CN1268273A - 安全系统报警屏 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种和电话线路相连的报警屏。所述报警屏包括和一个电路相连的微处理器,所述电路以两种状态操作:有源状态和无源状态。在无源状态下,报警屏监视线路上的铃信号,并检测电话线路的完整性。在有源状态下,报警屏占用电话线路,并通过电话线路和接收机之间进行全双向通信。该电路被这样设计,使得在每个状态下各个子电路相互独立得工作,并可以被修改,从而满足不同的规范要求,而不影响其它的电路。该电路在无源状态下汲取小电流。最后,该电路只使用2个或3个光耦合器以便和微处理器隔离。

Description

安全系统报警屏

本发明涉及一种用于安全系统的报警屏，尤其涉及一种具有微处理器和相关的通信装置的报警屏，用于使用电话系统和监视站相连。

报警屏接收来自许多检测器的信号并处理这些信号，以便确定是否发生报警条件或者其它可报告的事件。这种报警屏一般和电话线相连，并使用电话线向控制站报告报警条件或可报告的事件。电话线一般由报警屏和其它下游电话设备共用，但是报警屏具有优先权并能够中断下游设备的通信。

公用电话系统和不同的管理实体制定了其自己的报警屏和其它设备必须满足的规范。

这些不同的规范利用一个成本效果比电路是不容易被满足的，因而研制了不同的电路以便满足不同的管理规范。对于每个不同的市场的单独的设计增加制造成本，并限制制造的灵活性。例如在法国，规定要求装置汲取的电流被限制在25和60mA之间。这和美国和加拿大的要求相反，那里对电流没有限制。

如同将要更充分理解的那样，报警屏在有源和无源状态之间转换。在有源状态下，报警屏使用电话线和远方计算机通信，以便例如和位于远方的主人通信。在无源状态下，报警屏监视电话线上的铃信号，并可以进行测试以便确定线路的完整性。

控制屏一直使用4个或5个光耦合器使报警屏的微处理器和电话线电气隔离。还已知仅仅使用两个光耦合器使报警屏微处理器和电话线隔离；然而，这种2个光耦合器的结构在其操作特性方面作出了许多折中。

按照本发明，安全系统的报警屏包括微处理器，用于处理来自安全检测器的信号，并使用电话线路连接随时合适地和远方计算机通信。一个接收光耦合器和发送光耦合器形成一个通信电路的一部分，所述通信电路连接微处理器和电话线路连接，其电路由电话线路供电。接收和发送光耦合器使微处理器和与电话线路直接相连的通信电路电气隔离。通信电路包括和电话线路连接相连的两个子电路。这些子电路是交流铃信号检测子电路和有源通信子电路，这些子电路共用接收光耦合器。

有源通信子电路以静态或者有源状态工作。在静态下，电话线路通过大电阻和通信子电路分离，从而具有很小的汲取电流。在有源状态下，线路被占用，并由报警屏产生摘机信号。大电阻被旁路，并且可以在电话线路上进行完全的双向通信。在这种状态下，所汲取的电流大得多。

交流铃信号检测子电路监视电话线路连接，以便检测铃信号，并把铃信号送到微处理器。当微处理器通过发送光耦合器向直流通信子电路提供摘机信号时，直流通信子电路和微处理器协同操作，从而产生摘机状态，使微处理器通过光耦合器和电话线路连接形成双向通信。交流铃检测子电路被设计成和直流电压无关的，具有低的功率消耗，并被设计用于把电话铃信号的交流分量送到接收光耦合器。通信子电路被设计用于在该电路占用线路并且当线路已经变为“摘机”时确定通信电路的直流特性。铃检测特性可以通过改变交流铃检测子电路而被修正，而对通信子电路没有任何明显的影响。通信电路的功率消耗和直流电压特性可以通过改变元件而被修正，而对交流铃检测子电路的铃检测特性没有任何明显的影响。

如上所述的报警屏容易由用户定制，此时只需修改通信子电路而不改变铃检测子电路，同时允许所述子电路共用接收光耦合器。用这种方式，可以对任意一个子电路进行修改，以便满足任何特定的标准，并且这些修改不改变其它子电路的特性。这提供了大的灵活性，以便可以改变子电路的各个元件，使得满足特定的要求。

