基于電話網(wǎng)的視頻報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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摘 要：介紹了一種基于電話網(wǎng)的視頻報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，該方案將傳統(tǒng)的報(bào)警系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合起來，不但實(shí)現(xiàn)了報(bào)警的基本功能，而且可以通過視頻系統(tǒng)傳送現(xiàn)場信息，以便迅速掌握現(xiàn)場情況，準(zhǔn)確判斷是否有警情發(fā)生。
關(guān)鍵詞：80C196NP 視頻 報(bào)警系統(tǒng)
目前國內(nèi)外的報(bào)警系統(tǒng)，多采用電話報(bào)警方式。報(bào)警觸發(fā)后，根據(jù)報(bào)警類型撥打預(yù)定的電話號(hào)碼，但是由于不能及時(shí)準(zhǔn)確的獲得報(bào)警現(xiàn)場的真實(shí)信息，容易造成虛警的發(fā)生，從而阻礙了此類系統(tǒng)的推廣應(yīng)用。
為了解決傳統(tǒng)報(bào)警系統(tǒng)這些缺陷而開發(fā)的基于電話網(wǎng)的視頻報(bào)警系統(tǒng)，它將傳統(tǒng)的報(bào)警系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合起來，不但具有傳統(tǒng)報(bào)警系統(tǒng)的基本功能，而且可以通過視頻系統(tǒng)采集現(xiàn)場信息，并通過電話網(wǎng)傳送到監(jiān)控中心，從而可以準(zhǔn)確判斷是否有警情發(fā)生。
1 系統(tǒng)工作原理及性能指標(biāo)
系統(tǒng)以公用電話網(wǎng)作為數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，報(bào)警監(jiān)控點(diǎn)通過無線報(bào)警裝置采集報(bào)警信息，在進(jìn)入設(shè)防狀態(tài)后，任何探測器被觸發(fā)，通過無線發(fā)射接收模塊檢測到信號(hào)并經(jīng)解碼后，由單片機(jī)控制報(bào)警過程。首先由自動(dòng)撥號(hào)電路撥通接警號(hào)碼并啟動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，待接警后，系統(tǒng)自動(dòng)將現(xiàn)場的視頻數(shù)據(jù)傳至監(jiān)控中心，以便迅速掌握現(xiàn)場情況，減少由于各種原因造成的誤觸發(fā)報(bào)警。
本系統(tǒng)采用多路傳感接口，集成了社區(qū)報(bào)警系統(tǒng)的主要功能，利用無線接入有線電話網(wǎng)的報(bào)警方式，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警，采用先進(jìn)的視頻傳輸技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場監(jiān)控。總體性能指標(biāo)：
（1） 存儲(chǔ)16組電話、手機(jī)或傳呼機(jī)號(hào)碼，報(bào)警時(shí)自動(dòng)按序循環(huán)撥叫。
（2） 有無線門磁、無線紅外探測器、有線入侵探測器標(biāo)準(zhǔn)接口。
（3） 具有優(yōu)先報(bào)警、電話外線防剪報(bào)警、遙控器觸發(fā)緊急報(bào)警、集群聯(lián)網(wǎng)報(bào)警等功能。
（4） 接口特性：普通電話網(wǎng)。
（5） 最大傳輸速率：33.6kbps。
（6） 最大影像傳輸速率：15fps。
（7） 傳輸模式：同步方式。
（8） 視頻連接時(shí)間：15-20s。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
2.1 系統(tǒng)硬件體系結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)硬件以80C196NP單片機(jī)作為控制中心，主要由主控制模塊、視頻采集壓縮發(fā)送模塊、信號(hào)檢測模塊、無線發(fā)射接收模塊等組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
2.2 主控制模塊
系統(tǒng)主控部分采用TI公司生產(chǎn)的高性能l6位單片機(jī)MPS430，此芯片有1M的尋址能力，并且工作于25MHz晶振下，具有較快的工作速度。看門狗電路采用美國Xicor公司的X25045，它將電壓監(jiān)控、看門狗定時(shí)器和EEPROM 組合在單個(gè)芯片之內(nèi)，其體積小且占用I/O口少。X25045 含512*8位的串行EEPROM ，可以直接與微控制器的I／O 口串行相接，用于存儲(chǔ)電話號(hào)碼及系統(tǒng)設(shè)置數(shù)據(jù)等，其內(nèi)有一個(gè)位指令寄存器，該寄存器可以通過S1來訪問。如果在看門狗定時(shí)器預(yù)置的超時(shí)時(shí)間內(nèi)沒有總線的活動(dòng)，那么X25O45將輸出復(fù)位信號(hào)。P1口作為無線紅外和無線門磁等報(bào)警信號(hào)的輸入口。
