用公共电话网构建社区紧急求助系统

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摘要：介绍一种以公共电话网络PSTN（Public Switch Telecommunication Network）为传输媒介的住宅小区紧急求助系统。系统以单片机为核心，以双音多频（DTMF，Dual Tone Multiple Frequency）作为通信方式。该系统为小区内住户提供紧急求助服务，具有可靠性高、成本低、易普及等优点。文中给出系统原理图、主要硬件电路和程序框图。最后对该系统的应用前景进行了预测。

    关键词：PSTN 单片机 双音多频 紧急呼叫

引言

随着人们生活水平的不断提高，家庭安全服务正在逐渐引起人们的重视。由于子妇女的上班，很多老人尤其是病患者不能得到很好的照顾，javascript:window.open(this.src);" style="cursor:pointer;"/>出现险情时不能得到及时处理，存在很大的安全隐患。因此，在住宅小区中设置联网紧急求助系统，使小区物业管理中心能对住户的险情进行及时处理，这正是人们所期盼的。随着电话设备的大规模普及，使得利用公共电话网络实现紧急求助变得简单易行。在此，本文将介绍一种基于公共电话网络的社会紧急求助系统，这时改善人居环境和实现楼宇自动化都将有大帮助。

1 系统工作原理

该系统以单片机为核心，由DTMF拨号电路、遥控发射及接收电路、电话号码存储电路和免提通话电路四部分组成。当有险情发生时，按下呼叫器或遥控器上的紧急按钮，单片机检测到该信号后，将 存储的电路号码发送出去，接通后可以实现提对讲。此外，由于该系统中的电话号码是存储在一片带I2C总线接口的E2PROM芯片中，所以该号码可以随时修改，极其方便。系统原理框图如图1所示。

图2

2 主要硬件电路

2.1 DTMF拨号芯片与单片机的接口原理

双音多频信号（DTMF），通常简称为双音频信号。它是用两个特定的单音信号组合叠加，来代表某一数字或符号。两个单音的频率不同，所代表的数字或功能也不同。在双音多频电话机中，有16个按键，其中10个数字键（0～9）、6个功能键（*、#、A、B、C、D）。这样，按照组合的原理，它必须有8种不同的单音频信号。根据CCITT（国际电报电话咨询委员会）提出的双音频拨号的频率组合建议，国际上采用4个低频频率（697Hz、770Hs、852H2、941Hz）和4个高频频率（1209Hz、1336Hz、1477Hz、1633Hz）中任意抽出一种频率进行组合，共有16种不同的组合方式，代表16种不同的数字或符号，如表1所示。

表1 双音多频的拨号代码

低频群  数字或符号  高频群	1209Hz	1336Hz	1477Hz
697Hz	1	2	3
770Hz	4	5	6
852Hz	7	8	9
941Hz	*	0	#

本系统中，双音多频信号由DTMF信号发生器专用芯片UM95087产生。其输入端R1～R4（行）、C1～C4（列）既可接普通电话键盘，也可用于电平输入。输入的两个音频信号被线性地叠加在一起，产生的DTMF信号由UM95087的16脚输出。一个音频信号由输入端R1～R4从低频组中选定，另一个音频信号由输入端C1～C4从高频组中选定。当定（Ri）输入为低电平时，选择其低频组中的一个；当列（Ci）输入为电平时，选择其高频组中的一个。输出的音频单音幅度为400～500mV，双音频输出的谐波失真和音频失真小于10%，频率误差为±10%，准确度小于0.75%，高频比低频加重2dB。UM95087的15脚用来防止单音产生，当为低电平时，输出将不会产生单音输出；10脚是静噪输出端；2脚为发射机开关控制端；7脚为片内振荡器输入端；8脚为片内振荡器输出端。应用时，在第7脚和第8脚之间接入3.57954MHz晶振即可。现采用单片机AT89C51控制DTMF发生器UM95087来实现信道编码，其接口电路如较2所示。
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    根据双音频信号（DTMF）的组合原理和以上接口电路，可得DTMF信号与二进制编码信号的对应关系，如表2所示。

表2 DTMF信号与二进制编码对应关系

键号	R1R2R3R4	C1C2C3C4	十六进制	低频/Hz	高频/Hz
1	0111	1000	78H	697	1209
2	0111	0100	74H	697	1336
3	0111	0010	72H	697	1477
4	1011	1000	B8H	770	1209
5	1011	0100	B4H	770	1336
6	1011	0010	B2H	770	1447
7	1101	1000	D8H	852	1209
8	1101	0100	D4H	852	1336
9	1101	0010	D1H	852	1477
0	1110	0100	E4H	971	1366

2．2 免提通话电路

免提通话电路要求做到声音清晰、洪亮，又不会因受话、送话而相互干扰。因此，对免提通话电路的技术要求较高，送话放大器灵敏度要高；受话放大器输出功率要大；能有效地抑制受话引起的侧音效应。本系统采用专用免提通话芯片MC34018来构成免提通话电路。javascript:window.open(this.src);" style="cursor:pointer;"/>MC34018是一种应用广泛、高质量的免提通话集成芯片，它采用声控方式半双工免提通话，包含有发送放大器、扬声功率放大器、衰减控制系统、背景噪声监控系统、发送与接收衰减器。其衰减控制系统不仅受相应的送话与受话电平控制，也受背景噪声电平控制。由MC34018构成的免提通话电路如图3所示。

3 系统软件设计

软件设计包括单片机求助信号的采集、电路号码的读取和发送、电话号码的设置等三部分。其中，电话号码的读取和设置是软件设计的重点。由于电话号码存储在一片带I2C接口的E2PROM中，而本系统所采用的单片机并没有I2C接口，所以通过软件来模拟I2C总线的时序。在单片机上，扩展一个模拟I2C总线接口来实现单片机与E2PROM芯片之间的通信。

在单片机完成复位和初始化后，当有求助信号输入时，单片机将所存储的电话号码取出并发送给UM95087芯片，使电话接通，完成通话对讲功能。其程序流程框如图4所示。

结语

近年来，我国对住宅小区建设的投资力度越来越大。以1999年为例，国家对住宅小区的总投资为1700～1800亿元人民币。根据建设部对住宅小区实、中、高三个等级的划分，小区智能化为住宅小区总投资的1%～3%。以此比例计算，仅1999年度对小区智能化的需求就达17～54亿元人民币。而随着住宅体制改革的不断深入以及人们对住宅环境末求的不断提高，该数值还将会大幅度提高。

本文所述社区求助系统具有较强的实用性、成本低廉、推广方便，已经通过全面实验并投入生产。住宅小区紧急求助系统的不断推广必将对智能楼宇体系的建设与发展和人们生活水平的提高带来积极影响。