（机械电子工程专业论文）电话防盗报警系统研究.pdf

、 摘要 r3 9 1 5 1 本报警装置是基于电话、作为电话的附属物而开发的一种家用防盗报警装置。 该系统使用单片机控制，主要对室内盗情、火灾以及煤气等异常情况产生报警信号。 现将其主要原理叙述如下： 报警范围：火情、盗情、煤气泄露 传感器：烟感、红外线探头、煤气传感器 首先通过电话机键盘将在发生报警时欲拨的号码存储在报警器内( 可存4 个电 话号码) 。当上述传感器检测到异常情况时，即产生一报警信号，此信号传入单片机 内，单片机立即根据相应的信号，启动拨号程序并自动循环拨号，所拨号码即为预 先存储在装置里的4 个电话号码，直到拨通为止。当拨通一电话号码，取得联系后， 立即播放事先存储在语音芯片内的电话录音，通知对方家里所发生的事。烟传感器 主要通过检测烟的浓度来判断是否发生了火灾：红外线探头是用来检测入室行窃， 当有人经过对射探头时，切断了红外线，对射探头则产生报警信号；煤气传感器通 过检测煤气浓度来判断是否有煤气泄露。 另外，还可以通过拨打该电话来对该装置进行控制，如设防、撤防、设置密码、 录音、听录音等等操作。上 该项研究涉及了单片机开发、程序设计、传感器设计及应用、现代通信技术、 自动控制技术和红外摇控技术等等，并将它们有机地结合在一起。泌对于交叉学科 的研究将起到了很大的作用。j 【关键词】：电话、报警、传感器、自动拨号 a b s t r a c t a sa na p p u r t e n a n c eo ft e l e p h o n e ，t h i sa l a r me q u i p m e n ti su s e d t ob ea l a r md e v i c ef o rp r i v a t eh o u s ep r o t e c tb a s e do nt e l e p h o n e s y s t e m am i c r o p r o c e s s o rc o n t r o l st h ed e v i c ea n dt h ea l e r ts i g n a l s a r ep r o d u c e db ys o m e t h i n ga b n o r m a l ，s u c ha st h i e fi n t r u s i o n ，f i r ea n d g a sl e a k a g e w h e nt h ea l a r ms i g n a li ss e n ti n t ot h em i c r o p r o c e s s o r , t h e u p t o f o u rp r e s e tn u m b e r sw i l lb ed i a l e dr e s p e c t i v e l ya c c o r d i n gt o t h et y p eo ft h es i g n a lt h r o u g ht h es m o k es e n s o r , i n f r a r e ds e n s o ra n d c o a lg a ss e n s o r a f t e rg e t t i n gr e s p o n s ef r o mo t h e re n do ft h el i n e ，t h e m i c r o p r o c e s s o rt h e ns e n d so u tt h ev o i c ew h i c hi sp r e - s t o r e di n t ot h e v o i c ec h i p s m o k es e n s o ri su s e dt ot e l l w h e t h e rf i r eh a p p e n s a c c o r d i n gt ot h ed e t e c t e ds m o k ed e n s i t y i n f r a r e dr a ys e n s o ri su s e d t ot e l la b o u tt h et h e f tw h e ns o m e o n ee n t