SPMC65P2408A单片机在报警主机中的应用
spmc65p2408a单片机在报警主机中的应用
本文主要介绍报警主机方案的实现。本设计以凌阳科技公司的8位单片机spmc65p2408a为核心，以电话线为载体，实现报警信号的无线接收与电话报警。有语音提示，操作方便。当家中发生险情时，可以拨打主人电话和设定的其它电话。
关键词：安防 报警主机 电话报警 凌阳单片机 spmc65p2408a
引 言：
随着人们生活水平的提高，安全意识也在不断增强，这为安防行业提供了良好的发展环境和广阔的发展空间。最近几年统计数字显示:国内安防产品行业平均以20%-30%的年增长率迅速成长。安防市场的年产值为300-400亿元。就北京地区来讲，安防市场容量1996年为5亿元，1997年6.25亿元，1998年由于大力推行金融网建设激增至13.6亿元，1999年9.2亿元，近几年则一直保持在10亿元以上。由于奥运设施应在2006年以前基本建成，因此专家指出，在2004年到2005年安防市场将迎来总体高峰，对安防产品制造、销售和工程安装都是不可多得的商机。
安防产品的网络化和无线化是发达国家安防发展的方向，也将成为我国安防业的发展方向。目前已经有很多产品实现了无线化，例如各种探测器、摄像机等，但是在技术上还不十分完善。安防网络化则更具有战略意义。安防行业的盈利模式要从目前的销售和安装转向附加值更高的安防服务，网络化是必由之路。由此可见，安防技术距离成熟还有很长的路要走。
这篇文章的主要目的是希望能够大力推动spmc65系列芯片的应用，使凌阳8位单片机能够为国内安防事业的发展添砖加瓦。
1功能简介
(1)报警主机与探测器采用无线连接，安装方便灵活。
(2)全程中文语音提示，易于使用。
(3)无线遥控：采用无线的遥控器对主机进行布防、撤防、紧急报警控制，供用户随身携带。
(4)可与各类型防盗、烟感、可燃气体等无线探测器联网，组成安全防范布防系统，支持2个永久防区（始终处于“布防”状态）和6个自由防区（可布防/撤防）。接收各类型探测器的无线编码信号，根据情况作出相应的报警动作。
(5)电话报警功能：可预设6组报警电话，当发生警情时，主机将循环拨打设定的电话，并向接听者播放用户预录语音信息。
(6)报警留言设置：可预录7s的语音信息（如家庭住址等），主机可以在拨通报警电话时把预录的语音播放给接听电话方。
(7)紧急报警功能：在遥控器及主机上设置有紧急报警按键，供紧急情况用。
(8)远程电话控制功能：用户可以通过电话线，在远程对家中的主机进行控制，如布防、撤防等。
2系统总体方案介绍
系统硬件框图如图 1所示。本方案选用spmc65p2408a*32p单片机作为控制器的处理器，其加上一些外围器件，构成最小系统，完成主控器的控制功能外，还完成了主控器中所有的语音功能。
电话线接口电路：在本方案中作为主控器的报警通道，同时也是用户远程控制的通道，负责信号的检测和信息的传输。
dtmf编解码模块：负责电话机双音多频编码和解码的工作。
键盘模块：根据客户选择，选用不同的键盘模式，基础方案中为4x4键盘。
语音模块：采用isd语音芯片，音质很好。
无线接收模块：目前是采用市场上最常见的无线接收模块。
电源模块：主要为外接9vdc电源，内置可充电的电池，以备停电时使用。
图 1系统硬件框图
3系统硬件设计
图 2系统电路原理图
4芯片特性简介
spmc65p2408a是由凌阳公司设计开发的8位工业级单片机，采用凌阳spmc65内核，支持位操作指令。具有强大的定时/计数器、丰富的外部中断源以及adc、pwm、标准通讯接口等多种功能。适用于通用工控场合、计算机外围控制和家电等。spmc65p2408a有28管脚和32管脚两种封装，32管脚封装多了uart功能。本设计选用32管脚封装，如图 3所示。
32管脚封装芯片的具体特性如下：
●工作电压：3.0v～5.5v
●工作速度：8mhz
●工作温度：-40℃～85 ℃
●超强抗干扰、抗静电esd保护能力
●8k byte rom，256 byte ram
●27个通用输入输出口
●强大的定时计数器：2个8位、2个16位具有capture\compare\pwm功能
●1个1hz～62.5khz的时基
●8通道10位精度的adc(带外部参考电压)
●4个外部中断
●spi、uart通讯接口
●2种省电模式：halt、stop
●蜂鸣器输出功能
●4.0v/2.5v可选低电压复位功能
●可编程看门狗功能
图 3 spmc65p2408a*28p封装
5电路模块分析
5.1 供电系统分析
