家庭智能防盗报警系统--大学毕业论文设计.doc

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：关键词：单片机；家庭智能防盗报警系统；自动拨号；探测器 目目 录录 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.-19-（四）摘挂机模块程序设计.-20-（五）密码及显示模块程序设计.-20-（六）读写数据模块程序设计.-21-三、系统的抗干扰措施.-24-（一）系统硬件抗干扰措施.-24-（二）系统软件抗干扰措施.-25-设计小结.-26-参考文献.-27-致谢.错误错误!未定义书签。未定义书签。一、系统硬件设计一、系统硬件设计 （一）防盗探测器电路设计（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，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。天线 比 较电路 微 波振 荡前 级放大 两级放大 滤 波电路 LED 电源 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 DS18B20 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。图 4 用户端自动报警器组成框图 1.自动报警器电路设计 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，具有上电复微 波 防盗 探 测温 度 探测器 用户端自动报警器 CPU AT89C51 看 门 狗电路DTMF拨号电语音检测电路 电话接口电路 开关电 输入输出控制电路 备用电源 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、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 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 DTMF 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：221221CINDIFFRZ 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 Flow 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 CRA 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(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。操作模式可以方便的与微控制器一起使用，也可通过硬件连线得到所需系统操作。地址 0 是 ISD1420 存储空间的起始端，所有初始操作都是从 O 地址开始，后面的操作可根据模拟模式的不同，而从不同的地址开始工作。当电路中的录、放音转换将进入省电状态时，地址计数器复位为 0。当PLAYE、PLAYL 或 REC 变为低电平，同时 A6、A7 为高电平时，执行地址线所对应的操作模式。这种操作模式一直执行到下一个低电平控制输入信号出现为止。(4)语音芯片及外围电路 本系统的语音电路如图 7 所示，这是应用 ISD1420 作为基本录放音 图 7 语音电路 的电路。所有的地址线均设置为“O”，所以放音的起始地址是 O。当按下 REC 键后，录音开始，数据从 O 地址开始存储，直到存储器满或者松开按键为止。当按下 PLAY 键后，则开始放音，直到 PLAY 松开或者存储器用完为止。LED2 为录音指示灯，当处于录音状态时，ISD1420 的 25 脚被拉成地电平，LED2 发亮。语音信号由驻极体话筒拾取，从 MIC 和 MICREF 两端输入芯片内部的放大器放大，该放大器的输出信号从 ANAOUT 端引出，外部使用 C3O2 藕合至另一个放大器的输入端 ANA IN，做进一步放大，经功放后的音频信号从 SP和 SP-两端输出并推动扬声器发音。