硕士论文-电子巡更系统设计.pdf

分类号t r 3 6 8 u d c 密级 学号 r9 4 0 2 1 7 2 0 0 3 0 1 3 0 8 延边大学硕士学位论文 电子巡更系统设计 研究生姓名 ：t g - -养单位 指导教师姓名、职称 学科专业 研究方向 论文提交日期 金玉兰 延边大学 朴相范教授 计算机应用技术 微机应用系统设计 2 0 0 6 年5 月2 7 日 延边大学工学硕士学位论文 摘要 目前，在日常生活中随处可见巡更人员对特定的区域、楼宇、设备和货 物进行定期或不定期的安全巡查管理。一般的巡查管理制度既难核实路线、 时间，又难避免补签或一次多签等等作弊行为，一旦出现问题，管理层很难 判明责任。针对这一情况，本文中论述了可真实记录巡更员执行任务时的真 实情况的电子巡更系统。电子巡更是对人工巡更过程进行监督的十分有效的 方法。 本文论述的电子巡更系统是一种采用非接触式i c 卡技术，可利用电话线 传输数据，而且巡更仪本身具有汉字显示功能，可用并行接口连接打印机完成 打印功能的电子巡更系统。它具有免接触、保密性好、自动拨号等特点。 本系统因为读信息扭不需要接触，可在脏、潮、冷、热等恶劣环境下工 作，也避免了信息钮被破坏的问题。本系统中使用的m fr c 5 0 0 非接触式i c 卡读写器具有对密钥进行三次认证的功能，保密性好。 因为本系统有可利用电话线传输数据的功能，可及时把巡更信息传输到 控制中心，不用每天到控制中心汇总信息。 有的小型企业，只需要一两个巡更仪就可完成巡更任务，为了节省开销 不想再买p c 机。但是巡更仪的存储容量是有限的，一段时间以前的巡更信息 就无法保存。针对这种情况，本系统通过并行接口把通用打印机接到巡更仪 上，实现了巡更仪本身可独立打印的功能。 关键词电子巡更系统；非接触式i c 卡；电话线传输 延边大学工学硕士学位论文- a b s t r a c t a tp r e s e n t ，t h ep a t r o l m a n ，w h og o e so nat o u ro fi n s p e c t i o nt e r m l yo r a p e r i o d i c a l l yt os p e c i a ld i s t r i c t ，as t o r i e db u i l d i n g s ，e q u i p m e n t sa n dg o o d s ，c a nb e s e e ne v e r y w h e r ei nd a i l yl i f e h o w e v e r , t h ei n s t i t u t i o n a l i s mo fp a t r o lm a n a g ei s h a r dt ov e r i f yp a t h ，t i m ea n da v o i dt h ec o g g e da c t i o na sr e d e e mo rr e p e t i t i o u s s i g n o n c et h eq u e s t i o na p p e a r s ，t h em a n a g e r sc a n td i s t i n g u i s ht h ed u t y b a s e d o nt h ec a s e ，t h et r u ec a s eo ft h ee l e c t r o n i cp a t r o ls y s t e mw h e nt h ep a t r o l m a n e x e c u t e st h ew o r ki sd i s c u s s e di nt h i sd i s s e r t a t i o f l t h ee l e c t r o n i cp a t r o li sm o r e e f f i c i e n tm e a s u r et os u p e r v i s et h ep r o c e s so fp a t r 0 1 t h ee l e c t r o n i cp a t r o ls y s t e ma d o p t st h et e c h n o l o g yo fc o n t a c t l e s si cc a r da n d u s e st e l e p h o n el i n et ot r a n s m i td a t a a n dt h ee l e c t r o n i cp a t r o li n s t r u m e n ti t s e l f h a st h ef u n c t i o no fs h o w i n ga n dp r i n t i n gv i ap a r a l l e li n t e r f a c e m e a n w h i l e ，i th a s t h ec h a r a c t e r i s t i co fc o n t a c t l e s s ，k e e p i n gs e c r e t s ，a u t o d i a la n ds oo n