毕业设计（论文）-智能报警装置设计.doc

河南理工大学本科毕业设计（论文）说明书 1 目目 录录 1 前 言1 1.1 课题的背景及来源 .1 1.1.1 关于智能报警装置1 2 智能报警装置系统构成5 3 智能防盗装置硬件设计6 3.1 装置总体设计 6 3.2 单片机模块 7 3.2.1 电源和时钟电路以及复位电路.8 3.2.2 单片机的引脚分配.9 3.3 信号检测与识别模块 9 3.4 语音录放模块 12 3.5 音频拨号电路 14 3.5.1 dtmf 信号14 3.5.2 dtmf 发生器15 3.6 电话机摘挂机控制模块 17 3.7 盗情检测 18 4 软件设计22 4.1 软件总体设计 22 4.2 中断技术的运用 23 4.3 定时器/计数器的运用 25 4.4 延时程序 26 4.5 信号音检测 28 5 系统的完善与改进31 5.1 中断扩充 31 5.2 语音的分段控制 35 5.3 双音频发送接受电路的扩充 36 河南理工大学本科毕业设计（论文）说明书 2 6 结论38 致谢39 参考文献40 附录（一）硬件电路图41 附录（二）程序清单42 附录（三）语音芯片部分49 河南理工大学本科毕业设计（论文）说明书 1 1 1 前前 言言 1.11.1课题的背景及来课题的背景及来源源 随着电子技术的发展，单片微型机因其具有体积小、集程度高、可 靠性好、性价比高等突出优点已在工业控制、智能仪表、数控拥未、数 据采集处理、通讯及各种智能家电和玩具等方面得到了广泛应用。而随 着人们生活水平的提高和安全防范意识的增强，有关家庭、办公室和仓 库等处的安全防范和自动报警系统的开发研制日益被科研单位和生产厂 家重视，现在市场上虽有各种名目繁多的报警装置，但多由于可靠性较 差、功能单一价格较高而难于普及。如何开发和利用单片机来构成家庭、 仓库、银行等地的安全防范系统，己成为众商家关注的焦点。因此很有 必要开发一种面向家庭、办公室和仓库等处的低价位、运行可靠的安全 防范设备，以适应市场所需。 1.1.1 关于智能报警装置 1) 防盗报警系统的组成： 防盗报警系统主要由四个部分组成：主机、传感器、遥控器(键盘) 和附件。 (1)主机 单片微型计算机作为信息的检测与处理中，以负责传感器状态的检 测和分析以判断入侵者是否存在，根据情况激活主机处于设防、撤防或 报警状态。 (2)传感器 传感器是用来探测入侵者是否存在，激活主机布防、撤防及报警的 设备。根据探测途径和探测方法的不同，传感器可分多个种类。 门磁探头 这类探头利用干簧管和磁铁的物理特性，对门窗的开启情况进行探 河南理工大学本科毕业设计（论文）说明书 2 测，只要打开警戒的门窗，门磁探头就能向主机发出报警指令。 热释被动式红外探头(简称红外探头) 红外辐射是种电磁波，其波长介于光波和无线电波之间。人体也是 一种红外辐射源，其辐射波长从71um-141um，红外探测器的作用是将移 动人体的红外射线聚焦到传感器上来，通过内部光敏元件接收到的红外 传感器转换为电信号输出。 p2288被动式热释人体红外传感器采用平衡 检差方式工作，只感应71um-141um 波长的活动人体辐射红外线，不会受 环境温度于可见光的影响，传感器加装菲涅尔透镜可感应十米以内的人 体辐射红外线。 热释电红外线防盗探测器中的检测元件是biss0001 ， 该器件是 cmos 数模混合专用集成电路，多用为红外专用芯片，它具有独立的高 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。热释电红外线防盗探测器工作原理如图1-1所示。 图1-1 热释电红外线防盗探测器工作原理图 专用芯片 biss0001 经多级放大，双向鉴幅器处理后，检出有效触 发信号去启动延迟时间定时器，输出信号 uo 送 mcu 单片机处理并报警。 当 a 端等于“0”时，为不可重复触发状态，即在 tx 时间内，任何 v 2 的变化都被忽略，直至 tx 时间结束。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 v 2 的变化都不能使 uo 为有效状态。这一功能的设置，可有效抑制负 河南理工大学本科毕业设计（论文）说明书 3 载切换过程中产生的各种干扰。该设计输出为脉冲信号，当有移动物体 进入探测范围以内时，输出端电平发生跳变，可实现检测并报警。 根据其使用的红外被测元又可分为单元、双元等种类，单元红外探 头因为间靠性、稳定性较差己逐淘满肤，市场上带环境温度控制功能的 双元红夕陈头和能区分宠物和人体的智能多元探头也己面市。 红外微波探头 红外微波探头就是将微波雷达技术和热释被动式红外线探测技术运 用于一体的探头，这种探头能够对被警戒的防区进行微波和红外线的双 重探测和双重比较，从而在防区受到泪去入侵时可靠地发出报警信息。 微波探头 微波防盗探测器是由 mos 场效应管 c3355 、电阻和电容组成的高频 振荡电路，产生的微波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，当人或其他物体在该防护区移动时，反射回来的微波信 号与原信号之间产生频移，微弱的频移信号经过滤波处理后，再进行多 级放大后输出报警信号。