本科生毕业论文(设计)-智能住宅多功能报警系统的研究与开发

1、本科生毕业论文本科生毕业论文智能住宅多功能报警系统的研究与开发The Research and Development of Multi-purpose Alarm System for Intelligent Housing学生姓名所在专业所在班级申请学位指导教师职称副指导教师职称答辩时间目 录目 录摘 要 .IABSTRACT.II1绪 论.- 1 -1.1 设计背景.- 1 -1.2 住宅报警系统发展状况.- 1 -1.3 本文研究内容.- 1 -2本报警系统的简述.- 2 -2.1 本系统的组成及其工作原理.- 2 -2.2 本系统的功能.- 3 -3系统各硬件模块的设计.- 3 -3

2、.1 单片机控制电路.- 3 -3.1.1单片机 AT89S52.- 4 -3.1.2AT89S52 I/O 端口简明介绍.- 4 -3.1.3单片机中断系统.- 5 -3.1.4复位电路.- 6 -3.2 电话接口电路.- 6 -3.2.1DTMF 双音多频原理的介绍.- 6 -3.2.2电话接口电路芯片的选择.- 7 -3.2.3PH8810 芯片介绍.- 7 -3.2.4电话接口电路的设计.- 9 -3.3 语音提示和留言录音电路.- 13 -3.3.1语言芯片的选择.- 13 -3.3.2APR9600 芯片介绍.- 13 -3.3.3APR9600 芯片在本系统中的应用.- 14 -

3、3.4 探测传感器的选择与分析.- 15 -3.4.1火警类探测传感器.- 15 -3.4.2盗警类探测传感器.- 16 -3.4.3本设计所用的传感器.- 16 -3.5 小结.- 17 -4本系统软件设计.- 18 -4.1 系统的工作流程图.- 18 -目 录4.2 部分程序设计.- 21 -4.3 小结.- 22 -5系统测试.- 23 -5.1 具体调试项目.- 23 -5.2 测试结果.- 23 -6结论与展望.- 26 -鸣 谢.- 27 -参考文献.- 28 -附 录.- 29 -附录 1 系统连接原理图.- 29 -附录 2 硬件实物图.- 30 -附录 3 单片机程序清单.

4、- 31 -附录 4：电路总元件列表.- 31 -摘 要I摘 要随着社会的进步，人们对家庭及住宅小区提出了更高的要求，在楼宇、小区或住宅安装一个功能完善的智能化报警系统是非常有必要的。本文设计了基于单片机的智能多功能报警系统，它能对监测点实行自动探测，一旦发生警情，立即启动本地声光报警和摄像设备，同时把预先录制的报警点语音信息通过电信通讯网络传输到用户设定的固定电话和移动电话，实现自动电话报警功能。此外，系统能通过拨打家里电话，自动摘机，由单片机发出控制指令去控制报警系统，实现远程控制报警系统的功能。本系统还是一个留言机，可以录1分钟的语音留言。本系统主要应用于居民住宅、也可以应用于宾馆、仓库

5、、智能小区等场所。关键词：单片机；报警系统；传感器；智能住宅 IIABSTRACT Along with the progress of society, people need the higher demand for the housings and the residential districts, and it is very necessary to install a full-function intelligent police-alarming system in buildings and residential district. A microcontroller-

6、based intelligent multifunction alarming system is designed, which can monitor the spots automatically. In the event of alarming, the local native sound and light alarms and camera equipment are worked immediately, while the pre-recorded voice messages of alarm spot are sent to the fixed telephone a

7、nd mobile phone through telecommunication network to achieve automatic telephone-alarming. In addition, the system can answer the phone automatically. The instructions of the MCU control the warning system, which reachs on remote control alarm system. This system can also be used as a one minute rec

8、orded voice mail. The system is mainly applied to residential districts, hotels, warehouses,intelligent community and other places. KEY WORDS：SCM; Alarm system; Sensor; Intelligent housing - 1 -智能住宅多功能报警系统的研究与开发 1 绪 论1.1设计背景目前，高科技已越来越多地进入家庭之中，网络已走进普通百姓的家居，各种智能化的家用电器和设备也即将进入寻常的百姓家庭，家庭中的自动化程度将大大提高，使居民

9、生活得更方便、更舒适、更自由，更安全。而且随着经济的发展, 人们对防盗防火设备的需求量大大增加。针对偷盗、安全事故进行监测和报警的系统, 其要求也愈来愈高，使民众的生活理念发生重大的变化。对于中华民族这样一个特别注重家庭生活和家居环境的民族，数字智能化的应用和普及就显得格外重要。1.2住宅报警系统发展状况安全报警技术发展迅速，并且不断完善，把通讯技术利用到其中，得到迅猛发展的领域。利用经济实用的电话线，实现本地或远程监控报警。此技术的应用，给安全报警技术注入了无限的活力。随着全国各地平安城市建设进程的推动，以城市联网报警与监控为主要系统建设目标的巨大应用需求必将促进入侵报警系统产品的长足发展和

