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中英文资料对照外文翻译
多功能智能无线报警系统
摘要：
利用内部资源丰富的
FPGA
（现场可编程门阵列）
，设计了一个无线
报警发送系统。它包括编码器，
FSK
（频移键控）调制和每个通道的控
制电路，它可以减
小报警系统的体积同时提高其可靠性，解调接收系统
的实现基于一个应用特定程序的集成
电路
MC3372
。
在一个单片机
89C51
的帮助下，地址解码器也设计在接收器中。添加其他反干
扰功能，有效
地降低报警系统的错误警报率。
该系统可以安装多达
128<
/p>
个通道的发送设备。有某些情况下，在有
突发情况时，它可以发送
报警信号至主机，系统会循环显示多个突发情
况所在的区域代码。传输距离是大于
4
公里的开阔地带。用户可以同时
安装多个类
型的传感器，例如，烟雾传感器，可燃气体传感器或防盗传
感器。实验表明，无线报警系
统具有高可靠性，高抗干扰能力和低错误
警报率的优势。它可以完全满足对防火防盗需要
。
关键词：通讯；报警系统；频移
键控；微控制器；现场可编程门阵列
I
一、前言
无线报警系统与有线警报系统相比，
具有隐蔽性和易于安装的特
点。
它在复杂的地形地貌情况之间的长距离传输时特别有效。由
FPGA
（现
场可编程门阵列）
组成，
其编码模块在发送系统创建地址信号，
FSK
（频
移键控）调制信号及每个通道的控制器信号。用
FPGA
取代
MSI
/
SSI
（中等规模的综合或小
规模的综合）数字电路设备，不仅提高报警系统
的可靠性和干扰阻力，同时也降低了它的
体积，使系统更易于安装。由
于使用
7
位二进制数表示地址，最多可以安装为
128
个收发通道。解码
器由
ASIC
（特定用途集成电路）和
SCM
（单芯片微机）在无线报警接
收
机系统，它可以有效地降低错误警报率。
二、发送系统原理
每个基站安装一个无线发送系统，并与一个
7
位
二进制地址标识符
相对应。
一旦在任
何一个基站中传感器检测到突发情况，
该区域的控制
信号发送至
编码电路，通过编码再接入该区域的
7
位地址标识的接口电
路，转换成
FSK
信号。将
FSK
信号传输到一个频率调制电路进行频率
调制。再经过功率放大后，经调频后通过天线发出的电磁波发送。发送
系统的一个特点是不连续的发送。换句话说，发送系统在没有突发情况
时不发送信号，当
有报警的情况时会持续发送，以便有机会为其他基站
发送信号。
A.
编码和控制电路配置
编码电路数字电路部分由包括
8
个模块的
FPGA
芯片构成。利用
D
触发器组成，
模块
dff1
是
检测器和编码器之间的接口。
振荡器模块与一
些外部的电阻器和电容器相结合，形成一个可控低频多谐振荡器。其控
制信号是
dff1
输出
Q1
。当
Q1
等于
0
< br>时，它不会产生振动，如果
Q1
等
于
1
，它通过振动产生低频方波。如果某些情况下在该区域出
现，振荡
器控制模块
sender
发送
间断的电磁波。模块
circular_shift_r
是并行
输入
串行输出桶形移位寄存器。
A0
?
