智能化报警系统

本科生毕业设计（论文）I摘 要现今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、功能单一或造价较高而难于普及，因此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。本文首先讨论了智能家居在国内外发展概况，并根据国内外的发展情况和趋势，研究并设计了该无线控制的智能家居防盗报警系统。本设计从硬件设计和软件构成介绍一种单片机控制的与公共电话网连接，可以进行远程报警，以满足人们对家庭安全情况的及时了解、实时信息处理和有效控制的迫切需要的智能远程电话语音报警系统。该系统由用户通过键盘输入五组电话号码作为语音报警对象，预录可长达 20S的语音信号说明警情发生的地点，设防状态下即可实现多个设防点的信号检测并迅速进入自动报警状态，是一种适合于家庭、办公室和的仓库等处可靠性较好的安全防范装置。本智能化报警系统利用无线传输技术手段，克服了有线传输技术的缺陷，采用PT2262/2272 编解码集成电路、自动拨号系统、语音电路系统等配套互动，实现无线报警控制。关键词：DTMF；信号检测；智能住宅；语音报警本科生毕业设计（论文）IIAbstractAlthough there are kinds of alarm devices in markets, it is still hard to get dissemination because of low liability and function. Therefore, how to explore and make use SCM to setup a safety defense system for home, warehouse and bank use has become a focus.From the design of hardware and software, we can make a connection between a specific type of SCM and the public phone net to setup a distant alarm system for the demand of safety and efficient data processing and control. The system user can input 5 groups of phone number as the alarm objects and pre-record voice signals lasting for 20S showing the alarm site. The system can get signals from multi-locations and get into automatic alarm status under defense function. Therefore, it is suitable for home, office and warehouse use.The development of intellectual home-set abroad is discussed in the first part and one wireless alarm system is designed and introduced. The alarm system adopts wireless transfer technique to avoid the limitation of wire transfer technique. PT2262/2272 decoding circuit, auto-dial and voice circuit are adopted also for wireless alarm control purpose.Key words: DTMF；signal inspection ；intellectual home-set；voice alarm 本科生毕业设计（论文）III目 录第 1 章 绪 论 .11.1 题目的设计要求 11.2 家居防盗报警系统的发展背景 11.3 国内外研究发展状况 3第 2 章 方案论证 .62.1 方案一 62.2 方案二 62.3 方案三 7第 3 章 总体硬件设计 .83.1 总体设计构成 83.2 防盗探测电路设计 93.2.1 热释电探测器特点 .93.2.2 热释电红外探测器工作基本原理 .93.2.3 红外热释电处理 .103.3 单片机最小系统设计 133.3.1 单片机简述 .133.3.2 地址锁存器 .143.3.3 复位电路 .153.4 无线发射、接收电路设计 163.4.1 无线发射与接收电路 .173.4.2 编/解码电路 173.4.3 工作过程 .183.5 拨号电路设计 193.6 MT8888 芯片简述 193.6.1 MT8888 芯片特点 .193.6.2 MT8888 的 6 种工作模式 .203.6.3 DTMF 拨号原理 203.6.4 MT8888 编解码模块设计 .213.6.5 循环拨号原理 .23本科生毕业设计（论文）IV3.7 存储模块 233.8 语音电路设计 243.8.1 ISD1420 语音芯片简述 .243.8.2 功能叙述 .253.8.3 模块设计 .263.9 键盘电路设计 273.9.1 键盘 .273.9.2 键盘驱动器 .273.9.3 键盘模块设计 .273.9.4 工作原理 .283.10 自动摘机、挂机电路设计 28第 4 章 系统软件设计流程 .304.1 总体软件设计 304.2 各主要模块程序流程 30第 5 章 结 论 .35参考文献 .36致 谢 .38附 录 I.39附 录 II .44附 录 III 45附 录 IV62本科生毕业设计（论文）0第 1 章 绪 论1.1 题目的设计要求设计内容 本设计与公共电话网连接，可以进行远程报警。