扬声器的接法也可以一端接地，另一端任意接 SP或 SP-，因此，在此电路里，SP被用来与电话接口电路相连，以送出语音信号。C3O5 和 R3O5 为增益调整电路。3.电话接口电路 电话接口电路参见图 8。此电路起着很重要的作用，拨号电路、语 图 8 电话接口电路 音电路均需要通过它与外界相连，它完成电话线在系统与电话机之间的转换。平时电话机连在电话线上，系统与电话线断开，不会干扰电话通信。若需报警时，系统控制继电器转换，系统接上电话线，电话机与电话线隔离，不会影响系统的工作。为了降低系统功耗，继电器选择了高灵敏型，工作电压为5V。目前，交换机的工作电压为直流 60V 或者 48V，通过外线 a、b 接入用户话机。为了确保拨号电路的 DTMF 信号正常发送和语音电路语音信号的正常播出，须设置极性保护电路，由二极管桥路构成，不论用户如何将外线接入 LINE IN 口，都能确保电路内部的 2 线为正电压。另外，有的交换机可提供的工作电流为 50mA 或者 12OmA，因此，极性保护电路中的二极管反向耐压必须大于 180V，允许的正相电流必须大于 180mA。可以选用 IN4004、IN4007 等。根据邮电部关于电话入网的标准，摘机状态下的直流电阻应该小于等于 300 欧，因此，在极性保护电路后直接连一个 200 欧的电阻，以模拟摘机挂机。当模拟摘机时，用户外线电压降至 10V 左右。模拟摘挂机由继电器吸合配合实现，V501 与单片机 P2.3 口相连，模拟挂机时，工作于截止状态，当单片机发出模拟摘机命令时，P2.3 变为低电平，三机管由截止变为饱和，继电器工作，触点闭合，300 欧电阻接入电话网，实现模拟摘机操作。拨号电路、语音电路可通过 1:1 隔离变压器与电话接口电路相连。（五）键盘与密码显示电路设计 键盘与密码显示电路负责系统与外界的联系，数据或命令的显示，包括：密码输入、修改密码输入、电话号码设置、紧急呼叫、录音、放音等功能。1.键盘电路 按键在单片机应用系统中是一个关键部件，它用来实现向单片机输入数据，传送命令等功能，是属于人机通道电路。这里采用节省单片机I/0 端口的键盘电路，只用到 3 根 I/0 口线，普通接法只能接 3 个键。我们在常规接法的基础上增加了 3 个二极管，并采用了新的接法。其软件处理使用了端口访问和扫描检测两种方法，从而使按键数可达到16 个，同时由于采用了组合逻辑来直接对端口进行读取，因此极大的简化了程序的处理过程，也节省了宝贵的存储器和 CPU 资源。该电路在程序处理时，由 AT89C51 首先向 I/01-I/03 写高电平，然后读入。如果非全 1，说明 KO-K6 中有键按下，此时可根据读入的端口状态来判断键的状态：如果读入的结果为全 1，则 I/01-I/03 轮流输出低电平，再读入，这样就可以根据另外两根I/0线的状态来判别是K7-K15中的哪一个键被 按下。重复调用键盘处理子程序可将读取的键值与上次的值进行比较，直至两次读数相同为止，这样即可消除按键抖动所造成的误读。IO1、IO2、IO3 分别接 AT89C51 的 P1.O、Pl.1、Pl.2 口。K0-K9 分别代表十个数字键，K1O 为清屏键，K11 为密码确认键，K12 密码修改键，K13 为录音键、K14 为放音键，K15 为紧急呼救键。2.密码显示电路 当探测器检测到异常信号传给自动报警器时，只有解码正确时才会有开锁电平输出给单片机，控制关闭中断，解除用户端自动报警器的监测报警状态。此时，自动报警器对这个异常信号不做出任何响应，直到被复位后，自动报警器才重新开始工作。如果六次误码输入，则产生报警信号电平，触发报警器中断响应，此时报警器进入报警状态，自动拨号发出报警信号。密码电路中设有 50 秒定时中断输出控制信号，防止长时间无效操作。当有超过 50 秒的无效操作时，中断开启，发出报警信号。密码由用户端自动报警器设定，并可随时更改，由键盘可输入用户新密码。用户不小心输入错误时，在规定时间内更正密码即可解除报警，有效的预防了误报。