毕业设计论文
课题：智能防盗报警系统
Intelligent anti-theft alarm system
学 院 物理与信息工程学院
专 业 电子信息工程（光电信息工程） 姓 名 曹雷
学 号 200407303121 指导教师 李建民
2008年5月
1
摘 要
随着信息技术的飞速发展以及人们生活水平的大幅度提高，人们对住宅的需求已从追求简单的生存空间向着追求质量、功能、服务等多重需求过渡。因此，人们对防盗、防劫、防火保安设备的需求量大大增加。针对偷盗、抢劫、火灾、煤气泄漏等事故进行检测和报警的系统，其要求也越来越高。
本文介绍了住宅智能化中的防盗报警系统。智能防盗报警系统可实现自动检测与自动电话拨号报警。自动检测是指由红外探测器与微波探测器构成的双鉴探测器实现盗情检测。多传感器的应用实现了低误报率，增强了系统的可靠性。自动电话拨号报警是指通过电话网络自动向相关部门发出语音求救信号。当防盗探测器检测到险情的时候，向单片机发出中断申请，再由单片机控制电话接口电路，实现模拟摘机，根据险情的类别，自动拨打相关部门的电话号码，如110。
关键词：智能报警系统；防盗；自动拨号；语音报警；声光报警
2
Abstract
With the rapid development of communication technique and great improvement of standard of people’s living, the need of house has been changed from only the living space to multiform needs of quality, function, service, and so on. Therefore, the anti-robbery and anti-fire security equipment demand increased dramatically. Against theft, looting, fires, accidents such as a gas leak detection and alarm system, their needs have become more sophisticated.
A kind of intelligent alarm system for residential area is introduced. It has the function of theft-proof, performing automatic detection and automatic dial. Pyroelectric infrared sensor and Microwave sensor combined are used for theft-proof so as to realize automatic detection. Multi-sensors make the least false alarm and enhance the reliability of system. Automatic dial means that it can send help voice through public telephone switch network to the bureau. When the sensor of burglarproof detects any off normal signal, an interrupt request is sent to the MCU. Next the MCU control the interface module of telephone to accomplish off hook. According the kind of dangerous, the dialing module will automatically dial the right phone number such as 110.
Key words: intelligent alarm system; theft-proof; automatic dial; phonetic alarm; Sound and light alarm;
3
目 录
第1章 绪论„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„
1.1 序言„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 1.2 国内外研究概况„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 1.3 论文概述„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„
第2章 系统总体设计方案„„„„„„„„„„„„„„„„„„
2.1 系统框图„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 2.2 系统方案论证„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 2.2.1 方案一：模拟电路的实现方法„„„„„„„„„„„„„„„„ 2.2.2 方案二：数字电路的实现方法„„„„„„„„„„„„„„„„ 2.2.3 总结„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„
第3章 防盗探测器电路设计„„„„„„„„„„„„„„„„„
3.1 热释电红外线探测器„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 3.1.1 热释电效应„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 3.1.2 热释电红外探测器基本原理„„„„„„„„„„„„„„„„„ 3.1.3 热释电红外探测器电路设计„„„„„„„„„„„„„„„„„ 3.2 微波探测器„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 3.2.1 微波探测器原理„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 3.2.2 探测器电路设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„
第4章 自动报警装置的硬件电路设计„„„„„„„„„„„„„