在需要布防的门、窗等位置处装上探测器，当有人非法闯入时，探测器给控制系统发出传感信号，控制系统立即发出尖锐的嗡鸣报警，在此同时，自动摘机并通过公共电话网拨出预先设置好的电话号码，并通过电话线播放事先录制好的提示语音。整个系统的主要功能包括:1、与市话网络连接，报警时能迅速拨打预先储存好的号码(如固定电话、手机、小灵通等等)。2、可预先录下20秒的声音，使用户及保安人员能及时地了解情况。3、可随时修改报警的录音提示，只需按下控制器上4、可以同时接多个探测器(传感器)，可以同时对多个位置进行布防。5、配有小巧的遥控器。可以方便地通过按钮来设防、撤防。6、用户可以方便的设置有报警时，需要拨出的电话号码，且这些可以随时方便的修改。系统设置为最多允许设5个号码。7、有报警时，系统自动摘机、向外线拨号。通话结束后，自动挂机。系统装好后不影响电话的使用。1.2 家居防盗报警系统的发展背景随着计算机的普及和信息技术的迅猛发展，人们己不满足于传统的居住环境，对家庭及住宅小区提出了更高的要求，智能化被引入家庭，并迅速在世界各地发展起来。人们对居住环境要求的日见增高，体现在希望住宅不仅更便利、舒适而且更安全。家庭及住宅小区智能化的定义，在国际上至今尚无一致的定义，一般认为，在现代化的城乡住宅小区内综合采用微型计算机、自动控制、通信与网络及智能卡等技术，建立一个由住宅小区综合物业管理中心与安防系统、信息通信服务与管理系统和家庭智能化系统组成的“三合一”本科生毕业设计（论文）1住宅小区服务与管理集成系统，最终目的是使每一住户得到满足其要求的最佳方案。国家建设部规定，目前住宅小区应实现六项智能化要求，其中包括实行安全防范系统自动化监控管理;防盗报警系统应安装红外或微波等各种类型报警探测器。基于此项规定，住宅防盗防火系统实现智能化势在必行。在社会信息化进程日益发展的今天，信息技术应用己渗透到人类生存、活动的各个领域，在建筑领域，人们的现代生活、工作对居住和办公的建筑环境不仅要求舒适健康、安全可靠、高效便利，同时还要适应信息化社会运用科技手段和设备的要求。但是经济的发展也带来了相当大的负面影响。城乡收入差距、区域收入差距进一步拉大，以及流动人口的迅速增加，社会保障制度的不健全，盗窃、抢劫等刑事案件也呈现出了增加趋势。人们越来越渴望有一个安全生活的空间。犯罪分子的作案手段越来越高明，甚至采用一些高科技的作案手段，使得以往那种以人防为主的防范方式越来越不能满足人们日常防范的要求。因此，人们的日常安防工作中，引入了很多高科技手段，我们称之为技术防范。因为技术防范能够及时发现各种案情，并为案件的破获提供有力的证据，所以，越来越受到人们的重视。现代居住的格局，邻里之间的来往越来越少，家庭生活隐密性、封闭性越来越强。由此，居民住宅应当设置安全防范报警系统，对盗窃、入室抢劫等做到早发现、早报警，通过社会力量和科技手段来提高家庭抵御各种意外情况的能力。现代安放监控系统已有新的概念，通常称为安全自动化，并与防火自动化系统共同构成智能建筑系统最底层的系统。目前国外发达国家己逐渐形成一个集安防、消防、医疗救护为一体的安全保障行业。安全技术防范行业真正形成行业规模是在第二次产业革命中即1950年一1971年，首先在美国、英国等国家形成，像ADEMCO( 安定宝)； VICON(维康);CHUBO(集宝);AMERICA DYNAMIC (A.D)等。60年代视频图像技术， 70年代计算机数字技术。80年代生物识别技术以及90年代国际互联网技术的应用，使安防行业得到快速发展。我国智能住宅安防系统相对国外来讲，是有较大差距的。现在一般居民住宅的主要防盗措施仅限于防盗窗、防盗门，虽有一定的防盗作用，在灾害发生的情况下，使逃生更加困难。另外，小区安全措施不足;居民安全意识有待增强;安全防范系统也急需普及。在我国，以北京、深圳、上海、广州等较发达的城市为龙头在近几本科生毕业设计（论文）2年内也形成了一股智能化住宅热。目前，公安部、建设部均要求智能住宅小区必须具有安防系统。可以预见，智能住宅、智能小区将成为21世纪建筑业的发展主流。特别是在我国，随着人们生活水平的日益提高，住宅是否智能化，安防系统是否完备、可靠将成为评价住宅小区的重要指标。智能化住宅和智能小区近几年来在全球以及在中国的快速发展是信息技术发展寻找更广阔的市场结合点的必然结果，是IT产业向传统住宅产业以及人们生活渗透的必然结果。智能化住宅和智能小区建设目标是向人们提供“方便快捷的信息通信、安全舒适的住宅环境、高效便利的物业管理”。发展智能住宅是住宅产业现代化的必然选择。