隨著經濟的發展和生活水平的提高，個人安全和財產安全越來越被人們重視。為了不受到傷害和損失，就需要有安全的報警系統。現在的報警系統多數是以單片機作為主控制器,連線復雜,可靠性和穩定性不高[1-2]。針對以上不足，本文利用EDA技術對報警系統進行設計，系統以CPLD芯片作為控制核心，采用VHDL語言硬件描述來實現遠程的智能報警，結構和接口簡單，工作可靠性高。

1 系統原理和組成
    系統組成框圖如圖1所示。系統由兩部分組成：外圍電路和CPLD控制電路。外圍電路包括檢測電路、語音電路、DTMF撥號電路、摘機/掛機電路、時鐘頻率電路、電源電路。CPLD控制電路包括電話信號音檢測模塊、雙音多頻信號DTMF收發時序模塊和摘機/掛機控制模塊。外圍電路和CPLD控制電路相協同來實現系統的報警。

    系統工作原理：當有人非法進入室內時，檢測電路中的傳感器便采集到入侵信號，入侵信號會啟動摘機/掛機控制模塊控制摘掛機電路實現電話摘機。摘機后，電話信號音檢測模塊識別電話系統的狀態是否處于可撥號狀態。如果是,則DTMF收發時序模塊控制DTMF撥號電路以雙音頻DTMF方式撥預定的電話號，語音電路播放所要報警的報警信息；否則，通過摘機/掛機控制模塊控制掛機電路實現電話掛機，延時后再撥。
    系統中檢測、DTMF撥號、摘機/掛機等功能使用硬件電路來實現，電話語音識別、DTMF收發時序、摘機/掛機控制等功能使用軟件編程來實現。
2 系統外圍電路
2.1 檢測電路
    本系統采用熱釋電紅外傳感器P228進行探測[3]，檢測電路如圖2所示。當有人進入時，P288檢測到的信號經C11高頻濾波直接輸入到放大器IC1進行低噪聲、高穩定放大。當IC1輸出電壓高于IC2的基準電壓時, IC2也輸出高電平,驅動光電隔離器4N25導通，輸出入侵信號EN，作為報警系統的啟動信號提供給主控電路。

2.2 語音電路
    語音電路用于錄制和播放所要報警的語音信號或其他報警信息，相應信息可由用戶預先設定并可隨時修改。本系統中的語音電路選用語音錄放芯片APR9600。錄音時外部音頻信號經芯片APR9600內部具有自動增益調節的話筒放大器放大，由內部濾波器和采樣電路處理后存入專用快閃存儲器Flash RAM中。放音時芯片內部邏輯電路從Flash RAM 中取出信號，經過一個低通濾波器送到功率放大器，然后經音頻功率放大器放大后輸送到電話線路上，電路如圖3所示。