A7
位是地址代码的并行输入端子，根
II
据编码器的要求加上高或低的电压幅值。
Q8
是地址码的串行输出端。
模块
dff2
是一个由
JK
触发器组成控制
电路。其安装信号是
Q1
，也用于
延迟
后的触发信号。
Q2
作为
the circular_
shift_r
模块的并行输入、串行
输出控制终端。当
Q2
在高电压幅值时，
circular_s
hift_r
执行并行输入。
当
Q2<
/p>
在低电压幅值时，
circular_shift_r
执行串行输出。模块
delay1
是一
个由
D
触发器组成的延时电路。模块
division
是一个输出三种不同频率
信号的频
率分离装置，其中有两个分支，作为
FSK
调制信号的频率划分
为：
f1
和
f
2
。其他分支作为模块
dff1
和
delay1
的一个触发脉冲，也作为
ci
rcular_shift_r
时钟脉冲的串行输出。模块
MU
X
是一个
2-1
的多路转换
器。其控制信号由
circular_shift_r
的
Q8
输出。当
Q8 = 0
时，
MUX
产生
信号
f2
，
当
Q8 = 1
时，
产生
信号
f1
。
模块
delay2
与一些外部的电阻器和
电容器相连组成一个延时
电路。它的功能是在安装系统后给操作人员离
开的时间。不管是否
K1
（探测器）是开启或关闭，发送电路在延迟时间
内都不会
工作。
以下所示，报警系统
的工作原理如下：发送系统的电源开启时，输
入
dff1
处于低电平。
然后其输出端
Q1
的逻辑值为
0
，
NQ1
的逻辑值为
1
，
此
时作为指示电源一个外部的发光二极管
（
LED
）
点亮。
信号
Q1
发送至
dff2
的设置终端并使
< br>Q2
的设置终端在高电平。高电平
Q2
< br>将设置
circular_shift_r
进入并行输入
地址代码模式。此时，外部晶体管
N2
处在
饱和状态并且
N3
处在断开状态。这使得发送电路处于被控
状态，因此，
电路将无法正常工作。因此，如果没有突发情况时，电路将不发射载波
信号，并且电路处在低功耗状态。一旦某些情况发生时，开关
K1<
/p>
将启
动。
df
f1
的终端
D
将立即跳转至转高电平，
dff1
的输出
Q1
< br>设置在时钟
脉冲的上升沿时为高电平。
使
dff2
的设置终端
S
为高电平。
此时
dff2
现在处在正常工作的状态。
经过模块
< br>delay1
延时后，
Q1
脉冲
的上升沿会
触发
dff2
输出低电压，
这将使晶体管
N2
关闭，
N3
打开，延时模块的常
开触点将被关闭。此时上电的发送电路启动，电路开
始正常工作。同时，
如果
Q2
的逻辑值
为
0
，
circular_shift
_r
将切换至串行移位状态并且输出
地址信号。当地址代码为<
/p>
0
时，则
MUX
的输出为
f2
。当地址代码为
1
III
时，输
出将是
f1
。终端
f2
和
f1
作为载波调制的调制信号。在这种方式
中，地址代码在低频振荡器的第一个周期被发送。在第二个周期，它停
止
发送，为了给其他基站一段时间发送。在第三个周期后，重复上述步
骤操作。
通过以上的讨论，我们得出的结论是：
编码电路和控制电路的展示
的功能如下：当电源接通时，操作人员人离开现场的时间延迟
，在等待
的情况下的低功耗模式，
不连续发送和
FSK
调制等，
比许多编码器
ASIC
具有更多的功能且更加灵活。
三、接收系统的配置和原理
一套无线接收器设置在警卫室，负责监测所有基站领域。无线接收
器的原理如下所示。
收到的调制信号经由低通滤波器后，
送入
高频共射，
共基极放大器配置为放大状态。然后通过双调谐电路将信号发送至中频
调制放大器，即混合发送到
ASIC
芯片（<
/p>
MC3372
）的输入端（
16
引脚）
。
本地振荡电路的振荡频率为
455
kHz
时比接收到的信号更高。作为芯片
MC3372
的第一管脚，此信号与外部信号混合将得到
455
kHz
时的中频
信号。过滤后，中频信号首先传送到
MC3372
的第八引
脚做频率检测，
然后由内部芯片
MC3372
< br>的低频放大器放大，然后第九引脚输出基带信
号。由低频率的单晶体管放大，基带
信号由两个施密特门（
CD4584
）转
换成
FSK
信号，将被发送进
MCS
（
主控装置）
的
3.0
引脚进行解码。
<
/p>
在这个系统中的
MCS
是芯片
89C51
，其中加入一个
12MHz
外部晶
体振荡器。
其定时器
T1
作为模式
2
的波特率发生器，<
/p>
并且
SMOD = 1300
波特
/
秒。选择串口模式
1
，这意味着在一个异步通信模式下，每帧
10
位，
其中
8
位数据位的低
7<
/p>
位是地址代码，
并且第
8
位作为奇偶校验位。
该系统采用的是偶校验。
当接收到一个地址码，
MCS
首先进行校验。
那么，如果它是正确
的，
MCS
比较其数值，并输出
7
位地址码，并存储到内存中的数据缓冲
区。
这些步骤重复
3
次，以确定
3
个地址码。如果
3
个地址码是相同的，