如今，人民生活已从温饱型向小康转变，大件耐用消费品己经进入寻常百姓家，因此人们会有更强的安全意识，逐渐接受在住宅内装设质优价廉、功能完善的安全防范系统。同时人类已经进入二十一世纪，智能住宅己开始引起人们的关注。作为智能住宅的一个组成部分，安全防范系统也必将向多功能、全方位、综合性、，智能化方向发展。1.3 国内外研究发展状况防盗报警设备对于保护人们的生命和财产安全至关重要。随着现代电子技术、计算通信技术和制造业的迅速发展，有关防盗报警方面的产品愈来愈丰富。防盗报警设备主要是在两个方面发展较快，一方面是探测器的发展，一方面是防盗报警系统的发展。探测器的发展主要表现在出现了被动红外、超声波和微波3种不同的探测技术，各种探测技术中不同类型的探测器也纷纷涌现。这方面最有前途的探测器是复合式探测器，即在同一个封装盒中安装两种不同的探测器，两者组合成复合式探测器后，虚警率可降为30年一次。复合式探测器一般有超声波1被动红外复合式探测器、微波/被动红外复合式探测器。小规模防盗报警系统。例如无线式系统，它具有安装方便、简单，一次性投资较小的特点。但是它存在覆盖面小、误报率高等问题，使用场合受到一定限制。但由于此类产品具有体积小、耗电低、成本低等优点，对于一些简单的报警场合和个人家庭，具有很大的市场潜力，目前此类产品在市场上非常活跃。中规模防盗报警系统。例如闭路电视监控系统、智能监控系统，无本科生毕业设计（论文）3论从功能上，还是从结构上，都介于小规模防盗报警系统和大规模防盗报警系统之间。其报警功能、有关技术指标和系统性能与真正的报警系统相比还较差，与微机系统相比，此类系统缺乏人机界面、图形功能和管理功能，性能价格比较低。目前市场上有不少此类产品，例如美国C而物体移动速度越快，同样的入射功率下，输出电压就会越小，只有达到报警闭值电平时，探测器才会有电压信号输出。根据该特性，选择热释电红外探测器适用于盗情信号的检测。当人体进入警戒区，人体温度会引起环境温度辐射场的变化，通过菲涅尔透镜，热释电红外探头感应到的是人体温度与背景温度的差异信号，则在负载电阻上产生一个电信号，电信号的大小，决定于敏感元件温度变化的快慢。经过后级比较器与状态控制器产生相应输出信号U 0。3.2.3 红外热释电处理BISS0001是一款具有较高性能的传感信号处理集成电路，它配以热释电红外传感器和少量外接元器件构成被动式的热释电红外开关。它能自动快速开启各类白炽灯、荧光灯、蜂鸣器、自动门、电风扇、烘干机和自动洗手池等装置，特别适用于企业、宾馆、商场、库房及家庭的过道、走廊等敏感区域，或用于安全区域的自动灯光、照明和报警系统。特点CMOS工艺；数模混合；具有独立的高输入阻抗运算放大器；内部的双向鉴幅器可有效抑制干扰；内设延迟时间定时器和封锁时间定时器；采用16脚DIP封装。工作原理 BISS0001是由运算放大器、电压比较器、状态控制器、延迟时间定时器以及封锁时间定时器等构成的数模混合专用集成电路。以下图所示的不可重复触发工作方式下的波形，来说明其工作过程。首先，根据实际需要，利用运算放大器OP1组成传感信号预处理电路，将信号放大。然后耦合给运算放大器OP2 ，再进行第二级放大，同时将直流电位抬高为VM(0.5VDD)后，将输出信号V2送到由比较器COP1和COP2组成的双向鉴幅器，检出有效触发信号Vs 。由于VH0.7VDD、VL0.3VDD ，所以，当VDD=5V时，可有效抑制1V的噪声干扰，提高系统的可靠性。 COP3是一个条件比较器。当输入电压VcVR时，COP3 输出为高电平，进入延时周期。 当A端接“0”电平时，在Tx时间内任何V2的变化都被忽略，直至Tx时间结束，即所谓不可重复触发工作方式。当Tx时间结束时，Vo下跳回低电平，同时启动封锁时间定时器而进入封锁周期Ti。在Ti 时间内，任何V2的变化都不能使Vo跳变为有效状态（高电平）,可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰。图 3.2 不可重复触发工作方式下的波形以下图3.3所示的可重复触发工作方式下的波形，来说明其工作过程。图 3.3 可重复触发工作方式下的波形本科生毕业设计（论文）11可重复触发工作方式下的波形在Vc=“0”、A=“0”期间，信号Vs不能触发Vo为有效状态。在 Vc=“1”、A=“1”时，Vs 可重复触发Vo 为有效状态，并可促使Vo在Tx周期内一直保持有效状态。 在Tx时间内，只要Vs发生上跳变，则Vo将从Vs上跳变时刻起继续延长一个Tx 周期；若Vs 保持为“1”状态，则Vo一直保持有效状态；若Vs 保持为“0”状态，则在Tx周期结束后Vo恢复为无效状态，并且，同样在封锁时间Ti时间内，任何Vs的变化都不能触发Vo为有效状态。 图3.4为BISS0001的热释电红外开关应用电路图。图 3.4 BISS0001 的热释电红外开关应用电路图上图3.4中，运算放大器OP1将热释电红外传感器的输出信号作第一级放大，然后由C3耦合给运算放大器OP2进行第二级放大，再经由电压比较器COP1和COP2构成的双向鉴幅器处理后，检出有效触发信号Vs 去启动延迟时间定时器，输出信号Vo经晶体管T1放大驱动继电器去接通负载。同时上图中，R3为光敏电阻，用来检测环境照度。当作为照明控制时，若环境较明亮，R3的电阻值会降低，使9脚的输入保持为低电平，从而封锁触发信号Vs。 