b e c a u s er e a d i n gb u t t o nd o e sn o tn e e dc o n t a c t i n g ，t h es y s t e mc a nw o r ki n d i r t y , w e t ，c o l d ，h o ta n do t h e rs e v e r ee n v i r o n m e n t a n di t c a na v o i dd e s t r o y i n g t h ei n f o r m a t i o nb u t t o n i nt h i ss y s t e m ，t h er e a d e ro fm fr c 5 0 0c o n t a c t l e s si c c a r dh a st h ef u n c t i o no fa u t h e n t i c a t i n gt h es e c r e tc o d et h r e et i m e sa n dt h ea b i l i t y o fk e e p i n gs e c r e t s t h es y s t e mh a st h ef u n c t i o no fu s i n gt e l e p h o n el i n et ot r a n s m i td a t a ，s oi tc a n t r a n s m i tt h ep a t r o li n f o r m a t i o n t ot h ec o n t r o lc e n t e ri nt i m ea n dd o e s n tn e e d r e p o r tt h ec a s et ot h ec o n t r o lc e n t e re v e r yd a y h o w e v e r , s o m em i n i a t u r ec o r p o r a t i o n sn e e do n e o rt w op a t r o li n s t r u m e n t st o f i n i s ht h et a s ki no r d e rt od o n tb u yp cf o rs a v i n gs p e n d i n g b u tt h em e m o r y c a p a b i l i t yo fp a t r o ls y s t e mi sl i m i t e d a f t e rap e r i o dt i m e ，t h ei n f o r m a t i o no ft h e p a s tc a n n o tb es a v e d i nv i e wo fe x i s t i n gs i t u a t i o n ，t h i ss y s t e ml i n k st h ep a t r o l i n s t r u m e n ta n dp r i n t e ru s i n gp a r a l l e li n t e r f a c e i nt h i sw a y , t h ep a t r o li n s t r u m e n t c a np r i n ti n d e p e n d e n t l yw i t ht h ec o n n e c t i o n k e y w o r d s e l e c t r o n i cp a t r o ls y s t e m ；c o n t a c t l e s si cc a r d ；t e l e p h o n el i n e t r a n s i t i o n i i 延边大学工学硕士学位论文 1 1 课题背景 第1 章绪论 随着社会的进步与发展，各行各业的管理工作趋向规范化、科学化、电 脑化，在日常生活中我们随处可见各种人员对特定的区域、楼宇、设备和货 物进行定期或不定期的安全巡查管理。巡更是保安工作的重点，要想“防患 于未然”，没有每天按时、定点严格的巡更是不可能做到的。“你睡觉时，保 安睡得比你还香”这句玩笑恰恰反映出一部分不尽职尽责的保安人员的工作 状态，以及某些保安部门负责人每天的担心。一般的巡查管理制度都是通过 巡查人员在巡查点记录本上签到的方式来对巡查人员进行管理。但这种方式 既难核实路线和时间又难避免补签或一次多签等作弊行为，在查核签到时比 较费时费力，对于失盗、失职分析难度较大，使得管理制度形同虚设。一旦 出现问题，管理层很难判明责任。 因此，摆在管理层面前的一个很现实的问题是：如何准确地评定巡查人 员的工作质量、工作情况? 如何判明责任? 如何加强对巡更员巡检工作进行 有效监督成为困扰管理者的一大难题。基于该需求，将研制可真实地记录、 了解巡更员执行任务时的真实情况，以保证巡更工作保质保量地进行的电子 巡更系统。 1 2 研究意义 巡更系统用途很广，如仓库、小区、宾馆、大厦、公园、学校等保安消 防巡逻，油田、电力、电信、厂矿等管线设备巡检，邮政、公交、物流、医 院、部队等定时定点考核，等等。电子巡更系统的推出对社会的安定起到了 极其重要的作用。 