按照本发明的一个优选的方面，通信子电路包括电话线路监视部分，用于确定电话线路是否可以操作。例如，电话线路可能被切断，并且如果是这种情况，则报警屏应当知道通信业务已被中断。电话线路监视部分包括位于通信子电路中的充电装置，其由静态下的子电路中的低电流充电。充电装置被微处理器选择地放电，从而产生并通过发送光耦合器发送一个信号或一系列信号。当微处理器就发出一个信号时，便使充电装置放电，这产生一个放电信号，通过接收光耦合器提供给微处理器。如果电话线路是不能操作的，充电装置则不能被充电，并不产生放电信号。不能检测到这种放电信号则使微处理器知道电话线路是不可利用的。

按照本发明的另一个方面，子电路在电话线路连接器并在包括接收光耦合器的公共部分连接。

按照本发明的另一个方面，通信子电路包括功率耗散部分，其在高的瞬变电压的情况下，在达到最大设计瞬变电压之前，耗散所述功率，因而限制子电路中的电流为一个最大的设计值。

本发明的优选实施例如图所示，其中：

图1是包括一个中央屏的安全系统的示意图；

图2A和图2B是控制屏的通信装置的简化电路图；

图3A-3D是报警屏的通信装置的电路图；

图4A-D是报警屏的通信装置的优选实施例的电路图。

图1表示和电话设施302相连的一般的控制屏300，电话设施302连接控制屏和公共交换电话网络304。控制屏300一般被安装在用标号306表示的家庭或其它住宅内，并具有一系列的适当分布的检测器308，用于对住宅提供监视。这些检测器和控制屏300通信。控制屏300接收来自检测器的信号，并处理这些信号，从而确定是否存在报警条件。在确定报警条件时，控制屏一般占用电话线302把这个报警条件通知用标号310表示的远方安全监视站。

大多数控制屏300住宅306内的附加的电话装置312共用电话线302。控制屏位于这些装置312和电话线302之间，使得控制屏在任何时刻可以占用电话线和安全监视站或其它机构例如警察局、消防部门、救护车通信。

还需要报警屏能够回答某个呼入。例如，一些报警屏可以由主人通过电话系统从远方访问。一些控制屏被设计用于在预定数量的铃声之后或者在紧跟第一通信的第二通信之后回答。利用这种设置，控制屏必须识别并监视输入的电话信号。

还需要监视电话线302以便确定其是否可以操作，因为如同已知的那样，有时可以试图切断电话线而使安全系统瘫痪。报警屏最好监视电话线，以便确定其是否可以被利用。

控制屏的上述功能是已知的，不过，本发明提供一种具有高的成本效果比的用于有效地隔离控制屏的微处理器和电话设施的简单的方法，同时还提供一种电路设计，其可以被修正以便满足不同管理实体的不同要求。如上所述，不同的电话管理实体对和各个电话系统相连的设备具有不同的电响应特性，其中包括报警屏。具体地说，当报警屏只和电话线相连并且其已经占用电话线时，必须满足某个响应特性。本设计可以方便地修正控制屏，以便满足不同的管理实体的不同的要求。此外，本发明的电路能够共享接收光耦合器功能，以便减少电路的总成本。

为得到上述结果，控制屏300被设计以两种不同的状态操作：无源待机状态和有源状态。

在无源待机状态下，控制屏不使用电话设施302，并且下游的电话设备312可以按正常方式使用这些设施。控制屏在任何时刻能够能够中断设备312和电话设施的连接，并占用线路使控制屏通过电话线路报告报警或其它安全状态。当控制屏处于无源状态时，电话线路或者被一个设备312使用，或者保持可以由任何一个设备所使用。当电话线路可利用时，以及当电话线路被任何一个设备使用时，电话线路上存在电压，该电压可用于表示电话设施是可利用的。在保持电话线路可供正常使用时，需要控制屏监视电话线路。