SW1是工作方式选择开关，当SW1与1端连通时，芯片处于可重复触发工作方式；当SW1与2端连通时，芯片则处于不可重复触发工作方式。图中R6可以调节放大器增益的大小，原厂图纸选本科生毕业设计（论文）1210K，实际使用时可以用3K ，可以提高电路增益改善电路性能。输出延迟时间Tx 由外部的R9和C7的大小调整，触发封锁时间Ti由外部的R10和C6的大小调整，R9/R10 可以用470欧姆，C6/C7 可以选0.1U 。第二引脚VO段为控制信号输出端。在输出延迟时间Tx之外和无VS 的上跳变时，Vo保持低电平状态。由VS的上跳变沿触发，使 VO输出从低电平跳变到高电平时视为有效触发，三级管导通，使蜂鸣器发出报警信号，将信号传给无线发射、接收模块。3.3 单片机最小系统设计3.3.1 单片机简述在本设计中，AT89C51是整个系统的核心。一方面，它要及时响应无线接收模块的传感报警输入。控制语音芯片的开启、结束以及地址信息，同时自动摘机，通过公共电话网向外面拨出预先设置好的电话号码，在对方接通后，实现芯片中存放的语音送到电话线上。在长时间不通的情况下可以更换不同的号码多次尝试，直到有人获得报警信息为止。对方挂机后，本端也自动挂机。另一方面，AT89C51要相应键盘的输入，方便用户及时修改报警时要外拨的电话号码。AT89C51是目前市场上最常用的8位MCU（单片微型计算机）之一。它是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROM-Flash Programmable and Erasable ReadOnly Memory)的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。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种， ATMEL的AT89C51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。（1）主要特性 与MCS-51 兼容；4K字节可编程闪烁存储器；寿命：1000写/擦循环；数据保留时间：10年；全静态工作：0Hz-24Hz；三级程序存储器锁定；128*8位内部RAM；32可编程 I/O线；两个16位定时器/计数器；5个中断源；可编程串行通道；低功耗的闲置和掉电模式；片内振荡器和时钟电路。（2）振荡器特性 XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石英震荡和陶瓷震荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟本科生毕业设计（论文）131 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 17-Jun-2007 Sheet of File: F:6Q6业业业业业业.ddb Drawn By:P00P01P02P03P04P05P06P07A0A1A2A3A4A5A6A7ALE+5VDO3D14D27D38D413D514D617D718OE1LE11Q0 2Q1 5Q2 6Q3 9Q4 12Q5 15Q6 16Q7 19GND 10VCC 20U2 74LS373信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。（3）芯片擦除 整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合持ALE管脚处于低电平loms来完成。在芯片擦操作中，在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行代码阵列全被写，并保“1”且。此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止3.3.2 地址锁存器单片机的P0口作为数据总线和低8位的地址总线来使用，如果直接将P0 接到扩展芯片的数据总线和低8位的地址线是行不通的，例如单片机选定了外部存储器的0000H单元，P0 、P2口就应当输出00H，这样才能选中0000H单元，在选中0000H 单元后，就从这个单元读取数据，这个数据的值是随机的，假设这个值是10H，P0 口就变成了 10，但这样就不是选中了0000H单元，而是选中了0010H 单元了，显然，这从逻辑上是讲不通的，所以P0送出的地址和接收或更新出数据是分时进行的，以定要把地址和数据区分开。要把数据和地址分开就要用到地址锁存器 74LS373。在 ALE（专用于数据/地址分离的一个引脚）的上升沿到来时，P0 口处于“浮空”状态，也就是“高阻”状态，即构成 P0 口输出的两个晶体管均处于“截止”的状态。这样，不会影响到锁存器，否则这段时间里面又乱了。本科生毕业设计（论文）14图 3.5 74LS373 连接图当控制端 LE 是高电平时，输出端 Q0-Q7 和输入端 D0-D7 相连，因此，输出端的状态与输入端相同。当控制端 LE 是低电平时，输出端Q0Q7 和输入端 D0-D7 断开连接，并且保持原来状态，或者说，当控制端 LE 是低电平时，即便输入端 D0-D7 的状态发生变化，输出端Q0Q7 的状态也不会随之改变。