4.1 自动报警装置框图„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 4.2 电源电路设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 4.3 摘机挂机电路„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 4.4 自动拨号报警电路„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 4.4.1 MT8880 的结构及工作原理„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 4.4.2 AT89C52单片机与MT8880接口技术„„„„„„„„„„„„„„„ 4.5 语音录放电路„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 4.5.1 ISD1420引角描述„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 4.5.2 ISD1420操作模式„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 4.5.3 ISD1420典型应用电路„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 4.6 音频放大及监听电路„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 4.7 数据选择电路„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 4.8 声光报警电路„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„
4
4.8.1 LED驱动电路„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 4.8.2 蜂鸣器驱动电路„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„
第5章 智能防盗报警系统程序设计„„„„„„„„„„„„„„
5.1 控制模块程序设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 5.2 声光报警模块程序设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 5.3 自动拨号报警模块程序设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 5.3.1 摘挂机模块子程序设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 5.3.2 信号音判别子程序设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 5.3.3 拨号子程序设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„
第6章 系统调试„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„
6.1 系统硬件电路调试„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 6.1.1 探测器电路调试„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 6.1.2 自动报警电路调试„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 6.2 系统软件调试„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 6.3 软硬件联调„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„
结论„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„
致谢 参考文献 附录
5
第1章 绪论
1.1 序言
随着计算机的普及和信息技术的迅猛发展，人们己不满足于传统的居住环境，对家庭及住宅小区提出了更高的要求，智能化被引入家庭及住宅小区，并迅速在世界各地发展起来。人们对居住环境要求的日见增高，体现在希望住宅不仅更便利、舒适而且更安全。
家庭及住宅小区智能化的定义，在国际上至今尚无一致的定义，一般认为，在现代化的城乡住宅小区内综合采用微型计算机、自动控制、通信与网络及智能卡等技术，建立一个由住宅小区综合物业管理中心与安防系统、信息通信服务与管理系统和家庭智能化系统组成的“三合一”住宅小区服务与管理集成系统，最终目的是使每一住户得到满足其要求的最佳方案。国家建设部规定，目前住宅小区应实现六项智能化要求，其中包括实行安全防范系统自动化监控管理；住宅的火灾、有害气体泄漏实行自动报警；火灾报警系统应是以烟、温及可燃气体等探测器为主体；防盗报警系统应安装红外或微波等各种类型报警探测器；系统应能与计算机安全综合管理系统联网；计算机系统能对防盗报警系统进行集中管理和控制。基于此项规定，住宅防盗防火系统实现智能化势在必行。
本文所要介绍的智能防盗报警系统，正是在智能住宅蓬勃发展的背景下，为了满足用户对安全的强烈要求，而设计并开发的。系统的首要任务是根据住宅小区的类型、使用功能及防护风险等要求，为保障小区人身财产安全，通过运用多传感器探测、双音多频远程数据传输(DTMF)及计算机通信等技术综合形成智能报警系统，从而达到保障小区安全的目的。双音多频(DTMF)信令的传输速度，使得它广泛应用于各种通信和控制系统中。DTMF信号收发芯片的发送部分采用信号失真小、频率稳定性高的开关电容式D/A变换器，可发出16种双音多频DTMF信号：接收部分用于完成DTMF信号的接收、分离和译码，并以4位并行二进制码的方式输出。当遇到盗情、火情等各种险情的时候，该系统可以通过电话网络自动向相关部门发出语音求救信号，同时将报警信息送至小区监控管理中心作记录、打印处理，从而达到保护用户生命财产的目的。
1.2 国内外研究概况
在社会信息化进程日益发展的今天，信息技术应用已渗透到人类生存、活动的各个领域，在建筑领域，人们的现代生活、工作对居住和办公的建筑环境不仅要求舒适健康、安全可靠、高效便利，同时还要适应信息化社会运用科技手段和设备的要求。但是经济的发展也带来了相当大的负面影响。城乡收入差距、区域收入差距进一步拉大，以及流动人口的迅速增加，社会保障制度的不健全，盗窃、抢劫等刑事案件也呈现出了增加趋势。人们越来越渴望有一个安全生活的空间。
6
犯罪分子的作案手段越来越高明，甚至采用一些高科技的作案手段，使得以往那种以人防为主的防范方式越来越不能满足人们日常防范的要求。因此，人们的日常安防工作中，引入了很多高科技手段，我们称之为技术防范。因为技术防范能够及时发现各种案情，并为案件的破获提供有力的证据，所以，越来越受到人们的重视。
现代安防监控系统己有了新的概念，通常称为安全自动化SAS(Security Automation System)，并与防火自动化系统FAS.(Fire Automation System)共同构成智能建筑系统最底层的系统。目前国外发达国家己逐渐形成一个集安防、消防、医疗救护为一体的安全保障行业。安全技术防范行业真正形成行业规模是在第二次产业革命中即1950年--1971年，首先在美国、英国等国家形成，像
ADEMCO(安定宝)；VICON(维康)；CHUBO(集宝)；AMER工CA DYNAMIC (A. D )等。60年代视频图像技术，70年代计算机数字技术。80年代生物识别技术以及90年代国际互联网技术的应用，使安防行业得到快速发展。
西门子楼宇科技公司针对社区住宅及分散型小型建筑安全防范的实际情况，充分结合社区住户本身，最新推出了Guarto Easy新型安全防范系统。西门子楼宇科技公司的最新产品Guano Casy将视频监控、音频对讲监听、防盗报警(有线或无线连接方式)、火灾探测、危险气体探测等多种警告方式(声光，无线，拨号)结合起来，对社区住宅及分散型小型建筑进行全方位的安全防范。Guano Easy采用总线式结构，符合安防系统的暴露线路最短的原则。通过适配器可以接入各种信号(电压，触点等)，可以连接防盗探测器，震动探测器，气体探测器，火灾探测器，紧急按钮，门禁触点等各种探测器，能够适应各种情况。在线路上，可以接入中继器实现探测线路的延长，从而更好的适应环境。