图 4为报警主机的电源部份电路。主机采用9v的dc电源，经7806稳到6v然后再经过二极管使电压稳到5.3v左右，给电路中各模块提供电源；另提供了一个备用电池的接口，备用电池采用6v的可充电电池，接到j6。
图 4供电系统
5.2 语音输入输出电路
音频输出为两路，一路为本地音频输出（图 5），另一路为外线音频输出（图 6）。
图 5本地音频输出
图 6 外线音频输出
音频输入电路如图 7所示，主要用于录音的声音信号采集。
图 7 mic音频输入电路
5.3 电话线接口电路
电话线接口电路主要按功能来划分可分成以下几块：
●模拟摘挂机；
●来电振铃检测；
●回铃音检测电路；
●信号输入输出耦合电路；
5.3.1模拟摘挂机电路
图 8 模拟摘挂机和振铃检测电路
电话外线接入电路接口j1和j2（j1和j2是一样的），经过桥进行整流，这样可以防止电话线的正负极接反，q1、q3负责控制电话线摘挂机信号，当挂机状态时，hpsel的电平用mcu控制为低电平，则q3截止、q1截止，此时，电路无法形成回路，没有电流（理想状态），交换机则认为电话线处于挂机状态。因为电话外线上的电压在平时有40v左右，当振铃来时能有到110v左右的电压，所以对于q1和q3的选择，应选择反向电压在160v以上的三极管。
当hpsel为高电平时，q3、q1都会导通，后面的d6把电压稳在5.1v，这时主要由r1给外线提供摘机电流。
5.3.2来电振铃检测电路
电路图如图 8所示。外线在平时的电压为直流40v左右，而振铃来时会有正负25v的交流电压叠加在外线上，所以检测振铃的电路用c11高压电容来进行隔直；当有振铃来时，交流信号会通过c11，击穿d7，给后面的光藕提供脉冲开关信号，而r11为限流电阻。
经光藕隔离的信号经c17和r14滤波整形后，会变成标准低电平和带纹波高电平的长周期脉冲信号，但是输出的波形不好，且为高的电平状态还与各交换机相关，所以在后面加上了一个三极管的反向器，作为整形，这样就可以得到很完整的波形了。
ring为输出信号端。
5.3.3回铃音检测电路
回铃音和忙音、线路错误音等电话进程音是载波为450hz的信号，各种信号的不同只是调制的周期、占空比不同；所在这些信号的检测主要是检测450hz信号的周期与占空比。
由于外线中存在很多干扰，特别是市电的50hz干扰等，对信号的检测造成影响；所以在电路设计时，前端信号先经过一个二阶滤波放大器，然后再经过一个锁相环，最后输出不同周期与占空比的调制波信号，这样就可以用单片机的io口来检测。
图 9回铃音检测电路
5.4 dtmf编解码模块电路
在电话通讯中，用到dtmf编解码的功能，所以在方案中采用了两片分别用于dtmf解码和编码的芯片，图 10为接线图。
图 10dtmf编解码模块
6程序流程及说明
主程序流程见图 11：
图 11 主程序流程图
7结语
网络化和无线化是安防产品的发展趋势，也是现代家庭中一项十分有用的技术。对装有该类装置的家庭，即使在外地，也可以随时监控家里的情况。随着可视技术的发展，该类产品将会更出色的服务于各个行业。
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(3)无线遥控：采用无线的遥控器对主机进行布防、撤防、紧急报警控制，供用户随身携带。
(4)可与各类型防盗、烟感、可燃气体等无线探测器联网，组成安全防范布防系统，支持2个永久防区（始终处于“布防”状态）和6个自由防区（可布防/撤防）。接收各类型探测器的无线编码信号，根据情况作出相应的报警动作。
(5)电话报警功能：可预设6组报警电话，当发生警情时，主机将循环拨打设定的电话，并向接听者播放用户预录语音信息。
(6)报警留言设置：可预录7s的语音信息（如家庭住址等），主机可以在拨通报警电话时把预录的语音播放给接听电话方。
(7)紧急报警功能：在遥控器及主机上设置有紧急报警按键，供紧急情况用。
(8)远程电话控制功能：用户可以通过电话线，在远程对家中的主机进行控制，如布防、撤防等。
2系统总体方案介绍
系统硬件框图如图 1所示。本方案选用spmc65p2408a*32p单片机作为控制器的处理器，其加上一些外围器件，构成最小系统，完成主控器的控制功能外，还完成了主控器中所有的语音功能。
电话线接口电路：在本方案中作为主控器的报警通道，同时也是用户远程控制的通道，负责信号的检测和信息的传输。
dtmf编解码模块：负责电话机双音多频编码和解码的工作。
键盘模块：根据客户选择，选用不同的键盘模式，基础方案中为4x4键盘。