10、进一步的提高，并且形成快速增长的市场前景。联网型就是以家庭为中心组成的社区型防盗报警系统，由政府牵头组织推动，电信部门和保险公司介入，以规范化、市场化、社会化的管理模式进行运作，具有系统覆盖面广，家庭投资风险少，社会效益明显等特点，所辖派出所在接到预警中心的有效处警通知后才处警，家庭住户可以减少许多后顾之忧，是目前建设社会化家庭防盗报警系统的理想模式。在家庭防盗报警系统社会化趋势的模式下，智能住宅多功能报警系统市场发展前景将更广阔1。1.3本文研究内容本设计从实际出发，设计一种家庭用、与电话线连接、操作简单、工作稳定可靠的远程智能防盗报警装置。当人们外出时，往往希望实施自动监测报警以使家庭财产

11、免受损失。针对这一需求，研制出了一系列自动报警系统，如门磁式、红外线、烟雾探测器、燃气泄漏探测器、温度传感器等监测自动报警系统等。本文将介绍的智能住宅多功能报警系统，可同时监视多个重要点（如门、窗、室内等） ，发现盗情、火情及时拨叫号码，并能利用普通电话线进行告警信号呼叫，其性能稳定可靠，实用性、适用性强，且具有较高的灵活性。当遇到盗情、火情等各种险情的时候，该系统可以发出声光警报，并通 - 2 -过电话网络自动向相关部门发出语音求救信号，同时能控制摄像头自动录制事故现场，也可配合小区监控管理中心的闭路电视监视系统把视频数据传送至监控管理中心作记录，为事故后处理提供现场证据，从而达到保护用户生

12、命财产的目的。同时，本系统功能比较齐全，具有留言电话机、电话远程控制盗警系统的开关及可控制两路电器开关的功能，探测器也可根据需要扩展。2 本报警系统的简述2.1本系统的组成及其工作原理 本系统的组成如图 2-1 所示，整个系统包括主控制电路、传感器探测器监控电路、声光报警电路、振铃检测电路、模拟摘挂机电路、DTMF 收/发解码电路、驱动电路、语音提示和录音电路等。主控制电路：控制和接收来自传感器监控电路的输入信号，控制声光报警电路启动，控制DTMF拔号电路启动与判断，控制语音电路等。振铃检测电路、模拟摘挂机电路、语音收/发DTMF收/发解码电路，同时集成于PH8810芯片里，检测判断振铃，并能

13、模拟摘挂机，解码DTMF信号。语音提示和录音电路用于用户在远程操作或留言时播放语音提示和录留言。传感器探测器监控电路：用于采集门、窗、空地等地方的传感器传来的信号。声光报警电路：接收来自主电路的控制信号并驱动报警灯和高频喇叭。 图 2-1 系统整体设计框图声光报警电路 PH8810振铃检测电路语音收/发， DTMF收/发解码电路模拟摘挂机电路电器 2AT89S52AT89S52主控中央处理器语音提示电路驱动电路 2报警信号采集录音电路驱动电路摄像设备电器 1驱动电路 1 - 3 -2.2本系统的功能本系统有三大功能：报警、远程控制、电话留言机。（1） 报警：包括盗警与火警两系统1)盗警：当有人

14、非法闯入时发出报警信号。在室内安装热释电红外传感器，大门上安装门磁，窗口和阳台上安装主动红外对射防盗探测器，所有的盗警探测器可由大门锁或电话远程来控制，当用户离开家，在门外用钥匙将门反锁上时，就会联动报警器所有盗警探测器进入一级布防状态；当用户用钥匙按一定规定正常开锁，报警器便会自动复位撤防；假如用户出门时忘了布防，可以通过电话远程控制布防或撤防。当用户在家时，就不能开启室内热释电红外传感器，以免误报，所以当用户在家里需要把门反锁上时，只会联动大门的门磁、窗口和阳台上的主动红外对射防盗探测器，进入二级布防状态。在布防状态下，若有人撬锁从门或窗户等其它途径闯入，报警器都会立即发出声光报警，并同时

15、开启摄像设备进行现场录像，假如经过 10 秒没人复位按停，本系统将自动先后两次拨打预设的盗警号码，启动盗警报告语音告知对方报警信息，两次拨打电话能有效的避免对方忙线打不通的情况。2)火警：当发生火灾或煤气泄漏险情时发出报警信号。火警探测器可由：烟雾探测器、燃气泄漏探测器、温度传感器等组成，可按用户需求所配。火警探测器一般是常处布防状态的，当发生险情时，本系统同样也会发出声光报警、控制开启摄像设备、两次拨打火警号码。（2） 远程控制：用户可以远程输入密码控制盗警开关，同时也可以控制两路电器的开关。（3）电话留言机：本系统设置了两段 30 秒长的语音留言，当其它人打家里电话时，假如 7 次响铃没人

16、接电话，本系统将会自动摘机，并提示操作语音留言。（4） 紧急报警与叫停功能：主机上设置有紧急报警和复位叫停按键，供紧急情况用。3 系统各硬件模块的设计3.1单片机控制电路 AT89 系列单片机的优点：（） 内部含 Flash 存储器在系统的开发过程中可以十分容易进行程序的修改，这就大大缩短了系统的开发周期,同时在系统工作过程中能有效地保存一些数据信息即使外界电源损坏也不会影响到信息的保存。 （） 和 80C51 插座兼容，89 系列单片机的引脚是和 80C51 的引脚一样的,所以当用 89 系列单片机取代 80C51 时,可以直接进行代换,这时不管采用 40 引脚或是 44 引脚的产品,只要用