下图 3.5 为 74LS373 在系统中的连接图。如图3.5所示输入端D0-D7与单片机的P0口相连，而控制端LE 则接到单片机的ALE 输出引脚上，74LS373的输出端Q0Q7接到外部扩展芯片的地址线上。这个电路实现地址/数据分离的关键就在于ALE信号，ALE信号在P0口输出地址信号的那一段时间是高电平，因此这段时间中，74LS373的输出状态和P0 口的输出状态相同，既反映了地址信号。而当P0口开始准备接收或者发送数据时，ALE端就变成了低电平，因此，即便此时P0口的状态发生变化，即地址信号被锁住了。3.3.3 复位电路几乎所有的单片机都需要复位电路，对复位电路的基本要求是：在单片机上电时能可靠复位，在下电时能防止程序乱飞导致 EEPROM 中的数据被修改；另外，单片机系统在工作时，由于干扰等各种因素的影响，有可能出现死机现象导致单片机系统无法正常工作，为了克服这一现象，除了充分利用单片机本身的看门狗定时器外，还需外加个看门狗电路；除此以外，有些单片机系统还要求在掉电瞬间单片机能将重要数据保存下来，因掉电的发生往往是很随机的，因而此类单片机系统需要电源监控电路，在掉电刚发生时能告知单片机。MAXIM 公司推出的 MAX813L 刚好能满足这些要求，它是一体积小、功耗低、性价比高的带看门狗和电源监控功能的复位芯片；它使用简单、方便。它所提供的复位信号为高电平，因而是应用于复位信号为高电平场合的单片机系统的理想芯片。下面具体介绍该芯片的性能特点及使用方法。图 3.6 为 MAX813 连接图。（1）复位输出。系统上电、掉电以及供电电压降低时，第(7)脚产生复位输出，复位脉冲宽度的典型值为 200ms，高电平有效，复位门限的典型值为4.65V。（2）看门狗电路输出。如果在 1.6s 内没有触发该电路（即第 (6)步无脉冲输入，则第(8)脚输出一个低电平信号。（3）手动复位输入，低电平有效，即第(1)脚输入一个低电平，则第(7)脚产生复位输出。本科生毕业设计（论文）15（4）1.25V 时，第(5)脚输出一个低电平信号。MAX813L 的第 1 脚与第 8 脚相连。第 7 脚接单片机的复位脚；第 6 脚与单片机制 P2 相连。在软件设计中，P10 不断输出脉冲信号，如果因某种原因单片机进入死循环，则 P10 无脉冲输出。于是 1.6s 后在 MAX813L 的第 8 脚输出低电平，1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 19-Jun-2007 Sheet of File: G:业6.17业业业17.ddb Drawn By:U?NOTR200+5VRETVCC2MR1WDO8GND3 PF0 5PF1 4WDI 6RESET 7U3 MAX813LP16图 3.6 MAX813 连接图该低电平加到第 1 脚，使 MAX813L 产生复位输出，使单片机有效复位，摆脱死循环的困境。另外，当电源电压低于限值 4.65V 时， MAX813L 也产生复位输出，使单片机处于复位状态，不执行任何指令，直至电源电压恢复正常，可有效防止因电源电压较低进单片机产生错误的动作。电源故障输入 PFI 通过一个电阻分压器监测未稳压的直流电源。当 PFI 低于1.25V 时，电源故障输出脚第 5 脚 PFO 变低，可引起 AT89C51 中断进行电源故障处理，或将重要数据保存下来。把分压接到未稳压的直流电源是为了更早地对电源故障告警。3.4 无线发射、接收电路设计在传统的安全防范工程中，均采用有线的方式连接报警探头和防盗报警主机，由于受传输距离、环境、可变性等多种因素的制约，局限性很强。无线报警探头的出现大大方便了系统的施工。本科生毕业设计（论文）16无线发射接收系统的工作频率要相同，并且采用声表谐振器稳频，频率稳定度非常好，芯片的振荡电阻相一致，振荡电阻的大小决定了编码波形高低电平的宽度，而且需要采用相同的编码解码芯片，这里我们采用标准编码器 PT2262 芯片、标准解码器 PT2272 芯片以及无线发射 F05、无线接收 J05 共同完成设防状态下信号的检测并将数据送单片机 INT1 口。3.4.1 无线发射与接收电路F05系列采用声表谐振器稳频，SMT 树脂封装，频率一致性较好，免调试，特别适合多发一收无线遥控及数据传输系统。F05 具有较宽的工作电压范围及低功耗特性，当发射电压为3V时，发射电流约2mA，发射功率较小， 12V为最佳工作电压，具有较好的发射效果，发射电流约5-8mA，大于12V直流功耗增大，有效发射功率不再明显提高。F05发射距离与编码信号频率幅度、发射电压、发射天线接收机灵敏度、频点精度、抗干扰性及收发环境有关。用12V 供电加240mm小拉杆天线在开阔区最大发射距离约300米，在障碍区相对要近，由于折射，反射会形成一些死区及不稳定区域，不同的收发环境会出现不同的收发距离。如需更远的可靠距离，可在F05的输出端增加一级射频功率放大器。J05系列采用超外差二次变频结构，所有的射频接收、混频、滤波、数据解调、放大整形全部在芯片内完成，接收功能高度集成化、免去令人头痛的射频频率调试及超再生接收电路的不稳定性，具有体积小、可靠性高、频率稳定、接收频率免调试的特点，安装使用极为方便。