报警范围实测约为 78 m ，可有效地进行实 时探测。如下图 1-2 图1-2 微波防盗探测器原理图 防盗探测器电路是由以上两种类型探测器组成，在单片机内部进行 信号处理时，将探测到的红外和微波两种信号进行“与”运算，即只有 河南理工大学本科毕业设计（论文）说明书 4 同时检测到两个传感器端口信号时，主机才会发出盗情报警信号，否则 不于报警。 2) 防盗报警系统的分类 目前国内外防盗报警产品种类繁多，分类的方法也不一样： a、根据主机和探头的连接方式，可分为有线防盗报警、无线防盗报 警。 b、根据主机的报警信息传递方式，可分为声光防盗报警、电话防盔 报答、专线防盗报警等。 c、根据警情处理的地点，可分为现场防盗报警、异地防盗报警。 1.1.2 本智能报警装置具备的特点和优点 本报警系统拟具有以下突出的特点和优点： 该系统适用于家庭住户，安装方便。 用户可方便地进行高音报警和电话报警的设置。 不需要太多的外围设备，设备简单，操作方便。 本系统拟采用 atiel 公司生产的内部带有 4krom 的 at89c51 为核心， 开发成功后可泛应用于家庭的防盗报警。 河南理工大学本科毕业设计（论文）说明书 5 2 智能报警装置系统构成 系统构成主要包括单片机芯片、红外传感器、电话线路接口、 ha868()ptd 型电话机、sr9f26 语音芯片。系统连接线路图如附录。 智能防盗装置主要完成的功能是，当有人非法进入室内时，人体传 感器通过红外探测采集盗窃信号输入，系统能够自动摘机，并判断电话 是否处于可拨号状态。若是，则拨预置的电话号码。否则挂机，延时后 重复上述过程。在拨号后，首先判断电话线的状态是否为回铃音及对方 是否摘机。如是，播放录制好的语音报警内容，否则，挂机后延时重拨。 为了实现上述功能，其系统的结构框图如图 1，原理图如图 电话线 图 2-1 智能防盗装置原理图 电路防盗报盗系统主要由两大部分组成，即硬件和软件。硬件电路 主要由单片机、电话机、语音装置、信号检测装置、红外传感器装置等 几部分组成，各部分分别完成各自的功能，通过与其它模块的接口完整 体功能的实现。下面就分别以硬件和软件方面列出该装置的设计方案及 使用。 拨号电路 摘挂机 信号检测 语音录放 盗情检测 单 片 机 话 路 河南理工大学本科毕业设计（论文）说明书 6 3 3 智能防盗装置硬件设计智能防盗装置硬件设计 3.13.1 装置总体设装置总体设计计 本课题所要设计的智能报警装置由单片机、电话机、语音装置、信 号检测装置、红外传感器装置等几部分组成，各部分分别完成各自的功 能，通过与其它模块的接口完整体功能的实现。智能报警装置是利用电 话网，处于监控状态，平时不影响用户家中电话机的正常工作。 硬件电路主要由 （1） 单片机模块 （2） 电话机模块 （3） 语音装置模块 （4） 信号检测装置模块 （5） 红外传感器装置模块 该系统硬件要实现的功能如下： （1）在全天候警戒状态时，外接电话可以正常使用，应急电话随时 可以接受报警信号。 （2）主人可以方便的设防和撤防。 （3）合理的运用电话机电路，外部设备元件简单。 该系统主要由硬件电路主要由单片机、电话机、语音装置、信号检 测装置、红外传感器装置等组成。各系统模块的构成元件和功能如表 3- 1 所示。 河南理工大学本科毕业设计（论文）说明书 7 表 3-1 系统模块的构成元件和功能 3.23.2 单片机模块单片机模块 单片机 at89c51 是该系统的核心部分，它通过程序对整个系统进行 控制：当报警时，首先是由传感器传来的报警信号，然后送入单片机经 由单片机 at89c51 分析，然后根据分析结果来发出相应的指令以控制相 应的模块，使之完成特定的功能处理或者将欲拨电话号码转化上电话线， 实现拨号功能为双音多频信送。单片机是一种特殊的计算机，它是在一 系统模块主要构成元件功能简介 单片机at89c51通过程序对整个系统进行 控制 双音多频发 送装置 ha868(皿)ptd 型电话机 及其内部拨号芯片 w19930 接收从电话线上来的多音 多频信号并将其转化为数 字信号，然后送入单片机 处理或者将欲拨电话号码 转化为双音多频信号送上 电话线，实现拨号功能 语音装置 sr9f26 单片永久记忆型 语音芯片 存储语音，以使在报警时， 将事先存入的语音送出通 知对方 信号检测装置74ls14 完成对电话线上的信号 (如回铃音、拨号音、忙 音、无效号码音以及振铃 信号的判断) 红外传感器p2288产生报警信号 电话机单元ha868(皿)ptd 型电话机产生双音频拨号信号 河南理工大学本科毕业设计（论文）说明书 8 块半导体芯片上集成了 cpu，存储器 ram，rom 以及输入与输出接口电路， 这种芯片习惯上称为单片机。后来按照面向对象，突出控制功能的要求， 在片内集成了许多外围电路及外设接口，如定时器/计数器、串行通信控 制器，部分单片机还集成了 a/d、d/a 转换器和 pwm 功能。在硬件结构、 指令系统和 i/o 等设计上充分考虑了控制的需要，为控制提供了有效的 手段，突破了传统意义上的计算机结构，发展成 micro-controller 的体 系结构，因此，目前国外已普遍称之为微控制器 mcu，并以此与微处理 器相区别。