家庭智能防盗报警系统.doc
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1、家庭智能防盗报警系统摘 要 随着社会的进步,科学技术的突飞猛进,人们在物质文化生活方面的要求越来越高,智能设备的应用非常广泛而且深受好评。智能化防盗报警系统可全天候自动检测盗警,当确定警情时自动通过电话报警,这对社会安全有很大的现实意义。本文设计了一种家庭智能防盗报警系统,系统硬件方面包括防盗、防火等检测电路的设计,软件方面有控制模块、拨号模块、语音模块等程序的设计。系统从硬件和软件两方面进行了抗干扰设计,使其具有较好的抗干扰能力,完成系统可靠工作。关键词:单片机;家庭智能防盗报警系统;自动拨号;探测器目 录一、系统硬件设计1(一)防盗探测器电路设计1(二)防火探测器电路设计2(三)用户端自动
2、报警器总体设计3(四)自动拨号及语音报警电路设计5(五)键盘与密码显示电路设计12(六)电源13二、系统软件设计15(一)控制模块程序设计15(二)拨号模块程序设计17(三)语音模块程序设计20(四)摘挂机模块程序设计21(五)密码及显示模块程序设计21(六)读写数据模块程序设计23三、系统的抗干扰措施26(一)系统硬件抗干扰措施26(二)系统软件抗干扰措施27设计小结28参考文献29致谢30一、系统硬件设计(一)防盗探测器电路设计实际电路中,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
3、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。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1所示,天线比较电路微波振荡电路前级放大两级放大滤波电路LED电源图1 微波探测器原理框图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,该信号送入放
4、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。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,10pF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,C9O15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
5、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。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2。(二)防火探测器电路设计图2 微波探测器电路图温度探测器使用数字温度传感器DS18B20,5V直流电压供电。DS18BZO的测温原理是利用温敏振荡器的频率随温度变化的关系,把温度信号直接转换为串行数字信号,通过内部计数器对受温度影响的振荡器周期的计数可实现温度测量。探测器中DS
6、18B20采用寄生电源供电方式,保证在有效的DS18B2O时钟周期内能提供足够的电流,图3中采用一个MOSFET管和MCU的I/O口来完成对DS18B2O的总线上拉,然后通过另一I/O对DS18B2O进行控制并取得温度值。图3温度探测器电路(三)用户端自动报警器总体设计用户端自动报警器是本课题的设计重点,自动报警器组成框图如图4所示,主要包括拨号模块、语音模块、电话接口模块、键盘密码显示模块以及电源模块。微波防盗探测器温度探测器用户端自动报警器CPUAT89C51看门狗电路EEPROMDTMF拨号电路语音检测电路电话接口电路开关电路输入输出控制电路备用电源图4 用户端自动报警器组成框图1.自动