2.3 DTMF撥號電路和摘機/掛機電路
    DTMF撥號電路是整個系統的關鍵部分，它的運行狀態決定了系統的可靠性。本系統采用專用雙音頻解碼集成芯片MT8880，MT8880是專門用于處理DTMF信號的專用集成電路，具有接收和發送該信號的雙重功能，其電路如圖4所示。MT8880以1、2腳IN+、IN-作為DTMF的輸入端，對應內部一個差分放大器，可以雙端輸入，又可單端輸入，本電路采用單端輸入。8腳是DTMF信號的輸出端，主控電路將預先存儲的電話號碼通過數據線D0～D3送入MT8880內部的數據緩沖器，此時RS和R_W都是低電平,數據寫入TDR,再通過內部線路處理，利用D/A變換，在電路選通CS=0時，從8腳輸出標準的DTMF信號。MT8880輸出的DTMF信號不能直接與電話線連接，因為36 V左右的電話線空載電壓極易燒毀MT8880，故在它們之間通過一個放大器與電話線路相接，此放大器可以用運放也可以用分立電路,圖4為分立電路。
    摘機/掛機電路主要由Q1、Q2、D1、R12構成，利用Q1和Q2的截止和飽和起到開關作用，從而實現摘機和掛機。
    DTMF撥號電路和摘機/掛機電路的工作過程：當需要向電話網發送預先存儲的電話號碼時，PICK=1，通過D1和R12使Q1和Q2處于飽和狀態。從電話線TIP和RING兩端來的電壓使Q3和Q4得到正常偏置處于放大狀態，此時R_W=0。使MT8880的CS=0，芯片被選中，DTMF信號從MT8880的8腳輸出，經過R14、C18送到Q3的基極，經Q3、Q4的放大后從電話線路輸出，此時發光管LED點亮顯示發送狀態，平時非發送狀態時，PICK=0，Q1、Q2、Q3、Q4處于截至狀態，CS=1，MT8880不能被選中，它的8腳內部電路處于高阻抗狀態，電路與電話線隔離，不影響正常電話機的使用。接口電路由電話線電壓供電，平時36 V左右，工作時為9 V。
2.4 時鐘頻率電路
    時鐘頻率電路由555定時器和外接元件R3、RP1、C6構成多諧振蕩器，腳2與腳6直接相連，如圖5所示。電路沒有穩態，僅存在兩個暫穩態，且不需要外接觸發信號，利用電源通過R3、RP1向C6充電，以及C6通過RP1向放電端放電，使電路產生振蕩，從而在輸出端為主控電路提供1.1 kHz 的時鐘頻率。

3 CPLD的系統設計和邏輯仿真
　 系統控制核心CPLD的三個控制模塊都是采用VHDL語言編程來實現的[4-5]，其中電話信號音檢測模塊DJF1用來檢測公用電話網絡傳遞的語音信號，摘機/掛機控制模塊DJF2用來控制摘機/掛機電路，實現電話的接通和關斷，DTMF收發時序模塊DJF3控制DTMF撥號電路自動撥打預先設定好的電話號碼。系統的主程序流程圖如圖7所示。

    系統的工作過程：當紅外傳感器檢測到人體入侵信號EN后，摘機/掛機控制模塊啟動并產生摘機信號PICK，使摘機/掛機電路進行摘機。摘機后，DTMF收發時序模塊將MT8880設置為呼叫處理模式。然后電話信號音檢測模塊通過對IRQ的計數判別電話音是否為撥號音。如果不是撥號音，則電話掛機，然后再摘機重撥。如果是撥號音，則MT8880設置為DTMF發送模式，同時MT8880撥打預置電話和發送語音報警信號。發出報警信息后延時，電話信號音檢測模塊檢測電話音是否為回鈴音。如果是，則延時掛機；如果不是，則掛機重撥。
　 CPLD芯片采用的是Altera公司的EPM240芯片，該芯片具有片內存儲器，系統掉電和復位后不用重新向芯片下載程序就能正常工作。系統設計完成后，對三個功能模塊進行邏輯編譯、邏輯綜合及優化、邏輯布局布線、邏輯仿真，然后將生成的配置文件下載到CPLD芯片。將功能模塊進行時序仿真驗證，仿真波形如圖8所示，可以看到功能模塊達到所期望的邏輯功能。

    本文采用CPLD控制核心實現了智能報警系統。由于利用EDA技術進行系統設計，外圍器件少、體積小、功耗低、可靠性高。通過修改VHDL源程序就可以增加一些新的功能，提高了設計的靈活性，具有較好的應用前景。
參考文獻
[1]  蔣昊，李哲英，蔣大明.基于電話交換機的遠程家電控制系統[J].微計算機信息，2007，23（8-2）：267-269.
[2] 謝輝，王體見，黃俊森. 基于HT46RU232單片機的智能家居電話遠程控制系統[J].電子技術應用，2011，37（4）：117-121.
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[4] 潘松，黃繼業.EDA技術實用教程（第2版）[M].北京：科學出版社，2005.
[5] 黃正謹，徐堅.CPLD系統設計技術入門與應用[M].北京：電子工業出版社，2002.