17、相同引脚的 89 系列单片机取代 80C51 的单片机即可。 - 4 -（） 静态时钟方式，89 系列单片机采用静态时钟方式，所以可以节省电能，这对于降低便携式产品的功耗十分有用。 （） 错误编程亦无废品产生，一般的 OTP 产品一旦错误编程就成了废品,而 89 系列单片机内部采用了 Flash 存储器,所以错误编程之后仍可以重新编程,直到正确为止 故不存在废品。 （） 可进行反复系统试验，用 89 系列单片机设计的系统可以反复进行系统试验，每次试验可以编入不同的程序，这样可以保证用户的系统设计达到最优，而且随用户的需要和发展，还可以进行修改，使系统不断能追随用户的最新要求2。 3.1.1 单

18、片机 AT89S52经在市面上比较 89 系列单片机的价格，发现 AT89S52 比 其低端的 AT89S51 还要便宜，AT89S51 单价约为 8 元，而 AT89S52 单片机单价则为 6 元，故选择 AT89S52 单片机。 AT89S52 是一个低功耗，高性能 CMOS 8 位微控制器，片内含 8k Bytes ISP(In-system programmable)可反复擦写 1000 次的 Flash 存储器。它采用了 ATMEL 的高密度、非易失性存储技术，同时兼容标准 MCS-51 指令集及 80C51 引脚结构。其片内 Flash 允许在线编程或者用常规编程器编程。通过片内集

19、成了通用 8 位中央处理器和 ISP Flash 存储单元，AT89S52 可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比、高灵活性的解决方案。 与AT89S51单片机相比，AT89S52主要增加了以下功能特性3：(1) 片内程序存储器由4KB增加到8KB；(2) 片内RAM由128字节增加到256字节；(3) 片内定时器由2各（T0和T1）增加到3个（T0、T1和T2） ；(4) 中断源由6个增加到8个。3.1.2 AT89S52 I/O 端口简明介绍P0口： 8位、开漏极、双向I/O口P1口： 8位、双向I/O口，内含上拉电阻；P1.0和P1.1引脚也可以用做定时器2的外部计数输入（P1.0/T2

20、）和触发器输入（P1.1/T2EX）,默认状态下定时器2为关闭。P2口：8位、双向I/O口，内含上拉电阻P3口：8位、双向I/O口，内含上拉电阻P3口也可作为89S52的一些特殊口：(1) P3.0 RXD （串行输入口）(2) P3.1 TXD （串行输出口）(3) P3.2 /INT0 （外部中断0）(4) P3.3 /INT1 （外部中断1）(5) P3.4 T0 （定时器0外部输入） - 5 -(6) P3.5 T1 （定时器1外部输入）(7) P3.6 /WR （外部数据存储器写选通）(8) P3.7 /RD （外部数据存储器读选通）P3口同时为编程校验接收一些控制信号RESET：复

21、位输入。其应持续两个机器周期的高电平时间以上有效。3.1.3 单片机中断系统（1） MCS-51 的中断结构计算机的中断系统能够加强 CPU 对多任务事件的处理能力。从而使它的应用范围进一步扩大。在 MCS-48 结构的基础上，MCS-51 在增强了 I/O 的种类、功能和数量的同时，也增强了中断能力。MCS-51 提供了多个中断源，两个中断优先级控制，可实现两个中断服务嵌套。当 CPU 支持中断屏蔽指令后，可将一部分或所有的中断关断，只有打开相应的中断控制位后，方可接收相应的中断请求。程序设置中断的允许或屏蔽，也可设置中断的优先级。（2） 现场保护和现场恢复中断是在执行其它任务的过程中转去执

22、行临时的任务；保护现场即是中断开始前需将需要保护的有关寄存器的内容压入堆栈进行保存，以便在恢复原来程序时使用。中断服务程序完成后，继续执行原先的程序，就需把保存的现场内容从堆栈中弹出，恢复积存器和存储单元的原有内容，这就是现场恢复。如果在执行中断服务时不是按上述方法进行现场保护和恢复现场，就有可能使单片机不能正常工作。（3） 中断返回执行完中断服务程序后，必然要返回，中断返回就是被程序运行从中断服务程序转回到原工作程序上来。在 MCS-51 单片机中，中断返回是通过一条专门的指令实现的，这条指令是中断服务程序的最后一条指令 RETI。（4） MCS-51 的中断源 在本设计中，用到 AT89S

23、52 的四个中断，它们是两个外中断 INT0（P3.2）和INT1（P3.3） 、两个片内定时/计数器溢出中断 TF0 和 TF1，这几个中断源由控制 TCON特殊功能寄存器和方式 TMOD 寄存器控制。TCON、TMOD 寄存器的结构如表 3-1 所示4。表 3-1 TCON 、TMOD 寄存器结构D7D6D5D4D3D2D1D0TCONTF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0TMODGATE（T1）C/T（T1）M1（T1）M0（T1）GATE（T0）C/T（T0）M1（T0）M0（T0） - 6 -IE1：外部中断 1 请求标志，其功能和操作类似于 TF0。IT1：外部中断 1