MCS
将确认接收地址信号，这是一种有效的报警信号，也就是说，地址
码不是一个噪声信号。然后触发报警电路发出报警声。与此同时，代码
< br>
IV
号将显示在
LED
指示那个基站触发报警。
LED
采用了动态扫描的显示方法。如果有一个以上的基站区域有突
发情况时，
MCS
将每隔
3
秒显示它们
的代码数。报警音频处理电路采用
了
NE556
双时基集成电路芯片，形成一个双音频多谐振荡器，它会发出
报警声振铃。系统
可以配置传感器用于火灾报警，可燃气体报警和防盗
报警。
四、抗干扰措施
重要的是要提高无线
通信的抗干扰能力。
在硬件中采取抗干扰措施。
例如，要合理安
排印刷电路板（
PCB
）
，提高了电源
去耦，并合理放置高
频和低频滤波器。由于接收系统包括高频电路，独立的模拟电路和数
字
电路芯片，各有各的部分。为了防范内部和外部干涉或高频辐射，在一
个金属屏蔽盒放置高频放大器和中频放大器通道并且将
MCS
< br>系统放置
在另一个金属屏蔽盒。采用
FSK
调制方式，双调谐选频和
ASIC
解调。
所有这些措施，可以有效地减少系统受到的干扰。对于软件部分，采用
模块
化结构设计的软件系统。连续数次区分地址码的奇偶校验可以大大
降低系统的错误报警率
。
五、总结
在此报警系统的软件和硬件
的设计是合理的。它的可靠性是在可观
地增加，而错误报警率在不断下降。实验表明，当
断开检测器时错误报
警率几乎为零。当连接微波双重辨识防盗探测器（
< br>DT
-
400
系列）时，<
/p>
其传输距离
4
公里大于开阔地带，
错误报警率每
1000
小时少于
4
次。
由
于断续工作且发送
方式为每秒
300
波特，报警系统可以可靠地工作并且
两个发送系统之间的时间差距小于
0.2
秒。事
实上，它可以满足实际应
用的各种需要。
V
Multifunctional Intelligent Wireless
Alarm System
Abstract:
Making
use
of
rich
inner
resource
of
FPGA(Field
Programmable
Gate
Arrays),
a
wireless
alarm
sending
system
is
designed.
It
includes
encoder,
FSK(Frequency
Shift
Keying)
modulation
and
every
channel’s
control
circuits,
which
can
decrease
volume
and
increase
reliability
of
the
alarm
demodulation
of
receive
system
is
realized
by
an
application
specific
integrated
circuits
MC3372.
With
the
help
of
a
single-chip
microcomputer
89C51, the address decoder is also designed in the
receiver.
Adding
to
other
anti-interference,the
alarming
system
has
effectively
decreased the error-alarm rate.
The
system can install up to 128 channel sending
devices. It can send an
alarm to the
host when there are some cases in stand-off areas,
and the system
will display on
rotation multiple cases’ area codes .
The transmission distance
is
greater
than
4Km
in
open
zones.
User
can
install
more
than
one
type
sensors simultaneously,
for example, smog sensor, combustible gas sensor
or
burglar
sensor.
Experiments
show
that
the
wireless
alarm
system
has
the
strengths of high
reliability, high anti-disturbance ability and low
error-alarm
rate.
It
can entirely meet the needs of alarm
fireproofing
and
guard against
theft, etc.
Keywords:
communication;
Alarm
systems;
Frequency
Shift
Keying;
Micro-controllers;
Field Programmable Gate Arrays
VI