2.3視頻采集壓縮發(fā)送模塊
由于只能通過調(diào)制解調(diào)器來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，圖像數(shù)據(jù)必須經(jīng)過大比例的壓縮，使用高效的圖形壓縮格式。該系統(tǒng)選擇JPEG格式。攝像頭輸出模擬復(fù)合視頻信號(hào)，由視頻編／解碼器SAA7111對(duì)其進(jìn)行亮色分離和A／D轉(zhuǎn)換，輸出數(shù)字視頻信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)、行場同步信號(hào)及奇偶場指示信號(hào)，進(jìn)入JPEG編解碼芯片ZR36060。編解碼芯片對(duì)視頻解碼器輸出的同步信號(hào)采樣并與之同步，同時(shí)接收數(shù)字視頻信號(hào)并對(duì)其進(jìn)行壓縮，再將壓縮后的JPEG格式的圖像數(shù)據(jù)寫入SRAM，由單片機(jī)控制這些數(shù)據(jù)，經(jīng)通用異步發(fā)送接收器16C550串行化后，通過調(diào)制解調(diào)器發(fā)送到監(jiān)控中心。
2.4信號(hào)檢測模塊
對(duì)于主叫，在撥打電話號(hào)碼的過程中，可能遇到的電信信號(hào)有：撥號(hào)音、忙音和回鈴音。這些信號(hào)的特點(diǎn)為：
(1) 撥號(hào)音：450Hz單頻連續(xù)。
(2) 忙音：450Hz單頻，0.35s等間隔斷續(xù)。
(3) 回鈴音：450Hz單頻，1s續(xù)4s斷。
從3個(gè)信號(hào)的特點(diǎn)可以看出，他們頻率相同，通斷時(shí)間不同。根據(jù)單片機(jī)的需要，由外線經(jīng)電容耦合來的調(diào)制信號(hào)需經(jīng)檢波處理。電路由NE567音頻鎖相環(huán)完成解調(diào)過程。NE567內(nèi)部正交相位探測器比較輸入信號(hào)和電流控制振蕩器信號(hào)的頻率和相位，當(dāng)輸入信號(hào)落在給定頻帶內(nèi)時(shí)，信號(hào)被鎖定，8腳輸出低電平。內(nèi)部振蕩器頻率f可通過RC設(shè)定。即f= 1／1.1RC。電話載頻為450Hz，R通常在2KΩ～20KΩ內(nèi)取值，若R取20KΩ，計(jì)算出C=0.1pF。中心頻率確定后，電路通頻帶由下式求得:
Vi為輸入信號(hào)有效值，要求不大于200mV，C取0.1pF 時(shí)， ，可滿足電話信號(hào)載頻 的要求。
在系統(tǒng)中將所有信號(hào)從電話接口電路中的同一個(gè)點(diǎn)引出，經(jīng)過NE567鎖相環(huán)電路用來確定線路中有無450Hz的音頻信號(hào)，并輸出高低電平持續(xù)時(shí)間不同的脈沖信號(hào)，然后由單片機(jī)利用高低電平持續(xù)時(shí)間的不同來識(shí)別這些電信信號(hào)。
2.5無線發(fā)射接收模塊
由于一般的LC振蕩器頻率穩(wěn)定度及一致性較差，即使采用高品質(zhì)的微調(diào)電容，溫差變化及震動(dòng)也很難保證已經(jīng)調(diào)好的頻點(diǎn)不會(huì)發(fā)生偏移，因此在這個(gè)設(shè)計(jì)中使用了發(fā)射模塊（F05）和接收模塊（J01E）,F05系列采用聲表面諧振器穩(wěn)頻。SMT樹脂封裝，頻率一致性較好，免調(diào)試。F05具有較寬的工作電壓范圍及低功耗特性。當(dāng)發(fā)射電壓為3V時(shí)，發(fā)射電流約2mA，發(fā)射功率較小。12V為最佳工作電壓，具有較好的發(fā)射效果，發(fā)射電流為5～8mA。F05系列采用AM方式調(diào)制以將低功耗，數(shù)據(jù)信號(hào)停止，發(fā)射電流降為零。
J01E采用獨(dú)特的超再生電路結(jié)構(gòu)，SMT工藝樹脂封裝，內(nèi)含放大整形，輸出數(shù)據(jù)直接至解碼器，使用極為方便，是一種性價(jià)比較好的超再生模塊。J01E無信號(hào)時(shí)輸出零電平狀態(tài)（無噪聲干擾）可適合于單片機(jī)輸入端接口。J01E具有較寬的接收帶寬，具有較低的功耗，3V時(shí)只消耗0.2mA的電流，可長期處于守機(jī)狀態(tài)。
