基于W78E51单片机的自动拨号器设计

自动拨号器是一种智能化的报警监控装置，它以单片机为核心器件，利用无线寻呼和程控电话可随时将警情发送给指定的接收机。它配备不同的传感器后，不但可以对有毒气体泄漏、家中被盗等情况进行报警，而且还可对通信设备及电源故障的发生进行告警，可广泛应用于仓库、小型商店、无人值守通信台站的监测以及家庭防盗、煤气报警等。
   工作原理
       自动拨号器按功能的不同可分为可编码型和简易型两种。可编码型自动拨号器可人为设置、更改接收机号码，使用方便灵活；简易型自动拨号器的接收机号码已写入CPU的程序存储器中，具有成本低廉、稳定可靠的特点，缺点是不能人为更改接收机号码，需通过编程器写入，但成本较可编码型低。以下分别介绍这两种拨号器的工作原理。
   
可编码型自动拨号器系统结构图1.1
   
可编码型自动拨号器系统结构图1.2
       可编码的自动拨号器　如图1所示，可编码型自动拨号器核心部件IC1是ATMEL公司的89C51或台湾华邦公司的W78E51单片机，89C51和W78E51均为带4K字节快闪PROM的低电压CMOS八位微处理器，与标准的MCS－51系列单片机的指令、引脚全兼容。它有4K字节快闪PROM，128字节RAM，32个I/O端口，2个16位定时器/计数器，6个中断源。32个I/O口中，P1、P3可作为普通I/O口使用，P0、P2通常作为外部数据总线使用，当作为普通I/O口使用时，P0口必须外加上接电阻。IC2(PCD3311)是飞利浦公司生产的DTMF双音频发生器，可以和所有标准的单片微计算机直接接口，接收二进制码的并行或串行数据，串行数据格式为I2C总线方式。D0～D5(⑧～ 、④脚)为并行数据输入端口，MODE(③脚)为工作方式选择端口，在图1中该端口接成高电平方式，用于输入并行数据。STR(⑤脚)是数据选通输入端，由89C51或W78E51的P3.0控制。TONE(⑥脚)为DTMF双音频输出端。IC3(93C46)是MICRO－WIRE总线结构的串行EEPROM，用于保存从键盘输入的BP机号码，断电后数据不会丢失。IC3的①～④脚分别为片选端(CS)、串行移位时钟端(SK)、串行移位数据输入端(DI)和串行移位数据输出端(DO)。根据⑥脚电平的高低，有16位(⑥脚接VCC)和8位(⑥脚接地)两种操作方式。可编码的自动拨号器采用的是16位方式。
       IC1的P1.0～P1.5(①～⑥脚)主要用于PCD3311的数据接口。P3.0(⑩脚)控制PCD3311的数据选通。P3.0～P3.5(②、③、⑥～⑨脚)用于PCD3311并行数据的输入。P3.6用来控制继电器。P3.7控制光耦合双向可控硅MOC3041，以接通220V交流电源。P3.1、P3.3、P3.4、P3.5连接93C46。P2作为键盘的输入接口。P0.7为告警信号输入(自动判断P0.7的状态，如从高电平变为低电平即拨号)。图1中的虚线部分为告警检测电路，M为探头(如有害气体探头、温度探头等)。某工作原理是：当探头检测到外界媒质发生变化时，表面阻值下降，同相“＋”端输入电压升高，比较器LM324输出高电平，经过“非”门变为低电平送到CPU的P0.7端，P3.6、P3.7则由低电平变为高电平，通过控制继电器和可控硅，从而接通电话外线和220V交流电源。与此同时，CPU调用已写入93C46的BP机号码，并通过PCD3311向外线发出寻呼。RL为220V电源插座，可根据不同情况外接各种驱动装置或交流报警器。实际应用中，可根据需要自行设计前端的告警检测电路(如红外防盗报警电路)。图1中的K1是系统复位按钮，K2是正常/设置开关(闭合状态下键盘输入有效)，K3为结束按钮。输入BP机号码时，先将K2拨到“设置”位，待输入完成后，应按一下K3，再将K2置于“正常”位。键盘上的“＊”号为延时标志键，这与电话机上的“＊”键不同。
       需说明的是，写入的传呼台号应为自动台，如电信局127自动台的写入格式为127×××××××(××为BP机号码)＋延时标志。由于其它寻呼台的自动传呼格式可能不同于127台，通过灵活使用“＊”键，可模仿其它自动台的传呼。为防止误拨号(因有些探头在初始加电时表面阻值下降会引起误判断)，软件编写时，在程序初始状态加有30秒的延时。按图1连接无误后，可人为使P0.7为低电平，再仔细调节可调电阻R，使BP机能准确地收到拨号信号。需注意的是，如作为气体泄漏、防盗报警器使用时，应经过有关单位验证，以免产生意外。
   
自动拨号器软件流程图
       图2为拨号器软件流程，主程序完成BP机号码的写入及CPU初始参数的设置；中断子程序完成告警信号的检测、拨号子程序的调用及继电器、可控硅动作的控制。当程序检测到告警信号时，中断子程序将每隔30秒分三次调用拨号子程序，直至告警信号消失。当然，也可通过修改软件设置来反复调用拨号子程序。
   简易型自动拨号器　
      简易型自动拨号器电路如图3所示。与可编码型自动拨号器相比它的核心部件采用89C2051单片机(89C51的精简型号)，寻呼台号及传呼号码已固定写入89C2051单片机程序存储器中。89C2051内带一个模拟比较器，具有15个I/O端口。P1口是8位双向I/O端口，可作普通I/O端口使用。P3口的P3.0～P3.5和P3.7是带有内部上拉电阻的7个双向I/O口。P3.6固定用于片内比较器的输出端而不可作为普通I/O端口使用。89C2051的P1.1、P1.0可作为各种探头的比较信号输入端，P1.0和P1.1还分别作为片内模拟比较器的同相输入(AIN0)和反相输入(AIN1)端口。P1.4(脚)控制
   
简易型自动拨号器
   
简易型自动拨号器

   
   PCD3311的数据选通。P3.0～P3.5(②、③、⑥～⑨脚)用于PCD3311并行数据的输入。P3.7用来控制继电器。P1.7控制MOC3041。P1.2可作为其它告警(如防盗开关、红外探头)信号的输入端。图3的虚线部分为告警检测电路，M为探头(如有害气体探头、温度探头等)，其工作原理同图1，这里不再赘述。如不用89C2051的内部模拟比较器，而将P1.2作为告警信号的输入端时，最好外接一个电阻，使比较器的“＋”端电压小于“－”端电压，以避免P3.6输出高电平而误告警。
   系统扩展
   图1和图3所示自动拨号器的电路经过扩展后，还可用于通信设备，特别是电源设备的故障报警。图4为应用于通信设备故障自动报警的电原理框图。
   
应用于通信设备故障自动报警的电原理框图

   
   与图3相比，图4主要增加了一片ADC0809，用于外部模拟电压的采集。ADC0809为八位8路A/D转换芯片。由W78E51的P2.0、P2.1控制ADC0809的选通。模拟量的输入电压标称值为0～5V，而通信电源一般采用交流220V或直流－24V和－48V。交流220V可通过整流、稳压后得到标准的5V电压；直流－24V、－48V电压的采样可通过极性转换，将负电压转换为正电压后再分压得到；单片机的空余I/O口作为设备告警信号输入端，在程序中可灵活设置报警阈值。一旦电源电压过低或过高，W78E51便将ADC0809采样的电压值通过拨号器发送到值班人员的接收机，从而达到无人值守的目的。