24、类型控制位，通过软件设置或清楚，用于控制外中断的触发信号类型。IT1=1，边沿触发。IT1=0 是低电平触发。IE0：外部中断 0 请求标志，其功能和操作类似于 IE1。IT0：外部中断 0 类型控制位，通过软件设置或清楚，其功能和操作类似于 IE1。GATE：门控位。GATE=1，计数器受/INTx 控制。C/T：计数方式还是定时器方式选择位。C/T0 为定时器方式，C/T1 为计数器。M1 和 M0：操作方式选择位。本系统设置为方式 2可自动重新装载 8 位计数器。3.1.4 复位电路当单片机的复位引脚RST出现2个机器周期以上的高电平时，单片机就执行复位操作。如果RST持续为高电平，单片

25、机就处于循环复位状态5。复位操作通常有两种基本形式：上电自动复位和手动开关复位。本设计使用具有上电自动复位和手动开关复位两种复位方式的电路如图3-1所示。图中电容C1和电阻R1对电源+5V来说构成微分电路。上电后，保持RST一段高电平时间，单片机自动复位；当单片机已在运行当中时，按下复位键K后松开，也能使RST为一段时间的高电平，从而实现上电或开关复位的操作。 图3-1 复位电路单片机复位后的状态：单片机的复位操作使单片机进入初始化状态，其中包括使程序计数器PC0000H，这表明程序从0000H地址单元开始执行6。单片机冷启动后，片内RAM为随机值，运行中的复位操作不改变片内RAM区中的内容，

26、21个特殊功能寄存器复位后的状态为确定值，记住一些特殊功能寄存器复位后的主要状态，对于了解单片机的初态，减少应用程序中的初始化部分是十分必要的。 - 7 -3.2电话接口电路3.2.1 DTMF 双音多频原理的介绍所谓DTMF ( Double Tone MulitiFrequency，双音多频）是作为实现电话号码快速可靠传输的一种技术，它具有很强的抗干扰能力和较高的传输速度，因此，可广泛用于电话通信系统中，但绝大部分是用作电话的音频拨号。另外，它也可以在数据通信系统中广泛地用来实现各种数据流和语音等信息的远程传输。DTMF是用两个特定的单音频组合信号来代表数字信号以实现其功能的一种编码技术。

27、两个单音频的频率不同，代表的数字或实现的功能也不同。这种电话机中通常有16个按键，其中有10个数字键 0 9 和 6 个功能键*、#、A 、B 、C 、D 。由于按照组合原理，一般应有8种不同的单音频信号。因此可采用的频率也有8种，故称之为多频，又因它采用从8种频率中任意抽出2种进行组合来进行编码，所以又称之为“8中取2”的编码技术7。而DTMF音频解码电路则包括DTMF发送器与DTMF接受器,前者主要应用于按键电话作双音频信号发送器,发送一组双音多频信号,从而实现音频拨号。双音多频信号是一组由高频信号与低频信号叠加而成的组合信号,CCITT和我国国家标准都规定了电话键盘按键与双音多频信号的对

28、应关系如表3-2所示8。表 3-2 电话拨号数字对应的高低频率组合关系高频组/HZ数字键盘1209133614771633697123A770456B852789C低频组/HZ941#D3.2.2 电话接口电路芯片的选择方案一：采用双音多频接收器与发送器组成电话接口电路，双音频编解码用的一般常用的电话双音频编解码集成电路有8870、8880、8888、HT9170、HT9200等，这些芯片集成度不高，连接在一起使用时考虑到兼容性的问题，调试比较困难。 方案二：在网络上发现一块 PH8810 电话接口芯片，该芯片自带振铃检测电路、配置模拟摘挂机接口，同时集成 DTMF 接收（HT9170）和发射

29、（HT9200A）功能，方便与单片机以及语音芯片连接，单片机只需对 HT9170 和 HT9200A 的操作就可以实现对 DTMF 收发。考虑到方案二电路简单，设计周期短，容易调试。该芯片集成多音频接收芯片HT9170来完成DTMF信号的接收、分离和译码，输出由相应16种DTMF频率组合的4位并行二进制码。解码过程简单、方便，且可靠性好。而故采用方案二作为系统方案。 - 8 -3.2.3 PH8810 芯片介绍（1）PH8810 模拟电话接口模块是专门用于研制开发、生产配套的完整电话接口功能模块。可以广泛使用在自动电话报警系统、电话语音和数据传输设备、自动控制通讯设备、电话语音设备等多种场合。

30、 （2）PH8810 芯片引脚功能说明参见文献9。（3）PH8810 电气指标： 模块工作电流：1mA（+5V 电压） 拨号指标：低频群 697、770、852、941Hz . 高频群 1209、1336、1477 Hz 单一频率误差：1.5 （4）模块应用说明如下图 3-2 所示9。 图 4-2 模块应用图 模块应用图使用说明：1） 电话接口模块的 1、32 脚接电源地；2） 8、18、40 脚必须同时连接到电源+5V；3） 2、3 脚连接电话线；4） 7 脚接一 0.47uF/250v 的电容到 3 脚，用于检测振铃信号；5） 38 脚断线检测连接到 CPU 用于电话线断线检测；6） 4