為提高系統(tǒng)的可靠性和保密性，使用了PT2262、PT2272。PT2262是編碼模塊，PT2272是解碼模塊。編碼芯片PT2262發(fā)出的編碼信號(hào)由地址碼、數(shù)據(jù)碼、同步碼組成，解碼芯片PT2272接收到信號(hào)后，要對(duì)地址碼進(jìn)行兩次核對(duì)，如果與自己的地址碼匹配，VT引腳輸出高電平，同時(shí)相應(yīng)的數(shù)據(jù)腳也輸出高電平。PT2272通過D0～D3四個(gè)數(shù)據(jù)引腳連接主控制模塊的P1.4～P1.7引腳向主機(jī)傳遞數(shù)據(jù)，無報(bào)警時(shí)這四個(gè)P1引腳的輸入均為0。主機(jī)啟動(dòng)后，會(huì)始終監(jiān)聽這四個(gè)P1引腳，發(fā)現(xiàn)輸入不為0時(shí)說明報(bào)警發(fā)生，并根據(jù)它們的當(dāng)前值來確定報(bào)警源。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
3.1主程序部分
主程序流程如圖3所示，系統(tǒng)可接受來自主機(jī)或遙控的按鍵命令分別進(jìn)入撤防和設(shè)防狀態(tài)，撤防狀態(tài)下的功能操作主要是電話號(hào)碼的輸入，并可接受主機(jī)或遙控的按鍵信號(hào)進(jìn)入設(shè)防狀態(tài)。在布防狀態(tài)下，80C196NP不斷掃描P1口以判斷是否有警情發(fā)生，若有警情則啟動(dòng)報(bào)警子程序以及視頻監(jiān)控子程序。
系統(tǒng)初始化包括中斷設(shè)置、X25045存儲(chǔ)區(qū)賦初值、數(shù)據(jù)采集模塊的初始化等，對(duì)主機(jī)鍵盤的響應(yīng)采取查詢方式并進(jìn)行延時(shí)處理,系統(tǒng)將由INT1進(jìn)行中斷響應(yīng)報(bào)警。
3.2 視頻數(shù)據(jù)處理子模塊
視頻數(shù)據(jù)處理流程如圖4所示，初始化主要完成接收和發(fā)送通道的初始化、內(nèi)存區(qū)域的分割、定時(shí)時(shí)鐘和計(jì)數(shù)器的清零或初值設(shè)置、中斷的關(guān)閉或開放、確定數(shù)據(jù)在傳輸時(shí)的塊格式、圖像數(shù)據(jù)的起始位置和大小等。系統(tǒng)完成初始化以后，啟動(dòng)圖形數(shù)據(jù)采集模塊，開始采集一幀圖像，通過寫地址和寫信號(hào)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到SRAM中。采集結(jié)束時(shí)，采集標(biāo)志信號(hào)撤消，80C196NP開始讀取SRAM中的圖像數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)經(jīng)SC16C550輸出串行數(shù)據(jù)，并通過Modem發(fā)送至接收端。數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后，將啟動(dòng)下一次數(shù)據(jù)采集。
3.3 報(bào)警控制子模塊
本系統(tǒng)的報(bào)警掃描采用端口掃描方式，對(duì)P1口進(jìn)行不斷掃描，當(dāng)出現(xiàn)警情時(shí)，經(jīng)過一定的延時(shí)后，再進(jìn)行掃描，若仍有報(bào)警信號(hào)則進(jìn)入摘掛機(jī)處理程序段。
為方便編程，在X25045中存儲(chǔ)的電話號(hào)碼以F0H作為一組號(hào)碼的開始標(biāo)志，FFH做作為全部號(hào)碼的結(jié)束標(biāo)志。報(bào)警系統(tǒng)由存入號(hào)碼的標(biāo)志位決定摘機(jī)、撥號(hào)和啟動(dòng)視頻監(jiān)控，摘機(jī)后延時(shí)2秒開始撥號(hào)，每位撥號(hào)0.1s，撥完后延時(shí)0.1s。撥完一組電話號(hào)碼等待2 s后開始啟動(dòng)視頻監(jiān)控子程序。報(bào)警控制子程序流程如圖5所示。
4 結(jié)語
通過以上軟硬件設(shè)計(jì)方案和用戶使用情況調(diào)查，此系統(tǒng)具有如下優(yōu)勢：
（1）系統(tǒng)以公用電話網(wǎng)作為傳輸媒體，符合國家公用電話網(wǎng)的信令標(biāo)準(zhǔn)，無須單獨(dú)布線；
（2）經(jīng)濟(jì)耐用，采用軟硬件結(jié)合的方式，便于擴(kuò)展升級(jí)；
（3）由于集成電話報(bào)警與視頻傳輸，較好地解決了系統(tǒng)誤報(bào)的問題；
由于本系統(tǒng)是在通訊技術(shù)和多媒體技術(shù)結(jié)合的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)研發(fā)的，在系統(tǒng)運(yùn)行的過程中也會(huì)受到通信網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的影響，由于帶寬較窄，視頻傳輸受到一定限制，速度較慢，但對(duì)于掌握現(xiàn)場情況，區(qū)分報(bào)警類型已基本能夠滿足要求
。
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