语音模块：采用isd语音芯片，音质很好。
无线接收模块：目前是采用市场上最常见的无线接收模块。
电源模块：主要为外接9vdc电源，内置可充电的电池，以备停电时使用。
图 1系统硬件框图
3系统硬件设计
图 2系统电路原理图
4芯片特性简介
spmc65p2408a是由凌阳公司设计开发的8位工业级单片机，采用凌阳spmc65内核，支持位操作指令。具有强大的定时/计数器、丰富的外部中断源以及adc、pwm、标准通讯接口等多种功能。适用于通用工控场合、计算机外围控制和家电等。spmc65p2408a有28管脚和32管脚两种封装，32管脚封装多了uart功能。本设计选用32管脚封装，如图 3所示。
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●工作电压：3.0v～5.5v
●工作速度：8mhz
●工作温度：-40℃～85 ℃
●超强抗干扰、抗静电esd保护能力
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●27个通用输入输出口
●强大的定时计数器：2个8位、2个16位具有capture\compare\pwm功能
●1个1hz～62.5khz的时基
●8通道10位精度的adc(带外部参考电压)
●4个外部中断
●spi、uart通讯接口
●2种省电模式：halt、stop
●蜂鸣器输出功能
●4.0v/2.5v可选低电压复位功能
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图 3 spmc65p2408a*28p封装
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图 4供电系统
5.2 语音输入输出电路
音频输出为两路，一路为本地音频输出（图 5），另一路为外线音频输出（图 6）。
图 5本地音频输出
图 6 外线音频输出
音频输入电路如图 7所示，主要用于录音的声音信号采集。
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电话线接口电路主要按功能来划分可分成以下几块：
●模拟摘挂机；
●来电振铃检测；
●回铃音检测电路；
●信号输入输出耦合电路；
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图 8 模拟摘挂机和振铃检测电路
电话外线接入电路接口j1和j2（j1和j2是一样的），经过桥进行整流，这样可以防止电话线的正负极接反，q1、q3负责控制电话线摘挂机信号，当挂机状态时，hpsel的电平用mcu控制为低电平，则q3截止、q1截止，此时，电路无法形成回路，没有电流（理想状态），交换机则认为电话线处于挂机状态。因为电话外线上的电压在平时有40v左右，当振铃来时能有到110v左右的电压，所以对于q1和q3的选择，应选择反向电压在160v以上的三极管。
当hpsel为高电平时，q3、q1都会导通，后面的d6把电压稳在5.1v，这时主要由r1给外线提供摘机电流。
5.3.2来电振铃检测电路
电路图如图 8所示。外线在平时的电压为直流40v左右，而振铃来时会有正负25v的交流电压叠加在外线上，所以检测振铃的电路用c11高压电容来进行隔直；当有振铃来时，交流信号会通过c11，击穿d7，给后面的光藕提供脉冲开关信号，而r11为限流电阻。
经光藕隔离的信号经c17和r14滤波整形后，会变成标准低电平和带纹波高电平的长周期脉冲信号，但是输出的波形不好，且为高的电平状态还与各交换机相关，所以在后面加上了一个三极管的反向器，作为整形，这样就可以得到很完整的波形了。
ring为输出信号端。
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由于外线中存在很多干扰，特别是市电的50hz干扰等，对信号的检测造成影响；所以在电路设计时，前端信号先经过一个二阶滤波放大器，然后再经过一个锁相环，最后输出不同周期与占空比的调制波信号，这样就可以用单片机的io口来检测。
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图 10dtmf编解码模块
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7结语
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