31、脚是摘、挂机控制端。CPU 可以通过设置高低电平，实现摘挂机功能（高电平机，低电平挂机）；7） 从电话线上输出的语音信号或者 DTMF 信号一般可以从 28-31 端输出。输入到电话线上语音信号在电平幅度较大时也可以从 28-31 端输入，电平信号较小时可以从带有自动增益控制的 10-13 脚的任意一脚输入到电话线上。 VCC 2 3 4 7 38 9 GND 33、34、35 28-31 10-13 1、32桥堆8、18、40电子开关掉线检测自动增益调节电路I/O 输入口I/O输出口9200 发9170收电容电话线语音电路DTMF 输入音频输入CPU振铃电路TESTDTMF 输出 - 9 -

32、8) 9 脚 RING 为振铃检测端，在振铃期间，该端口严格按照程控机振铃信号音标准输出 25 个脉冲/秒，间隔 4 秒再次输出 25 个脉冲/秒。 当一振铃信号到来时，振铃检测电路检测到振铃信号输出一低电平到单片机，此时单片机可以控制电话的摘挂机。9） PH8810 模块不具备电话线忙音识别功能。电话线忙音是在被叫挂机之后或者被叫占线，程控交换机发出的信号音。回铃音和忙音、线路错误音等电话进程音是载波为周期为 0.7S，占空比为 50%的 450Hz 音频的信号，各种信号的不同只是调制的周期、占空比不同；所在这些信号的检测主要是检测 450Hz 信号的周期与占空比。在本系统设计中，设定报警时

33、先后两次拨打报警号码，避免了对方忙线打不通的情况。3.2.4 电话接口电路的设计电话接口电路应用于本设计，具体划分为：振铃检测电路，模拟摘机、挂机电路，DTMF 音频解码收发电路等等，以下将详细介绍各功能具体内容：（1）DTMF 接收电路 PH8810 芯片中集成的 HT9170 是一个具有数字解码和滤波功能的双音多频（DTMF）信号接收器。HT9170 系列都利用数字计数的方法对 16 种 DTMF 输入进行解码，并产生 4bit 的代码输出。 HT9170 通过三次滤波和两次数字解码电路将 DTMF 信号输入转换为数字信号输出。它有一个内置的放大电路对输入信号进行调整。其预置滤波电路可将

34、350Hz400Hz 的信号滤掉，再通过低通滤波电路和高通滤波电路将信号分解成低频信号和高频信号。 本系统设计中，DV 接反相器后与单片机的 P3.2 相接，P2.1 接反相器后与 OE 相接，P1.0、P1.1、P1.2、P1.3 分别与 D0、D1、D2、D3 连接并行通信。当 HT9170 接收到有效的 DTMF 信号时，其 DV 引脚被置为高电平，经反相器反相后为低电平触发外部中断INT0，并且把 DTMF 信号被送至内部电路进行解码。单片机处理中断，置 P2.1 低电平，经反向后将 OE 引脚置为高电平，D0D3 引脚就会产生解码输出， D0D3 上的数据将保持到下一个有效 DTMF

35、 信号输入。参见时序图图 3-3 和表 3-310。图 3-3 接收 DTMF 时序图表 3-3 时序图参数说明符号参数说明最小典型值最大单位 - 10 -tPDV前一个数据消失到后一个数据产生 DV 的时间12stDOV重建输出数据时间 D0 到 DV4.5stDDO失效延时 OE 到 DO300nstEDO使能延时 OE 到 DO5060ns 注：DOD0D3，详细见下表 34。从上表 3-3 可知道，PH8810 号码转换的延时约为 12s，也即在远程控制时号码输入间隔时间要大于 12s，而实际中输入电话的号码的时间间隔远远大于其值，所以不用担心因时延而丢失下一位 DTMF 数据。（2）

36、DTMF 发送电路PH8810 芯片中集成的 HT9200A 是专为与 MCU 接口所设计，在 MCU 的控制下可从DTMF 引脚发出 16 个双音频及 8 个单音频。DTMF 数据输出按照国家规定的 DTMF 信号的标准。如表 34 所示。注意号码 0 是转换为二进制码 01010。表 3-4 HT9200A 输入组合与输出频率D4D3D2D1D0符号输出频率000011697+1209000102697+1336000113697+1477001004770+1209001015770+1336001106770+1477001117852+1209010008852+1336010019

37、852+1477010100941+133601011*941+120901100#941+147701101A697+163301110B770+163301111C852+163311111DTMF 结束HT9200A 只能工作在串行模式下，由 DATA 引脚输入串行模式数据，该数据是一个5bit 的代码用来控制不同的 DTMF 信号输出。这 5 位代码按照 DO 到 D4 的顺序来传，并该数据要在 CLK 引脚下降沿到来之前放到输出锁存中。如时序图图 3-4 所示11。 - 11 -本系统中，AT89S52 单片机的 P1.5 与 CE 连接产生低电平的片选信号；P1.6 与 CLK连接