1987 年以后，因采用嵌入技术，即在一块芯片上除了集成 cpu 外，还嵌入了 ram/rom 或各种 i/o 功能，它又被一些大的半导体器 件公司命名为嵌入式控制器（embedded controller）。 3.2.13.2.1 电源和时钟电路以及复位电路 本系统需要的是 5v 电源。控制单元采用 12mhz 的晶体振荡器。复位 电路采用按键上电复位，电路如图 3-1 所示。 图 3-1 复位电路 河南理工大学本科毕业设计（论文）说明书 9 3.2.2 单片机的引脚分配单片机的引脚分配 表表 3-2 单片机引脚占用一览表单片机引脚占用一览表 单片机引脚说明 p0.0-p0.3控制语音芯片 sr9f26 的录放 p2.0-p2.1控制电话机的摘挂机 即免提控制 p2.2拨号控制 p3.2 int0报警信号输入口 p3.4 t0信号监测数据输入口 3.33.3 信号检测与识别模块信号检测与识别模块 设备与电话线接口的硬样结构原理图如图 2-2 所示。由公用电话网 上来的信号，一路经由 r，c，ic1，r2 和 ic2 组成的光电隔离振铃检测 电路将振铃信号馈入 cpu 的中断引脚.另一路经 c2，t 组成的 1：1 的隔 离电路后分成两部分，一部分经放大整形后馈入 cpu 的中断引脚，主要 用来检测电信信号。另一部分进入双音多频发送器，双音多频发送器将 cpu 送来的数据调制成双音多频信号发送到电话线上去。 电话网信号识别是利用 cpu 的中断和定时系统，检测输入信号的周 期和一定时间内采集到的信号数量。由检测到周期可计算出信号的频率， 由定时窗口内采集到的信号数量可以算出信号的占空比。有了频率和占 空比两个参数，就可出推断出信号的类型。 河南理工大学本科毕业设计（论文）说明书 10 对于拨号音、阻塞音和振铃音(振铃信号音由另外的检测电路专门检 测)的情况，只需检测出信号的频率和占空比，就可出推算出它是振铃信 号、拨号信号还是阻塞信号。 对于拨号后的情况，要识别的信号有四种，其中三种基本信号(回铃 音、忙音和无效号码音)，一种是传呼台 2khz 的应答信号。这些信号出 现的时刻和持续时间都有很大差别。铃流源为 253hz 正弦波，谐波失 真不小于 5%，输出电压有效值为 9015v。尤其是出现在信号前的语音 信号，使得识别工作变得复杂、困难。 普通振铃（即用户的电话机被呼叫时产生的信号）采用 5 秒断续， 即 1 秒送，4 秒断，断续时间偏差不超过10%。 交换机给电话机的空闲信号（450hz，6v，是连续信号），即用户没 有主叫也没有被叫时产生的信号（也称为拨号音信号）。 交换机给电话机的忙音信号（450hz，6v），即被呼叫的电话机在使 用（也称被叫机忙）时，交换机向主叫机送回的忙音信号（0.35 秒续， 0.35 秒断）。 交换机给电话机的回铃音信号（450hz，6v），即用户的主叫机拨打 被叫机拨通，并且使对方的电话机振铃时，交换机向主叫机送回的回音 信号（1 秒续，4 秒断）。尤其是出现在信号前的语音信号，使得识别工 作变得复杂、困难。 拨号后的前五种是与打电话相关的情况，后三种是与拨传呼机有关 的情况。以打电话为例，拨号后如果是忙音，则挂机延后再拨，如果是 回铃信号，则进一步检测对方是否摘机应答，何时摘机。 比较忙音、回铃音和无效号码信号，三者有着相同的周期5s.以 这周期为检测窗口的时间长度，则无效号码信号的占空比为 83%，忙音 的占空比为=50%，而回铃信号的占空比小于 26% (由于该信号受 24h：正 弦信号的调制，放大整形后，丢失部分载频)。 根据电话机的原理，电 话的拨号音、回铃音和忙音的音源频率平均为 45025hz ，只是断续比 河南理工大学本科毕业设计（论文）说明书 11 不同且在时间上有明显差异，拨号音为 45025hz 连续信号；忙音为 0.135s 通，0.135s 断；回铃音为 1s 通，4s 断。当电话信号音到来时， 由 t3 放大，经 74ls14 比较后，通过 p3.4 脚送给单片机计数，单片机根 据 5s 内计数值的不同来判定此时的电话线路是否处于可拨号及是否处于 可发送语音状态。拨号音的计数下限为(450 -25)5 = 2125，计数上限 为(450 + 25)5=2375。同理，忙音的计数范围为 1041-1242，回铃音 的计数范围为 425-475，无信号音的计数应为 0。在实际编程时，考虑一 定的计数误差最后设定计数值大于 2567 为拨号音，在 2564-2567 之间为忙音，在 256-2564 之间为回铃音，小于 256 为无信号音。 图 3-2 信号检测装置原理图 信号检测装置由 74ls14 及其外围元件组成，主要完成对电话线上的 信号(如回铃音、拨号音、忙音、无效号码音以及振铃信号)进行判断。 光电耦合在本电路的作用是隔离作用，避免了不同系统的共地问题。输 入信号经光电耦合把电话线上的信号耦合到 74ls14 的输入端，经 74ls14 比较后，通过 p3.4 脚送给单片机计数，单片机根据 5s 内计数 值的不同来判定此时的电话线路是否处于可拨号及是否处于可发送语音 状态。加上一个光电耦合，波形变得非常清楚，可见光电耦合起到了隔 河南理工大学本科毕业设计（论文）说明书 12 离作用，有利于对信号的分辨和识别。 