基于PSTN网络控制的智能监控防盗系统设计

李幕云，王卫星，李浩明，张大池

（华南农业大学 广东 广州 510642）

随着我国国民经济和人们生活水平的不断提高，在全国建成了许许多多的现代化住宅小区，这同时也给人们对于家居安全的理解观念产生了巨大的变化，家居安全方面出现了面向智能化，方便化，系统化等高端方向的研究和发展[1-3]。与此同时，伴随着固定电话、移动电话、互联网络用户越来越多，公用电话交换网（Public Switched Telephone Network）如同神经系统一样遍布人们生活和工作的每个角落[4-5]，为家居防盗系统的远程控制提供了可能。

文中主要利用了基于公共电话网（PSTN）和DTMF解码技术，采用无处不在的电话网络进行监控，将STC89C52单片机、ISD1720集成语音芯片、MT8870解码芯片等集成电路有机地结合在一起而构成的一种成本低廉、远程控制便捷、功能先进、实用的智能家庭式防盗报警系统。

1 系统整体架构及功能描述

智能防盗监控系统原理如图1所示。本系统采用STC89C52单片机为核心处理器[6]。整个控制系统主要由振铃检测模块、语音提示模块、DTMF解码模块、DTMF自动拨号模块及预警报警模块等5部分组成。

根据电话远程遥控智能防盗锁的功能要求，该装置总体应实现的功能如下：1）等待超过设定的振铃次数，若无人接听电话，装置能自动实现模拟摘机；2）装置摘机后，通过密码来识别合法用户；3）可通过电话来修改密码，密码掉电不丢失；4）通过对双音频信号的解码来识别用户的控制指令；5）装置能根据用户指令执行相应智能防盗监控控制；6）可通过LCD液晶屏来显示装置当前所存状态；7）超过设定的时间没收到用户的指令，装置会挂机；8）装置不影响电话的正常使用。

图1 智能防盗监控系统原理流程图Fig.1 Intelligent security monitoring system schematic flow diagram

2 系统的硬件模块设计

2.1 振铃检测模块

电话线路没来铃流前，电话线路由电话交换机提供大约48 V的直流电压。在电话网信号装置中，拨号音是频率为（450士25）Hz的连续信号音；回铃音是频率为（450士25）Hz，5 s断续（即送 1 s、断 4 s）的信号音；忙音是频率为（450士25） Hz，0.7 s 断续（即送 0.35 s、断 0.35 s）的信号音。 音源信号为正弦波。当用户被呼叫时，电话交换机发来铃流信号。振铃信号为（450士25）Hz的正弦波，谐铃失真不大于10%，电压有效值（90士15）V。振铃以5 s为周期，即1 s送，4 s断。

在本电路检测铃流信号时，以5次铃响为准，即5次振铃后无人摘机，便由单片机控制自动模拟摘机（即电子开关接通）。 振铃检测电路如图 2 所示： 由 C2、R2、D2、R3、LED 和4N25组成。

图2 振铃检测电路原理图Fig.2 Ringing detection circuit schematics

2.2 语音提示模块

语音信号的主要作用是用作操作过程中的语音提示，实现用户和本装置的交流，方便用户的操作，使本装置更友好、更智能。ISD系列语音芯片采用模拟数据在半导体存储器直接存储的专利技术，即将模拟语音数据直接写入单个存储单元，不经过A/D或D/A转换，因此能够较好的真实再现语音的自然效果，避免了一般固体语音电路因为量化和压缩所造成的量化噪音和失真现象。本模块采用ISD1720语音芯片，工作电路如图3所示。

本设计使用的是SPI模式来控制ISD1720的录音放音。ISD1720 的控制端（SCLK、MOSI、MISO、/SS）分别接在 51 单片机的P3.4~P3.7。语音输出端SP+（15管脚）接在图3的“J1”接口上，语音信号在模拟摘机后即可通过电话线传输到拨叫用户的电话上，音色不失真，音量足够，不需再对音频进行放大。

2.3 DTMF解码模块

DTMF码的双音频信号是由低频组和高频组两组频率信号构成，每个数字信号由低频组和高频组的任意一个组合而成。根据CCITT的建议，DTMF的编译码如表1所示。

图3 ISD1720语音提示电路Fig.3 ISD1720 voice promptcircuit

表1 电话号码与频率的对应关系表Tab.1 Telephone number and frequency of correspondence between tables

电话线上传输的是由高、低两个音频组合的双音频信号，而微控制器可以识别的是由“0”和“1”组成的数字信号。微控制器要想识别电话线上的双音频信号，就需要一个DTMF解码电路将DTMF信号转化成二进制信号再传给微控制器。相反，由单片机送出的二进制码经DTMF双音多频编解码电路编码后，产生两个高、低音频的组合信号也可通过电话线向外发送出去。

