单片机 AT89C52的智能无线安防报警器

1、学 号 11750205 天津城建大学 单片机原理与应用 设计说明书AT89C52的智能无线安防报警器 起止日期： 2014 年 1 月 6 日 至 2014 年 1 月 10 日学生姓名迟子渊班级2011级电气2班成绩指导教师(签字) 控制与机械工程学院2014年 1 月 10 日天津城建大学课程设计任务书2013 2014学年第 1 学期 控制与机械工程 学院 电气工程及其自动化 专业 11电气二班 班级课程设计名称： 单片机原理及应用A 设计题目： AT89C52的智能无线安防报警器 完成期限：自 2014年 1 月 6 日至 2014 年 1 月 10 日共 1 周设计依据、要求及主要

2、内容：一程设计的目的1 进一步熟悉和掌握单片机的结构及工作原理。2 掌握单片机的接口技术及相关外围芯片的外特性，控制方法。3 通过课程设计，掌握以单片机核心的电路设计的基本方法和技术。4 通过实际程序设计和调试，逐步掌握模块化程序设计方法和调试技术。5 通过完成一个包括电路设计和程序开发的完整过程，了解开发一单片机应用系统的全过程，为今后从事相应打下基础。二课程设计的基本要求1. 认真认识设计的意义，掌握设计工作程序，学会使用工具书和技术参考资料，并培养科学的设计思想和良好的设计作风。2. 提高模型建立和设计能力，学会应用相关设计资料进行设计计算的方法。3. 提高独立分析、解决问题的能力，逐步

3、增强实际应用训练。4. 课程设计的说明书要求简洁、通顺，计算正确，图纸表达内容完整、清楚、规范。5. 课程设计说明书封面格式要求见天津城市建设学院课程设计教学工作规范附表1。三课程设计具体要求a) 要求每位同学独立完成设计任务。b) 原理图设计。1 原理图设计要符合项目的工作原理，连线要正确。2 图中所使用的元器件要合理选用，电阻，电容等器件的参数要正确标明。3 原理图要完整，CPU，外围器件，扩器接口，输入/输出装置要一应俱全。c) 程序调计1 根据要求，将总体项能分解成若干个子功能模块，每个功能模块完成一个特定的功能。2 根据总体要求及分解的功能模块，确定各功能模块之间的关系，设直出完整的

4、程序流程图。d) 设计说明书1 原理图设计说明简要说明设计目的，原理图中所使用的元器件功能及在图中的作用，各器件的工作过程及顺序。2 程序设计说明对程序设计总体功能及结构进行说明，对各子模块的功能以及各子模块之间的关系作较详细的描述。3 画出工作原理图，程序流程图如并给出相应的程序清单。四 设计任务以MCS-51系列单片机AT89C52为核心，结合外围无线编码接收电路、DTMF发送接收电路、数字语音录放电路、通话电路，以及其他的外围辅 助电路，构成了一款高性能的智能无线安防报警器。配合各种无线传感器，可实现防盗、防火等安防功能。它能智能地区分各种警情、自动数字语音电话报警，可接收远端的电话遥控

5、指令，有大功率继电输出口。五参考资料1 2 .uk/search.php?q=At89s5&sType=part&ExactDS=Starts指导教师（签字）： 系主任（签字）： 批准日期： 年 月 日目 录第一章 基于单片机的无线防盗报警器总体方案设计11.1 无线智能防盗器的设计思想11.2 无线智能控制报警系统的总体框图11.3 方案模块及功能说明21.3.1 语音电路介绍21.3.2 DTMF收发电路介绍2第二章 硬件电路设计32.1 单片机介绍及外围电路的设计32.1.1 AT89C51单片机的引脚功能介绍32.1.2 时钟和时钟电路52.1.3