当控制屏识别出报警条件或者可报告的事件时，其便进入有源状态。在有源状态下，控制屏或者(1)如果线路正在被使用，则中断通信并占用线路，然后通过电话线路发出输出通信，或者(2)占用电话线路，以便隔离电话设备312和电话设施，并使电话线路摘机，发出输出的电话通信。

本发明的电路具有小于20微安的小汲取电流，并保持优异的铃灵敏度。这通过分裂输入的电话信号，从而产生用于铃检测的信号和用于通信的整流信号来实现。

参看图2A、2B以及3A-3D，可以看出所述电路在其两种状态下的操作细节。在每个状态下的报警屏电路的操作将被依次说明。

图2A和图2B表示以无源方式操作的控制屏400。所示的控制屏400具有和电话系统相连的线路470和472，所示的家庭电话和473、474相连。所示的线路占用开关402和404处于其正常状态，并连接线路470、472和473、474。在这种状态下，家庭电话设备可以按正常方式工作。

在无源状态下，可以看到两个单独的电路。第一个电路提供电话线路完整性监视，第二个线路提供铃信号检测。

在线路完整性监视电路中，线路470、472在大电阻440和442之前被分压。在本实施例中，每个电阻是2×10⁷欧姆。桥式整流器444被电阻440和442与线路470、472分开。这些电阻限制被输入桥式整流器444的信号并使得由这部分电路汲取的电流非常低。许多电话公司规定，当线路不被占用时，由电话设备汲取的最大电流为10微安。

在线路完整性监视电路中，提供通信子电路用于监视电话线路的完整性。这通过使用子电路中的电压从电话线路对子电路中的电容器充电，并定期地采样其中存储的电压来实现。电容器通过大电阻充电，这在无源状态时，限制了从电话线路汲取的电流小于10微安。当微处理器发出电话线路监视(TLM)脉冲时，电容器电压被周期地采样。该脉冲启动发送光耦合器，其借以完成电容器的电流回路。在电容器上存储的任何电压都产生一个放电电流，其通过接收光耦合器流动。由微处理器检测流经接收光耦合器的电流。如果电话线路被切断，则电容器上的电荷被耗散。结果，微处理器便不能接收通过接收光耦合器的脉冲，从而表示电话线路故障或者电话线路被切断。

微处理器420控制发送光耦合器418。微处理器可以向发送光耦合器418发送一个电话线路监视脉冲，如信号450所示。当该信号被提供给发送光耦合器时，它便导通，借以完成具有电容器430的子电路。这样，电容器430放电，产生标号454表示的信号。所得到的电流触发接收光耦合器416。这使得通过电平控制电路产生由微处理器接收的脉冲。这样，如果电话线路工作正常，则当微处理器产生电话线路监视脉冲452时，微处理器应当收到由于存储电容器430的放电而产生的信号454引起的响应脉冲。如果没有检测到响应脉冲，即没有电流流过接收光耦合器，则微处理器就认为电话线路存在问题，或者已经被中断。微处理器以预定的频率发出这些电话线路监视脉冲，这样，微处理器便连续地监视电话线路的完整性。

图3A-3D表示TLM电路的细节。

TLM电路被通过电阻28和29的小电流直流信号充电。在无源待机状态下，小的电流从电话线路流向电容器12，从而使其充电。最后，电容器12充电完毕，在32对信号呈现高的直流电阻。

当微处理器测试电话线路的完整性时，其强制TLM信号线7为低。接着，晶体管34和运算放大器33使信号偏置，并使光耦合器10导通。此后，在电容器12上存储的任何电压通过串联的光耦合器9、10和电阻30放电。当电流流过光耦合器9时，它便导通并产生一个信号。该信号被晶体管36和电阻35偏置，并被发送给微处理器的TLM监视的输入端。当存储在电容器12上的电压被放尽时，通过光耦合器9从电容器12输出的电流被减少。在某个时刻，光耦合器9的二极管停止导通，因而微处理器不再接收任何TLM信号。当微处理器强制TLM线路信号7为高时，电路的放电返回环被切断，因而电容器12可以和以前一样被再充电。