在我国，小区安全防范报警系统已成为智能小区中实现安全管理的重要系统，根据我国建设部的规定，主要包括电视监控、防盗报警、求救求助、煤气泄漏报警、消防报警等内容。该系统是一种比较完善的安全防范系统，通过在可视对讲的基础上，不断扩展主机功能，增设室内分机用于接收室内各探测器的报警信号。室内分机有多个探测器接口，可接收感烟探测器、温度探测器、红外及微波探测器、煤气泄漏探测器等传来的报警信号。
我国智能住宅安防系统相对国外来讲，是有较大差距的。现在一般居民住宅的主要防盗措施仅限于防盗窗、防盗门，虽有一定的防盗作用，在灾害发生的情况下，使逃生更加困难。另外，小区安全措施不足；居民安全意识有待增强；安全防范系统也急需普及。
1.3 论文概述
本课题所设计的智能防盗报警系统包括三个部分：探测器部分、控制部分以及报警部分。
探测器部分采用的是由红外与微波探测器组成的双鉴探测器，双鉴探测器工作时将探测到的红外和微波两种信号经过与非门处理后送单片机，即只有同时检测到两个探测器输出端口为高电平信号时，自动报警器才会响应盗情报警信号，否则不报警。这种双鉴探测器较之以往的微波或红外单信号探测器，其误报率明显下降，响应灵敏度明显提高。
控制部分的核心采用AT89C52单片机。在智能防盗报警系统工作时，单片机根据预存在AT89C52里的程序巡检报警信号，如单片机发现报警信号，单片机将
7
控制报警部分实现报警功能。以便通知主人或警察发生盗情，从而减少财产的损失。
报警部分包括两种报警方式：声光报警和电话自动报警。声光报警一方面可以提醒在家里的主人有坏人闯入，另一方面可以威慑创入者，让其以为被发现而仓皇逃走。电话自动报警的主要功能为：用户根据需要把自己的手机号码、办公室电话或报警监控中心的电话预存入报警主机。报警主机不断地对所监控的设备(门禁、烟雾探测器、窗磁、摄像头等)状况进行巡检,当有不安全情况(如火灾、非法入室、视频丢失等)发生时,报警主机拨通预先存入的电话号码,播放相应的警情语音。若电话占线或者无人接听,可拨下一个预存的电话号码,如果所有预存的电话都占线或者无人接听,则会自动把所有的预存电话重拨一遍,保证了报警的有效性和可靠性。
8
第2章 系统总体设计方案
2.1 系统框图
智能防盗报警系统由传感器输入、报警信号处理电路、控制系统、显示系统、声光控制及驱动电路、DTMF拨号电路构成。电路图如下图所示：
探测器 语音报警电路 报警信号处理电路 单片机控制系统 声光报警电路 DTMF自动拨号电路 图2.1 系统总体框图
当发生盗窃或有人非法闯入用户家庭时，该防盗报警系统可以通过预先设置好的探测器检测到有人非法闯入，并产生相应的模拟信号，产生的模拟信号经信号处理系统作相应处理，变成相应的数字信号，然后送入报警控制器。报警控制器由单片机及相应的外围电路组成。报警控制器通过预先存储在程序存储器里的程序检测到探测器送来的信号，然后根据预存在程序存储器里的程序控制报警装置作相应的处理，譬如通过扬声器发出警报，以此来达到报警的目的，从而保证用户的财产安全。
2.2 系统方案论证
传统话机多采用脉冲拨号方式,但由于其拨号时间长,已逐渐被淘汰,现有话机一般采用双音多频(DTMF)拨号方式,特别是在多功能电话机中,必须使用DTMF拨号。因此,如何利用单片机进行自动拨号,在话机的设计中,对简化硬件电路有着极为重要的实际工程意义。
DTMF拨号较为复杂。根据CCITTQ.23号建议,DTMF选号方式选用8个频率,其中低音频组有4种频率:697Hz,770Hz,852Hz和941Hz；高音频组也有4种频率:1209Hz,1336Hz,1477Hz和1633Hz.每一个键号分别对应于一种低音频和一种高音频的正弦波之和。表2.1列出了不同键号所对应的2种正弦波频率。目前DTMF拨号已采用集成电路来产生双音频率,利用按键盘的选号信号控制分频器的分频因数,将振荡器频率分频到需要的高低2组频率,再加以混频、放大,得到所需的DTMF信号。
9
表2.1 键值与双音频对照表
为实现DTMF自动拨号功能，在此提出两种设计方案。通过比较两种方案的可行性，确定自动拨号的最佳方案，以便智能防盗报警系统能够准确无误的将盗情通知给系统设定的用户。
2.2.1 方案一：模拟电路的实现方法
实现话机自动拨号的电路原理如图2.2所示。从图中可以看出,电路主要由电阻组成的D/ A 转换网络和滤波器组成。这里采用600 Ω 1∶1 变压器与电话线接口,是因为电路电源必须与电话线馈电隔离。DTMF 拨号采用软件模拟DTMF 数字信号,通过单片机的输出口输出至7 位D/ A 转换电路,产生DTMF 模拟信号送至电话线。
图2.2 自动拨号电路
10
根据每个键值所要求的低音频与高音频, CPU 将低音频和高音频正弦波的采样值相加,得到7 位输出值,并将该值送到R2 口的低7 位R2. 0～R2. 6 ,由电阻网络组成的D/ A 转换器进行D/ A 转换。7 位D/ A 转换器的电阻网络中的电阻需5 %的精度。由于该电路会产生一些谐波,因此,在电路中设置了低通滤波器(LPF)和高通滤波器(HPF) . 理论计算和实验表明,低音频和高音频在该滤波器的频响曲线中间,能够满足系统性能要求。此外,电话线的输出电平可通过电阻R 1大小进行调节。
采用如图2 所示的电阻网络会带来一定的误差。但实验结果表明,DTMF信号对幅值的误差并不敏感。故电阻网络造成的误差对DTMF信号并没有影响。
2.2.2 方案二：数字电路的实现方法
MT8880 是MITEL 公司推出的专门用于处理DTMF信号的专用集成电路芯片,不仅具有接收和发送DTMF信号的自动拨号功能,还可以检测电话干线上拨号音、回铃音和忙音等信号音。适合与单片机接口,外围电路简单。
MT8880 内部有五个寄存器,分别为接收数据寄存器、发送数据寄存器、收发控制寄存器CRA和CRB以及收发状态寄存器。在本设计中,由于仅采用发送数据寄存器、收发控制寄存器CRA和CRB发送DTMF信号实现自动拨号功能,因此在此仅介绍这三个寄存器。发送数据寄存器中的数据决定要发送的双音频信号的频率,因此只能向发送数据寄存器写入数据。两个收发控制寄存器占用同一个地址,因此根据CRA中的寄存器选择位的值决定是否对CRB进行操作。其接口电路如图2.3所示。
图2.3 MT8880发送与接收电路
2.2.3 总结
采用MT8880芯片制成自动拨号报警系统，能够准确地完成拨号功能。不仅如此，它还能够检测拨号后话干线上的拨号音、回铃音和忙音等信号音，判断对方是否摘机。如对方没有摘机，单片机将控制MT8880芯片自动拨下一个预存的电话号码，以保证盗情能够及时通知给对方；如对方摘机，单片机将控制语音电路将预先存储的录音播放给指定用户，通知对方发生盗情的具体位置。而用方案一实现的自动拨号报警系统则不具备这些功能。因此，为了能够准确判断是否发生盗窃事件，并能及时通知指定用户，防止造成巨大的损失，在此选择方案二来实现自动拨号报警功能。
11
第3章 防盗探测器电路设计
防盗探测器是由红外与微波探测器组成的双鉴探测器，较之以往的微波或红外单信号探测器，其误报率明显下降，原理示意图如图3.1所示。
热释电红 外探测器 报警 74LS00 单片机 信号 AT89C52 与非门
微波探测
器
图3.1 双鉴探测器原理示意图