6、看门狗及串行存储电路的设计52.2 无线编码与发射电路62.3 DTMF收发电路72.4 数字语音录放电路82.5 断线检测及振铃检测电路92.6 后备电源电路、显示电路10第三章 软件设计实现113.1主程序设计113.2 设置子程序流程12第四章 结束语12第五章 参考文献14第1章 基于单片机的无线防盗报警器总体方案设计随着科技信息的发展，无线智能防盗器是智能化小区建设必不可少的部分并为小区住户的安全提供可靠的保障。在传统的防盗措施中，人们安装防盗门、防盗窗，小区物业公司雇佣了大量的保安人员，但非法进入社区作案的事件仍时有发生，这些案情的发生非常隐蔽，等到发现时已经造成严重的财产损失。这

7、些都显示出传统的安防方式存在着很大的疏漏。 本报警器串接在外线和用户的普通电话机中间。报警号码的输入、报警语音的录制、无线传感器的录入及其他主机参数的设定都是通过电话机完成，平时不影响电话机 的工作，用户用遥控器对主机进行布防或撤防。当主机接收到来自无线探头发过来的编码信号时，主机将编码与原来存入的编码进行对照，并查询系统参数，决定是 否报警和采取何种方式报警。它可以自动拨出用户设置的报警电话，通过语音告知警情，用户可监听现场声响，还可通过电话指令启动警号和其他执行机构(如防煤 气泄露，可启动排风扇)，并决定主机进入布防还是撤防状态。用户还可以主动从异地打电话到主机，对主机布防或撤防。1.1

8、无线智能防盗器的设计思想本文提出一种基于AT89C52的智能无线安防报警器：1、能与标准保安探头进行无线连接，实现大范围安防监控，并可随意扩展。2、多防区功能。能够区分各种警情，并能够用语音播出警情类别。3、自动电话报警，向远方用户提供警情语音和现场声响，并接收用户指令进行相应操作。4、多功能自由切换，低误报率，高可靠性。5、使用方便，有较高的性价比。1.2 无线智能控制报警系统的总体框图系统结构：本系统的核心部分是AT89C52，其它的主要单元电路有：无线编码接收电路、DTMF收发电路、数字语音电路、通话电路、线路切换电路、断线检测和回铃检测电路，以及电源、后备电源电路等。系统框图如图1所示

9、：图1、系统框图（office Visio 2003作图）1.3 方案模块及功能说明1.3.1 语音电路介绍ISD语音芯片采用多电平直接模拟量存储技术，每个采样值直接存储在片内单个EEPROM单元内，无需经过A/D或D/A转换，因此能非常真实的再现语音、音乐、和效果声。避免了一般固体录音电路因量化和压缩造成的量化噪声和金属声。本设计中选用ISDl420实现语音提示与报警功能。1.3.2 DTMF收发电路介绍(1) 双音频编码解码电路一般常用的电话双音频（DTMF）编解码集成电路有8870、8880、8888等。市面上用的较多的DTMF收发电路是MT8880。MT8880是采用CMOS工艺生产的

10、DTMF信号收发一体集成电路，它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。MT8880芯片集成度高、功耗低，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。(2) 模块功能说明本设计中采用MT8880来用于DTMF的收发电路。能够实现电话线远程通信，并实现自动拨号。选用MT8880双音多频（DTMF）收发电路，与单片机及音频放大电路组合，实现各种信号音的检测及DTMF信号的产生，并将D

11、TMF信号送到电话线上向远处发送。第二章 硬件电路设计 本系统的核心部分是AT89C52，其它的主要单元电路有：无线编码接收电路、DTMF收发电路、数字语音电路、通话电路、线路切换电路、断线检测和回铃检测电路，以及电源、后备电源电路等。2.1 单片机介绍及外围电路的设计本次设计是用AT89C52单片机为核心实现报警控制。通过它的引脚对语音电路和DTMF收发电路实现控制，其中主要用到了P3口的替代功能。所以我们要先对AT89C52的各个引脚要有全面的认识，以及它的一些复用功能。2.1.1 AT89C51单片机的引脚功能介绍本设计的控制器模块选用AT89C52，AT89C52 是一种带4K字节闪存