大部分电子巡更系统不能进行巡更信息的远程传输并且巡更仪本身不能 进行独立打印。还有一些巡更系统是使用了接触式i c 卡，没有使用非接触式 i c 卡，操作不方便，易被破坏。而有的电子巡更仪只有其中的一部分功能。 而本文中介绍的电子巡更系统采用了非接触式i c 卡技术，实现了通过电 话线进行远程传输巡更信息的功能，还具有巡更仪本身可连接打印机进行打 印的功能和汉显功能，可以满足各类用户的需求。 延边大学工学硕士学位论文 1 3 国内外相关领域的研究现状 虽然巡更系统销售商不少，但目前国内市场上的主要巡更系统不超过2 0 种，以海外和合资为主，有名的屈指可数。 早期的巡更系统是在线式的，实际上就是考勤机联网使用，与其说是巡 更机还不如说是考勤机。它的优点：一是巡更员只需携带卡或信息钮，比较 轻便；二是信息可以及时上传，防止丢失，且数据汇总比较方便；三是人们 在控制中心电脑上可以及时看到巡更人员巡逻情况。如在巡更员发生意外， 没有读卡时，中心可快速核查，处理突发事件。由于在线式巡更系统可以实 现实时控制，因此，在一些对巡更系统要求特别严格或巡更工作有一定危险 的地方，都较适合使用在线式巡更系统。但是，它有很多缺点：由于用户在 每一个巡更点上必须安装一台巡更机，必须供电i 联网，在一定的范围内进 行综合布线，施工量大，整体费用必然昂贵；容易受到温度、湿度、布线范 围的影响，安装维护也比较麻烦；对于已经装修好的建筑而言，要重新进行 配置也显得较为困难；室外安装的传输线路也容易遭受人为的破坏；主要是 受当时人们对巡更系统设计思想的认识局限和技术的限制，不能低成本地解 决巡更机低功耗、微型化、大容量存储的难题。因此，在线式电子巡更机很 难推广和普及。 随着巡更系统设计思想的成熟和技术的发展，人们开发了离线式巡更系 统。它克服了在线式巡更系统的缺陷，即价格昂贵和安装维护困难等等。它 易于携带，无需布线，安装简单，不受温度、湿度的影响，不易被破坏，并 且系统扩容和线路变更的实现更为容易，很受市场欢迎。目前市场上主要有 两类产品： 第一类是接触式巡更系统，它利用信息钮技术，通过巡更机( 巡更棒) 与信息钮的接触读取信息。其工作程序是在巡更点上安装信息扭，巡更人员 巡逻时，手持巡更机( 巡更棒) 到各点，在信息扭上触碰一下，巡更机便读 取信息扭数据。技术含量低，成本低廉，功耗极低，易于小型化，使巡更机 设计非常简单，迅速走向成熟。普遍采用金属壳体，防水设计，适合保安使 用。由于技术含量和成本较低，因此价格比较低廉。但是其存在致命缺陷： 一是巡更机( 巡更棒) 与信息钮必须非常准确地接触才能读取信息，操作起 来很不方便，尤其在晚上，光线不好，不易找准；二是信息钮必须与巡更机 接触，必然是外露的，这样易被破坏；三是外露信息钮易受污染，造成接触 延边大学工学硕士学位论文 不良，导致不能有效地采集信息；四是信息钮是在特殊场合使用的产品，在 全世界用量就很少，生产厂家就更少，随着i c 卡技术尤其是感应卡技术的迅 速成熟，信息钮可能很快就要停产，以此为基础的接触式巡更系统将不得不 停产，到那时用户的维护都成问题，不得不更换巡更系统。 第二类是感应式巡更系统，利用感应卡技术，即无线通讯技术，不用接 触就可以读取信息，卡还可以嵌入墙内，避免了信息钮式巡更系统的缺陷。 目前，最常用的是感应式巡更系统。 本系统采用了感应式巡更系统。感应式巡更系统主要是射频识别技术 ( r f i d ) 在巡更系统上的应用。r f i d 系统由一系列的r f i d 模块和它的读写 器组成。r f i d 模块是具有i d 和射频功能的小型的硅片心引，未来是r f i d 模 块世界，到那时随时随地都可看见r f i d 模块贴到任何商品上n3 。r f i d 低廉， 而且有可靠的自动识别能力陆3 ，所以已经在工业上和学术界引起了越来越多 的关注哺1 。它的优点是读取数据不需要接触信息钮：当巡更人员到达巡更点 的时候，只要将巡更机靠近信息钮，巡更机就能自动探测到信息点的信息， 并自动记录下来。由于读钮不需要接触，巡更点钮可埋入隐蔽性较高的物体， 如墙内，这样就让别有用心的人无法知道巡更的地点，从根本上解决了信息 钮被破坏的问题；并且可在脏、潮、冷、热等艰苦环境下“ 8 3 工作。本系统无 需布线，对安装和使用人员要求不高。目前感应式产品已经成为了巡更市场 中的主流，占到7 0 左右的比例。 非接触式i c 卡是根据射频电磁感应原理产生的，它的读写操作只需将卡 片放在读写器附近一定的距离之内就能实现数据交换，其能量和数据是通过 r f 信号发送出去的3 。近年来，射频卡技术得到了快速发展，成功地解决了 卡中无电源和读卡免接触两大难题n0 l ，与传统的接触式i c 卡、磁卡相比较， 利用射频识别技术( r f i d - r a d i of r e q u e n c yi d e n t i f i c a t i o n ) 开发的非接触 式i c 卡具有可靠性高、操作方便快捷、安全防冲突、防监听、防解密n 、 不易损坏等特点。非接触式读卡器完全密封的形式及无接触的工作方式，使 之不受外界不良因素的影响，从而使用寿命增长，使用非常方便快捷，深受 用户好评。因此本文论述的电子巡更系统采用了非接触式i c 卡。 