双鉴探测器工作时将探测到的红外和微波两种信号经过与非门处理后送单片机，即只有同时检测到两个探测器输出端口为高电平信号时，自动报警器才会响应盗情报警信号，否则不报警。实验发现，在红外探测器中，通过菲涅尔透镜的分割方式的改变可以降低由于小宠物引起的误报，从而弥补了微波探测器监视面积较大的弱点；但红外探测器对环境温度的变化比较敏感，而微波探测器所检测的只是活动的目标，所以对于如果只是温度变化引起的干扰并不会被自动报警器响应。通过这样双重的检测就进一步减小了外界干扰，降低了报警信号误报的发生率，下面详细介绍本系统中红外与微波探测器电路的设计原理、特点以及实际的工作过程。
3.1 热释电红外线探测器
在自然界，任何高于绝对温度(-273°)的物体都将产生红外光谱，不同温度的物体，其释放的红外能量的波长是不一样的，因此红外波长与温度的高低是相关的。
3.1.1 热释电效应
热释电效应是指如果使某些强介电质材料(如钦酸钡、钦错酸铅(PZT)等)的表面温度发生变化，则随着温度的上升或下降，材料表面发生极化，即表面上就会产生电荷的变化，从而使物质表面电荷失去平衡，最终电荷变化将以电压或电流形式输出。
热释电元件的主体是一薄片铁电材料。铁电材料是这样一类电介质：在外加电场作用下极化（图3.2），当撤去外加电场时，仍保持极化强度与温度有关，温度升高，极化强度降低；当温度升到一定值时，自发极化强度突然消失，这时的温度称为“居里点”。在居里点以下，根据极化强度与温度的关系制造“热释电元件”。
12
图3.2 图3.3
当某强度的红外辐射照射到已极化的铁电材料上时，引起薄片温度升高、极化强度降低，因而表面极化电荷减少，相当于释放了一部分电荷，这部分电荷可以用放大器转变成输出电压，如图3.3示。
如果相同强度的辐射继续照射铁电材料，薄片温度稳定在某一值上，不再释放电荷，也就没有电压输出，由于热释电元件只在温度升降过程中才有输出电压信号，所以被动红外探测器的光学系统不仅要有汇聚辐射热的能力，还应让汇聚在热释电元件上的辐射有升降变化，以保证被动红外传感器在有人入侵防范区时有电压信号输出。
由传感器输出的电信号经电子线路的放大、比较、处理等最终变成二进制信号“1”或“0”送至控制报警器中，当控制报警器接收到“0”信号时截止，接收到“1”信号时，立即以声光形式发出报警信号，完成报警全过程。
在被动红外探测器中有两个关键性的元件，一个是热释电红外传感器（PIR），它能将波长为8～12μm 之间的红外信号变化转变为电信号，并能对自然界中的白光信号具有抑制作用，因此在被动红外探测器的警戒区内，当无人体移动时，热释电红外感应器感应到的只是背景温度，当人体进入警戒区，通过菲涅尔透镜，热释电红外感应器感应到的是人体温度与背景温度的差异信号，因此，红外探测器的红外探测的基本概念就是感应移动物体与背景物体的温度的差异。另外一个器件就是菲涅尔透镜，菲涅尔透镜有两种形式，即折射式和反射式。菲涅尔透镜作用有两个：一是聚焦作用，即将热释的红外信号折射（反射）在PIR上，第二个作用是将警戒区内分为若干个明区和暗区，使进入警戒区的移动物体能以温度变化的形式在PIR上产生变化热释红外信号，这样PIR就能产生变化的电信号。用菲涅尔透镜配合放大电路将信号放大60-7Odb，就可以检测10-20m处人的活动。
3.1.2 热释电红外探测器基本原理
热释电红外传感器通过接收移动人体辐射出的特定波长的红外线，可以将其转化为与人体运动速度，距离，方向等有关的低频电信号。由于传感器的电压响应度与入射光辐射变化的频率成反比，因此，当恒定的红外辐射照射在探测器上时，探测器没有电信号输出，所以恒定的红外辐射不能被检测到；而物体移动速度越快，同样的入射功率下，输出电压就会越小，只有达到报警阂值电平时，探测器才会有电压信号输出。根据该特性，选择热释电红外探测器适用于盗情信号的检测。探测器原理框图如图3.4所示，当人体进入警戒区，人体温度会引起环境温度辐射场的变化，通过菲涅尔透镜，热释电红外探头感应到的是人体温度与背景温度的差异信号，则在负载电阻上产生一个电信号，电信号的大小，决定于敏感元件温度变化的快慢。经过后级比较器与状态控制器产生相应输出信号Uo。
13
图3.4 热释电红外线探测器原理框图
3.1.3 热释电红外探测器电路设计
热释电红外探测器电路采用的器件包括红外探测器专用芯片—红外传感信号处理器BISS0001、热释电红外探头REZOOB(传感器)及一些外围元件(电阻电容)。它的正常工作电压是+4.5V(工作范围可在3V到5V之间)。
检测元件B工550001是CMOS数模混合专用集成电路，具有独立的高输入阻抗运算放大器，可与多种传感器匹配，进行信号预处理。另外它还具有双向鉴幅器，可有效抑制干扰，其内部设有延迟时间定时器和封锁时间定时器。管脚排列及各点波形如图3.5和3.6所示。
当A端等于“O”时，为不可重复触发工作方式，即在Tx时间内，任何IC7的变化都被忽略，直至延迟时间Tx结束。当Tx时间结束时，Uo下跳回低电平，同时启动封锁时间定时器进入封锁周期Ti。在Ti周期内，任何IC7的变化都不能使Uo为有效状态。本电路中由于BISSOO01的1脚接的是低电平，即此时芯片设置为不可重复触发状态，所以在延时周期内，电路不会被重复触发，直到延时周期结束。这一功能的设置，可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰。RR1、RC1为输出延迟时间Tx的调节端，RR2、RC2为触发封锁时间Ti的调节端。
图3.5 BIS0001管脚排列图 图3.6不可重复触发工作方式下各点波形
图3.7所示为红外探测器分立元件电路图。当热释电红外探头接收到人体发出的红外线后，经过内部转换，输出一个微弱的低频电信号到BISSOO01芯片的第一级运算放大器IC1的同相输入端(14脚)，对信号进行放大预处理，然后由电容耦合给第二级运算放大器IC2，对信号再次放大，同时将直流电位抬高到VM。再经内部的两个电压比较器 (IC3、IC4)构成的双向鉴幅器，检出有效触发信号VS去启动延迟时间定时器(只要有触发信号VS的上跳沿则可启动延迟时间定时器)。
14
由于VH≈3.15V，VL≈1.35v，所以当VCC为+4.5V电压时，可有效地抑制士0.9V(VH-VL)的噪声干扰，提高系统的可靠性。IC6是一个条件比较器，当输入电压VC 图3.7 红外探测器电路图 3.2 微波探测器 3.2.1 微波探测器原理 微波探测器为空间探测器，用于探测在防范空间内的任何运动物体。微波探测器可靠性强，无光亮和热源的要求，探测环境要求低。在微波段，当以一种频率发送时，在微波能量覆盖的范围内，如果有物体移动，将会以另一种频率反射，这样发射频率和反射频率有一个频率差异产生。这种频率差异与很多因素有关，其中包括移动物体的速度，与探测器的径向角度等。 实际电路中，是由振荡器电路产生并发射近微波段电磁波形成微波场，天线把电信号转换为相应的电磁波辐射到周围空间，辐射半径可达10m以上(如果想继续增大辐射半径或提高灵敏度可以通过调整天线的大小和方向来完成)。当有人在场中运动时，反射回去的微波将发生频率变化，从而使微波探测器输出一个与人体运动速度有关的低频电信号。根据该特性，也选择微波探测器用于盗情的检测。 15 图3.8 微波探测器原理框图 环形天线和它周围的电阻、电容和MOS场效应管组成了近微波段高频自激振荡电路(它的振荡频率在1GHz左右)，微波探测器原理如图3.8所示，当电路接通电源以后，振荡产生的单频、等幅信号通过外接天线发射到空间，产生一个立体空间微波防护区，天线既发射振荡信号，也接收回波。反射回来的微波信号与原信号之间混频后产生微弱的频移信号，该信号送放大器进行放大。放大后的信号送窗口式鉴幅比较输入端，经比较将一定强度的探测信号转换为宽度不同的等幅脉冲输出。 3.2.2 探测器电路设计 微波探测器电路使用的主要元件是单电源通用四运算放大器KIA324P、环形天线、微波振荡管C3355及一些外围元器件，外接+6V电源。