e r st h er o o ma n dc u t so f ft h e i n f r a r e dr a y , t h eg a ss e n s o ri su s e dt ot e l lt h eg a sl e a k a g eb yd e t e c t i n g t h ed e n s i t yo f g a ss p r e a d i n gi nt h es p a c eo f t h er o o m i na d d i t i o n ，t h ed e v i c ec a nb eo p e r a t e dr e m o t e l y , s u c ha sd e f e n s e ， p a s s w o r ds e t t i n go rc a n c e l i n g ，v o i c er e c o r d i n ga n ds oo n as p r e a df i e l do fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g ys u c h a ss c m e x p l o i t a t i o n ，p r o g r a m m i n g ，t h ed e s i g na n da p p l yo fs e n s o r s ，m o d e m c o m m u n i c a t et e c h n o l o g y , c o n t r o lt e c h n o l o g ya n di n f r a r e dc o n t r o la r e i n v o l v e di nt h i sr e s e a c h k e yw o r d ：t e l e p h o n e ，a l a r m ，s e n s o r , a u t o d i a l 2 西南交通大学研究生学位论文 第! 页 第一章绪论 随着科学技术的迅猛发展，社会生活日趋多样化，人们的物质生活和精神 生活都得到了很大的提高。现代生活节奏也随之加快，人们整天都忙于工作和学 习，现代家庭多为三口之家，所以家中无人就是常见的现象，入室行窃，电器自 燃，煤气泄露等情况时有发生。这就使得人们在工作或外出时为家里的财产安全 而忧心忡忡。在这样的背景下，人们非常希望能有一个报警装置，使得能够及时 地通知或及时处理家中无人时家里发生的异常情况，以把损失降低到最小程度。 目前，市场上已有了各种类型的防盗报警产品，如视得安和n k c 的楼宇对 讲系统，布于小区周边的红外线防盗系统，以及现在各大商场使用的防盗监控系 统等。但这些防盗报警器都不能完全满足人们的上述需要，视得安和n k c 的楼宇 对讲系统，它的主机主要放于单元门门口，另在每户都装有分机，并对各分机进 行编码，在单元门处的主机上有各户的号码，对应各户的分机，当有人来时，可 用手按下主机上的按钮，主机通过寻址可与该户的分机取得联系，此时该分机响 铃，如果是非可视楼宇对讲系统，户主可以拿起话筒询问来者是谁，如果是可视 系统，户主可通过分机上的屏幕及话筒了解来者是谁，这样便可确认来者的身份， 以避免非法入户，但此类系统一般只用于单元门，并且家里要有人，对于如果家 中无人时强盗翻窗或者对于火灾及煤气泄漏等情况却不能得到解决；而如果在家 中设红外线防盗系统则需要一专门的监控中心，这对小区等比较大型的场合比较 适用，不适用于单个家庭；而对于像商场里的防盗监控系统，也需要监控中心， 并且需要很多摄像头，价格都比较高，这就大大的提高了成本，对于广大工薪阶 层及双职工家庭，不适于家庭使用。因此，本报警系统的开发有着广泛的市场需 求。上面所提到的各种报警装置尽管各自有各自的功能，但它们都不能处理家里 无人时的报警情况，并且需要专人守候在监控中心，本研究开发的报警装置即解 决了单个家庭在无人时实现自动监控并在出现异常情况时自动报警，并且价格便 宜，安装及使用都比较方便。 本报警系统的开发是在以市场研究为基础，针对人们的需求和市场上的报 警产品的不足而提出的。它是基于电话的防盗报警产品，由于现在人们生活的提 西南交通大学研究生学位论文第! 