3.4.2 编/解码电路PT2262/2272是台湾普城公司生产的一种CMOS 工艺制造的底功耗、低价位、通用编码电路。PT2262/2272最多可有12位（A0-A11 ）三态地址端引脚（悬空、接高电平、接低电平），任意组合可提供531441地址码。18位地址码设定 PT2262芯片的左侧有一个3位12层的跳线设置区，其中从上往下18层是地址码设定区域（红色箭头以上），跳线座中间的引脚分别和PT2262芯片的第 18脚接通，左侧的跳线座PCB上标注为“L”，表示和地相连，右侧的跳线座PCB上标注为 “H”表示和正电源相连，例如：将最顶上的跳线座用跳线帽戴在1和L上，那么也就是将2262的第1脚的地址码设置成 0，同理如果1和H用跳线帽短路，那么就是将2262的第1脚的地址码设置成1，如果什么都不动，就是将PT2262的第 1脚的地址码设置成悬空，依此类推可以完成8位地址码设定，地址码必须和相应的接收板地址码一致才能正常工作。4位数据码设定 数据码的功能是发射器件和接收器件在地址码一致的前提本科生毕业设计（论文）17下，发射器件可以传输的一个4位2态的数据。4位数据码设定区就在地址码设定区的下方（红色箭头以下），数据码设定和地址码设定类似，数据码只有两个状态：低电平0和高电平1（如果悬空被认为是0，和L 连线表示1）具体方法是用跳线帽将2272 的引脚和L 是否短路，从上往下的4排跳线座分别和PT2262芯片的第13、12、11、10管脚连同。振荡电阻设定 振荡电阻是指PT2262芯片的第15、16脚之间电阻的数值，这个电阻决定了数据脉冲的宽度必须和相应的接收板配套，否则遥控电路无法正常工作。家庭电话报警系统都是4.7M系统。工作间隔时间设定 模块处于省电考虑一般都是间隔工作，例如可以选择8秒间隔或者240秒间隔，通常都选择8秒间隔，那么每隔8秒模块才检测一次人体，然后进入休眠，一般240秒间隔是省电模式，可以大大延长电池寿命。要组成一个无线报警网最重要的是要正确设置各个无线探头和主机编解码芯片的地址码和数据码。PT2262/PT2272的第18脚是芯片的地址码设置脚，地址码有三个状态：悬空、接高电平、接低电平，地址码就好比是一张身份识别的证书，只有发射端和接收端的地址码设置成完全相同，才能互相确认通过。所以在同一个无线报警网中，地址码必须相同，如果在同一个环境中有几个无线报警网时，只要地址码能互相区分就不会互相干扰。PT2262/PT2272的第1014 脚是数据码设置端，数据端可以是高电平 1或者是低电平0，一共有4个通道，所以从00001111一共有16个。数据码在无线报警网中主要的作用是区别不同的无线探头，最多可以区分16个。3.4.3 工作过程编/解码芯片在系统中的连接图如下图3.7所示。1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 17-Jun-2007 Sheet of File: F:6Q6业业业业业业.ddb Drawn By:R13 LED+5V+5VR121K123A74HC02+5V +5V1KR14INT1A0A1A2A3A4A5A6A7R_ATN1234RF业业业业TE4.7MDATAD1A0A1A2A3A4A5A6A7P10P11P12P13A01 A12A23 A34A45 A56A6/D57 A7/D48VSS 9A8/D3 10A9/D211A10/D1 12A11/D0 13TE14OSC1 15OSC216DOUT 17VDD 18U5 PT2262DIN14 A01A12 A23A34 A45A56 A67A78 VSS 9D310D2 11D1 12D013OSC2 15OSC1 16VT17VCC 18U6 PT22721234RF业业业业本科生毕业设计（论文）18图 3.7 编/解码芯片在系统中的连接图PT2262最多可有6位（D0-D5）数据端引脚，设定地址码和数据码从17脚串行输出。编码芯片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。地址码必须与家庭控制主机内解码芯片PT2272编址相同，以区分家庭控制器；数据码可用于区分传感器类型。当有报警信号时，PT2262的14脚为低电能使PT2262，从 17脚输出编码信号，通过射频模块发射出去。PT2272解码芯片接收到信号后，其地址码经过两次比较核对VT较才输出高电平，送到AT89C51的INT1，触发中断处理程序，以读取D0-D3的数据码，得知报警传感器状态和报警类型。3.5 拨号电路设计拨号模块是本设计中的一个重点。该模块在实现远程报警功能中起直接关键的作用。本设计选用MT8888芯片作为该模块的核心。3.6 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，是采用CMOS工艺生产的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。MT8888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.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。