输入密码时的按键有效提示由绿色发光二极管来实现，即密码输入正确时发光二极管被点亮；密码输入错误警告由红色发光二极管来实现，当输入密码错误时红色发光二极管被点亮。显示模块选用 EDM-CO02 八位串行输入段码式 LCD 模块，是由八位的七段型液晶显示器件与显示驱动器 HD44100 构成，可实现数据实时显示功能。HD44100 接收来自显示控制器的时序信号和串行数据，并把它们转换成相应的液晶驱动波形输出。（六）电源 本系统主电源采用直流电源 5V 和 6V 供电，原理图如图 9 所示。图 9 电源原理图 电源部分电路为典型的 7805/7806 应用电路，具有两路电源输出。该电路具有短路保护功能，变压器输出 7V 交流电，经桥路整流，送入7805/7806 输入端，最后输出 SV/6V 直流电。电阻与红色 LED 构成电源工作指示电路，绿色 LED 和蜂鸣器用于短路报警指示。本章节重点介绍了报警系统的硬件设计，对探测器电路、单片机模块、EEPROM 模块及拨号电路、语音电路和电话接口电路进行了详细的说明，给出了各模块连接方法，及分析了各模块的功能和原理进行了详细说明，最后设计了主电源和备用电源电路，防止因为停电造成的系统瘫痪。二、系统软件设计 自动报警器软件部分采用模块化设计，分为主控模块、摘挂机模块、拨号模块、语音模块、显示模块及读写数据模块。应用汇编语言编程，在 Keilu VISion2 环境里，使用 Top2000-B 型编程器将程序写入单片机。编程语言的软件设计采用 MCS-51 汇编语言编写自动报警器中相关程序（如拨号、语音、读写 X25045 等）。（一）控制模块程序设计 图 10 为控制模块 PROCESS 流程图，它是整个系统软件的核心，控制整个系统完成摘机，信号音判断、拨号，发出语音求救信号，最后挂机。由于考虑到拨号音、忙音、回铃音的存在，因此这个模块较主程序复杂一些。首先，调用摘机子程序模拟摘机，再调用检测和判断子程序判别是否有拨号音，如果没有，则跳转到 ERROR，调用挂机子程序，延时后重新调用摘机子程序；如果检测到拨号音，则接下来调用拨号子程序，在拨号子程序里，将根据 7EH、7DH 被置位情况拨相关部门的电话，如管理中心电话或户主电话等。拨号完毕后，重新调用检测和判断子程序，判别此时是忙音还是回铃音，如果是忙音，则跳转到 ERROR，调用挂机子程序，延时后重新调用摘机子程序：如果是回铃音，则重新调用检测和判断子程序，判别此时对方是否摘机，如果仍然是回铃音，则继续调用检测、判断子程序，直到 505 计时时间到，则调用挂机子程序，延时后，再重新调用摘机子程序；如果不是回铃音，则调用语音程序，将事先录制好的报警语音回放出来，最后调用挂机子程序，结束 process 模块的执行，返回主程序，等待再次被调用。开始调用摘机子程序调用检测子程序调用判断子程序有拨号音调用判断子程序调用拨号子程序调用检测子程序有忙音有回铃音定时50s到调用挂机子程序延时5s调用语音子程序调用摘机子程序调用延时子程序返回 图 10 制模块 PROCESS 流程图 （二）拨号模块程序设计 信号音检测与判断，首先将 MT8888 设置为呼叫处理模式，接着将单片机的 TO 设置成定时方式，T1 设置成计数方式，由于需要定时 5s，而选择定时方式 1，晶体振荡器选择 12MHz，则最大定时时长为 65.53ms，所以，需要用软件扩展定时。计时开始后，计数也即开始。在定时中断服务子程序里，判断 5s 定时时间是否到，如果时间到，则从检测子程序里跳出，否则，继续计数。最后，计数值高八位存储到 THI 中，低八位存储到 TL1 中，供判断子程序进行判断。检测子程序流程图如图 11。开始置MT8888为CP模式置T0定时，T1计数T0、T1赋初值定时、计数R2=1005S定时到返回 图 11 子程序流程图 判断子程序流程图见图 12。在此子程序里，将计数值分别与 2000、开始R2R3=1600调用minus子程序C置位R2R3=800调用minus子程序C置位R2R3=800调用minus子程序C置位返回调用minus子程序返回调用minus子程序返回调用minus子程序返回 图 12 判断子程序流程图 900、250 这三个数进行比较，即调用 MINUS 子程序，将计数值与上述比较值做双字节的无符号减法，然后根据寄存器 C 被置位情况，对拨号音标志位 7CH、忙音标志位 7BH、回铃音标志位 7AH 进行置位或清零，然后返回。