1 4 研究内容 随着社会的发展，人民生活水平的不断提高。住宅小区的安全防范越来 越被重视。人工巡更被证明是一种简便易行、而且十分有效的安防措施，它 延边大学工学硕士学位论文 要求巡更人员在规定的时间到规定的地点进行巡逻。但是由于无法对巡更人 员的巡更过程进行监控，所以人工巡更很难保证按规定执行。电子巡更是对 人工巡更过程进行监督的十分有效的方法。 现有的很多电子巡更系统，需要巡更员每天拿着巡更仪到巡更中心进行 汇总，巡更点越多这一工作量越大、浪费的时间越多：针对这一情况，设计 了可通过电话线传输数据的电子巡更系统。在巡更点少、不用p c 机也可满足 巡更要求时，用户就可不用再为巡更系统配备p c 机了，而现有的巡更仪本身 不能连接打印机进行打印，也就不能对巡更信息进行备份，这样一来日后出 现问题时就不能进行查证；针对这一情况，设计了拥有打印机接口的电子巡 更仪。 其中，把研究的重点放在了巡更仪的设计上。它还具有免接触、保密性 好等特点。 本文的主要研究内容是： ( 1 ) 非接触式i c 卡读写器接口； ( 2 ) p c 机管理软件及巡更仪软件； ( 3 ) 中文液晶显示模块接：口； ( 4 ) 电话线远程数据传输技术。 1 5 论文结构 本文通过3 部分对电子巡更系统的设计进行了论述：第1 章绪论，介绍 了课题背景、研究意义、国内外相关领域的研究现状和研究内容；第2 章电 子巡更系统硬件设计，完成了芯片的选型、电路的设计与实现；第3 章电子 巡更系统软件设计，管理软件和巡更仪的软件的实现以及p c 机与巡更仪之间 的通信协议进行了介绍。结论部分对论文作了全面的总结，并对今后的工作 进行了展望。 tlr 0llrkir0：0 ilirl 延边大学工学硕士学位论文 第2 章电子巡更系统硬件设计 2 1 系统组成 本系统主要由巡更仪、公用电话网、调制解调器和p c 机组成。多个巡更 点的巡更信息经巡更仪的d t m f 编解码电路和电话线接口以及公用电话网上 传到管理中心，管理中心的计算机通过调制解调器接收各地的巡更信息，并 对其进行汇总。同时，管理中心的计算机也可通过调制解调器、公用电话网 传送命令至巡更仪。系统框图如图2 1 所示。 2 2 系统功能描述 图2 1 系统框图 f i g 2 一is y s t e mc h a r t 非接触式i c 卡固定到墙壁上，此i c 卡里存有i c 卡号和巡更点号等信息。 巡更人员在拿着巡更仪进行巡逻时，每到一个巡更点就读入存储在i c 卡中的 数据。在读取数据时，只需把巡更仪靠近工c 卡就可进行读取操作。巡更仪把 采集到的数据、采集数据时的时间和巡更员输入的巡更员代码存入存储器里。 当需要向管理中心汇报巡更情况时，只要按“传送”键就可通过电话线传送 数据。巡更仪还接有打印机接口，可连接打印机进行打印，只有管理人员才 有此权限。巡更仪可通过键盘输入日期和时间，但是只有管理人员才有此权 限，普通的巡更人员是没有权力改变当前时间的。管理中心的p c 机通过调制 解调器接收巡更仪传送过来的数据，当收到巡更仪传送的数据后，对此数据 进行汇总，比较有无漏检，若有则进行相应的处罚。管理中心的工作人员可 对存到p c 机里的数据进行打印，存档。 延边大学工学硕士学位论文 没有计算机的小型企业也可单独使用巡更仪完成输入数据、显示数据、 存储数据、打印数据等基本功能。 2 3 巡更仪的组成 巡更仪主要由单片机、i c 卡读写器、d t m f 编解码电路、打印机接口电路、 存储器、键盘和液晶显示器等组成。巡更仪原理框图如图2 - 2 所示。 i c 卡读写器 + _ 一键盘和显示电路 。i 1h h 萱 _ 叫存储母 电话线接口 片 一打印机接口 机 d t m f 编解码电路卜卜斗 一实时时钟芯片 图2 2 巡更仪原理框图 f i g 2 - 2f u n c t i o n a lb l o c kd i a g r a mo fp a t r o li n s t r u m e n t 2 4a t 8 9 c 5 2 与非接触式ic 卡读写模块的接口电路 单片机采用a t m e l 公司的a t 8 9 c 5 2 单片机。它是一个低电压，高性能c m o s 8 位单片机，片内含8 kb y t e s 的可反复擦写的只读程序寄存器和2 5 6 b y t e s 的随机存取数据存储器( r a m ) ，兼容标准m c s 一5 1 指令系统，片内置通用8 位中央处理器和f l a s h 存储单元，功能强大的a t 8 9 c 5 2 单片机可提供许多较 复杂系统控制应用场合。 本文中把m fr c s 0 0 作为非接触式i c 卡读写器。 m fr c 5 0 0 有如下的特点：芯片内高集成模拟和数字电路；带锁存和i r q 中断请求的并行微控制器接口；反碰撞支持；适用于d e s 、r s a 等高安全加密 终端设计等n3 1 。 延边大学工学硕士学位论文 2 4 1m fr c 5 0 0 的工作原理 m fr c 5 0 0 首先通过初始化来设定其内部寄存器，寄存器根据其编程设定， 对发送缓冲区中的数据进行调制，得到其发送的信号，然后由发送引脚( t x l 和t x 2 ) 驱动天线以电磁波的形式发送出去。