如果电话线路已经被切断，则没有电压为电容器12充电。当可以对电容器12充电而线路断开时，则第一TLM信号通过电路被发送给在电容器12中存储的放电起始电压。然后产生第二信号，用于确定电容器12是否已经被再充电。如果电话线路已被切断，电容器12就不被再充电，因而不能产生第二TLM检测信号。微处理器定期地采样这些信号。

在无源待机状态下，第一电路使用大的电阻来减少汲取的电流。这个被汲取的小电流固有地使第一电路检测电话线上的铃信号的灵敏度变劣。

为克服这个缺点，在无源待机状态下，第二电路提供电话线路上的铃信号检测。铃信号检测电路旁路第一电路的大电阻，并只监视电话线路上的交流分量，借以使得对汲取的电流只有微小的影响。在这种设计中，这种电路大大减少了汲取的电流，直到检测到铃信号，或者微处理器80由于其它原因占用线路为止。例如，微处理器80可能希望向报警接收器发出一个启动信号。

有利的是，被处理的铃检测信号被送到第一电路的同一个接收光耦合器，借以减少在电路中的元件的总数。

参看图2，无源待机状态电路的铃信号检测电路具有线路406和408；电容器407和409不通过线路上的电话信号的直流部分。同时，信号的交流部分被通过铃灵敏度装置410。该装置检查被向其提供的交流信号，并且确定铃信号是否存在。其可以通过铃信号的每个脉冲，或者可以产生单独的信号414，其在线路412上被提供给接收光耦合器416。

当交流铃信号存在并正向偏置接收光耦合器416时，接收光耦合器则产生一个铃检测信号，其被提供给微处理器。响应铃检测信号，微处理器发出一个信号，用于启动开关402和404，使其位置颠倒。在颠倒的位置状态下，家庭电话装置被从电话系统中切断，此外，通过大电阻440和442提供一个旁路。用这种方式，正常的电话信号被提供给桥式整流器444。

图3A-D详细地示出了铃信号检测电路。该电路包括铃端子1、电容器20、电阻21、光耦合器9、二极管11、金属氧化物可变电阻(“MOV”)24、电阻23和电容器22以及塞尖2。MOV24提供电路的铃灵敏度并被选择提供规定的电压灵敏度响应。

铃信号检测电路的操作如下。当在电话线路上存在交流铃信号时，交流信号大部分无阻档地通过电阻21和电容器20到达光耦合器9。电容器20阻止来自电路的其余部分的直流分量。交流信号使光耦合器9的内部晶体管导通。交流信号继续从光耦合器通过MOV24，通过电阻23和电容器22，并经过塞尖2输出。

为了产生铃检测信号，光耦合器9的内部晶体管和两个提升电阻38、39相连，并和电源电压相连。这样，当内部晶体管导通时，内部晶体管的集电极被拉到电源电压。这迫使晶体管36导通，借以产生被发送给微处理器的低信号。这个低信号表示在线路上检测到铃信号脉冲。对于交流铃信号的每个正的部分产生这个信号。这样，被发送给微处理器80的铃检测信号8是一个脉冲串。

参看图2，铃灵敏度装置410可被设计用于提供当其完全和桥式整流器444分离时，尤其是和大电阻440、442分离时所需的铃灵敏度。此外，因为铃检测电路通过大电阻和其它的电路隔离，所以其可以被修正而不影响其它电路的操作特性。

如上所述，当报警屏响应一个呼入时，或者需要启动和接收机的电话通信时，电路转换为有源状态。报警屏可以响应从其各个安全检测器接收的信号而启动电话通信。

图2A和图2B说明在有源状态下的报警屏。在这种状态下，通过启动叉簧和线路占用继电器，电话线路被来自下游的电话设备所占用。

当微处理器产生摘机信号450并且发送光耦合器418导通时叉簧被启动。线路占用继电器开关402和404被微处理器启动而处于有源位置。有源位置是和图2所示的相反的位置。利用在有源位置的开关402和404，电话信号旁路电阻440和442，因而向桥式整流器电路444提供未衰减的电话线路信号。这样，在有源状态下，微处理器可以通过电话线路发送未衰减的信号，并且通过接收光耦合器416接收未衰减的信号。