12、可编程可擦除只读存储器（FPEROM）256B片内RAM的低电压，高性能CMOS8 位微处理器。该器件采用ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8 位CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL 的AT89C52 是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。AT89C52单片机管脚如图2所示。图2 AT89C52 电片机管脚图(1) 电源端子用于接入单片机的工作电源。Vcc（40端子）：运行和程序校验时加+5V。Vss（20端子）：接地。(2) 时钟端子XTAL1（19）和XTAL2(18)用于

13、提供单片机的工作时钟信号。XTAL1：输入到振荡器的反相放大器。XTAL2：反相放大器的输出，输入到内部时钟发生器。当用外部振荡器时，XTAL2不用，XTALI接收振荡器信号。(3) 控制信号端子 输入：RST复位输入信号，高电平有效。在振荡器工作时，在RST上作用两个机器周期以上的高电平，将器件复位。/Vpp片外程序存储器访问允许信号，低电平有效。在编程时，其上施加21V的编程电压。 输入、输出：ALE/地址锁存允许信号，输出。用做片外存储器访问时，低字节地址锁存。ALE以l/6的振荡频率稳定速率输出，可用做对外输出的时钟或用于定时。在EPROM编程期间，作输入。输入编程脉冲。ALE可以驱动

14、8个LSTTL负载。 输出：PSEN片外程序存储器选通信号，低电平有效。在从片外程序存储器取指期间，在每个机器周期中，当有效时，程序存储器的内容被送上P0口（数据总线），PSEN可以驱动8个LSTTL负载。(4) I/O口端子单片机51系列共有四个8位双向并行I/O通道口，分别是PO、P1、P2、P3，各具有特殊的电路结构，每位均有自己的锁存器、输出驱动器和输入缓冲器。这种结构，在数据输出时可锁存，即输出新的数据之前，通道口上原数据一直保持不变，但对输入信息是不锁存的，因此从外部输入的信息必须保持到取数指令执行完为止，下面我们先来了解一下四个通道口的结构。 PO口：P0口在访问外部存储器时，P

15、0口既是一个真正的双向数据总线口，又是从分时输出8位地址口。它包括一个输出锁存器，两个三态缓冲器，一个输出驱动电路和一个输出控制电路。 P1口：P1口是专门为用户使用的I/O口，是准双向口， P1口为8位准双向口，每一位均可单独定义为输入或输出口。在编程校验期间，用做输入低位字节地址。P1口可以驱动4个LSTTL负载。对于89C52，P1.0-T2，是定时器的计数端且为输入；P1.1-T2EX，是定时器的外部输入端。这时，读两个特殊引脚的输出锁存器前，应由程序置1。 P2口：P2口也是双向口，是供系统扩展时输出高8位地址。如果没有系统扩展时，也可以作为用户的I/O口使用。P2口作为外部数据存储

16、器或程序存储器的地址总线的高8位输出口AB8ABl5，P0口由ALE选通作为地址总线的低8位输出AB0-AB7。外部的程序存储器由PSEN信号选通，数据存储器则由WR和RD读写信号选通，因此AT89C51最大可外接64kB的程序存储器和数据存储器。 P3口：P3口是个双功能口，第一功能作通用I/O口，第二功能是作变异功能用，为适应引脚的第二功能的需要，增加了第二功能控制逻辑，在真正的应用电路中，第二功能显得更为重要。由于第二功能信号有输入输出两种情况，分别加以说明。P3口的输入输出及P3口锁存器、中断、定时/计数器、串行口和特殊功能寄存器有关，P3口的第一功能和P1口一样可作为输入输出端口，同

17、样具有字节操作和位操作两种方式，在位操作模式下，每一位均可定义为输入或输出。P3口的第二功能各管脚定义如下：(1) P3.0 串行输入口（RXD）(2) P3.1 串行输出口（TXD）(3) P3.2 外中断0（）(4) P3.3 外中断l（）(5) P3.4 定时/计数器0的外部输入口（TO）(6) P3.5 定时/计数器1的外部输入口（T1）(7) P3.6 外部数据存储器写选通（）(8) P3.7 外部数据存储器读选通()现在我们已经对四个8位双向并行I/O口有了初步的了解。单片机的管脚将会根据各电路主要芯片管脚功能及主电路图的绘制来进行分配2.1.2 时钟和时钟电路 在防盗报警系统的时