页 高，电话已基本普及到家庭，因此它的实施就更加可行，本报警系统由于大量采 用了已有的技术比较成熟的微电子元器件，可靠性高，各微电子元器件的价格也 比较低，所以整体价格比较低，这对普通的工薪阶层来说比较经济实惠。再加上 该系统集防盗、防火、防煤气等为一体，弥补了目前市面上的功能单一的报警器 之不足。 综上所述，开发一种基于公共电信网络系统的经济适用的家用防盗、防火、 防煤气等报警器既有其技术上的可行性，又是市场的需求。 2 西南交通大学研究生学位论文第! 页 第二章公用电话网信号的识别 在通信系统和通信网络中，为保证设备间或用户间的互通和正常的维护管 理，除需传送话音、数据等业务信息外，还必须传送各种专用的附加控制信号。 对于程控交换系统，通常需要发送各种称之为“信令”或“信号”( s i g n a l l i n g ) 的控制信息，来完成交换机协调动作，实现用户呼叫的处理、接续、控制与维护 管理等功能。 随着通信技术的迅猛发展，通信设备迅速增长，通信网络已遍布世界各地。 如何有效地利用这个丰富的资源，设计出更好更有竞争力的产品，为多数设计人 员所关注。要设计出与之有关的产品，就必须知道存在于通信网络里的一些基本 信号和不同情况下的检测方法。程控交换机中的信令一般分为用户线信令与局间 ( 或中继线) 信令，或者分为监视信令、地址信令和维护管理信令。本章首先简 单介绍公用电话网络系统的几种基本电信信号，然后结合实际中出现的几种不同 情况的信号组合，介绍一种行之有效的滑动窗口识别复杂信号的方法。 第一节公用电话网络系统基本电信信号 公用电话网基本电信信号包括振铃音、拨号音、回铃音、忙音、阻塞音和 无效号码音等等。同一信号的组成成分却因不同国家和不同地区而不完全一样， 有的甚至差别很大。以新加坡和香港电信为例，他们的公用电话网基本电信信号 如表2 1 所列。 而对于我国，其标准又有所差别。对于用户线信令，主要在模拟用户线上 传送，其信号音要符合有关的规定，要满足g b 3 3 7 8 - 8 2 、g b 3 3 8 0 8 2 标准，包括： ( 1 ) 用户线监视信号 信号音特征 振铃音 2 5 士3 h z ，i s 送4 s 断，9 0 1 5 v r m s 拨号音4 5 0 2 5 h z ，一1 0 3 d b m 忙音4 5 0 + 2 5 h z ，0 3 5 s 送o 3 5 s 断，一1 0 + 3 d b m 回铃音4 5 0 + 2 5 h z ，i s 送4 s 断，- 1 0 3 d b m 西南交通大学研究生学位论文 m 4 页 表2 - i公用电话网基本电信信号 新加坡 信号类型 频率( h ：) 周期( s ) 幅度 拨号音 4 0 0 连续 一1 5 d b m 回铃音 4 0 0 * 2 40 4 - 0 2 0 4 - 2一l o d b m 忙音 4 0 0o 7 5 0 7 5一l o d b m 阻塞音 4 0 0o 2 5 0 2 5一1 0 d b m 无效号码音 4 0 0 2 5 一o 2 51 0 d b m 振铃音 2 4 0 4 0 2 0 4 - 27 5 v 香港 信号类型 频率( h ：)周期( s )幅度 拨号音3 5 0 + 4 4 0连续一1 6 d b m 回铃音4 4 0 + 4 8 00 4 0 2 - 0 4 - 3一1 6 d b m 忙音 4 8 0 + 6 2 0o 5 一o 5 一1 6 d b m 阻塞音4 8 0 + 6 2 00 2 5 0 2 5一1 6 d b m 无效号码音 4 8 0 + 6 2 0 连续一1 6 d b m 振铃音2 50 4 0 2 - 0 4 - 37 5 v ( 2 ) d t m f 拨号信号 、擞字f 。( h ：) h 1h 2h 3h 4 f l ( h ：) 1 2 0 91 3 3 61 4 7 7 1 6 3 3 l i6 9 7123a l 27 7 0456b l 3 8 5 2 7 89c l 4 9 4 1 木 0#，d ( 3 ) 局间交流线路信号 如c c i t t5 号信令：2 4 0 0 ，2 6 0 0 h ：( 双音，连续) c c i t tr 2 信令：3 8 2 5 z ( 连续或1 5 0 m s 、6 0 0 m s ) 中国一号信令：2 6 0 0 h ：( 连续或1 5 0 m s 、6 0 0 m s ) ( 4 ) 局间记发器信号 如c c i t tr 2 信令：前向和后向信号均为6 中取2 的多频( m f ) 组合编码； 中国一号信令：前向为6 中取2 ，后向为4 中取2 多频( m f ) 组合编码。