3.43.4 语音录放模块语音录放模块 语音装置由 sr9f26 存储语音，以便在报警时，将事先存入的语音送 出通知对方，语音录放电路由 sr9f26 单片永久记忆型语音电路及少量 外围元件组成，片内已存储好 20s 的报警信息，不怕掉电，放音由单片 机 p0 口控制，语音信息通过该片的 14 脚送至外线。 sr9f26 与控制语音播放电路有关的具体的连接电路如图 3-3 所示。 在此系统中，芯片只用于播放话音提示或报警信息，所以 pr 端接高电 平。 当装置向户主或安访部门提供语音提示时， at89c51 主控单元首先 通过 p2.1 口将 pd 置为低，启动 sr9f26 芯片工作。然后 at89c51 主控单 元通过 p2.0 口将 ce 置为低，片选有效，sr9f26 在 ce 的下降沿将地址 锁存，即实现放音。语音处理电路如图 3-3 所示。当 at89c51 单片机通 过 p2.3 口将 ce 低电平触发时，将地址锁存，调用按用户要求已写入的 语音内容，如用户的住址，报警内容等。由 rc 高通滤波后，经三极管 8050 放大送入被呼叫的对方。 图 3-3 sr9f26 与控制语音播放电路的连接电路 河南理工大学本科毕业设计（论文）说明书 13 当系统向有线电话用户或无线系统用户提供语音提示时，8051 最小 微机系统首先通过 p0.1 口将 pd 置为低，启动芯片工作，地址计数器清 零。sr9f26 在 ce 的下降沿将地址锁存，即实现地址方式放音。 sr9f26 芯片产生的语音信号，经过阻容元件耦合滤波送入通话电路。 提供报警好的语音。 语音处理芯片 sr9f26 采用最新的 dast 技术(直接模拟量存储技术)， 其存储单元采用了电擦除、电编程的 eeprom，省去了数字存储的 ad，d/a 转换，数字压缩及合成等电路。 因此，sr9f36 的应用电路十分简洁，语音的录放操作、存储非常方 便。其主要特点还有： 高保真：sr9f26 对语音的存储采用了全新的“模拟存储技术”。 录音时，取样后的模拟信号不经过 ad 转换而直接送入模拟收发器，有 序地存储到模拟存储阵列中。放音时，同样不必经过 d/a 转换，存储阵 列中的信息通过模拟收发器，经滤波后直接送入音频放大电路，十分有 效地改善了音质。 永留性：sr9f26 的模拟存储阵列是由 eeprom 组成的，存取速度 快，耗电少，对已存入的数据能够长期保存，同时又允许片内电路有随 时重新改写数据的灵活性。 多功能：sr9f26 的录音信号有两路不同的输入方法，音频信号的 多路处理器能接受两路不同的输入信号，输出信号的功率放大可采取两 种不同的处理手段，录放操作具有两种不同的模式， 超小型：sr9f26 具备固体录音电路所必须具备的单元电路，因此 只要外接少量的阻容元件，就能构成一个完整的录放系统。 经过实践证明，sr9f26 工作性能良好，可以较好地在专用系统中完 成语音提示功能，并可根据不同需要，在不同的通信系统中作为语音存 储录放和话音提示电路加以应用。 河南理工大学本科毕业设计（论文）说明书 14 3.53.5 音频拨号电路音频拨号电路 电子技术的发展使自动电话的结构发生着日新月异的变化，现今家 用电话机也逐步用按键式取代机械拨号式.目前我国许多按键式电话机发 出的拨号信号仍与机械拨号式相同，是脉冲信号，故两种电话机可以直 接通换。随着科技的发展，出现 t 双音多频(dual tone multiple frequency， dtmf)按键电话，此种电话机在撤动某一号码时发出相应的 双音多频信号，使拨号速度比脉冲拨号信号增加十倍左右。目前，dtmf 按键电话的每一用户电话中除键盘外还要有与按键配合的 dtmf 信号发生 器(编码器)，而在电话交换机内应有 dtmf 信号接收器(解码器)对电话机 来的双音多频信号进行处理、解码和接通被叫用户。近年来国外很多厂 家己研制出多种单片 dtmf 发生器集成电路。这些集成电路外部只需极少 几个元件，而且没有调谐元件，装配一个系统非常简单。 3.5.1 dtmf 信号 dtmf 信号发生器与 dtmf 按键号码盘相连，每掀一个号码键电话机 就发生两个相应的音频信号的组合，用它控制交换机接续到被叫用户。 根据国际电报电话咨询委员会(ccitt)的建议，dtmf 按键盘采用八中取 二或七中取二的音频方式，8 个频率分为两组，按频率高低分成高频群 和低频群，每群各 4 个频率，每撤按键盘上的一个号码，高频群与低频 群各送一个频率进行组合而输出就形成了双音多频信号，这样总共可有 16 种组合情况，号码与频率的对应关系见表( 3-4)所列。每个号码所对 应的两个频率互不为整数比.高频群中的缓高频率 1633hz 为备用频率， 这样就变为七中取二方式，只有 12 个号码。这 12 个号码代表拉伯数字 “09”及“*”、“#”，通常己足够用了，其中符号“*”、“#” 用于表示特殊功能如“重发”、“暂停”等。如掀“5”时高频群频率 1336hz 与低频群频率 770hz 同时输出。采用十六键时高频群中最高频率 河南理工大学本科毕业设计（论文）说明书 15 1633hz 系备用频率，(a)(d)预定为数据通信等其它功能。 