7、报警器电路设计自动报警器电路见图5。时钟电路由两个30P的电容和12MHz的晶振构成。复位电路由电阻、电容、二极管和按键开关构成,具有上电复位和手动复位的功能。单片机的INTO、INT1分别与盗警、火警传感器相连,实现各种警情的采集。为防止环境干扰信号对触发中断的影响,当响应中断后,对中断信号多次(如3次)巡检,确认是中断信号时,才去执行中断处理子程序,否则认为是外界干扰信号不执行报警处理,有效降低误报几率。图5 自动报警器电路P2.1与语音电路相连,实现语音的回放控制。P2.2接通讯接口转换芯片的数据发送、接收片选端RE(DE)。P2.3与电话接口电路相连,实现模拟摘挂机的控制。P2.4接探
8、头掉线检测端,单片机对该口定时查询,正常时为高电平,当检测到低电平即发出掉线警报。P2.5接交流电源掉电报警信号(交流断电后由直流电源继续供电,直流电源放电低于预警值后向自动报警器发直流断电预警信号。P1.0、P1.1、Pl.2为接键盘电路的三根I/0口线,Pl.3接紧急呼救按键。Pl.5接液晶显示器的串行时钟输入端,Pl.6接液晶显示器的数据输入端。Pl.7接多路开关CD4O51的片选端INH,PI.4、P2.6分别接多路开关的输入端A、B。多路开关输出分别接报警LED、蜂鸣器,有警报发生时开关的输出I/O口给出高电平信号。PO.O、P0.1、P0.2和P0.3分别与MT8888的DO、Dl
9、、D2和D3相连,用作数据总线。P2.0与MT8888的RSO相连,控制MT8888内部寄存器的选择。P2.7与MT8888的CS相连,控制MT8888的选通。P3.6、P3.7分别与MT8888的WR和RD相连,控制MT8888的读写。P0.4、P0.5接EEPROM的串行输入和串行输出端,P0.6、PO.7分别接EEPROM的串行时钟输入和片选输入端。(四)自动拨号及语音报警电路设计1.拨号电路本系统设计的自动拨号电路可通过电话网络实现自动寻呼,对所指定的机构或人员发出求救信号,简述事故性质及地点,使救援人员采取相应措施来制止事故,系统主要功能如下:报警优先功能:主机与用户电话机共用一条电
10、话线,非报警时,不影响电话的正常使用,电话机的正常使用不影响也不干扰主机报警。主机报警时,优先拨打报警电话。自动拨号功能:可设定1-6组电话或手机号码,每组不超过15位数。用户对自动拨号报警系统可自行设定和修改密码。可自行录制语音:语音播送,由使用者自行录制,存录“状况”(如有人闯入,失火,等),使用者的姓名,地址,电话等。自动探测通话状态:报警时自动探测对方电话机的使用状态,若对方为占线或响铃后无人接,则保留跳过,等下一轮续拨。记忆储存功能:本系统采用X25045为记忆元件,电话号码,报警信息存录等所有输入都不会因为电源失去而变动。(1)MT8888芯片简述加拿大Mitel公司生产的DTMF
11、信号编解码芯片MT8888芯片,不仅具有DTMF信号收发功能,而且具有电话信号音检测功能。由于是采用CMOS制造工艺,芯片集成度高,功耗低(只有57.8mW),工作稳定可靠,因此在必须同时具备DTMF信号接收和发送的功能的系统中倍受人们的青睐。另外,MT8888可以方便与MCS51系列单片机接口,外围电路简单。因此,MT8888被广泛应用于信用卡系统、寻呼系统、中继系统、移动通信、互连拨号以及个人电脑等领域。MT8888芯片特点:具有多种工作模式,可由内部控制寄存器选择,所以功能很强。如编程选择双音群(BURST)发送模式时,它间歇发送任意个数的双音信号,双音信号持续时间精确控制在51ms,符
12、合DTMF信号解码标准。也可扩充为1O2ms双音群模式,符合电话自动拨号标准。编程选择呼叫进程检测(call programs)模式时,能检测电话信号音。频率精度高,片内对双音群模式的占空时间精确定时。(2)芯片工作原理MT8888硬件电路由接收、发送和控制三个主要部分组成。接收电路包括信号放大、拨号音抑制滤波、输入信号的高低频带通滤波、译码及锁存等功能,用于完成DTMF信号的接收、分离和译码,并以4位(16个数字)并行二进制码的方式输出。发送电路包括数据锁存、行列计数、D/A转换和混频等功能。MT8888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DT