按照每个国家的电话管理实体规定的规范，电话线路必须具有直流电阻和交流阻抗。设置和进入的电话线路电压成正比的电流源用于代表由特定的电话公司规定的直流电阻，其中包括在所有线路条件下要求把电流限制在60mA以下所需的电阻。电流源的交流阻抗比600欧姆的阻抗大得多，从而不会干扰由电话公司规定的Z_L的值或复阻抗。当来自电话线路的交流信号被交流耦合到接收光耦合器上时，便被加到Z_L(600欧姆或复阻抗)上。来自输入光耦合器的进入的信号在信号被调节和计算之后被输入到微处理器。输出信号是通过输出光耦合器调制电话线路电流。叉簧的基极发射极结和输入光耦合器的二极管对于交流信号都是低阻抗的，因此不影响电话环路电流的调制。

图3A-D说明在有源状态下的详细的操作。

在有源状态下，微处理器80产生摘机信号7。在本实施例中该信号为低时有效。晶体管34和运算放大器电路33和光耦合器10相连。当摘机信号7被强制为低时，光耦合器10导通，借以使叉簧晶体管15导通。

有源交流电话信号电路使得控制屏可以通过电话线路发送与接收未衰减的交流信号。有源交流电路包括桥式整流二极管3-6、接收光耦合器9、发送光耦合器10、电容器18和19、电阻16和17以及摘机晶体管15。在有源状态下操作时，电容器18和19以及电阻16和17的网络提供电路的复阻抗特性。由ASIC产生的信号通过运算放大器33和发送光耦合器10被注入电话线路信号中。这些被注入的信号通过电阻30和31向整流桥以及电路的输出流动。

在有源状态下的该电路的直流操作特性提供一个满足各个国家的管理要求的电压电流特性。当叉簧15接通电源时，直流电流通过二极管3-6的整流桥流动，然后通过电阻27和26。随着直流有效电压的增加，晶体管25向有源状态电路提供更多的直流电流。直流电流通过晶体管25流动，通过叉簧晶体管15并向整流桥输出。

此外，在有源状态下，在正常情况下应当流过交流铃信号检测电路的信号通过氖灯44旁路该电路。这样，在有源状态下，接收光耦合器9将只对有源交流电路中存在的信号起反应。

应当理解，可以使用各种电路代替晶体管25，以便提供不同的电压电流汲取特性。例如，在图4中，晶体管225、254、255和256以及电阻226、235、257和258建立分级的晶体管网络，提供适用于斯堪底纳维亚国家的有源直流电流汲取特性。

在另一种结构中，齐纳二极管261提供一种限流响应特性，其满足法国标准的要求。当电话线路上的直流电压增加时，齐纳二极管261箝位晶体管225的基极上的电压，借以限制由有源状态电路汲取的电流。

本发明的另一个特点是提供一个电路板，其可以用于不同造型的报警屏。例如，法国造型的报警屏将使用和北美的报警屏造型相同的电路板。通过使用相同的电路板，可以使制造成本降低。

图4A到图4D表示在一个电路板上提供不同的制造造型所需的电路的情况。在本实施例中，通过简单地旁路另一个电路的一部分选择特定的电路板的构型。为实现这种灵活性，提供光耦合器250、零欧姆的电阻251，252。通过在板上设置电阻251或252选择构型。

当在板上设置电阻251时，通过一种配置电路控制电路的电压电流响应特性，所述配置电路包括达林顿晶体管215，晶体管225、254、255和256，电阻226、235、257、258、259、260、262、263、264、265，电容器219和266以及齐纳二极管261。

当设置电阻252时，上述的配置电路被晶体管225和215旁路，因而电阻231和262形成有源方式电路。

由上所述，可以看出，电路被分为这些单个的子电路使得在一般的无源状态下能够得到低的电流消耗，同时能够使整个信号在有源状态下被发送。这些子电路有利地共用一个发送光耦合器。这种设计使得许多国家的公共电路板能够标准化，通过改变各个元件的特定值，以便满足不同国家的要求，也使得电路板能够按用户要求定做。这个优点归功于上述的信号分离。