其电路图如图3.9。 当有人在该微波防护区内移动时，振荡频率和幅度发生相应的变化。根据多普勒效应，该波动的频率与物体运动的快慢有关，而幅度与距离有关。混频后高频信号因为过高而失去作用，剩下微弱的低频信号经U1作前级放大，10uF电容与7. 5K电阻构成充电电路，充电电压作为第一级比较器U4的基准电压，同时实现延时功能，即只有前级放大电压高于该参考电压时，输出才为高电平，此时，C9015导通，最后信号经U2, U3构成的窗口比较器比较后输出探测到的信号。实验过程中报警范围实测约为7-8米，探测到有效信号时，有20秒的报警信号输出，LED发光做出预警指示，可有效的进行实时探测。该电路可以工作在较宽的电压范围内(标准电压是32V，但实际可以工作在很宽的电压范围内)，当检测到异常信号时为高电平。 图3.9 微波探测器电路图 16 微波灵敏度和红外灵敏度通过步测的方法要分别调整，过高或过低的灵敏度都将影响防范效果。微波探测器灵敏度通过调节比较器参考电压端电压来控制，红外探测器灵敏度通过调节输出延迟时间Tx和触发封锁时间Ti来控制。 17 第4章 自动报警装置的硬件电路设计 4.1 自动报警装置框图 如采用方案二实现自动防盗报警功能，系统框架将作如下改进： 系统组成框图如图4.1所示。采用AT89C52单片机作为控制核心,由MT8880芯片通过电话网将报警信息迅速传送到110或119等报警中心及个人手机或传呼机上。系统工作原理如下：当单片机AT89C52通过传感器实时检测到警情信号后,使P2.4置1,控制摘/挂机电路模拟摘机,同时AT89C51将MT8880置为呼叫模式,检测是否有拨号音,若有拨号音,则将MT8880设为突发方式并按用户预置的电话号码自动拨号。拨号后,在检测到对方摘机后,发送报警信息并启动语音提示电路,完成自动报警。 警情采集 电 摘/挂机电路 话 声光报警 线语 音电 路 MT8880 AT89C52 电源电路的作用是提供稳定的+5V直流工作电压，供电路板工作，电源电路如图4.2所示。该试验板采用交流电源供电和USB供电两种方案。 图4.1 智能拨号报警器框图 4.2 电源电路设计 图4.2 电源电路图 图4.2中J4为9V交流电源接口，使用交流电源供电时，需要外接一个220V变 18 9V的电源变压器，功率为15W左右即可。变压器次级线圈输出的9V交流电压通过J4引入，再经过全桥QD2进行全波整流，C19、C20滤波，IC6稳压后，输出稳定的+5V直流工作电压。 图4.2中9V的交流电压经全桥QD2全波整流后，输出的脉动直流电压经过电容C19、C20滤波、三端集成稳压器IC6稳压以后，从IC6的第3脚输出稳定的5V直流电压，该5V电压再经过C21、C22进一步滤波后，输出更加平滑、稳定的直流电压。 图4.2中C20、C22的作用是滤除掉线路上的高频脉冲干扰，由于电解电容对高频电脉冲滤波效果较差，因此在电解电容C19、C21两端各并联了一个0.1uF的瓷片电容，瓷片电容的高频滤波性能要比电解电容好得多，因此可弥补电解电容高频滤波较差的不足。发光二极管LED10为电源指示灯，R39为LED10的限流电阻，该电阻的阻值通常取500欧姆—1K之间，该限流电阻的阻值取的越大，LED亮度越小，反之，限流电阻越小，LED亮度越高，对于高亮度的发光二极管，有时限流电阻的阻值可以取2K以上的。电源指示灯要用绿色的，这是行业标准，除了电源指示灯以外，该板剩余的所有LED全部用红色的，以达到醒目的效果。在电源+5V的输出端还串接了一个30欧姆的保险电阻R38，该电阻由于阻值很小，正常工作时两端的电压降极小，不会影响电路的正常工作；但是在业余调试、试验的时候，如果出现负载短路的意外发生，尤其是板子上出现电源短路的情况时，此时该电阻就能起到限制输出电流，保护电源及负载元件的作用。 图4.2中CZ1为USB电源插头，正极要接在保险电阻R38的左侧，使USB取出的电流要经过保险电阻R38以后再供给负载使用。平时试验时可使用USB供电，当板子调试完成，作为正式控制产品使用时，就不可能长时间的连接在电脑上，因此要用外接9V变压器供电。 4.3 摘机挂机电路 如图4.3所示，摘机、挂机电路其实就是一个电子开关，它的作用是完成摘机、挂机的动作。电路板和电话线之间虽然是连接起来的，但是中间还必须要有一个电子开关存在，平时这个开关应该处于断开的状态，以免造成电话线占线，当你打电话到家里来，希望控制家中的电器时，如果出现了若干次铃响而且没人接听，这时候就需要让电路板和电话线路接通，即完成摘机动作，也就是将电路板和电话线之间的开关打开，这样电路版才能接收到线路上送来的各种控制指令，这个电子开关就是摘机挂机电路。 19 图4.3 摘、挂机电路 摘机挂机电路位于电路板的最前端，是和电话线直接连接的。该电路由QD1、V1、V2等元件组成，图4.6中的L1、L2两个点是和电话线连接的。QD1是由4个分立的二极管组成的全波整流电路，其作用是将线路上不确定极性的电压转换成确定的极性，也就是说，L1和L2两条线的正负极是不确定的，因为电话线在接入电话机或者电路板的时候是不分正极和负极的，可以随便连接，但是到了电路板内部，就必须区分出来哪一个是正极、哪一个是负极，用全波整流电路QD1即可将正负极给定下来，因为无论L1和L2是如何连接的，从QD1出来以后，正极和负极总是固定的，因为TP4这一点始终是正极，这样线路上48V的直流电压经QD1出来以后，其正负极就明确了。 下面我们分析一下摘机、挂机电路的实现过程，即电路的工作原理。 在图4.3中，TP3点是和单片机的P2.4口相连接的。当P2.4为低电平0时，TP3相当于对地短路，这样三极管V2由于没有基极偏置电压因此不能导通，即V2的集电极没有电流通过，相当于开路，由于V2的集电极是通过电阻R4和V1基极连接的，当V2集电极没有电流时，V1的基极也就没有偏置电压和电流，因此V1也不会导通，此时的V1也处于开路状态。 当P2.4口的状态为高电平1时的情况，如图4.4所示。和上面的情况正好相反，当P2.4为高电平1时，TP3点有+5V的高电平直流电压，该电压就是三极管V2的基极偏置电压，由于有了基极偏置电压，因此V2导通了，V2的集电极也有了电流通过，由于V2的集电极是通过电阻R4和V1的基极连接的，当V2集电极有电流时，V1的基极也就有了偏置电流和电压，因此V1也就导通了，此时从QD1出来的正电压将通过V1的发射极和集电极后，再经过R5形成导通回路，并且将线路上的信号在R5两端产生电压降，此时R5相当于电话线路的负载电阻，电流的流向如图4.7中的红色线条所示。 20 图 4.4 由以上分析可见：当单片机通过P2.4口给TP3点施加一个高电平信号1时，开关管V1导通，试验板接通线路上的遥控信号，相当于电话机的叉簧接通，从而实现自动摘机。平时P2.4为低电平0，因此V1断开，相当于试验板与电话线之间断开了，起到了挂机的效果。 4.4 自动拨号报警电路 近年来，由于DTMF编码通信技术和扩展通信技术的发展，使其在各个领域得到了广泛的应用，在住宅智能化领域，该技术也显现出优越性。本文所设计的自动拨号报警系统借助遍及千家万户的电话线网做为住宅内部与外界通信手段，即其可以检测由电话线传来的控制家电的双音频信号，也可以自动拨打预先设定的电话对住宅内的紧急情况进行报警。为了检测电话线上传输的双音频信号、实现自动拨号功能、检测呼叫过程中的各种信号音，系统采用了双音频接收发送器MT8880。 4.4.1 MT8880 的结构及工作原理 ①．管脚及引脚功能 MT8880有两种封装形式:20-pin的DIP和28-pin的LCC。管脚排列如图4.5所示。 