13、MF信号。MT8888芯片可调整双音频模式的占空比,能自动抑制拨号音和调整信号增益,还带有标准的数据总线,可与TTL电平兼容,并可方便地进行编程控制。接收部分:前置输入电路可以有差分输入和单端输入两种形式,如图2-6所示。差分输入电压增益:Avdiff=R5/Rl差分输入阻抗:单端输入电压增益:Av-Rf/Rin。元件典型值C1=C2=IOnF、Rl=R4=R5=IOOk、R2=60k、R3=37.5k、R3=(R2*R5)/(R2+R5)DTMF信号经运放输出到两组6阶开关电容式带通滤波器,分离出低频组Flow和高频组Fhigh信号。低频组中的陷波器把35OHz和440Hz的拨号音滤除,每组
14、滤波器连接一阶开关电容式滤波器以提高分离信号的信噪比,由高增益比较器组成的限幅器去除低于检测门限的弱信号或噪声。解码器采用数字计数方式检测DTMF信号频率,利用复杂的平均算法防止外来的各种干扰,当检测器识别到有效的DTMF信号时,预控端EST输出高电平。发送部分:DTMF产生器是发送部分的主体,它产生全部16种失真小、精度高的标准双音信号,这些频率均由3.5795MHz晶体振荡器产生。电路由数字频率合成器、行列可编程分频器、开关电容式D/A变换器组成。行和列单音正弦波经混合、滤波后产生双音信号。DTMF编解码表把编码数据写入MT8888的发送寄存器产生单独的Flow和Fhigh,Fhigh和F
15、low dB输出的幅度之比为2dB,目的在于补偿高频组信号经通信线路的衰减,即经过预加重处理。写操作时,总线上的4位数据被锁存,可编程分频器进行8中取2的编码变换,定时长度确定该信号的频率,当分频器达到由输入编码确定的计数值时,产生复位脉冲,计数器重新计数,改变定时长度可变频率。编码电路由开关电容式D/A变换器组成,得到高精度的量化电平。低噪声加法放大器完成行和列单音信号的混合。输出级有带通滤波器,用来衰减大于8kHz的谐波。控制部分:前两部分为模拟信号处理系统,当满足信号条件时系统有输出。为了接收可靠,还应满足识别条件,即检测有效信号的持续时间,EST型号驱动外接R1,C1积分电路,如图6所
16、示。图6 控制电路原理图C1放电,在有效时间内EDT维持高电平,当VC=Vtst时(控制逻辑的门限电平),GT输出信号驱动VC至电源电压VDD,经延时后,控制逻辑把片内状态寄存器的延迟输出标志位置提高。如选择中断模式,当延迟标志位置高时,IRQ/CP引脚由高电平变为低电平,为CPU提供中断请求信号,延迟控制电压的跳变沿把数据锁存至输出端。(3)芯片工作方式MT8888通过微处理器接口由RSO、WR、RD、D0-D3选择内部寄存器,以控制电路的工作模式。它有5个寄存器:发送数据寄存器(TDR)、接收数据寄存器(RDR)、状态寄存器(SR)、控制寄存器A(CRA)和控制寄存器B(CRB)。其中CR
17、A和CRB占用同一地址,先写CRA,后写CRB,是否写CRB由CRA的最高位控制。MT8888有多种工作方式,它们分别为:DTMF模式:发送与接收DTMF信号。输入数据经TDR控制可编程行、列计数器、D/A变换器,合成需要发送的DTMF信号。或DTMF信号经拨号音抑制、分离带通滤波器、监频与确认,译成相应的4比特码,经RDR输至数据总线。呼叫处理(CALL)模式:电路可以检测电话呼叫过程中的各种信号音,只要信号的频率落在32OHz-51OHz范围内,片内呼叫处理滤波器便可滤出。经限幅得到的方波信号,由IRQ/CP端输出,以用于微处理器对呼叫性质和类别进行判断。若无信号滤出,则IRQ/CP端始终
18、保持低电平。突发(BURST)模式:在DTMF模式下,工作于突发状态,信号突发和暂停时间各为51ms;在CP模式下,工作于突发状态,信号突发和暂停时间各为102ms,此时电路只可发送DTMF信号,但不能接收。单/双音(S/D)产生模式:电路可产生单音或DTMF信号(由CRB控制),用于测试和监测。测试(TEST)模式:使电路从DTMF接收部分得到延迟监测信号,并从IRQ/CP端输出。中断模式:此模式下若选择状态,当DTMF信号被接收或出现在监测时间内,或准备发送更多数据(突发模式下)时,则IRQ/CP端下接至低电平。2.语音电路(1)ISDI420芯片简述ISD1420语音芯片是由美国ISD(