同时，射频卡( 即应答器) 内 部的l c 谐振电路，在与其相同频率电磁波的激励下，产生共振来提供工作电 压，接收读写器发送的数据。另一方面，读写器天线拾取射频卡发射的信号， 经过匹配电路送到m fr c 5 0 0 接收脚( r x ) ，其内部接收缓冲器再对信号进行 检测和解调，并根据寄存器的设定进行处理。最后将处理好的数据送到并行 接口由单片机读取。m fr c 5 0 0 实际上是单片机与射频卡之间进行信息交换的 媒介。m fr c 5 0 0 与非接触式i c 卡之间能量的传递和数据双向传输的过程是 初级与次级2 个线圈之间的耦合过程u0 h 3 。非接触式i c 卡本身是无源卡， 当读写器对卡进行读写操作时，读写器发出的信号由两部分叠加组成：一部 分是电源信号，该信号由卡接收后，与本身的l c 产生一个瞬间能量来供给 芯片工作；另一部分则是指令和数据信号，指挥芯片完成数据的读取、修改、 储存等，并返回信号给读写器n0 1 。 2 4 2a t 8 9 c 5 2 与m fr c 5 0 0 的接口电路 m fr c 5 0 0 工作于1 3 5 6 m h z 频率下，这一频率产生于一个石英晶体振荡器， 用于驱动m fr c 5 0 0 并且提供天线1 3 5 6 m h z 的载波。但是除了1 3 5 6 m h z 以外， 还会有能量以高次谐波的方式往外发射。国际e m c ( e l e c t r o m a g n e t i c c o m p a t i b i l i t y ) 规则规定了在一个宽频范围内发射能量的大小，因此，必须 要有一个适合的滤波器过滤输出信号以满足此规定。低通滤波器由l 1 、c 1 1 、 l 2 和c 1 3 组成。 本系统中使用芯片内部产生的参考电压v m i d 作为r x 引脚( 接收器输入 卡应答输入脚) 输入信号的偏置。为了稳定v m i d 的输出，必须在v m i d 和g n d 之间连接一个0 1 u f 电容c 9 。接收电路需要在r x 和v m i d 之间连接一个由r 1 3 、 r 1 4 组成的分压电路。c l o 主要用于耦合卡负载调制信号。l 是天线线圈，c 1 2 、 c 1 4 、c 1 5 、c 1 8 则组成匹配电路。 本系统在多种单片机接口连接关系中选用了独立的读写选通模式( 在独 立的读写选通模式、通用的读写选通模式和握手联络方式的通用读写选通 信号( e p p ) 等3 种模式中) 下的复用的地址数据总线( 在复用的地址数据 延边大学工学硕士学位论文 总线和独立盼地址数据总线中) ，独立读写选通模式的时序说明如表2 - i 所示，独立读写选通模式的时序图如图2 - 3 所示。在这一关系中，a 2 引脚 必须为低电平，a 1 、a 0 引脚必须为高电平，a l e 引脚需要与a t 8 9 c 5 2 的a l e 引脚相连。 a t 8 9 c 5 2 通过p 0 口与m fr c 5 0 0 的数据总线相连，可实现与非接触式i c 卡数据的无线传输。a t 8 9 c 5 2 的p 2 2 作为m fr c 5 0 0 的片选端与m fr c 5 0 0 的 n c s 相连，低电平有效。a t 8 9 c 5 2 的r d 引脚和w r 引脚需要分别与m fr c 5 0 0 的n r d 引脚和n w r 引脚相连，分别控制m fr c 5 0 0 的读写。本系统采用中断 ( 刷丁1 ) 工作模式，即a t 8 9 c 5 2 利用m fr c 5 0 0 提供中断信息对其进行控制。 另外，根据系统的需要，可以采用查询方式对m fr c 5 0 0 进行操作。a t 8 9 c 5 2 与m fr c 5 0 0 的接口电路如图2 4 所示。r s t p d 为复位和掉电引脚，当为高时 内部灌电流关闭振荡器，停止输入端与外部断开，该管脚的下降沿启动内部 复位。 。 表2 1 独立读写选通模式的时序说明 t a b l e2 1 t i m i n gs p e c i f ic ! a t i o nf o rs e p a r a t e dr e a d w r i t es t r o b em o d e 参数项 符号最小最大单位 a l e 脉冲宽度t l h l l 2 0n s 复用地址信号有效到a l e 变低( 地址建立时间) t v l l1 5n s a l e 变低到复用数据信号有效( 地址保持时间)t u 且x 8n s a l e 变低到n w r 、n r d 变低t l l w l 1 5n s n c s 变低到n w r 、n r d 变低t c l w l 0n s n w r 、n r d 变高到n c s 变高t w h c h 0n s n r d 变低到d a t a 有效t r l d v 6 5n s n r d 变低到d a t a 高阻 t r h d z 2 0n s n w r 变低到d a t a 有效t w l d v 3 5n s n w r 变高后d a t a 保持时间( 数据保持时间)t w h d x 8n s n w r 、n r d 信号脉冲宽度t w l w h 6 5n s 两次读写之间的间隔时间 t w h w l 1 5 0n s 延边大学工学硕士学位论文。 