见 麦；= 2 塑塞2 = 逝到1 4 西南交通大学研究生学位论文第! 页 目前d t m f 拨号与收号电路已完全集成化了，在本论文中将要作详细介绍， 而单音频的信号音产生和检测多数选用一般的正弦振荡滤波器，也可采用呼叫信 号音产生与检测专用集成电路，如m 9 9 1 、m 9 8 0 、m 9 8 1 、m 9 8 2 、m 9 8 4 、m c l 4 5 4 3 2 等。对于多音频( m f ) 记发器信号的产生与接收，通常利用数字信号处理器( d s p ) 实现，或采用专用集成电路m 9 9 3 、a m s 3 5 0 1 、a m s 3 1 0 1 、a m s 3 1 0 3 、a m s 3 1 0 4 和m 9 8 6 等。 表2 - 2r 2 信令的记发器信号 前向信令( h z ) 数码 1 3 8 01 5 0 01 6 2 0 1 7 4 0 1 8 6 0 1 9 8 0 f of lf 2f 3f 4 f 5 1 士 士 2 木木 3 木 4 幸 木 5 士 术 6 血水 7 士幸 8 一c 木 9 士 木 1 0 士 木 1 1 士 虫 1 2 木 出 1 3 士 1 4 士木 1 5 士 幸 续表2 - 2 后向信令( h ：) 数码1 1 4 01 0 2 09 0 07 8 06 6 0 5 4 0 f of lf 2f 3f 4 f 5 1 2 3 4 士 西南交通大学研究生学位论文第! 页 5 士 6 7 士木 8 士木 9 木木 1 0 木木 1 1 永 球 1 2 木 木 1 3 唯木 1 4 采难 1 5 士 木 表2 - 3 中国1 号信令的记发器信号 前向信令( h ：) 数码1 3 8 0 1 5 0 01 6 2 01 7 4 01 8 6 01 9 8 0 f of lf 2f 4f 7f 1 1 1 幸 士 2 士木 3 出 幸 4 术士 5 木木 6 木 7 幸木 8 木木 9 木 1 0 士 木 1 1 球士 1 2 木 士 1 3 木木 1 4 木木 1 5 木木 续表2 - 3 后向信令( h ：) 数码 1 1 4 01 0 2 09 0 07 8 0 f of lf 2f 4 1 木 木 6 西南交通大学研究生学位论文 第! 页 2 士士 3 士士 4 业 木 5 士 木 6 士 木 7 8 9 1 0 1 l 1 2 1 3 1 4 1 5 第二节使用中经常出现的情况 在使用电话过程中大致有以下几种情况出现： ( 1 ) 拨号前，摘机后出现的拨号音或阻塞音。 ( 2 ) 拨号后可能出现无效号码音：忙音( 如对方正在使用电话) ：回铃音+ 语音( x t 方听到铃响后回话) ；回铃音+ 忙音( x t 方无人接听) ；语音+ 忙音( 如所 拨号码是移动电话，但对方未开电话，电信局发送来提示语音后再发送来忙音) ； 几秒后语音提示( 所拨号码为传呼机号码，传呼台送来提示拨号语音) ；几秒后 忙音( 所拨号码为传呼台号码，传呼台发送来忙音) ；几秒后高频音( 所拨号码 为传呼机号码，传呼台发送来的2 k h ：的应答信号) 。 ( 3 ) 振铃 第三节检测与识别方法 设备与电话线接口的硬件结构原理图如图2 - 1 所示。由公用电话网上来的 信号，一路经由r 1 、c 1 、i c l 、r 2 和i c 2 组成的光电隔离振铃检测电路将振铃信 号馈入c p u 的中断引脚。另一路经c 2 、t 组成的l ：1 的隔离电路后分成两部分， 一部分经放大整形后馈入c p u 的中断引脚，主要用来检测电信信号。另一部分进 入双音多频收发器，双音多频收发器将接收到的信号解调后送入c p u ，此外双音 7 西南交通大学研究生学位论文第! 