图4.5 MT8880引脚图 21 管脚定义如下: IN + :运放输入 IN - :运放输入 GS : Gain Slect ,运放输出端 REF :参考电压 Vss :电源负极 OSC2 :时钟输出 OSC1 :DTMF 时钟/ 振荡器输入,采用3. 579545MHz 的时钟 R/ W:读写控制 CS :片选 RSO :寄存器选择 CK:系统时钟输入 IRQ/ CP :中断请求/ 呼叫处理,向CPU 发中断申请。当选择了呼叫处理模式时,输入信号线上有呼叫信号时输出就发出与之相应的方波信号 D0～D3 :数据线 Est :滞后前输出。当检测到有效音频对时,就变为高电平,信号条件不满足时又立刻返回低电平 St/ Gt : 滞后输出/ 保护后输出。当电压高于 时, 保存检测到的音 频对,同时更新输出锁存器内容。当电压低于V TST时,芯片就可重新接收新的音频对。Gt 的输出对滞后时间常数有影响,它的状态是Est 和加到St 的电压的函数 VDD :电源正极 ②．MT8880 的内部结构 T8880 的内部结构如图4.9 所示。 图4.9 MT8880内部结构图 ③．MT8880 的工作原理 22 (1) 接收方式 当MT8880作为DTMF接收器的时候,DTMF信号经由IN+和IN-输入,经过运算放大并且滤除信号中的拨号音频率,然后发送到双音滤波器,分离出低频组和高频组信号。通过数字计数的方式检出DTMF信号的频率,并且通过译码器译成四位二进制码。 四位二进制编码被锁存在接收数据寄存器中,此时状态寄存器中的延时控制识别位复位,状态寄存器中的接收数据寄存器满标识位置位,对外来说,当寄存器中的延时控制识别位复位时IRQ/CP由高电平变为低电平。如果用IRQ/CP作为单片机的中断信号,IRQ/CP由高电平变为低电平,向CPU发出中断申请,当CPU响应中断,读出寄存器中的数据后,IRQ/CP返回高电平。 (2) 发送方式 当MT8880作为DTMF发送器时,数据总线D0～D3上四位二进制码被锁存在发送数据寄存器中,发送的DTMF信号频率由3.58MHz的晶振分频产生。分频器首先从基准频率分离出8个不同频率的正弦波,行列计数器根据发送数据寄存器中的数据,以八取二方式分离出一个高频信号和一个低频信号,经开关电容作D/A转换,在加法器中合成DTMF信号,并从TONE端输出。 4.4.2 AT89C52单片机与MT8880 接口技术 MT8880采用了标准的微处理器接口,这样使得信号的接收和发送变得简单。MT8880内部有5个寄存器,这5 个寄存器可分为数据暂存寄存器、收发控制寄存器和收发器状态寄存器。数据暂存寄存器有接收数据寄存器和发送数据寄存器,接收数据寄存器用于存放最后一次接收到的有效值,是一个只读寄存器;发送数据寄存器中的数据决定要发送的双音频信号的频率组成,我们只能向发送数据寄存器中写入数据。收发控制寄存器也有CRA和CRB,它们占用同一个地址,轮流使用。对CRB的操作是通过CRA中某一个特定位的置位操作来实现,因此在程序的开始和加电、系统复位时,在软件上要对控制寄存器进行初始化,寄存器的功能如表4.1～4.4所列。 表4.1 内部寄存器功能 表4.2 CRA 功能 23 表4.3 CRB功能 表4.4 状态寄存器功能 单片机与MT8880的连接方式如下图所示： 图4.10 MT8880和单片机的连线图 4.5 语音录放电路 24 ISD1420为美国ISD公司出品的优质单片语音录放电路，由振荡器、语音存储单元、前置放大器、自动增益控制电路、抗干扰滤波器、输出放大器组成。一个最小的录放系统仅由一个麦克风、一个喇叭、两个按钮、一个电源、少数电阻电容组成。录音内容存入永久存储单元，提供零功率信息存储，这个独一无二的方法是借助于美国ISD公司的专利--直接模拟存储技术（DAST TM）实现的。利用它，语音和音频信号被直接存储，以其原本的模拟形式进入EEPROM存储器。直接模拟存储允许使用一种单片固体电路方法完成其原本语音的再现。不仅语音质量优胜，而且断电语音保护。 4.5.1 ISD1420引角描述 ISD1420芯片的引角如下图所示： 图4.11 ISD1420引角图 电源（VCCA，VCCD）：芯片内部的模拟和数字电路使用不同的电源总线，并且分别引到外封装上， 这样可使噪声最小。模拟和数字电源端最好分别走线，尽可能在靠近供电端处相连，而去耦电容应量靠近芯片。 地线（VSSA，VSSD）：芯片内部的模拟和数字电路也使用不同的地线，这两个脚最好在引脚焊盘上相连。 录音（/REC）：低电平有效。只要/REC变低（不管芯片处在节电状态还是正在放音），芯片即开始录音。录音期间，/REC必须保持为低。/REC变高或内存录满后，录音周期结束，芯片自动写入一个信息结束标志（EOM），使以后的重放操作可发及时停止。之后芯片自动进入节电状态。 注：/REC的上升沿有50毫秒防颤，防止芯片自动进入节电状态。 边沿触发放音（/PLAYE）：此端出现下降沿时，芯片开始放音。放音持续到EOM标志或内存结束，之后芯片自动进入节电状态。开始放音后，可以释放/PLAYE。 电平触发放音（/PLAYL）：此端出现下降沿时，芯片开始放音。放音持续至端回到高电平，遇到EOM标志，或内存结束。放音结束后芯片自动进入节电状态。 注：放音过程中当遇到EOM或内存结束时，如果/PLAYE或/PLAYL仍处在高电平，芯片虽然也进入节电状态（内部震荡器和时钟停止工作），但是由于芯片没有对/PLAYE和/PLAYL的上升沿进行消颤，随后在这两个引脚上出现的下隆沿（例如释放按键时的抖动）都会触发放音。 25 录音指示（/RECLED）：处于录音状态时，此端为低，可驱动LED。此外，放音遇到EOM标志时，此端输出低电平脉冲。 话筒输入（MIC）：此端边至片内前置放大器。片内自动增益控制电路（AGC）将前置增益控制在-15至24dB。外接话筒应通过串联电容耦合到此端。耦合电容值和此端的10KΩ输入阻抗决定了芯片频带的低频截止点。 话筒参考（MIC REF）：此端是前置放大器的反向输入。当以差分形式连接话筒时，可减小噪声，提高共模抑制比。 自动增益控制（AGC）： AGC动态调节器整前置境益以补偿话筒输入电平的宽幅变化，使得录制变化很大的音量（从耳语到喧哗嚣声）时失真都能保持最小。响应时间取决于此端的5KΩ输入阻抗和外接的对地电容（即线路图中的C6）的时间常数。释放时间取决于此端外接的并联对地电容和电阻（即线路图中R5和C6）的时间常数。470KΩ和4.7uF的标称值在绝对大多数场合下可获得满意的效果。 模拟输出（ANA OUT）：前置放大器输出。前置电压增益取决于AGC端的电平。 模拟输入（ANA IN）：此端即芯片录音的输入信号。对话筒输入来说，ANA OUT端应通过外接电容连至本端。该电容和本端的3KΩ输入阻抗给出了芯片频带的附加低端截止频率。其它音源可通过交流耦合直接连至本端。 喇叭输出（SP+、SP-）：这对输出端能驱动16Ω以上的喇叭。单端使用时必须在输出端和喇叭间接耦合电容，而双端输出既不用电容又能将功率提高4倍。录音时，它们都呈高阻态；节电模式下，它们保持为低电平。 外部时钟（XCLK）：此端内部有下拉元件，不用时应接地。芯片内部的采样时钟在出厂前已调校，保证了标称的最小录音时间。商业级芯片在整个温度各电压范围内，频率变化在+2.25%内,并保证最小录放时间，所以有些芯片的录放时间比标称的值稍大。工业级芯片在整个温度和电压范围内， 频率变化在+5%内，建议使用稳压电源。若要求更高精度或系统同步，可从本端输入外部时钟，频率如表2-1“外部钟频”所示。由于内部的防混淆及平滑滤波器已设定，帮上述持荐的时钟频率不应改变。输入时钟的占空比无关紧要，因为内部首先进行了分频。 地址（A0～A7）：地址端有两个作用，取决于最高（MSB）两位A7、A6的状态。