dtmf 发生器集成电路的手册中大多以列音调（column tone）及行 音调(rowtone)分别表示高频群与低频群，高频群中的 hl-h4 分别对应列 音调 ci-c4， 低频群的 11-14 分别对应于行音调 r1-r4。 表3-3 高 频 群 按键号码h1 1209hz h2 1336hz h3 1477hz h4 1633hz l1 697hz 123a l2 770 hz 456b l3 852 hz 789c 低 频 群l4 941 hz *0#d 3.5.2 dtmf 发生器 在本次设计中，由于利用电话机进行拨号，所以只从电话机引出需 要用的部分引线，电话机还可以作为正常的通信工具使用，没有破坏电 话机的任何一部分，作为电话机的辅助设计。关于电话机的工作原理， 及其具体连接电路，在附录中有说明。 在设计中的具体应用是由 ha868(皿)ptd 型电话机预先存储各种电 话号码，发号由单片机的 p2.2 控制 t3 导通，将事先存储的号码以 dtmf 形式通过该片的 12 脚送至外线，从而完成拨号功能。 在电话机中的具体连接电路图如图（3-4）所示： 河南理工大学本科毕业设计（论文）说明书 16 图3-4 话机中的连接电路图 dtmf 发生器又称为 dtmf 信号编码器或 dtmf 拨号电路，它的功能是 把按键号码变为相应的 dtmf 信号。目前生产的单片 dtmf 发生器集成电 路使用方便，价格低廉，是组成 dtmf 发生器的核心。各厂生产的 dtmf 发生器集成电路的内部电路结构都大同小异，有的为了通用除能产生 dtmf 信号外还能产生脉冲信号，但最新产品大多只输出 dtmf 信号。 dtmf 信号发生器集成电路新产品外配部件很少，除必不可少的键盘外， 还要一块石英晶体，大多用彩色电视机色副载波频率的石英晶体，频率 为 3.579545mhz(日、美 ntsc 制)，另外需外接一两个电阻电容。 之所以要极性保护电路，是因为在安装电话机时，a/b 线的电压极 性是不确定的，可能是 a 正，b 负，也可能是 a 负，b 正。图 3-11 的极 性转换电路就可以把极性不确定的电压变成极性固定的电压，即 c 点的 电压总是负的，d 点的电压总是正的。 本论文中设计的防盗报誉系统 ha868()ptd 型电话机内部的拨号 芯片为 w91330dtmf 发生器。它的拨号部分原理图如图(3-5)所示。 河南理工大学本科毕业设计（论文）说明书 17 图3-5 ha868()ptd型电话机原理图 它由启动电路，电源电路，脉冲开关电路，脉冲控制电路组成。在 本设计中，只用到重拨按键的作用，由于按键采用“e”字形的电路，使 内部的两个信号线相连，所以我利用了三极管的开关特性，在 p2.2 口， 输出一个 50ms 的脉冲，使三极管导通 50ms，起到了触发按键的作用。 经实践证明它是可以实现的。 需要说明的是，本模块用的是电话机中的现成元件，充分利用电话 机，其中的极性保护电路，启动电路，电源电路，脉冲开关电路，脉冲 控制电路，都是利用电话机中的元件。 3.63.6 电话机摘挂机控制模块电话机摘挂机控制模块 此部分由 jzc-23f(4123)继电器，三极管 9014，二极管以及电阻组 成，jzc-23f(4123)继电器是 12v 直流电源供电，具体的负载参数是 10a 28vdc 或者 5a 220ac，完全可以满足电话线路的要求，电路如图（3-6） 所示 河南理工大学本科毕业设计（论文）说明书 18 图 3-6 电话机摘挂机控制模块原理图 由继电器 j5、j6、t12、t13 整流桥等组成，单片机 p2.1，p2.2 控 制 t12、t13，使继电器 j5、j6 吸合或断开，从而完成摘挂机。反向二 极管是为了防止继电器的误导通，防止干扰信号的侵入。三极管 9014 相 当于电子开关电路，当单片机输出高电平时，三极管导通，从而，继电 器动作，开关闭和。完成摘挂机。为保证元器件的工作电压，必须保证 合适的工作电压。而且供电电压的极性应该是固定的。这里继电器的工 作电压为 12v，三极管可以承受，并且它的负载电压可以达到 220v，所 以可以承受电话线路的电压。所以此电路可以实现。 3.73.7 盗情检测盗情检测 盗情检测由红外传感装置由 p2288， bis001 及其外围元件组成。传 感器采用 p2888 型号热释电红外传感器，当有人进入其探测范围时，传 感器输出正向电压至单片机 p3.2 从而启动单片机按设定的程序工作。 河南理工大学本科毕业设计（论文）说明书 19 具体的连接电路如图（3-7）所示： 图3-7 盗情检测连接电路图 热释电红外探测器是由热释电红外传感器（指陶瓷型，下同）、菲 涅耳透镜及电子电路组成的一种光电检测装置，它能不接触地检测人体 运动时辐射出的红外线并转换成电信号输出。 1.热释电效应 某些强介电物质的表面接受了红外线的辐射能量，其 表面产生温度变化，随着温度的上升或下降在这些物质表面上就会产生 电荷的变化，这种现象称为热释电效应，是热电效应的一种。这种现象 在钛酸钡之类的强介电质材料上表现得特别显著。若在钛酸钡一类的晶 体的上下表面镀膜形成电极，在上表面加以黑色膜，若有红外线间歇地 照射，其表面温度上升t，其晶体内部的原子排列将产生变化，引起自 发极化电荷p，设该元件的电容量为 c，则该元件的电压 为p/c。