唧r n r d d 0 d 7 li , w - t l h l l 叫 i 图2 3 独立读写选通模式的时序图 f i g 2 - 3t i m i n gd i a g r a mf o rs e p a r a t e dr e a d w r i t es t r o b e 掣，墨 f v c c r 1 3 t3 1 3 9 1 8 2 a 0 e a ，v pp o o 鲳 l 嵯 3 2 lc g l i i 巳0 士3 量 p o 1 3 7 l ! ! n 一、p 1 5 i i = 口1 9 x 1p n 2 3 63 0 po33 5 2 9 p o 4 3 4 d 伯) 2p o 5 3 3 p o 6 l j 5 p o i 下 呈i 5 p f c 1 2 1 8 p = p c 1 c 1 4 p 2 t o p 焉 ” 。 d h c s 0 0 接口电路f i g - 4i n t e r f a c i r c u i o fa t 8 9 c 2a n dmr 5 0 09 延边大学工学硕士学位论文 2 5a t 8 9 0 5 2 与d t m f 编解码电路的接口电路 双音多频拨号方式是指用两个特定的单音频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不同n5 吲。双音频( d t m f ) 信号最早是应用在程控交换机和通信等领域，由于d t m f 信号具有抗干扰能力 强、传输距离远、传输速度快、有微机接口电路等特点，近年来也大量应 用于各种控制系统中。因此在本系统中使用了d t m f 拨号方式。 本次研制的电子巡更系统将采用m t 8 8 8 8 芯片作为d t m f 编解码电路。 2 5 1m t 8 8 8 8 简介 m t 8 8 8 8 是加拿大m i t e l 公司生产的8 j ，一种具有i n t e l 微处理器接口的、 功能较强的双音多频( d t m f ) 发送和接收器件。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1 6 种双音多频d t m f 信 号；接收部分用于完成d t m f 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。m t 8 8 8 8 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t t l 电平兼容，并可方便地进行编程控制。m t 8 8 8 8 与c p u 接口简单、能收发中断、 功耗低、可编程等特点，特别是其增加的读写控制线更适合于5 1 系列单片机 配合使用n 9 1 。 可通过该芯片的引脚r s o 、引脚r d 和引脚w r 的不同逻辑组合而设定芯 片内部5 个不同的寄存器。m t 8 8 8 8 内部有五个寄存器，这五个寄存器可分为 三类：数据暂存寄存器、收发控制寄存器和状态寄存器。数据暂存寄存器有 两个：接收数据寄存器r d r 和发送数据寄存器t d r ，接收数据寄存器用于存 放最后一次接收到的有效数据，是一个只读寄存器；发送数据寄存器中的数 据决定要发送的双音频信号的频率组成，只可写入数据。收发控制寄存器也 有两个( c r a 和c r b ) ，它们占用同一个地址，轮流使用。对c r b 的操作是通 过c r a 中的一个特定位的置位操作来实现的，因此在程序的开始和加电以及 系统复位时应对其进行初始化。状态寄存器s r 用来反映收发信号的工作状 态。内部寄存器的功能表如表2 - 2 所示。 延边大学工学硕士学位论文 表2 - 2 内部寄存器功能表 t a b l e2 - 2f u n c t i o nt a b l eo fi n t e r n a lr e g i s t e r r s o 陟次 冗d 功能 001 数据写入t d r 010数据从r d r 读出 10l 数据写入c r 11o 数据从s r 读出 m t 8 8 8 8 共有6 种工作模式，它们分别为d t m f 模式、呼叫处理( c a l l ) 模 式、突发( b u r s t ) 模式、单双音产生( s d ) 模式、测试( t e s t ) 模式和中 断模式心们。本系统主要选用m t 8 8 8 8 的d t m f 模式。d t m f 模式发送与接收d t m f 信号，输入数据经t d r 控制可编程行、列计数器、d a 变换器、合成需要发 送的d t m f 信号，或d t m f 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r d r 输至数据总线。内部寄存器用以控制m t 8 8 8 8 的工作状态和工作模式。 m t 8 8 8 8 的主要功能是：完整的d t m f 发送和接收功能：检测电话呼叫过程 中的各种信号音；高速i n t e l 微处理器接口；可调整保护时间；呼叫音检测 到一3 0 d b m 2 。 