USB接口小區(qū)電話報警平臺在VC++下的實現(xiàn)

摘要：本文介紹了一種由單片機、FSK解碼芯片、USB總線和PC機組成的電話報警管理平臺在VC++下的實現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：單片機；USB總線；EZ—USB FX2；ADO數(shù)據(jù)庫

引言

　　在現(xiàn)今社會中，電話網(wǎng)絡報警以其快捷有效的優(yōu)點得到普遍的應用。已逐步成為計算機的主流接口的通用串行總線USB很好地適應了現(xiàn)代計算機多媒體功能的拓展。目前通用的報警平臺的接口是采用PCI卡價格貴，且不能即插即用。采用USB接口代替PCI卡，不僅降低了成本，而且可以提高管理平臺的易用性和可維護性。本文在VC++下實現(xiàn)的小區(qū)報警管理平臺的主要功能為：接收從用戶報警系統(tǒng)通過電話網(wǎng)絡傳輸來的報警信息(包括用戶信息以及具體警報類型等)，再將報警信息通過USB接口傳入監(jiān)控主機，與預先存入ADO(Activex Data Objects)數(shù)據(jù)庫的用戶信息進行查找，確定具體用戶信息，以便及時對小區(qū)內(nèi)警情進行處理。系統(tǒng)主要由接收報警信息預處理電路與PC機組成(如圖1)。報警信息接收預處理電路通過接收電話網(wǎng)絡傳來的報警信息，并將報警信息格式化，再通過USB接口將信息傳送給PC機。PC機接收傳送回來的格式化信息，進行信息分析和差錯處理，確認格式正確后再與數(shù)據(jù)庫(ADO)中的用戶數(shù)據(jù)進行比對，將報警用戶的信息通過報警對話框彈出顯示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

系統(tǒng)硬件

　　前端電路主要由HT9032(FSK解調(diào)電路)、單片機AT89C81、模擬摘掛機電路、線路異常監(jiān)測電路和EZ-USB FX2(CY7C68013)(USB接口電路)組成，見圖2。HT9032是一種FSK解碼芯片，引腳及功能與Freescale公司的MC145447及EMC公司的EM92547A相兼容。圖3為其外圍電路以及與單片機的連接。

圖2 系統(tǒng)的前端電路

圖3  HT9032的電路連接圖

　　主叫識別信息數(shù)據(jù)的格式有二種：單數(shù)據(jù)消息格式(SDMF)和復合數(shù)據(jù)消息格式(MDMF)，前者結(jié)構(gòu)簡單，也比較常用，具體格式如圖4。

圖4  FSK的數(shù)據(jù)格式

信道占用信號：由一組300個連續(xù)的“0”和“1”交替組成，第一個比特為“0”，最后一個為“1”。在通話狀態(tài)下，信道占用信號不發(fā)送。接收端只在正確收到這個信號后才認為后面緊跟的為有效信號。

標志信號：由180個(掛機狀態(tài)下)或80個(通話狀態(tài)下)標志位(邏輯1)組成，即持續(xù)的高電平消息類型字：單數(shù)據(jù)格式情況下為“04H”，表示為主叫號碼傳送信息。

消息長度字：占一個字節(jié)，為消息字的數(shù)目。

消息內(nèi)容：單數(shù)據(jù)消息格式。消息字內(nèi)容如下：日期、時間(月、日、時、分)，共8個字節(jié)；主叫號碼(如果允許顯示)；如果不允許顯示主叫號碼，將傳送字符“P”；當終端交換機無法得到主機號碼時，將傳送字“O”。

校驗和：校驗字的算法是將消息數(shù)據(jù)(即單數(shù)據(jù)格式的消息類型字、消息長度字和消息數(shù)據(jù)字)按256的模求和取補來得到校驗字。解碼后的數(shù)據(jù)經(jīng)過AT89C51的提取、整理，通過CYC68013的IO口傳送給68013的內(nèi)部RAM后再經(jīng)過USB總線傳送給PC機。

　　電話線上的直流和交流電壓都高于報警主機的電壓，需要在接口處加光耦，將程控交換機和報警器的電源隔離。要避免戶外斷線或戶外非法并機，并且報警器沒有摘機的情況下才報警。出現(xiàn)異常，光耦導通，集電極輸出低電平給單片機，進行異常報警中斷處理。

　　用PNP的三極管控制繼電器常開端的吸合和打開。當單片機發(fā)出摘機信號時，給三極管的基極低電平，三極管導通，繼電器閉合，電話線兩端的電阻降至300 nΩ左右，從而實現(xiàn)模擬摘機。當單片機發(fā)出掛機信號時，給三極管的基極高電平，三極管截止，繼電器常開端打開，電阻上升至無窮，從而實現(xiàn)模擬掛機。

　　Cypress公司的EZ-USB FX2芯片，將USB外圍接口設備所需的各種功能包裝成一個簡潔的集成電路。集成的USB收發(fā)器連接到USB總線中的D+和D-；串行接口引擎(SIE)進行譯碼、編碼、錯誤糾正和位填充，變換USB所需的信號電平；最終，從USB接口SIE發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。CPU采用增強8051，提高了運行速度，增強了功能。同時，該芯片采用內(nèi)部RAM用于程序和數(shù)據(jù)存取。