这 里要指出的是，热释电效应产生的表面电荷不是永存的，只要它出现， 很快便被空气中的各离子所结合。因此，用热释电效应制成的红外线传 感器往往需要在元件的前面加机械式的周期遮光装置，以使此表面电荷 河南理工大学本科毕业设计（论文）说明书 20 周期出现才能实现测量；或者只有当测移动物体时才可不用周期遮光装 置。因此红外线测温计在测静止物体（包括人体）时需要加周期遮光装 置；只有检测运动的人体时才无周期遮光装置，所以，这种传感器也称 为人体运动传感器。 2结构 热释电红外传感器的结构 如图（3-8）所示： 图3-8 热释电红外传感器的结构 传感器的敏感元件材料是钛锆酸铅（pzt）一类强介电物质，在上下 两个表面用真空镀膜工艺做上电极，并在其上表面加上一层黑色氧化膜 以提高其转换效率。它的等效电路是一个在负载电阻（rg）上并联一个 电容器的电荷发生器。传感器的输出阻抗极高，而输出电压信号又极其 微弱，所以在传感器内附有一个阻抗变换的场效应管（fet）及一个厚膜 电阻（rs）组成源极输出级。整个结构封装在顶部有滤光镜的管壳内 （to-5 封装），如图，也有少数传感器采用扁平金属外壳或树脂封装， 其滤光镜在侧面。 3.滤光镜材料 在壳体的窗口上装有不同材料的滤光镜，使不需要波 长的红外线不能进入传感器。一般热释电红外传感器在 0.220m 光谱 范围内的灵敏度是相当平坦的，并且不受可见光的影响。由于对不同物 体的检测要求（如医学、气体分析或火焰检测等）、光谱响应范围不同， 因此应采用不同材料的滤光镜。 河南理工大学本科毕业设计（论文）说明书 21 4.传感器内的元件数 从图中可看出，敏感元件只有一个，若传感器 中有两个敏感元件（反相串联），则称为双元件传感器。元件的热释电 红外传感器有如下特性：当入射的红外线能量顺序地辐射到两个敏感元 件时，由于两个敏感元件反相串联，其输出比单元件高一倍；对同时输 入的能量会相互抵消。由于有这样的特性，使双元件传感器有以下优点： 可防止因太阳光等红外线所引起的误差或误动作；陶瓷型热释电敏感元 件具有压电效应，双元件传感器可消除因振动而引起的误差；可以防止 检测的环境温度变化而引起的误差。人体检测的热释电传感器都采用双 元件的。 5.热释电红外传感器的主要参数 几种常用的热释电红外传感器的主 要参数如下表所示。 （1）电压响应率 rv（也称为灵敏度） 当经过调制的红外线光源照 射到元件表面，元件输出的电压与输入的红外辐射功率的比值称为电压 响应率 rv，rv=vs/pad，式中 vs 为红外线检测元件的输出电压（v）；p 为照射到元件单位面积上的辐射功（w/cm2）；ad 为元件的面积（cm2）。 rv 的数值越大，其灵敏度也越高。 （2）噪声等效功率 nep 红外线检测元件的输出电压较低，因此在 评价它的性能指标时应特别注意到噪声的影响。噪声等效功率（nep）值 是输出信号的信噪比（s/n）为 1 时所对应的红外线入射功率值。其值越 小，则元件越灵敏。 （3）检测度 d 及特定检测度 dx 检测度 d 是 nep 的倒数。d 值越 高，说明该元件检测信号的能力越强，而受噪声影响越小。特定检测度 d*是将元件受光面积 ad 及测量放大器频带宽度f 特定和规格化的 d 值， 它能较确切地反应该元件的品质，因此 d * 参数应用更为广泛。 d*=d（adf）1/2，p2288 作防入侵报警器有较好的性能，而 lhi958 较适合作自动门的检测器、门灯或走道自动灯的应用。因此本系统的红 外传感器为 p2288。 河南理工大学本科毕业设计（论文）说明书 22 当人进入警戒区域时，热释电红外传感器 pir 接收到频率为 0.1-8 hz 的人体红外信号，并将其转换为电信号，经过由电阻 r2、电容 c3 及 c5 组成的低通滤波电路，滤除高频干扰噪声，送至 ic bis0001 的 14 脚。 经内部二级放大和双向幅度鉴别后，通过逻辑控制延时电路在 ic bis0001 的 2 脚输出高电平，并经电阻 r 送至三极管 9014，9014 接射极 跟随电路，e 极通过 1 个 2k 的电阻限流接 1 个发光二极管指示，e 极 又输出 1 个信号作为编码芯片的输人端。 4 4 软件设计软件设计 4.14.1 软件总体设计软件总体设计 该系统软件由 51 系列汇编语言开发，主要由中断部分组成，其中的 报警信号检测为循环查询，报警信号控制主要为中断部分，整个程序在 tsc-51/98 开发系统上调试通过，其程序流程如图 4-1 所示。 开始 有报警信号 拨号 2.5 秒 摘机 放音 20 秒 挂机 延时 5 秒 拨号音 铃音 结束 y y n n 河南理工大学本科毕业设计（论文）说明书 23 图 4-1 程序流程图 若有人进入探测范围，则 p3.0 为高电平，延时 20s(用于主人进门 后，有一定的时间关闭 k1，以免产生误报) ，单片机令 p2.1、p2.2 为 高电平，继电器 j12、j13 接通，处于摘机状态。电话线路上的信号经 t2 送至单片机的 p3.2，若此信号为忙音信号，挂机 5s，然后重新进入 摘机状态，直到拨号音进入为止；若此信号为拨号音信号时， p2.2 为 高电平，控制拨号电路拨号。