2 5 2m t 8 8 8 8 与电话接口工作原理 由于电话系统中所用到的拨号音、回铃音和忙音的频率均为4 2 5 4 7 5 h z 的正弦波，只是断续比不同，且在时间上有明显的差异( 拨号音为连续信号； 忙音为0 3 5 s 通、0 3 5 s 断；回铃音为1 s 通、4 s 断) 。要判断信号音，首先 应将处理d t m f 信号的m t 8 8 8 8 芯片设置为呼叫处理模式。当选择呼叫处理模 式时，m t 8 8 8 8 呼叫处理滤波器是一个带通滤波器，通频带为3 0 0 5 1 0 h z 。当 信号输入端有信号音输入时，如果m t 8 8 8 8 工作在呼叫处理模式，在i r q c p 就输出一高电平，使电话呼叫过程中的各种信号音经m t 8 8 8 8 滤波、限幅后得 到方波，并由m t 8 8 8 8 的i r q 输出。在本系统中将m t 8 8 8 8 的1 r q c p 脚连到 a t 8 9 c 5 2 的t 0 脚，因此对t 0 脚信号计数5 s ，拨号音的计数上限为( 4 5 0 + 2 5 ) 5 = 2 3 7 5 ，拨号音的计数下限为( 4 5 0 - 2 5 ) 5 = 2 1 2 5 。同理，忙音的计数范 延边大学工学硕士学位论文 围为1 0 6 2 “ - - “ 1 1 8 8 ，回铃音的计数范围为4 2 5 “ - - - 4 7 5 ，无信号的计数应为零心引。 公用电话网的传输线路为两线模拟线路，采用直流环路信号方式，能向 模拟话机提供直流馈电、振铃信号、话音数据、音频数据、双音频数据等。 我国规定的标准为，平时挂机时的馈电电压一般为4 8 v ，向用户振铃的铃流 电压为7 5 1 5 v 、2 5 h z 的交流电压。用户话机的摘挂机状态是通过对直流环 路上电流的通断来实现的。用户挂机空闲时，直流环路断开，馈电电流为o m a ； 反之，用户摘机后，直流环路接通，馈电电流在2 0 m a 以上口引。 2 5 3a t 8 9 c 5 2 与m t 8 8 8 8 的接口电路 本系统主要选用m t 8 8 8 8 的d t m f 方式，在此模式下，m t 8 8 8 8 以i n + 、i n - 脚作为d t m f 的输入端，对应内部一个差动放大器，可以双端输入，也可单端 输入，本系统采用单端输入，其增益a v = r 1 l r 5 。m t 8 8 8 8 作为d t m f 接收器时， 信号从i n + 、i n - 输入，一旦信号被写入到接收寄存器中，m t 8 8 8 8 将从置位状 态寄存器中接收寄存器满标志位和i r q c p 端电平来通知a t 8 9 c 5 2 准备接收 数据( 输入) 。 m t 8 8 8 8 的r s o 接a t 8 9 c 5 2 的i n t o 用于内部寄存器的选择。m t 8 8 8 8 的8 脚t o n e 是d t m f 信号的输出端，即数据被写入发送寄存器后经内部转换合成 d t m f 信号从t o n e 端输出。在线路选通c s = 0 时，从8 脚输出标准的d t m f 信 号。m t 8 8 8 8 输出的d t m f 信号不能直接与电话线路连接，否则过高的电话线 空载电压极易烧毁m t 8 8 8 8 ，故在它们之间通过一个接口电路放大器与电话线 路相接。接口电路由电话线电压供电，a 点平时为3 6 v 左右，工作时为9 v 左 右。利用q l 和q 2 的截止和饱和起开关作用，q 3 和q 4 构成复合管起放大作 用。当需要向电话网发送预先储存的数据时，单片机的p 2 6 = 1 。通过d 1 和 r 1 使q 1 、q 2 处于饱和状态，a 、b 两点的电压近似相等。从电话线t i p 和r i n g 两端来的电压通过a 、b ，使q 3 利q 4 得到正常偏置处于放大状态。此时a t 8 9 c 5 2 的p 2 3 = 0 ，使m t 8 8 8 8 的1 0 脚c s = o ，芯片被选中，d t m f 信号从m t 8 8 8 8 的8 脚输出，经过r 9 、c 4 送到q 3 的基极，经q 3 、q 4 放大从b 点到a 点，最后从 电话线输出，此时发光管l e d 点亮显示发送状态。平时非发送状态时，a t 8 9 c 5 2 的p 2 6 = 0 ，o l 、q 2 、q 3 、q 4 处于截止状态，p 2 3 = 1 ，使m t 8 8 8 8 的c s = 1 ， m t 8 8 8 8 不能被选中，它的8 脚内部电路处于高阻抗状态，电路与电话线隔离， 不影响正常电话使用晗引。a t 8 9 c 5 2 与m t 8 8 8 8 的接口电路如图2 5 所示。 图2 - 5a t 8 9 c 5 2 与m t 8 8 8 8 的接口电路 f i g 2 - 5i n t e r f a c ec i r c u i to fa t 8 9 c 5 2a n dm t 8 8 8 8 2 6a t 8 9 c 5 2 与打印机的接口电路 本文中巡更仪通过并行接口连接打印机，可进行独立打印。 单片机应用系统中最常用的输出打印设备是微型打印机，对它们的控制 技术也较为成熟。但是，近年来，随着通用打印机的广泛使用，微型打印机 的缺点也日益明显：一是通用性及互换性不强；二是打印输出文档的幅面过 小，不便于装订及存档。