DTMF 拨号程序设计：MT8888 在自动拨号应用里，应将工作方式设置为突发方式，在此种情况下，双音频信号持续和暂停时间为 5lms，符合自动拨号要求。在将 MT8888 设置为突发模式的时候，需要进行如下步骤：写控制寄存器 A、写控制寄存器 B、写发送数据寄存器、等待中断或读状态寄存器。拨号子程序流程图见图 13。图 13 拨号子程序流程图 首先将 MT8888 设置为突发方式，然后判断是否为盗情，即 7EH 是否被置位，如果没有，则跳转到拨管理中心电话号码部分；如果被置位，则拨打用户电话号码，最后，该程序返回。（三）语音模块程序设计 语音子程序流程图参见图 14。单片机 P2.1 口由高电平变为低电平，触动 ISD142O 的放音脚，放音开始，因为 ISD1420 最长录音时间为 20 秒，所以，延时 23 秒后，单片机 P2.1 脚由低电平变为高电平，放音结束，然后进入下一次放音状态，直至三次放音结束，清除警情标志位 7EH 后，程序返回。开始 置 MT8888 为 BURST 盗情 读X25045防盗电读X25045防火电拨用户电话 拨中心电话 返回 返回 图 14 语音子程序流程图（四）摘挂机模块程序设计 单片机 P2.3 口为高电平时，三极管处于截止状态，继电器没有动作，系统挂机。当单片机 P2.3 口为低电平时，三极管处于饱和状态，继电器动作，系统摘机。（五）密码及显示模块程序设计 密码及显示子程序流程图如图 15 所示，用于控制报警器外部输入。开始 回放开始 延时 23 秒 回放结束 回放 3返回 图 15 密码及显示子程序流程图（六）读写数据模块程序设计 本系统中对 X25045 的编程包括上电初始化、系统工作时对 X25045的读写以及看门狗的访问。上电初始化包含看门狗定时器的启动设置、开始 N=0 解码输入 正确 输错告警 N=N+1 N6 50 秒定时中断 返回 改密 输入新密码 掉线检测 X25045 中数据的有效性检查、以及必要的数据块保护设置等。对于自动报警器，因为 X25045 中只保存报警及探测器正常与否等关键信息，因此可将其固定在所希望的电平上。写数据子程序流程图如图 16 所示。开始读状态寄存器RDSR写操作WRITE（CS=0）包括Ag地址写(WIP=1)送地位地址送完？送4个字节数据启动写操作/CS=1自动加1写禁止WRDI（可选）返回初始化写使能读状态寄存器写(WIP=1？)图 16 写数据子程序流程图 使用 X25045 时需要注意的几点问题：上电以后，在任何操作开始以前，需要在CS 引脚上有一个从高电平至低电平的跳变。要向 EEPROM 写数据，引脚WP 必须为高电平，并先要用 WREN 指令将写使能锁存器置位。执行 WREN 指令后，引脚/CS 必须置为高电平，否则 WREN 指令被忽略。当 WREN 指令的所有 8 位发送之后，必须将CS变为高电平。如果这时CS 仍然为低电平，随后的写操作将会被忽略。向 EEPROM 写入数据前，需要判断 WIP 位是否为“0”。WIP 位为“1”表示上一批数据写入过程尚未结束，必须等到该位为“O”时才能写新数据，每一批可写入 1-4 字节数据。为了结束写操作（写字节或页），只能在第 24、第 32、第 40 或第48个时钟之后把/CS变为高电平。在其它时钟时间使CS变为高电平，不能结束写操作。本章节分析了智能防火防盗报警系统的软件设计，对单片机的工作流程做了详细的说明，并分析了 MT8888、ISD1420、X25045 芯片的工作流程，采用汇编语言编程，以及模块化设计，使得程序便于差错，系统设计侧重了实用性，使用户可自行设置电话号码和系统密码并有探头掉线检测，充分体现了系统的实用性。三、系统的抗干扰措施（一）系统硬件抗干扰措施 用户端自动报警器工作环境较恶劣，易受到各种干扰的侵犯。根据其来源不同，主要有空间干扰（通过电磁辐射进入）、过程通道干扰（通过与自动报警器及中央控制器相连的前向和后向通道进入）、供电系统干扰以及印制板与电路间产生的相互干扰。