这些频率的选择是经过对人体声学的研究后得到的，是人声带使用最少的频率组合。因此DTMF可避免人的话音干扰。参照MT8870的典型应用电路及其引脚功能，本装置DTMF解码电路的设计如图4所示。

2.4 DTMF自动拨号模块

本部分电路主要完成对电话双音多频信号进行解码，同时，当出现警情时，拨预置的电话号码进行远程预警，以便对警情进行处理。

图4 MT8870解码电路原理图Fig.4 MT8870 decoding circuit schematics

实现利用电话网络进行远程通讯，关键部分是DTMF收发电路。它将实现自动拨号、忙音识别、铃声识别等功能。本设计是使用集成电路的方法加以实现，即使用电话专用的双音频编解码芯片（MT8888）进行输入双音频信号的编码，信号转换成为不同的码制信号，并且通过放大芯片（LM324）放大，放大后的DTMF码直接通过电话线端口发送至交换机。

2.5 预警报警模块

报警模块主要对住宅中的安全状态进行采集并提供报警信息。报警模块可以探测非法侵入、火灾发生等，例如：门磁报警器、烟雾探测器、可燃气体探测器等，用户可以根据需要进行配置。报警模块在探测到异常情况时将自动发出报警信号，同时发出声音报警。单片机系统接收并处理报警信号，然后将预先设置的电话号码（如家人的手机号码、119等）通过自动拨号模块自动拨出，将报警信息传输给用户或监控中心。

3 智能防盗监控系统的总体软件设计

本装置得已稳定可靠运行，除了有设计合理的硬件模块外，还需要良好的软件配合，而且要有友好的人机对话功能。软件设计的核心是编写51单片机程序，来检测、分析来自各模块的信息，并根据用户的操做调用对应的处理函数。

软件要实现的功能有：1）当电话线上有振铃信号时，通过判断达到振铃次数，则摘机继电器吸合，完成模拟摘机。2）单片机控制ISD1720语音模块播放“请输入6位密码”，用户输入6位正确密码后进入系统控制中心。3）用户通过语音进行对防盗监控系统的控制操作，按“1”对装置进行开锁，按“2”对装置进行上锁，按“0”进行密码修改。 4）若用户按“*”或者超过30秒不做任何操作，单片机将控制P2.4执行模拟挂机。

根据上述的软件功能，设计本装置的总程序流程图如图5所示。

4 结 论

1）本系统设计了一种基于PLMN（陆基移动通信网）和PSTN（公用电话交换网）的电话远程遥控控制报警装置，该装置并接在电话线上后，对电话机的正常使用不产生任何影响，用户拨打电话后，能在五次响铃无人接听系统摘机后，按语音提示操作连接在本装置的防盗监控系统。

图5 智能监控防盗系统总程序流程图Fig.5 The total program flowchart intelligent monitoring alarm systems

2）该控制系统在硬件上采用了模块化设计，设计包含了振铃检测、语音提示、DTMF解码、DTMF自动拨号及预警报警等模块，系统实现了远程控制启动关闭、六位密码在线修改与验证以及室内安全防盗监控功能。同时采用在线更改密码和外部寄存器存储密码的方式，提高了装置的安全性。

[1]Miller C．Guardian Home Security System[D].the Best on the Block，2008

[2]徐品燕.防盗门智能门警装置：中国，CN200720037526.2[P].2008-04-23.

[3]刘冬生，王平根，刘昌鑫，等．可远程监控的智能防盗系统研究[J]．井冈山大学学报：自然科学版，2012，33（1）:68-73.LIU Dong-sheng，WANG Ping-gen，LIU Chang-xin，et al.Research on intelligent alarm system for remote monitoring[J]．Journal of Jinggangshan University：Natural Science，2012，33（1）:68-73.

[4]赵钢．基于PSTN的家电控制系统 [J].内蒙古师范大学学报:自然科学汉文版，2013，42（4）:428-430.ZHAO Gang．Design of household appliances control system based on PSTN[J]．Journal of Mongolia Normal University：Natural Science Edition，2013，42（4）:428-430.

[5]兀伟，冯楠，郗柯庆．基于PSTN的远程水库水位监测系统设计[J].电子设计工程，2010，18（12）:178-180．WU Wei，FENG Nan，XI Ke-qing．Design of a water-level monitoring system of the remote reservoir based on PSTN[J]．Electronic Design Engineering，2010，18（12）:178-180．

[6]刘文涛.单片机应用开发实例[M].北京:清华大学出版社，2005.