而通用打印机都配有国际标准并行接口 ( c e n t r o n i c s ) 、串行接口( r s 2 3 2 4 2 2 ) ，纸张大小可任意选择。这些特点是 微型打印机所无法抗衡的。因此，在越来越多的单片机应用系统中逐渐趋向 于使用通用打印机作为打印输出设备瞳钔，而h p 公司提供不同价格层次打印 机。所以本系统采用c e n t r o n i c s 国际标准8 位并行接口控制驱动，采用了 啤d t6 0 0 8 0 0 系列喷墨打印机。 77 打印驱动控制可采用查询方式和中断方式，但是在本系统中中断0 和中 断1 都已使用，所以选用查询方式进行打印驱动控制。 a t 8 9 c 5 2 的p o 口的8 根数据通过7 4 l s 3 7 3 锁存后和并口的数据线相连， 延边大学工学硕士学位论文 向打印机传送命令和数据ot l 脚接打印机的b u s y 信号线，当a t 8 9 c 5 2 检测 到t 1 脚为高电平时，继续读取该引脚的状态，直到为低电平时才往数据口输 出数据。a t 8 9 c 5 2 的数据总线上的数据d o - - d 7 可在使能端凇的下降沿锁存 到7 4 l s 3 7 3 ，随后p 1 4 为低电平时，选通信号s t b 有效，数据进入打印机。 在打印机处理此数据期间，忙线为高电平，此时a t 8 9 c 5 2 不能向打印机发送 数据，否则将被丢失。打印机处理完数据或执行完打印操作后，忙线变成低 电平，表示数据被接收处理完毕，打印机可以接收下一个数据了。a t 8 9 c 5 2 与打印机的接口电路如图2 6 所示。 图2 - 6a t 8 9 c 5 2 与打印机的接口电路 f i g 2 - 6i n t e r f a c ec i r c u i to fa t 8 9 c 5 2a n dp r i n t e r 2 7a t 8 9 c 5 2 与液晶显示模块的接口电路 本系统在显示器上显示的内容主要有巡更日期、巡更时间和巡更地点。 本系统为了实现显示汉字的功能，采用了m g l s l 2 8 6 4 作为液晶显示模块。 m g l s l 2 8 6 4 内置一片h d 6 1 2 0 3 和两片h d 6 1 2 0 2 ，是一种带有驱动输出的图 形显示控制器。 m g l s l 2 8 6 4 是使用一片h d 6 1 2 0 3 作为行驱动器，同时使用两片h d 6 1 2 0 2 作为列驱动器的1 2 8 6 4 点阵的液晶模块，也可以显示8 4 个汉字( 1 6 1 6 点阵) ，两片h d 6 1 2 0 2 分别控制液晶的左右半屏。行驱动器h d 6 1 2 0 3 不与m p u 延边大学工学硕士学位论文 发生联系，只要提供电源就能产生行驱动信号和各种同步信号。蕊与第一 片h d 6 1 2 0 2 的c s l 相连，c s b 与第二片h d 6 1 2 0 2 的c s l 相连。 每一页的第一行显示巡更地点，第二行显示巡更日期，第三行显示巡更 时间，第一页显示第一个巡更点的巡更信息，第二页显示第二个巡更点的巡 更信息，第三页显示第三个巡更点的巡更信息，依次顺延。 2 7 1 液晶显示模块的选择 在新型智能仪器仪表中，采用简明的汉字菜单显示方式不仅能使界面简 洁美观，而且操作明了快捷。点阵液晶显示器( l c d ) 以其信息丰富、功耗低等 优点被广泛应用于各种仪器仪表中。 液晶显示器按其功能可分为3 类：笔段式液晶显示器、字符点阵式液晶 显示器和图形点阵式液晶显示器。前两种可显示数字、字符和符号等，而图 形点阵式液晶显示器还可以显示汉字和任意图形，达到图文并茂的效果。 h d 6 1 2 0 2 液晶显示控制器可用于中小规模的图形点阵液晶显示器件，本身具 有6 4 列驱动心副。 h d 6 1 2 0 2 的特点是；基于显示缓冲区的列驱动器；内部显示缓冲区的数据 有r a m 为“r o ”控制显示，“1 ”显示，“0 ”关显示：显示缓冲容量：5 1 2 字 节；8 位并口，可以简单跟8 位c p u 简单连接；低功耗，在显示期间功耗最 大为2 m w ；丰富的指令系统：数据读写、显示开关、地址设置、起始行设 置、读状态等心引。 2 7 2a t 8 9 0 5 2 与m g l s l2 8 6 4 的接口电路 按照系统资源的可利用情况，m g l s l 2 8 6 4 与a t 8 9 c 5 2 的接口电路可设计 成i o 直接控制法和间接控制法两种：因为本系统中可供m g l s l 2 8 6 4 使用的 t o 资源较少，所以在此采用间接控制法。采用间接控制法时，可采用8 2 5 5 并行芯片或7 4 l s 3 7 3 锁存器进行扩展，与液晶显示模块相连，在此选用 7 4 l s 3 7 3 锁存器进行扩展。 当a t 8 9 c 5 2 的p 2 4 由低电平变为高电平的瞬间，数据总线上的数据锁存 入7 4 l s 3 7 3 。随后若a t 8 9 c 5 2 的r d 或w r 为低电平则m g l s l 2 8 6 4 的数据读写 使能信号e 有效。7 4 l s 3 7 3 的q 4 脚接m g l s l 2 8 6 4 的d i 脚，当q 4 脚为高电