38、，用于产生串行同步时钟信号；P1.7 与 DATA 相连用于输出串行数据。当 CE 为低电平时，选中 HT9200A 芯片，延时 10mS 以使其起振，并在 CLK 的下降沿将串行口DATA 上的数据按照 DO 到 D4 的顺序锁存，数据锁存后把 CLK 恢复高电平，CLK 电平如此高低重复变化。CLR 的最大频率为 500K，一般取 100K，本系统设置 CLK 高电平持续 5uS,低电平也为 5uS，一个周期为 10uS，保证 CLR 的频率在 100K 左右。图 3-4 HT9200A 发送 DTMF 时序图根据国家电信标准规定：电话机发号时，有效的双音多频信号持续时间应不小于 50 m

39、S，相邻的两组双音多频信号的时间间隔应不小于 50 mS12，本系统设置信号持续时间为 60 mS，两位号码间隔时间也为 60mS，符合标准。 （3）振铃检测电路。电话外线在平时的实际电压为直流 50V 左右，而振铃来时会有正负 25V 的交流电压叠加在外线上，叠加后的电压许多资料的的说法都不同，实际测得65V 左右。检测振铃的电路是用高压电容来进行隔直，经滤波整形后输出 25HZ 的脉冲信号；振铃以 5 秒为周期，即 1 秒送，4 秒断13。PH8810 中自带了振铃检测电路，当检测到振铃时，RING 端口会置低电平，无振铃时为高电平，本设计中 RING 端与单片机的T0 口相连，电路完成了

40、一次振铃检测，将检测到的信号交给单片机。按原理上来说，当有来电时，RING 端输出的是一个方波信号，每来铃一次就低电平触发 T0 计数器计数加1，这样就可以设定一定值的响铃次数后才发生溢出中断，但是在实际调试中不能准确实现方波信号触发计数响铃次数的功能，经对 T0 口的检测，发现是 RING 端输出的方波波形信号不标准所致，后来本人把响铃次数检测用另外的方法实现：当有来电触发 T0 中断，经过一段预设定的延时时间（约 6 次响铃）后把 TF0 清零，再经过 5.5 秒（实际测算得响铃间隔的时间约为 4 秒）后重新检测 TF0 位是否为 1，假如在这 5.5 秒时间里来电没有挂断，则 TF0 位

41、为 1，处理下面的中断程序发出模拟摘机的信号；假如不为 1，则说明来电在第七响前就挂断了，单片机不处理下面的中断程序直接跳转返回。 （4）模拟摘机、挂机电路。根据国家有关标准规定：不论任何电话机，摘机状态的 - 12 -直流电阻应小于或等于 300 欧姆，电话线的电压为直流十几伏。在挂机状态下，电话线电压恢复直流 50V 左右，其漏电流小于或等于 5 A 。PH8810 芯片中集成了模拟摘机、挂机的电路，摘、挂机开关端口 SW，此端口为主通道通断控制端（高电平导通，低电平断开） ，单片机 P2.0 口与反相器连接后连接 SW 口。综上所述，PH8810 芯片在本设计中的连接关系：2、3 脚跟电

42、话线连接；9 脚 RING与 P3.4（T0 口）连接；当有振铃信号时，9 脚 RING 端产生 25HZ 的脉冲，触发主控单片机 T0 计数器开始计数，计数满溢出，单片机响应中断，置 P2.0 口低电平，经反相后为高电平到 PH8810 的 9 端口（SW）系统实现摘机。摘机后，接收电话线路的 DTMF 信号时，PH8810 芯片的 DV 端置高电平，经反向后为低电平触发单片机的外部中断 INT0，单片机响应中断置 P2.1 端为低电平输出，通过反相器置芯片 OE 端为高电平，延时 6mS 以上后可以读取 P1 口低四位的数据，完成 DTMF 的接收。报警系统方面，PH8810 的 15 脚

43、 CE与单片机 P1.5 脚相连；P1.6 与 CLK 连接，用于产生串行同步时钟信号；P1.7 与 DATA相连用于输出串行数据。当报警信号来临时，触发外部中断 INT1 或内部中断 T1，置 CE 为低电平选通发送 DTMF 芯片 HT9200A，并在 CLK 的下降沿将时串行口 DATA 上的数据锁存并发出 DTMF 拨号信号，拨打报警电话，从而实现报警功能。本系统选取外部中断 INT1 和内部中断 T1 为报警信号触发端口，主要目的是为了适配输出不同信号（低电平或脉冲信号）的探测传感器。连接原理图如图 3-5 所示。 - 13 -11223344DDCCBBAATitleNumberR

44、evisionSizeA4Date:2007-6-8Sheet of File:D:Program Files.代代代代代代.SchDoc Drawn By:12代代代代JC10.47U/ 250VPH8810代 代 代 代EA/VPP31XTAL119XTAL218RST9P3.7(RD)17P3.6(WR)16P3.2(INT0)12P3.3(INT1)13P3.4(T0)14P3.5(T1)15P1.0(T2)1P1.1(T2EX)2P1.23P1.34P1.45P1.5(MOSI)6P1.6(MISO)7P1.7(SCK)8(AD0)P0.039(AD1)P0.138(AD2)P0.2

45、37(AD3)P0.336(AD4)P0.435(AD5)P0.534(AD6)P0.633(AD7)P0.732(A8)P2.021(A9)P2.122(A10)P2.223(A11)P2.324(A12)P2.425(A13)P2.526(A14)P2.627(A15)P2.728PSEN29ALE/PROG30(TXD)P3.111(RXD)P3.010GND20VCC40U2AT89S52GND1PHONEA2PHONEB3SW4NC5NC6JC7VCC8RING9OUT410OUT311OUT212OUT113NC14CE15DATA16CLK17VCC18D319DV20OE21D