系統(tǒng)軟件的實現(xiàn)
下位機程序

　　下位機程序主要由單片機89C51的中斷接收發(fā)送程序，以及USB芯片68013的固件程序組成。89C51接收來自HT9032的中斷信號，根據(jù)解碼數(shù)據(jù)格式，獲取報警電話號碼以及報警時間。HT9032解調(diào)出的FSK基帶信號，送入單片機捕獲中斷，信號碼為1 200 b／s。由于采樣周期不可能是理想的1200 Hz，會使采樣位置漸漸偏離碼元中心，造成判決錯誤。所以，每次下降沿捕獲中斷產(chǎn)生后，單片機計數(shù)時鐘重新復位，矯正其采樣相位；然后，延時0.4 ms(2．4 kHz)，取碼元中點，并開始按1．2 kHz速率采樣，由此得到0、1比特流，將其按10 bit合成字節(jié)信啟，每個字節(jié)起始位是1，結(jié)束位為0，中間8位為信息。最后根據(jù)主叫識別的單數(shù)據(jù)消息格式提取所需的消息中斷處理程序。

　　USB的固件框架包含初始化、處理標準USB設備請求以及USB掛起時的電源管理等，提供了現(xiàn)成的8051程序代碼，只需簡單的提供USB描述符及編寫外設功能代碼，就可以開發(fā)出一個功能完善的USB外設。

上位機程序

　　上位機程序包括USB接口驅(qū)動和客戶端管理平臺。EZ-USB系列芯片都具有通過下載固件和重枚舉的方式來動態(tài)改變設備特性的能力。我們希望最終的產(chǎn)品能自動完成固件下載，以及設備重枚舉。在這里，我們利用EZ-USB軟件開發(fā)包提供的一個固件下載驅(qū)動程序的模板，即EZ-Loader Driver。利用這個模板，并且改寫原驅(qū)動的inf文件，最后將新的VID／PID寫入串行EEPROM的前7個單元中。這樣將USB設備接入PC機時，固件就可以自動下載運行了。

　　管理平臺客戶端在微軟的VC++平臺上開發(fā)，主要功能有：通信線路故障自動檢測、報警用戶信息顯示、報警地圖顯示、報警類型顯示、報警事件處理狀態(tài)記錄、報警信息存儲和檢索等。當通信線路或計算機與報警平臺硬件之間的USB通信發(fā)生故障，PC端監(jiān)控軟件會自動報警，保證系統(tǒng)工作可靠。當收到報警信息時，小區(qū)布局圖中報警客戶所在樓棟圖會發(fā)出紅色閃光報警。圖5所示為客戶端主界面中的小區(qū)布局圖。

a）沒有報警信號到來

b）有報警信號到來
圖5  軟件界面示意圖

　　應用程序通過I/O控制訪問EZ—USB GDP。客戶端應用程序首先通過調(diào)用Win32函數(shù)CreateFile()取得訪問設備驅(qū)動程序的句柄。用戶程序使用Win32函數(shù)DeviceIoControl()提交I/O控制碼，并且為CreateFile()函數(shù)返回的設備句柄設置I/O緩沖區(qū)。用戶程序在打開USB接口后建立一個新線程來等待接收USB總線發(fā)送過的報警信息。Access數(shù)據(jù)庫中建立了兩張表，一張是用戶信息表，一張是歷史記錄表。用戶程序通過ADO方式控制Access數(shù)據(jù)庫，ADO最主要的優(yōu)點是易于使用、速度快、內(nèi)存支出少和磁盤遺跡小。并且，在前端和數(shù)據(jù)源之間使用最少的層數(shù)，所有這些都是為了提供輕量、高性能的接口。當?shù)却€程接收到報警信息并進行數(shù)據(jù)整理后，通過ADO方式對用戶信息表進行比對，檢索出報警用戶信息，在平臺界面上顯示，并且自動將報警信息記錄在歷史記錄表里。

結(jié)語

　　本系統(tǒng)可快速、高效的監(jiān)控家居安防狀況。通過電話網(wǎng)絡及時對小區(qū)內(nèi)的警情進行反應以及處理，并通過數(shù)據(jù)庫對住戶信息進行管理。平臺采用USB接口，安裝方便，容錯性好。監(jiān)控平臺具有價格低廉、安裝方便、操作簡便、可靠性高和誤碼率低的優(yōu)點，經(jīng)過長期測試，工作正常，性能穩(wěn)定，通訊可靠。

參考文獻：

1.  賈寶金、王寶珠、李曉玲，基于USB的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計與研究，現(xiàn)代電子技術(shù)，2007年 30卷 24期，187-190
2.  高明皓、王林斗、匡俊華，家庭報警信號處理系統(tǒng)，電子測量技術(shù)，2006 -02(2)143-144
3.  王建華、陳一飛、張煥生，MFC Visual C++6編程技術(shù)內(nèi)幕，機械工業(yè)出版社，2000
4.  唐諱玲、白似雪，基于嵌入式Linux的USB主控制器驅(qū)動設計，微計算機信息，2007年32期
5.  朱兆優(yōu)、周航慈，F(xiàn)SK信息解碼的電話網(wǎng)數(shù)據(jù)通信，單片機與嵌入式系統(tǒng)應用，2004-7(4)12— 14