18、钟电路设计中XTAL1 和XTAL2 两部分分别代表了反向放大器的输入端口和输出端口。这个反向放大器能够配置成片内振荡器。即可能够采用石晶振荡，也可以通过陶瓷振荡。如果需要在系统中使用外部时钟源的驱动器件， 应该将XTAL2 的连接断开。由于单个机器的周期总共包含有六个状态周期，而每一个状态周期又能够划分为2 个振荡周期。因此，在一个完整的机器周期之中总共包含了12 个振荡周期，如果采用的是石晶振荡器，其振荡的频率是12MHZ 的话，那么单独一个振荡周期时间就是1/12us，那么一个完整的机器周期就是1us。 时钟电路如图3所示图3 时钟电路（isis 7 Professional作图）2.1

19、.3 看门狗及串行存储电路的设计看门狗电路采用X5045，它是一种集看门狗、电压监控和串行EEPROM三种功能于一身的可编程电路。它内部的512字节的EEPROM用来存放无 线探头的编码和一些系统设置参数。X5045可提供1,000,000次擦写和100年的数据保存期。看门狗电路如图4所示图4 看门狗电路（isis 7 Professional作图）2.2 无线编码与发射电路 无线编码接收采用常见的超再生接收模块，频率 315MHz,ASK方式，不含解码芯片PT2272(采用软件解码)，与无线探头端的编码芯片PT2262对应，有312种编码，保证了有足够的保密 性。模块的信号输出端直接接到单片

20、机的P1.1进行软件解码。图中PT2262的处于发送状态下17脚输出的一段波形，为一组一组的字码。PT2262发出的编码信号由地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，PT2272只有在连续两次检测到相同的地址码加数据码才会输出有效数据。无线编码与发射电路如图5所示图5 无线编码与发射电路 （isis 7 Professional作图）2.3 DTMF收发电路DTMF(双音多频)收发电路如图2所示，其核心芯片为 MT8880，可接收和发送DTMF全部16个信号，具有接收呼叫音和带通滤波功能，能和微处理器直接接口。单片机通过DTMF收发电路拨出电话号码进行 电话报警，并接收远端用户的电话遥控指令

21、进行相应操作。DTMF电路的输入输出信号都会经过信号放大电路(以TEA1062为核心)进行增益调整。DTMF电路如图6所示图6 DTMF电路（DXP作图）2.4 数字语音录放电路数字语音录放电路如图3所示。所用的数字语音芯片ISD1420，采用先进的模拟数字语音存储技术，音质好，无须A/D转换，可录制20秒的语音信息，可分 段存储信息，采用总线技术，适宜与单片机接口。 另外，它是零功率信息存储方式，断电情况下，信息可保留10年以上；易于使用，可随意改变录音内容，录放次数达10万次以上。在本系统中，用户通过电话机 将各种警情语音和用户的地址语音(便于与110联网)分段录入到ISD1420中。6种

22、警情(或对应6个防区)共62秒=12秒，地址语音8秒。在使用 ISD1400系列的语音芯片时，应注意在REC和VCC之间接一个0.1mF的电容，以防止在上电时出现录音操作而破坏原来录制的信息。 TEA1062 是电话机专用通话集成电路。送话时，语音信号(来自ISD1420和驻集体话筒)通过MIC+引脚输入，DTMF信号(来自MT8880)通过DTMF引 脚输入，经过TEA1062放大后从LN引脚一起送到电话外线上。受话时，信号通过消侧音网络，从IR引脚输入，放大后从引脚QR输出，分两路：一路送到 ISD1420的ANA-IN端供语音录制用，另一路送到MT8880的IN-端提取DTMF信号。 D