46、022D123D224NC25NC26NC27IN128IN229IN330IN431GND32TEST33TEST34TEST35NC36NC37DXC38NC39VCC40PH8810U1VCC34N3BSN74HC04N12N2ASN74HC04N56N1CSN74HC04N89N4DSN74HC04NVCCC230PC3030PY112MHz+C110uR110KVCCVCCS20S2S1S3S4S5S6S7DS5LED5LED6100KR544KR6100KR4VCC100KR10VCCS8100KR8100KR14100KR16100KR120.1uFC50.1uFC60.1uFC

47、7470KR174.7uFC84K7R114K7R154K7R134.7uFC9Mic1MRxBellGAIN1-INPUT2+INPUT3GND4Vout5Vs6BYPASS7AGC8LM386U5LM38610R710nFC3250uFC4SpeakerVCCR91K/M11/M22/M33/M44/M55/M66OSCR7/M78/M89/BUSY10BE11VSSD12VSSA13SP+14SP-15VCCA16MICIN17MICREF18AGC19ANA-I20ANA-OUT21/STROBE22/CE23MSEL124MSEL225EXTCLK26RE27VCCD28APR960

48、0U4APR9600S11LED7Q2PNPQ1PNPVCCLED41KR3VCCLED2LED3D1IN4004S10代代代代代S9代代代代代代代代代代代代代代代代代代代代代代代代LED1VCC100KR2代代代代代代代代代代代代代代代代代代代代代代代代代代代VoiceIn+PortPortPortPortPortPort图 3-5 电话接口电路原理图3.3语音提示和留言录音电路3.3.1 语言芯片的选择方案一：采用美国 ISD 系列语音芯片，音质好，但是价格贵，录音时间不长，也比较难买到。方案二：采用 APR9600 作为系统的语言录放芯片，该芯片支持任录任放，录放控制方便，掉电语音内容不

49、会丢失，音质较好，可接近磁带音质。考虑到价格和录放方便，选择方案二。采用 APR 芯片有较好的性价比。3.3.2 APR9600 芯片介绍 APR9600 芯片采用模拟语音存储技术，音质好、噪音低、不怕断电、可反复电路。与 ISD 同类芯片相比,价格便宜、有多种手动控制方式、分段管理方便、多段控制时电路接留言电路APR9600 的27 脚接摄像控制驱动电路接驱动电路 1接驱动电路 2 - 14 -简单、采样速度及录放音时间可调、每个单键均有开始、停止、循环等多种功能。（1）APR9600 电气参数：电源电压 4.5-6.5V，静态电流 1uA ，工作电流 25mA。（2）APR9600 的引脚

50、及引脚功能介绍见文献14。 在 APR9600 芯片的内部，录音时外部音频信号通过话筒输入和线路输入方式进入，在芯片内话筒放大器中自带自动增益调节，可由外接阻容件设定响应速度和增益范围。如果信号幅度在 100mV 左右即可直接进入线路输入端，音频信号由内部滤波器、采样电路处理后以模拟量方式存入专用快闪存储器 FLASHRAM 中，断电等因素不会使存储的语音丢失。 表 3-5 APR9600 控制操作模式MSEL1 (24 脚) MSEL2 (25 脚)M8 (9 脚)有效键 M18 为段控制键,CE 为停止复位键功能(以 60 秒计)010/1M1 、M2 、CE并行控制,分二段,每段最长 3

51、0 秒100/1M1 、M2 、M3 、M4 、CE 并行控制,分四段,每段最长 15 秒111M1M8 、CE 并行控制,分八段,每段最长 7. 5 秒110CE单键控制,单段 7. 5 秒循环,CE 为启动/ 停止键001M1 、CE串行顺序控制,可分一至任意多段000M1 、M2 、CE 串行选段控制,M2 系选段快进键。(录音时 M8 = 1 时可录一至任意多段, M8 = 0 时只能录两段。) 说明： RE = 1 (置高电平) 为录音状态;RE = 0 (置低电平) 为放音状态;RE(27 脚) ; M1M8 键在有效段控放音时,按一键即开始放音一段,放音期间再按一下即停 止;如按

52、键不放即循环放音。 M1M8 键在有效段控录音时,按住不放为录音,松键即停止。放音时直接推动外部的喇叭放音，外接喇叭为 8-16 欧姆均可，一般音量下输出功率12.2mW(16 欧） 。（3） APR9600 控制模式。APR9600 的录放控制有多种操作模式（如表 3-5 所示） ，总的来说分为串行控制和并行控制两种，由芯片 MSEL1（24 脚） 、MSEL2（25 脚） 、 - 15 -/M8（9 脚）的设置来实现 。3.3.3 APR9600 芯片在本系统中的应用APR9300 芯片比 ISD 芯片主要优点在于录放十分简单，每段都有对应的键控制，按哪一键就录、放哪一段，而且可以方便地对