拨号完毕后，延时 2.5s ，cpu 查询 p3.2 的信号，若为忙音，延时 5s 后，重新进入摘机状态； 若为回铃信号且 对方摘机，则 p0.0、p0.1 输出高电平，控制录放音电路播放语音报警信 息，放音 20s，然后令 p2.1v12p2.2 为低电平，从而挂机，进入下一次 报警开始状态。 4.24.2 中断技术的运用中断技术的运用 本次设计用到的中断，有外部报警信号的输入中断，定时器 t1 产生 的定时益处中断，外部计数器 t0 产生的计数溢出中断。对中断优先级 的设定，int0 是地优先级，t0、t1 是高优先级，软件设计为 setb ea setb et1 setb et0 setb ex0 setb it0 setb pt0 setb pt1 河南理工大学本科毕业设计（论文）说明书 24 clr px0 这样在开外部中断后，产生中断，执行中断服务程序的过程中，外 部报警信号成生的中断不能中止内部定时器和外部计数器的中断，使其 正常的工作。当外部产生报警信号，在执行外部中断的中断服务程序时， 先关掉外部中断，这样就能保证中断服务程序不被打断。 在执行外部中断服务程序后，先要延时 20 秒，我采用程序延时的方 法，程序流程图如下， 图 4-2 程序延时图 子程序片断为 del： ；延时 20 秒 mov r7，#20h y 250m 到 1s 到 20s 到 n n y y n 返回 河南理工大学本科毕业设计（论文）说明书 25 del1： mov r6，#200h del2： mov r5，#125h del3： djnz r5，del3 djnz r6，del2 djnz r7，del1 ret 当晶振采用 12m 赫兹时，每个机器周期为 1s，采用程序循环的方 法，125*2=250s，250*2*200 就是 1 秒，在经过 r7 的循环，就是 20 秒的延时。 4.34.3 定时器定时器/ /计数器的运用计数器的运用 t0 采用计数工作方式，使用操作模式 2，8 位自动重装计数器，分 为两个独立的 8 位计数器 th0 和 tl0，仅 th0 的值在技术中不变。tl0 溢 出时 th0 的值自动装入 tl0 中。计数初值为 256-256=0。t1 采用定时工 作方式，选模式 1，定时 50ms， 由公式 x=m-计数值=m-=m-(tcfosc) p c t t 12 可以计算出 t1 的定时初值是 26f0h。关于模式控制寄存器 tmod 的 控制，由于模式和工作方式都已确定，所以其值为 00100101，即 26h。 程序片断为 mov tmod，#26h mov th0，#00h mov tl0，#00h mov th1，#26h mov tl1，#0f0h 河南理工大学本科毕业设计（论文）说明书 26 由于需要定时 5 秒，用一个定时器无法实现，所以在设计中采用定 时器加软件计数的方法实现。 org 0000h ljmp min org 001bh ；定时器 1 ljmp t1 org 0030h min： setb tr1 ；启动 t1 mov a，#00h ；对计数中断的次数进行计 数 mov 41h，#100h ；毫秒计数初值 mov 42h，#300h ；5 秒计数初值 clr 4fh ；标志位 tt： jnb 4fh， tt t1： ； 定时器 push psw mov th1，#0d8h mov tl1，#0f0h djnz 40h，tt1 mov 40h，#100 djnz 41h，tt1 mov 41h，#300 setb 4fh 4.44.4 延时程序延时程序 在设计中用到多个延时程序，有 20 秒的延时，2.5 秒的延时以及 5 河南理工大学本科毕业设计（论文）说明书 27 秒的延时，设计中的延时程序都采用了程序延时的方法。但是程序延时 并不可靠，它存在一定的误差，但是这并不影响程序的执行，也不影响 报警系统的正确性，因此可以应用。需要说明的是，在用程序延时延时 时，需要关掉中断，否则将严重影响延时的正确性，将大大的推迟延迟 时间。因此在调用延时程序时，首先要关掉中断。各延时程序片断如下： del： ；延时 20 秒 mov r7，#20h del1： mov r6，#200h del2： mov r5，#125h del3： djnz r5，del3 djnz r6，del2 djnz r7，del1 ret delay： ；延时 5 秒 mov r7，#05h delay1： mov r6，#200h delay2： mov r5，#125h delay3： djnz r5， delay3 djnz r6， delay2 河南理工大学本科毕业设计（论文）说明书 28 djnz r7，delay1 ret dela： ；延时 2.5 秒 mov r7，#05h dela1： mov r6，#100h dela2： mov r5，#125h dela3： djnz r5， dela3 djnz r6， dela2 djnz r7，dela1 ret delay50： ；延时 50m 秒 mov r7，#200h delay501： mov r6，#125h delay502： djnz r6，delay502 djnz r7，delay501 ret 4.54.5 信号音信号音检测检测 根据电话机的原理，电话的拨号音、回铃音和忙音的音源频率平均 为 450 25hz，只是断续比不同且在时间上有明显差异，拨号音为 45025hz 连续信号；忙音为 0.135s 通，0.135s 断；回铃音为 1s 通， 河南理工大学本科毕业设计（论文）说明书 29 4s 断。