所以在设计上，应该采取必要的软硬件措施，免除和减小各种不良因素对系统的影响和损害，从而提高系统的稳定性和可靠性。本系统在硬件设计过程中，主要采取以下几个方面的措施来提高系统的抗干扰能力：对于空间辐射干扰的抑制，主要解决办法是屏蔽。静电屏蔽使用导体材料即可。为达到电磁屏蔽的目的，可以把控制系统安装在用铁板做成的封闭机箱内，来屏蔽外部静电和电磁场的干扰。设计印制电路板时，合理布线，力求将系统中个元件之间、电路之间可能产生的不利影响限制在最低程度。元件排列及信号走线尽量有序，短直，简洁，避免相邻电路相互影响了尽量避免过长的平行走线，减少布线的分布电容。接地线尽量加宽以减少接地电阻，并解决好接地点问题。避免印制电路形成环路接受噪声形成干扰。按钮等在操作时会产生火花，必须利用 RC 电路加以吸收。电源的设计将强弱电严格分开，不把它们设计在一块电路板上，电源线的走向尽量与数据传递的方向一致。在印制电路板的各个关键部位配置去藕电容，电源输入端跨接 10 协 F 的电解电容。每片集成电路电源的引脚上并接 0.01 协 F 高频电容。对于抗噪声能力弱、关断时电流变化大的器件和 ROM、RAM 存储器件（集成块），应在芯片的电源线（VCC）和地线（GND）间直接接入 0.01UF 去藕电容。CMOS 芯片的阻抗很高，易受外界的干扰，故电路中不使用的输入端不允许悬空，否则会引起逻辑电平不正常。根据实际情况，将多余的输入端与正电源或地相接。实践表明，元器件的质量对系统影响很大。应选择正品元器件。使用前还要进行必要的筛选。对于接插件，应选择抗震性能好，接合可靠，防松的接插件。传输电缆应具有良好的屏蔽层，耐老化，抗损伤，不易断线。电阻系统本身对静电的防护也是至关重要的。静电产生的原因主要有两种模式：人体带电和电场感应带电。考虑人体带电模式，鉴于人主要接触开关机控制 CPU 模块，且主要是键盘。为防止静电危害，在键盘的 3 个引线上对地分别串上 3 个防静电电容，本系统采用 0.01uF 的电容。无论系统采取什么样的抗干扰措施，系统总会受到一些干扰使系统中的单片机的程序跑飞。为了使程序跑飞后，系统能恢复正常运行，本系统采用硬件看门狗 X25045。（二）系统软件抗干扰措施 在单片机应用系统中，由于程序及一些重要常数都存储在 ROM 中，这就为软件的抗干扰创造了良好的前提条件。控制系统受干扰后反应在单片机上就是所谓的“冲程序”,即程序指针乱跳，出现程序跑飞和非法死循环，导致程序失控。因此，需对单片机系统采取一些有效措施，这里主要采取了以下几种措施。1.数据传输的差错控制 本系统采用检错重发。首先对所发送的数据进行异或操作，把最后的结果也发送出去。接收端对接收到的所有数据进行异或操作。若结果为零，则传输正确，否则传输错误，通知发送端重发。2.对重要数据进行程序复核 在程序的执行中对重要数据进行复核，本系统主要对输入的键值进行复核，看是否正确，若正确则进行处理，否则忽略。3.指令冗余 当 CPU 受到干扰后，往往将一些操作数当作指令码来执行，引起程序混乱。本系统的软件设计中，在一些对程序流向起决定作用的指令之间插入两条 NOP 指令，保证弹飞的程序迅速纳入正确的控制轨道。此类指令有：RET、RETI、ACALL、AJMP、JZ、JNZ、JC、JB、JNB、等。在某些对系统工作状态至关重要的指令（如 SETBEA 之类）前也可插入两条NOP 指令，以保证被正确执行。一些关系系统能否正常运行的重要指令，如中断操作，系统开关机标志设定等，必须在程序中多写一些，这样可以保证系统即使受到干扰越过一条指令，还会遇到其它相同的指令，系统仍能正常运行。设计小结 本课题的研究开发工作经过三个多月的不懈努力，目前基本达到了预期的要求，通过对多元探测器与自动拨号报警系统的调试，可得到如下结论：1.智能住宅防盗防火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、火警检测有效，自动拨号具有较强的抗干扰性能和自我保护功能，为将来系统产品化打下了良好的基础。2.对于区域联网式报警系统，其大部分时间处于警戒状态，传送数据量较小，若采用通常的微机加 MODEM 进行通信，势必造成浪费。采用单片机控制