的時(shí)序。在單片機(jī)上，擴(kuò)展一個(gè)模擬I2C總線接口來(lái)實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與E2PROM芯片之間的通信。

在單片機(jī)完成復(fù)位和初始化后，當(dāng)有求助信號(hào)輸入時(shí)，單片機(jī)將所存儲(chǔ)的電話號(hào)碼取出并發(fā)送給UM95087芯片，使電話接通，完成通話對(duì)講功能。其程序流程框如圖4所示。

結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，我國(guó)對(duì)住宅小區(qū)建設(shè)的投資力度越來(lái)越大。以1999年為例，國(guó)家對(duì)住宅小區(qū)的總投資為1700～1800億元人民幣。根據(jù)建設(shè)部對(duì)住宅小區(qū)實(shí)、中、高三個(gè)等級(jí)的劃分，小區(qū)智能化為住宅小區(qū)總投資的1%～3%。以此比例計(jì)算，僅1999年度對(duì)小區(qū)智能化的需求就達(dá)17～54億元人民幣。而隨著住宅體制改革的不斷深入以及人們對(duì)住宅環(huán)境末求的不斷提高，該數(shù)值還將會(huì)大幅度提高。

本文所述社區(qū)求助系統(tǒng)具有較強(qiáng)的實(shí)用性、成本低廉、推廣方便，已經(jīng)通過(guò)全面實(shí)驗(yàn)并投入生產(chǎn)。住宅小區(qū)緊急求助系統(tǒng)的不斷推廣必將對(duì)智能樓宇體系的建設(shè)與發(fā)展和人們生活水平的提高帶來(lái)積極影響。