19、Information Storage Device )公司开发的高保真、不怕断电、录放一体化的单片固态语音集成电路。其片内设有时钟振荡器、128K字节EEPROM(电可编程可擦除只读存贮器)、低噪前置放大器、自动增益控制电路、反混叠滤波器、平滑滤波器、模拟转发器、差动功率放大器等高品质语音录放系统所需的全部基本功能电路。ISD系列语音芯片特点:所需外围元件少,电路简单,操作方便。采用直接模拟量存贮技术DAST(Direct Analogs Srorage Technology),再现优质原声。零功率信息存贮,省掉备用电源。信息可保存10年以上,可反复录放达10万次之多。易于使用,语音固化无需
20、专用编程或开发装置,可随意改变录音内容。较强的选址能力,可进行分段管理和分段存储多段信息。具有自动省电模式,录音和回放后即刻进入等待模式,此时仅需0.5uA的维持电流。自带时钟源,高抗干扰性能。可直接驱动8-16喇叭工作,输出不失真功率大于50mW。也可作激励信号单端输出,外接功率放大器,输出功率为额定输出功率的1/4,约为12OmW左右。采用总线技术,适于同单片机接口。(2)芯片工作原理录音过程中,ISD142O在进行存储操作之前,要分几个阶段对信号进行调整。首先要输入信号放大到存储电路动态范围的最佳电平,这个阶段由前置放大器、放大器和自动增益控制部分来完成。前置放大器通过隔直流电容与麦克风
21、连接,隔直流电容用来去掉交流小信号中的直流成份(大约2mA)。信号的放大分两步完成,先经过输入前置放大器,然后经过固定增益放大器。完成信号的通路要在模拟输出端(ANA OUT)和模拟输入端(ANA IN)两个管脚之间连接一个电容器。自动增益控制电路动态地监控放大器输出的信号电平并发送增益控制电压到前置放大器。前置放大器增益自动调节以便维持进入滤波器的信号为最佳电平,这样录音的信号能得到最高电平又使削波减至最小。我们可以通过选择连接到AGC管脚的电阻和电容值来调节描述自动增益电路特性的两个时间常量,即响应时间和释放时间。下一个阶段的信号调整是由输入滤波器完成的。由于模拟信号的存储仍然是采用取样技
22、术,因此还需要一个抗混淆滤波器以去掉(或至少减到可忽略不计的程度)取样频率1/2以上的输入频率分量。这样就满足了所有数据采集系统都遵循的奈奎斯特取样定律。语音的质量要想优于电话的音质,取样频率要用8kHz。低通滤波器的高频频限选在3.4kHz,可满足奈奎斯特取样定律,而且仍有足够宽的频带以得到高音质的语音。滤波器是一个连续时间五极点低通滤波器,在3.4kHz每个倍频程衰减40dB。信号的调整完成后,将输入波形通过模拟收发器写入模拟存储阵列中。由skHz取样时钟取样,并且经过电平移位而产生不挥发写入过程所需要的高电压,取样时钟也用于存储阵列的地址译码,以便输入信号顺序的写入存储阵列。放音时,录入
23、的模拟电压在取样时钟的控制下顺序地从存储阵列中读出,恢复成原来的取样波形。输出通道上的平滑滤波器去掉取样频率分量并恢复原始波形,平滑滤波器的输出通过一个模拟多路开关连接到输出功率放大器,两个输出管脚直接驱动扬声器。(3)芯片工作模式ISD142O具有多种工作模式,其地址输入端具有双重功能。它可以根据地址中的A6,A7的电平状态决定AO-A7的功能。如果A6,A7有一个低电平,A0-A7输入全解释为地址位,即作为起始地址用,此时地址线仅作为输入端,在操作过程中不能输出内部地址信息。根据PLAYE、PLAYL或REC的下降沿信号,地址输入被锁定。如果A6、A7同为高电平时,它们即为模式位。操作模式
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