23、TMF电路如图7所示图7 DTMF电路 （isis 7 Professional作图）2.5 断线检测及振铃检测电路 为防止电话线路故 障或人为损坏而导致不能电话报警，作为一种补救措施，本系统中加入了断线检测电路，图4为断线、回铃检测电路。断线检测电路有两个，一个是由整流桥和 9018构成的高输入阻抗检测电路，用于平时检测电话外线的线路电压，是主机自检的一部分。此电路应满足电话机入网要求，保证外线泄露电流在15mA以 下。另一个是由光耦4N33 构成，外线电压送到4N33的B端，若电话报警时外线突然被剪断，则C端跳变为高电平，此时单片机将由电话报警方式自动转换为警号报警方式，起到双重保护 的目

24、的。同时，4N33也构成回铃检测电路。当用户从异地打电话到主机进行布防撤防操作时，振铃信号通过涤纶电容、整流桥送到4N33的IN+、IN-引 脚，引起C端电平的跳变。光电隔离可以防止高压振铃信号串入主机。当主机检测到振铃信号达到相应次数后，主机便自动摘机，接收用户输入的密码，若密码正确，则主机开始接受用户的遥控指令。 断线检测及振铃检测电路如图8所示图8 断线检测及振铃检测电路（DXP作图）2.6 后备电源电路、显示电路 为保证市电断电时，主机仍然能够进行电话报警，本系统中设有后备电源电路，如图5所示。用4节1.2V的镍镉充电电池作为后备电源，电力不足时能够自动恒流充电；利用电压检测模块HT7

25、050A，电池充电满后自动停止充电。当市电停电时，电子开关打开，后备电源接入系统。由于有语音区分警情类别，故系统对显示电路的要求不高。用一个发光二极管做电源指示，再用一个发光二极管指示工作状态：布防(点亮)、撤防(熄灭)或报警中(闪烁)，便可以满足要求。执行机构用于一些特殊场合，如在防煤气泄露中启动排风扇。为保证执行机构有足够的驱动能力，系统采用过零触发光耦MOC3041驱动双向可控硅，可有220V、10A的驱动容量。电路如图9所示图9 后备电源、显示电路（DXP作图）第三章 软件设计实现系统软件采用模块化结构和子程序嵌套技术，可读性好，便于编制和扩充。主流程采用顺序查询方式，分别检测无线编码

26、信号、设置按钮的开关状态、外部振铃信号。用于检测后两个信号的时间很短，可以认为主机是在随时接收无线编码信号。3.1主程序设计它反复循环，调用以下几个主要子程序：(1)无线编码检测程序。如果检测到有效信号，则转入软件模拟PT2272解码子程序和报警子程序。(2)设置按钮状态检测。如果设置开关打开，则转入设置子程序，设定主机参数。(3)外部振铃检测程序。如果振铃达到设定的次数，则转入监控子程序。通过参数设置，也可禁止异地主动监控。流程图如图10所示图10 主程序流程图（office Visio 2003作图）3.2 设置子程序流程 主要子程序的简要介绍(1) 报警子程序：判断是否该报警，该采用何种

27、报警方式(电话报警，警号报警或者两者同时报警)。若是采用了电话报警方式，那么它会调用拨号子程序来拨出预先设 定的报警电话，选择恰当的语音放送到电话线路上，此过程中它还会检测是否有来自遥控器的撤防信号，或是用户端的反控信号。(2) 监控子程序：当用户在异地向主机打电话来进行布、撤防或其他操作，监控子程序就会接收用户的这些指令。它首先校验用户密码，看是否是合法用户。如果是，则监控子程序可按照用户的指令进行布防、撤防、启动警号、开关继电输出口等。几点注意事项(1) 无线编码的软件解码。本报警器用软件模拟PT2272来进行软件解码，这样无论发射端PT2262的地址码是怎样的，报警器都可以接收该编码。而采用硬件 PT2272进行解码时，只有它与PT2262的地址码完全一致时，才能成功解码。由于一台报警主机要能与多个无线传感探头进行无线方式连接，且能够区分 各探头达到分区的目的，因此必须采用软件解码方式。(2) 主机的防误报功能。在本报警器使用过程中，我们发现绝大多数烟感探头存在着电池电压下降(9伏电池降到7.5伏左右)而导致误