当A7或A6有一个为0时，所有输入均释放为地址位，作为当前录放操作的起始地址。地址端只用输入，不输出操作过程的内部地址信息。地址在/PLAYE、/PLAYL、或/REC的下降沿锁存。 4.5.2 ISD1420操作模式 ISD1420内置了若了干操作模式，可用最少的外围器件实现最多的功能。操作模式也由地址端控制；当A7和A6都为1时，其它地址端置高就选择某个（或某几个）模式。因为操作模式和直接寻址互相排斥。操作模式可由微控制器，也可由硬件实现。 使用操作模式有两点注意： （1）所有操作最初都是从0地址，即存储空间的起始端开始。后续操作根据所选用的模式可从其它的地址开始。此外，A4模式中，当电路由录转为放时地址计数器复位为0，而由放转为录则不复位。 （2）当控制信号（/PLAYL、/PLAYE或/REC）变低，同时A6和A7为高时，执行操作模式。这种操作模式一直有效，除非控制信号再次由高变低，芯片重新锁存当前的地址/模式端电平，然后执行相应操作。 26 表4.5 操作模式简表 模式 A0 A1 A3 A4 功能 信息检索 删除EOM 循环 连续寻址 典型应用 快进信息 要最后一条信息的结束处放置EOM 从0地址循环放音 录放连续的多段信息 可组合使用的模式 A4 A3、A4 A1 A0、A1 A0（信息检索）—— 快速跳过信息而不必知道其确切的地址。控制端每输入一个低脉冲，内部地址计数器就跳到下一条信息。此模式仅用于放音，通常与A4同时使用 A1（EOM删除）—— 使分段信息变为一条信息，仅在信息最后留一个EOM标志。这个模式完成后，录入的所有信息就作为一条连续的信息。 A3（信息循环）—— 循环重放位于存储空间起始处的那条信息。一条信息可以完全占满存储空间，那么循环就从头至尾进行。给/PLAYE发低脉冲后循环开始，给/PLAYL发低脉冲后循环结束。 A4（连续寻址）—— 正常操作中，重放遇到WOM标志时，地址计数器会复位。A4模式禁止地址计数器复位，使得信息可连续录入或重放。当芯片既非录音又非放音时，将A4短暂拉低可使地址计数器复位为0。 A2、A5 —— 末用。 4.5.3 ISD1420典型应用电路 图4.12 ISD1420典型应用电路 该电路看上去比较复杂，但是只要抓住了几个关键点，其实就很简单了。我们首先看一下图中最左边的三个按钮S1、S2和S3。其中S1和S2都是放音键，所不同的是，S1键为低电平有效，S2键为下降沿有效。所谓低电平有效，就是将S1按压下去，让23脚变为低电平才能让它放音，如果在放音过程中23脚变为了高电平，那么它就会立刻停止放音；所谓下降沿有效，就是按压一下S2，给24脚一个短暂的下降沿脉冲，该芯片就能进入放音状态，直到一段声音放完为止。在此顺便说一下，所谓下降沿就是电平的状态从高电平到低电平的跳变过程。如果在放音过程中24脚变成了高电平，那么它仍然是处于放音状态的，放音并不会结束， 27 直到这一段声音播放结束为止。 4.6 音频放大及监听电路 音频放大电路的作用是放大语音芯片输出的语音信号。由集成块IC4完成，IC4为8脚封装LM386功放芯片.下面对LM386功放电路予以简单介绍。 图4.13 音频放大及监听电路 电路图如图4.13所示。从语音芯片IC3输出端14脚输出的语音信号经C14送给音量调整电位器R33进行音量调整，从R33的中心抽头提取出音量调整以后的声音信号送给IC4的第3脚，从3脚进入IC4进行功率放大，经IC4放大以后从第5脚输出，从5脚输出的信号又分为3个支路：第一个支路经C15耦合给外接监听喇叭，当外接喇叭不使用时，由R35充当功放负载；第二路经C16和R34入地，由于C16的容量和R34的阻值选的都很小，因此可以滤除掉叠加在语音信号中的高频哨叫声，而对频率相对较低的话音信号衰减很弱，起到了静噪效果；第三路经C17和R36以后耦合到图1中三极管V1的集电极，以便于在V1导通时将语音信号耦合到电话线路上，以便让操作者听到提示音。 4.7 数据选择电路 数据选择器又称多路选择器、多路开关。它是一个多输入、单输出电路。数据选择器在地址控制端（或叫选择控制）的控制下，从多个数据输入通道中选择其中一通道的数据传输至输出端。此外，为了对选择器工作与否进行控制和扩展功能的需要，还设置了附加使能端。当=0时，选择器工作；当=1时，选择器输入的数据被封锁，输出为0。 数据选择器74LS153引脚排列如下图所示： 28 图4.14 74LS153 引脚图 图27是74LS153集成块中一个4选1数据选择器的逻辑图，真值表为表 7。其中C0~C3为数据输入端，Y为输出端，A、B称为地址输入端。A、B的状态起着从4路输入数据中选择哪1路输出的作用。E为使能端，低电平有效，E=0时，数据选择器工作；E=1时，电路被禁止，输出0，输出状态与输入数据无关。注意A、B地址在集成块中由2个4选1共用，高位为B，低位为A，BA=01时，Y=C1，BA=10时，Y=C2。由图27可写出逻辑表达式： YE(BAC0BAC1BAC2BAC3) 表4.6 4选1数据选择器真值表 选择 输入 B A X X 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 数据输入 C0 C1 C2 C3 X X X X 0 X X X 1 X X X X 0 X X X 1 X X X X 0 X X X 1 X X X X 0 X X X 1 选输通 出 E 1 0 0 0 0 0 0 0 0 Y 0 0 1 0 1 0 1 0 1 图4.15 4选1数据选择器内部逻辑图 注：×任意态 29 在该智能报警系统中，数据选择电路如下图所示： 图4.16 数据选择电路 4.8 声光报警电路 4.8.1 LED驱动电路 因AT89C51单片机的端口驱动能力不足以直接驱动LED指示灯，故采用晶体管驱动电路。由于单片机在上电复位时所有端口输出均为高电平，所以采用PNP型晶体管，以防止系统上电时指示灯闪烁。LED驱动电路如图4.17所示。 图4.17 LED驱动电路 LED指示灯的控制过程如下：当单片机发出的控制信号置为高电平时，PNP晶体管VT，LED灯熄灭；当控制信号置为低电平时，VT导通，LED灯发光。 4.8.2 蜂鸣器驱动电路 蜂鸣器驱动电路是用来报警或播放音乐的，其电路如图4.18所示。当单片机 30 控制信号置为高电平时，PNP晶体管VT截止，蜂鸣器（BZ）不发声；当控制信号置为低电平时，VT导通，蜂鸣器发声。 图4.18 蜂鸣器驱动电路 31 第5章 智能防盗报警系统程序设计 本系统程序使用模块化的程序设计思想，主程序通过调用子程序以实现各部分功能。先进行软件的总体设计，将软件分为多个功能模块，然后进行各功能模块设计，各功能模块都调试通过后，将它们根据总体设计的主函数流程组合起来成为最终的应用软件。根据流程要求、总体设计方案的要求和硬件电路功能，将软件设计划分为控制模块、信号音判别模块、自动拨号模块、语音模块等。 5.1 控制模块程序设计 主程序的任务包括上电之后初始化各种变量、初始化各种芯片等。然后对探测器的输入信号进行扫描。根据扫描的结果，单片机判断是否报警。如果发现警情，单片机执行声光报警子程序和自动拨号报警子程序。声光报警一方面可以提醒在家里的主人有坏人闯入，另一方面可以威慑创入者，让其以为被发现而仓皇逃走。自动拨号报警可以通过电话线向外求救，譬如：110。 主程序的流程图参见图5.1。 32 开始 系统初始化 巡检警情 N 有警情吗？Y Y 延迟 N 仍有警情吗？Y Y 声光报警 调用拨号报警子程序 图5.1 主程序流程图 5.2 声光报警模块程序设计 在声光报警的硬件电路中，单片机的P2.0、P2.1分别与LED和蜂鸣器的驱动电路相连，作为LED和蜂鸣器的控制信号。