当电话信号音到来时，由 t3 放大，经 74ls14 比较后，通过 p3.4 脚送给单片机计数，单片机根据 5s 内计数值的不同来判定此时的电话线 路是否处于可拨号及是否处于可发送语音状态。拨号音的计数下限为 (450-25)5=2125，计数上限为(450+25)5=2375。同理，忙音的计数 范围为 1041-1242 ，回铃音的计数范围为 425-475，无信号音的计数应 为 0。在实际编程时，考虑一定的计数误差最后设定计数值大于 2567 为拨号音，在 2564-2567 之间为忙音，在 256-2564 之间为回铃音， 小于 256 为无信号音。所以外部计数器计数初值设定为 256，然后对计 数器的中断次数进行计数，判断中断次数从而判断铃音。其程序片断如 下： lingyin： jnb 4fh， lingyin ；判断 5 秒判断位并跳转 clr cy clr tr1 clr tr0 acall panduan ；调用判断子程序 set ex0 pop psw reti panduan： ；对计数值进行计数判断 cjne a，#04， panduan1 ljmp fanhui panduan1： jc panduan2 ljmp fanhui panduan2： 河南理工大学本科毕业设计（论文）说明书 30 cjne a，#00，fanhui jnc caozuo ljmp fanhui caozuo： set p0.0 set p0.1 set p0.2 acall dell clr p0.0 clr p0.1 clr p0.2 ret fanhui： clr p2.0 clr p2.1 acall delay sjmp int0 ret 河南理工大学本科毕业设计（论文）说明书 31 5 系统的完善与改进 本设计配备适当的外围设备，能进行多种防盗功能的设定，同时还 能进行远程报警和控制。 5.15.1 中断扩中断扩充充 传感器可以选用多种传感器，除了红外传感器以外，还可以扩展玻 璃破碎传感器，门磁传感器，烟雾报警探测器，微波防盗报警器以及煤 气泄漏传感器等，另外还有各种防盗报警装置。 1、 细丝触发式防盗报警器 细丝触发式防盗报警器适合于监视各种门、窗、楼梯、过道、物体 等。其细丝一经开断不易立即复他，因而触发可靠，适应而广。其应用 电路如图 5-1 所示 图 5-1 细丝触发式防盗报警器电路图 它是由一只三极管 v 和阻容元件组成。当细丝 xs 未碰断时，三极管 v 的基极电位等于零故 v 不工作。一旦 xs 被人绊断，导致三极管 v 的基 极有偏流而导通工作。输出高电平。 2、干簧管触发式防盗报警器 河南理工大学本科毕业设计（论文）说明书 32 图 5-2 干簧管触发式防盗报警器电路图 此设备一半用于门窗。正常时，干璜管闭合，a 端输出低电平，一 旦有人进入拉开永久磁铁，导致干璜管导通，a 端输出高电平。 3、人体感应报警器 该装置的电路工作原理如图 5-3 所示。它的触发器件采用了很高输 入阻抗的场效应管，因为场效府管是一种电压型控制器件，只要人体感 应的电脉冲即可使其触发工作。这种电路往往很简单，制作也极易成功。 当人体接近金属板 a 时，人体与金属板之间所形成的电容效应有传递和 感应电脉冲的功能，因此，导致场效应管 v1 的 d、s 极间电阻增大，从 而抬高了三极管 v2 的基极电位，于是 v 饱和导通。输出高电平。当人体 离开金属板 a 时，v2 又截止，输出低电平。在安装时，其金属板八应尽 量靠近场效应管的 g 极，有利于提高触发灵敏度。 河南理工大学本科毕业设计（论文）说明书 33 图 5-3 人体感应报警器原理图 中断可以采用中断和查询结合法，该方法是利用 mcs-51 的两条外部 中断输入线，在每一条中断输入线上通过线“或”关系连接多个外部中 断源，同时利用输入端口线作为各中断源的识别线。具体线路见图 4- 3。 图 4-3 中所示的 4 个外部装置通过集电极开路的 oc 门构成线“或” 关系，四个装置的中断请求输入均通过发给 cpu。无论哪一个外部装0int 置提出中断请求，都会使引脚上的电平变低。究竟是哪个外部装置0int 申请中断，可以通过程序查询 p1.0p1.3 的逻辑电平获知。这 4 个中断 源的优先级，是利用软件查询方式实现，其中装置 1 为最高级，装置 4 为最低级。软件查询时由最高至最低的顺序查询。有关中断服务程序的 片断如下： org 0003h ljmp intrp0 ；int0 中断服务程序入口 org 0203h 河南理工大学本科毕业设计（论文）说明书 34 intrp0： push psw ；预而中断服务程序是一个中断查询程 序 push acc jb p1.0，dvl jb p1.l，dv2 j