53、任意一段重新录音不影响其它段、对任意一段循环放音等。本系统采用两块 APR9600 芯片，一块是用于播放语音提示音；另一块是用于留言录音；由于 APR9600 直接推动喇叭的声音比较小，所以加 LM386 集成电路一级音频功放，下面详细叙述两个电路的设计：11223344DDCCBBAATitleNum berRevisionSizeA4Date:2007-6-5Sheet of File:D:Program Files.代代代代代代.SchDoc Drawn By:S2S1S3S4S5S6S7DS5LED5LED6100KR544KR6100KR4VCC100KR10S8100KR8100K

54、R14100KR16100KR120.1uFC50.1uFC60.1uFC7470KR174.7uFC84K7R114K7R154K7R134.7uFC9Mic1MRxGAIN1-INPUT2+INPUT3GND4Vout5Vs6BYPASS7AGC8LM386U5LM38610R710nFC3250uFC4Speaker/M11/M22/M33/M44/M55/M66OSCR7/M78/M89/BUSY10BE11VSSD12VSSA13SP+14SP-15VCCA16MICIN17MICREF18AGC19ANA-I20ANA-OUT21/STROBE22/CE23MSEL124MSEL2

55、25EXTCLK26RE27VCCD28APR9600U4APR9600S11LED7代代代代代代P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7代 PH8810代 29代Port图 3-6 语音提示电路图（1）语音提示电路：采用八段并行控制方式，/M2/M8 分别与单片机的 P0.1P0.7连接，并且分别接开关与地连接；/RE 接开关与地连接，同时也与 100K 电阻串联连接到电源正极，置 MSEL1、MSEL2 和/M8 均为 1，按下/RE 键置/RE 端为 0 为录音状态时，按住/M2/M8 的开关不放为录音,松键即停止；在放音时只需把/RE 键弹回（/RE=1） ，/M2/M

56、8 键按一下即开始放音一段,放音期间再按一下即停止;如按键不放即循环放音。语音提示电路在本系统应用时，置/RE 端为 1 处于放音状态，当需要播放提示音时，单片机只要置相应的 P0 口 0，就能播放某段录音。注意：单片机的其它 P0 口要为高电平，不能同时有两个或两个以上 P0 口置 0。电路原理图如图 3-6 所示。（2）留言录音电路：采用串行控制方式的可分一至任意多段的录放音，单片机的P0.0 口与/M1 相接，P2.6 与/RE 端连接，/RE 同时也与 100K 电阻串联连接到电源正极，置 MSEL1、MSEL2 均为 0，/M8 置 1。当要留言录音时，置 P2.6 为 0 即录音状

57、态，再置P0.0 为 0 则开始录第一段，置 1 即停止，录音结束单片机置 P2.6 口为 1。当再需要留言 - 16 -录音时，再置 P0.0 为 0 即录第二段，如此一直分段录音，直到芯片溢出。本系统设计其为两段录音，每段 30 秒。由于/RE 与 100K 电阻串联连接到电源正极，所以/RE 端在芯片待机状态时为 1，假如用户需要收听留言，只需按一下/M1 键即放音第一段，再按一下即放第二段，如此顺序逐段放音，到最后一段结束时即停止放音，必须按一下 CE 键复位，然后再按/M1 键就可以又从第一段放音。电路原理图如图 3-7 所示。11223344DDCCBBAATitleNumberR

58、evisionSizeA4Date:2007-6-8Sheet of File:D:Program Files.代代代代.SchDocDrawn By:S2S1DS11LED11DS12LED12100KR1244KR13100KR11VCC100KR16VCCS8100KR15100KR170.1uFC15470KR194.7uFC141MRxGAIN1-INPUT2+INPUT3GND4Vout5Vs6BYPASS7AGC8LM386U6LM38610R1410nFC11250uFC13SpeakerS11/M11/M22/M33/M44/M55/M66OSCR7/M78/M89/BUSY

59、10BE11VSSD12VSSA13SP+14SP-15VCCA16MICIN17MICREF18AGC19ANA-I20ANA-OUT21/STROBE22/CE23MSEL124MSEL225EXTCLK26RE27VCCD28APR9600U3APR96000.1uFC12块P0.0VoiceIn+块P2.6块块块块块块DS13LED13VoiceIn-PortPortR18RPot SM代PH8810代30代代代代代代图 3-7 留言录音电路图3.4探测传感器的选择与分析3.4.1火警类探测传感器（1）烟雾探测器：应用于家居、办公、商业等区域。对现场早期发生的火灾烟雾及时发出报警，防患

60、于未然。通常分为离子式型烟雾、和光电式烟雾。离子式型烟雾其原理是利用电极间有烟雾颗粒时，电极间的电压会发生变化的原理15。（2）煤气探测器：主要安装厨房中,有效地防止煤气泄露危及主人的生命.其前端的传感器探测到煤气时温度会发生变化,其变化的过程通过处理电路转变成控制信号触发发出报警信号15。（3）温度传感器：一般用于探测温度的变化而发出触发信号。根据温度传感器输出方式及接口方式的不同，可以分为模拟温度传感器和数字温度传感器模拟温度传感器传出模拟信号，必须经过专门的接口电路，转换成数字信号后才能由微处理器处理。数字温度传感器输出数字信号，一般只需要少量外部元件就可以直接接至微处理器进行处理。 -