本科生毕业设计（论文）193.6.1 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士lrns，符合DTMF信号解码标准。也可扩充为102ms士2m s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(callpro gr ess )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。3.6.2 MT8888 的 6 种工作模式(1)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。DTMF编译码对应关系如表3.1所示。表3.1 DTMF编译码对应关系双音频键 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 * # A B C D十实制数 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 12 13 14 15 0(2)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320Hz-510Hz 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/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/CP端始终保持低电平。(3)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511ms; 在CALL 模式下，工作于突发状态，信号突发和暂停时间各为1022ms，此时电路只可发送DTMF信号，但不能接收。(4)单/双音(S/) 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。(5)测试(TEST) 模式：使电路从 DTMF接收部分得到延迟监测信号，并从/CP端输出。(6)中断模式：此模式下若选择DTMF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/CP端下接至低电平。3.6.3 DTMF 拨号原理DTMF是指双音多频。DTMF编解码器在编码时将击键或数字信息转换成双音信号并发送，解码时在收到的DTMF信号中检测击键或数字信息的存在性。现本科生毕业设计（论文）20在的电话机多数是双音频电话，下面就以双音频为例介绍电话拨号的原理。双音多频(DTMF)是指用两个特定的单音信号的组合来代表数字或功能。两个单音频的频率不同，所代表的数字和功能也不同。双音多频拨号方式中有16个按键，对应有8种不同的单音信号，因其采用的频率有8种，所以称为多频，如表3.2所示。从中任意抽出2种进行组合，又称其为8中取2的编码方法。根据国际电话电报咨询委员会(CCITT)Q.23 号建议，DTMF选号方式选用8个频率，把这8种频率分成两个群，即高频群和低频群，其中低频群有4种频率:679MHz,770MHz,8 52MHz, 941MHz，高频群也有4种须率:1209MHz, 1 336MHz, 1477MHz, 1633MHz。从高频群和低频群中任意各抽出一种频率进行组合，共有16种不同的组合，每一个键号分别对应于一种低音频和高音频的正弦波之和，代表16种不同的数字或功能。表3.2 DTMF拨号方式中16键组合表1029MHZ 1366MHZ 1477MHZ 1633MHZ679MHZ 1 2 3 A770MHZ 4 5 6 B862MHZ 7 8 9 C941MHZ * 0 # D用双音多频拨号方式传递音频信号，其传播速度快，不发生畸变，传输方便，抗干扰能力强，可以减少交换机的差错。3.6.4 MT8888 编解码模块设计在本设计中，主要利用了MT8888的DTMF发送功能。它在系统中的连接图如图3.8所示。1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 17-Jun-2007 Sheet of File: F:6Q6业业业业业业.ddb Drawn By:R16R15100KC9 0.1业业C110.01C100.01R18 1K3.59454MHZT2R17510KR19200R213.3K +5VR20 374KC120.1C130.1+5VP27WRP10P11P12P13RDT1P26500KRS0 11RD12IRQ 13D0 14D115D2 16D3 17EST18STGT 19VDD 20IN+1 IN-2GS3 VEF4Vss5 OSC16OSC27 TONE8WR9 CS10U7 MT8888本科生毕业设计（论文）21图 3.8 MT8888 在系统中的连接图图3.8中，MT8888的D0-D3脚接AT89C51的P1.0-P1.3，为数据线。当需要拨号时，在摘机之后，AT89C51往D0-D3数据线上传送相应的DTMF编码值，并配合RS0 、 WR及RD等控制管脚来实现。MT8888内部有两个数据寄存器，一个是只执行读操作的接收数据寄存器RDR;另一个是只执行写操作的发送数据寄存器TDR。