因此只须使单片机控制P2.0和P2.1脚，使其在这两脚处产生一方波信号便能产生声光报警。由于该程序非常简单，在次不在赘述。 5.3 自动拨号报警模块程序设计 自动拨号子程序流程图参见图5.2。 33 N 模拟挂机 开始 模拟摘机 MT8880置为呼叫处理模式 调用信号音判别 有拨号音吗？ Y MT8880置为DTMF发送模式 拨预置电话号码 N 有回铃音吗？ Y N 等待时间到？ Y N 对方是否摘机？ Y 发报警信息发语音提示 读取下一个电话号码 拨完预置电话？ N Y 返回 图5.2 自动拨号报警子程序流程图 34 自动拨号报警子程序主要用于远程报警。当发生盗情时，单片机通过调用该子程序相110报警或者用于通知在外面的主人家里发生盗窃。在执行自动拨号报警子程序时，首先电话模拟摘机，系统与电话线接通。然后调用信号音判别子程序，判断是否是拨号音。如果不是，模拟挂机，然后模拟摘机，重复以上操作；如果是，则调用MT8880拨号子程序发送电话号码，同时监听电话线上信号，判断对方是否摘机，如果第一个电话号码没有拨通则发送第2个电话号码，循环拨号，直到拨通号码或者定时溢出。电话拨通后调用语音模块，播放报警信息，告知对方生盗情。 5.3.1 摘挂机模块子程序设计 单片机P2.4口为低电平时，三极管V1处于截止状态，电话线和系统之间不导通，系统挂机。当单片机P2.4口为高电平时，三极管V1处于饱和状态，电话线和系统之间接通，系统摘机。 5.3.2 信号音判别子程序设计 信号音判断的原理是：由于电话系统信号音的拨号音、回铃音和忙音的频率均为425Hz至475Hz的正弦渡，只是断续比不同且在时间上有明显的差异(拨号音连续信号，忙音为0.35s通0.35s断，回铃声为1s通4s断)。要判断信号音，首先应将处理DTMF信号的MT8880芯片设置为呼叫处理模式，当选择呼叫处理模式时，MT8880就不能用于检测DTMF信号了。MT8880的呼叫处理滤波器是一个带通滤波器，通频带为300Hz～510Hz，当信号输入端有信号音输入时。如果MT8880工作在CP模式，在IRQ／CP就输出一高电平使电话呼叫过程中的各种信号音经MT8880滤波，限幅后得到方波，并由MT8880的IRQ输出。然后对MT8880输出的IRQ信号计数5秒，拨号音的计数上限为(450＋25)*5=2375，拨号音的计数下限为(450－ 25)*5=2175。同理，忙音的计数范围为1041～1212，回铃音的计数范围为425～475，无信号的计数应为零。 在实际编程中，考虑到计数的误差，以及程序的简化，采用不同信号音相邻计数界限的中间值来区分不同的信号音，设定计数值大于1792为拨号音，在1024～l791之间为忙音，在256～1023之间为回铃音，小于255为无信号音。 35 开始 置MT8880为CP模式 置T0为计数 T0赋初值 计数开始 延时5秒 Y 计数值大于1792置拨号音标志位 N Y 计数值大于1024置忙音标志位 N Y 计数值大于256置回铃音标志位 N 返回 图5.3 信号音判别子程序流程图 5.3.3 拨号子程序设计 拨号子程序：该子程序的功能为进行自动拨号。有警情发生后，系统自动摘机，然后该子程序被调用。从单片机中读取录入的电话号码写入MT8888并发送该号码。 开始 置MT8880为DTMF模式 发送预存电话号码 返回 图5.4 拨号子程序流程图 36 第6章 系统调试 6.1 系统硬件电路调试 6.1.1 探测器电路调试 防盗探测器电路设计中以红外探测器部分为主，设计的重点在红外专用芯片BISS0001的应用。热释电红外传探测器的优点是仅对人体运动敏感，对其他运动不敏感。缺点是易受冷热气流的影响，尤其是当环境温度接近人体的温度时，误报率极高。因此，合理调节输出延迟时间Tx和触发封锁时间Ti非常重要，适当改变Tx与Ti，即调整人R1,C1,R2,C2，使探测器有充分的时间区分变化的温差，从而达到准确测量的目的。 6.1.2 自动报警电路调试 测试突发拨号方式时，通过示波器能够观察到MT8880送出的双音频信号。接下来是对信号音的检测，首先用函数发生器模拟电话拨号音，利用编程器设置MT8880为CP模式，相应代码执行后，通过示波器可以观察到在MT8880的CP脚出现了方波，此时便可以通过单片机计数判断出信号音的类型。对于语音报警电路，可在ISD1420输出端接一个扬声器，看扬声器能否播放录音，如果能则说明电路没有问题。 6.2 系统软件调试 本系统的软件系统比较大，软件调试也比较复杂。在调试过程中，我采用Keil uVision2软件来调试所编的程序，用于发现和更正程序中的语法差错和逻辑差错。当确认程序没问题时，通过直接将程序下载到单片机来调试，采取了自上而下的调试方法，既单独调试好每个模块，然后再连接成一个完整的系统调试。不过在我们软件调试过程中我们主要进行的还是检测语法错误以及程序的逻辑结构错误。 6.3 软硬件联调 将调试好的程序写入单片机，然后接通电源使电路板正常工作，观察电路板是否能够完成信号音判别、自动拨号、语音报警和声光报警等功能。如果能够实现相应的功能，说明硬件电路和程序调试成功；如果不能实现相应功能，则须对硬件电路或程序进行修改，直到能够完成相应的功能，调试才算成功。 37 结论 本课程设计通过最后的调试，基本上达到了预期的要求。纵观整个设计过程，可得如下结论： 智能防盗报警系统的总体方案设计基本正确、可行，其主要功能基本得以实现。盗警检测有效，自动拨号具有较强的抗干扰性能和自我保护功能，语音报警比较清楚，为将来系统产品化打下了良好的基础。 采用了多元探测技术，弥补了单信号探测误差较大的不足，探测误报率降低，灵敏度提高。 系统结构简单，可靠性高，成本低，实用效果良好。 另外，本智能防盗报警系统具有很好的扩展性，因为本课程设计的定位是防盗报警系统，故在探测器部分仅讨论了与防盗有关的传感器。如果在本系统探测器部分加上感烟探测器、温度探测器、煤气泄漏探测器等传感器，可以使其具有防、防煤气泄露等功能。如果在摘、挂机电路前加上铃流检测电路，就可以接通电话信号，接收DTMF信号，实现远程控制功能。 38 致 谢 在论文即将完成之际，我首先向我的指导老师李建民副教授表示衷心的感谢并致以崇高的敬意！ 在论文工作中，一直得到李老师的亲切关怀和悉心指导。李老师以其严谨求实的治学态度、高度的敬业精神、兢兢业业、孜孜以求的工作作风和大胆创新的进取精神对我产生重要影响。他渊博的知识、开阔的视野和敏锐的思维给了我深深的启迪。 此外，李老师还为我们的毕业设计提供了全部的材料、实验工具、仪器以及大量的资料，并为我们的毕业设计提供了较好的工作环境。为我们的毕业设计能够顺利完成奠定了基础。 在次我还要对秦工老师和胡晓波老师表示由衷的感谢！感谢他们在毕业设计期间给予我的指导和帮助。 最后，再次对关心、帮助我的老师和同学表示衷心地感谢！ 39 参考文献 [1] 张毅坤，陈善久，裘雪红.单片微型计算机原理及应用.西安电子科技出版社.2005 [2] 熊磊,张鹏,姚冬苹.基于MT8880的家庭自动报警终端的设计.电子产品世界.2002 [3] 王瑁艳，徐玉峰，柴新禹.智能语音拨号报警系统.电子技术应用.2006 [4] 高玉芹.多功能自动拨号报警系统.自动化与仪表.2001 [5] 高秀娥.DTMF专用芯片MT8880在通信网数据传输中的应用.现代电子技术.2004.25-30 [6] 吕仁礼,周金和,李茂详.电话DTMF数据收发模块的设计.电子技术应用.1998.46-48 [7]王振红,李洋,王昌远.基于DTMF收发器MT8880的智能通讯预警系统.电子工程师.2001.4-6 [8] 40 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容