由上述可见，铃检测子电路和通信子电路相互独立地工作，虽然它们共用一个公共接收光耦合器。如图所示，这些电路只具有两个光耦合器，同时仍然能够提供铃检测的可调整性，和要被修正以便满足特定权限的实际通信子电路。这对于满足不同国家的各种要求尤其有利，因为子电路的元件可被改变而对其它的子电路没有什么影响。通信装置提供了一种用于监视电话线路状态的方法，并能够使微处理机随时有效地采样通信装置，并确定是否电话线路仍然完好。

虽然上面详细说明了本发明的优选实施例，本领域的技术人员可以理解，不脱离本发明的构思或者不脱离本发明的范围可以作出各种改变。

Claims (5)

1在安全报警系统的控制屏中的一种通信装置，其选择地以小电流无源待机方式或大电流有源方式操作，所述电通信电路包括：

电话线路连接装置，用于连接所述电路和用于接收与发送电话信号的电话线路，

微处理器，用于选择所述通信电路的操作状态，通过所述电话线路接收与发送信号，检测所述电话线路上的铃信号，并判断所述电话线路的完整性，

信号分离装置，用于分离接收的电话信号，用于在所述通信电路的第一分支中进行处理，以便进行铃检测，并在待机状态下在第二分支中进行电话线路监视，并且在有源状态下全部用于通信，

由所述微处理器控制的开关装置，用于在所述通信电路处于无源待机状态和处于所述有源状态之间进行转换，

接收光耦合器和发送光耦合器，用于使微处理器和所述电话线路相连，

所述第一分支用于铃检测，在所述开关的无源待机状态下，具有用于铃检测的电路，其处理电话信号，其中通过阻断和铃信号的交流分量一道通过的直流分量，并产生一个输出信号，并且当在所述交流分量中检测到铃信号时向所述接收光耦合器发送所述输出信号，

所述开关装置在待机状态下连接和所述第二分支串联的大电阻，所述大电阻极大地限制所述第二分支的信号为一个小的电流，用于向充电装置充电，以便提供表示电话线路是否完好的信号，该信号不适用于铃检测，

当所述微处理器使所述接收光耦合器发送电话线路监视信号并且当所述开关装置处于所述无源状态时，所述充电装置在操作上和所述接收光耦合器以及所述发送光耦合器相连，并且进行放电。

当所述充电装置放电时产生一个由所述接收光耦合器接收的表示所述电话正在工作的信号，

所述开关装置在所述有源状态下使所述大电阻被旁路，

摘机装置，其和所述发送光耦合器相连并可以由所述微处理器控制，以便当所述开关装置处于有源状态时使所述电话线路处于摘机状态，并且所述微处理器通过所述发送光耦合器发送摘机信号，

所述第二支路和所述接收光耦合器相连，并在所述有源状态下向其提供由所述电话信号得到的交流通信信号，

所述微处理器监视所述接收光耦合器，在启动所述电话线路监视信号之后检测一个信号，用于判断所述电话是否正在工作，

所述第一和第二分支彼此独立地操作，使得在一个分支中的元件可以改变而不影响另一个分支的操作特性。

2在权利要求1所述的控制屏中，其中所述通信电路的第一分支提取电话信号的交流分量，并处理用于铃信号的交流分量。

3在权利要求2所述的控制屏中，其中所述第一分支基本上是无源的，其汲取的直流电流可以被忽略，以便检测铃信号。

4在权利要求1所述的控制屏中，其中所述通信电路在所述无源待机状态下使用所述电话线路提供小的电流为所述充电装置充电，并在所述充电装置的放电期间使用所述发送光耦合器和所述接收光耦合器，以便和所述充电装置形成电路。

5在权利要求1所述的控制屏中，其中所述接收光耦合器作为常开开关，并且被选择地闭合，

所述发送光耦合器当利用所述处于所述无源待机状态下的开关装置被闭合时和所述接收光耦合器以及所述充电装置完成一个电路，使得所述充电装置放电，

所述发送光耦合器当利用处于所述有源状态的所述开关装置闭合时利用所述接收光耦合器从电话线路上接收信号使所述摘机装置处于摘机状态，并且所述发送光耦合器在所述电话线路上发送信号。

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