另外，MT8888中还有两个4位的收、发控制寄存器CRA和CRB 。对CRB的操作就是通过CRA中的一个特定位(b3)来操作的，因此编程中应对其进行初始化;而MT8888中的4位状态寄存器SR则用来反映收、发信号的工作状态。寄存器的选择与操作由RSO及WR 和RD 口线来控制，控制功能如表3.3所列。表3.3 寄存器控制功能表RS0 WR RD 功能0 0 1 写发送数据寄存器0 1 0 读接收数据寄存器1 0 1 写控制寄存器1 1 0 读状态寄存器MT8888在发送信号时可提供三种工作模式，即DTMF模式、突发模式、CP模式。这三种工作模式均可通过寄存器进行设置。在本系统中，经过多种模式的调试、比较，本设计采用的是DTMF模式。下面两个表格分别是控制寄存器功能表和状态寄存器功能表。表3.4控制寄存器功能表控制寄存器控制位名称 功能 说明b0 Tout 信号输出控制 逻辑“1”使能信号输出b1 CP/DTMF 模式控制 逻辑“1”为CP模式，逻辑“0”为DTMF模式CRAb2 IRQ 中断使能 逻辑“1”使能中断模式，当b0=1时，接收到DTMF信号或发送完一DTMF双音信号，DTMF双音信号，DTMF/CP引脚电平由高变低本科生毕业设计（论文）22b3 RSEL 寄存器选择 逻辑“1”下一次访问寄存器CRB，访问结束后，转回寄存器CRAb0 BURST 双音突发模式 逻辑“0”使能双音频突发模式b1 TEST 测试模式 逻辑“1”使能测试模式，以在IRQ/CP引脚输出延迟控制信号b2 S/D 单双音产生 逻辑“0”允许产生DTMF信号，否则输出单音频CRBb3 C/R 列/行音选择 B2=1时，逻辑“0”使能产生行单音信号逻辑，逻辑“1”使能产生列单音信号表3.5 状态寄存器功能表状态位 名称 状态标志位 状态标志清零B0 IRQ 发生中断，b1或b2=0 读状态寄存器清除B1 发送寄存器（突发模式） 暂停结束 准备发送数据 读状态寄存器清除B2 接收寄存器满 接收寄存器的数据有效 读状态寄存器清除B3 DTMF信号标志位 检测不到DTMF信号时置位检测DTMF信号已清除3.6.5 循环拨号原理选择中断模式时，当接收或发送了有效的音频信号后IRQ/CP脚输出低电平，产生中断信号供给CPU，在延迟控制电压的跳变沿，将数据锁存至输出端;当选择呼叫过程(CP)方式时，只能接收250-550Hz 的信号音，在拒收或无输入时，IRQ/CP脚输出低电平。系统利用MT8888来实现的另外一个重要功能就是检测电话线上的信号，即拨号后或通过过程中要检测电话线上的信号音，判断是忙音、回铃音或其他情况，以做出相应的处理。本设计中，对MT8888设置为CP 模式，将MT8888的IRQ/CP脚连接到AT89C51的T1脚。电话呼叫过程中的各种信号音经 MT8888滤波限幅后得到方波，由MT8888的IRQ输出到AT89C51的T1脚计数。通过统计计数值的大小，判断出当前电话线的状态。在本设计中，并没有采用以5s作为计数周期的方法，而是以50ms 作为周期，循环计数(扫描)CP脚的输入，通过前后周期的计数值的比较而判断出电话线的状态。这种方法使得电话报警时，对方摘机后到听到语音提示的时间间隔缩短至0-4.5s，而目前市场产品中大多采用 5s作为计数周期的方法，相应的延迟间隔是5-10s。计数值位于21752357范围内，为拨号音；计数值位于10411212范围内，为忙音；计数值位于425475 范围内，为回铃音。在实际编程本科生毕业设计（论文）231 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 17-Jun-2007 Sheet of File: F:6Q6业业业业业业.ddb Drawn By:+5VR4210KR4310KR4110KP14P15A01A12A23GND4 SDA 5SCL 6WP 7VCC 8U9 AT24C01中，考虑到计数的误差以及程序的简化，可将范围适当放宽，但不能重叠。3.7 存储模块设计中，我们需要预先设置好出现报警时需要拨打的电话号码，选用AT24C0lA正是为了存储这些信息。AT24C01A支持在线写，故用户可以随时方便的修改这些信息。AT24C01A的连接图比较简单，对外只有时钟 SCL及数据SDA两个管脚，SDA 和SCL 都为双向I/O 线，通过上拉电阻接+5V电源，输出端空闲时皆为高电平。串行时钟线SCL的上升沿将数据写入从设备，下降沿将数据从从设备读出，即在SCL 为高电平时，SDL为高电平期间 SDA的下降沿为开始信号，而SDA的上升沿为停止信号。如图3.9所示为AT24C01A的连接图。图 3.9 AT24C01A 的连接图3.8 语音电路设计在本系统中，采用了ISD1420来存储报警时通过电话线播出的提示语音。3.8.1 ISD1420 语音芯片简述ISD1420语音芯片是由美国ISD(InformationS torageD evice)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。它采用CMOS工艺，其片内设有时钟振荡器、128K字节E2PROM(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。ISD1420放音时间为