页 多频收发器也将c p u 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c p u 的中断和定时系统，检测输入信号的周期和一定 图2 - 1硬件结构图 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。 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) ，一种传呼台2 k h ：应答信号。这些信号出现的时刻和持续时间 都有很大差别。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? 参照表2 - 1 ，比较忙音、回铃音和无效号码信号，三者有着相同的周期- - 3 s 。 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2 5 3 = 8 3 ，忙 音的占空比为1 5 3 = 5 0 ，而回铃信号的占空比小于0 8 3 = 2 6 ( 由于该信号 受2 4 h ：正弦信号的调制，放大整形后，丢失部分载频) 。 若拨号后启动一次检测，最多只能识别出无效号码音信号。由于第一个回铃 、 西南交通大学研究生学位论文 第! 页 音信号是个不规则的占空比比较大的信号，实际采样结果多数与忙音相同，被误 判为忙音。而语音在忙音之前的情况，第一个检测窗口检测不到有效信号。所以 要区别出回铃音和忙音信号，必须避开第一个不规则的回铃音信号；要检测到语 音后面的忙音信号，则要求检测窗口能跳过语音信号滑向有效信号处。根据前面 的要求检测窗口必须能够在检测不到有效信号时，自动滑向下一个检测位置，直 到检测到有效信号为止。由于检测窗口滑向有效信号的位置是不确定的，检测窗 口可能只包含部分忙音信号，结果忙音信号容易被误认为是回铃音信号，所以这 类滑动检测窗口检测到有效信号后，还需进一步检测才能确定所测信号类型。如 果所测信号为回铃音信号，则需进一步判断对方几时应答或因超时变成忙音。根 据信号特点，另一类的检测窗口则要能鉴别所测信号种类，且测得回铃音信号时， 检测窗口能沿着回铃音信号自动滑向下一个检测位置，直到对方应答( 回铃音信 号消失) 或变成忙音。 由于第一类检测窗口已滑向有效信号处，第二类检测窗口中的第一个检测 窗口所包含的就是完整的规则的信号。根据所测信号不同的占空比就可以鉴别出 信号的种类。沿回铃音信号滑动的检测窗口，最终还可以判断出对方是否应答。 现在对信号音的检测与识别都有了专门的集成电路，本防盗报警系统就是 采用的m 9 8 0 和l s l 2 4 0 两个集成电路，m 9 8 0 主要是对电话线上除振铃信号以外 的其它信号进行检测，而l s l 2 4 0 则主要对振铃信号进行检测，振铃信号的检测 在后面的章节中将要进行专门的讨论，下面介绍一下通用呼叫信号音检测电路 - - m 9 8 0 第四节通用呼叫信号音检测电路m 9 8 0 该电路是t e l t o n e 公司生产的电话呼叫进程信号音检测器，内含带通滤波、 电平判决、时钟产生与输出控制等功能单元，可用在电话系统中作信号音( 如忙 音、拨号音、回铃音等) 检测器或其它电子、通信设备中作单音滤波器。： 9 西南交通大学研究生学位论文 第盥贞 其功能框图如图2 - 2 所示： s l g x i n x o u r rv d dv s s 图2 - - 2m 9 8 0 功能框图 主要电参数如下表所示： d e t 特性符号最小值典型值最大值 单位 信号检测电平v s i g i- - 3 8 od b m 信号检测时长t s j 6 i 4 0m s 信号不检测电平v s l 6 2 - 5 0d b m 信号不检测时长t s l 6 2 2 0m s 参考电压变化a v w v f - 2+ 2 电源电压v + 4 5+ 5 5 v 电源电流i 4i 0 m a 工作温度 t - 3 0+ 7 0 o c 贮存温度 t l t i - 4 0 + 8 5o c 本报警系统采用m 9 8 0 典型的应用电路，如图2 - 3 所示。电话线上来的电信 信号先经c 1 、c 2 、r 2 8 、r 2 9 进行隔离滤波，然后经运算放大器将信号放大后馈 入m 9 8 0 ，经m 9 8 0 滤波等处理最后经d e t 端输出，此输出受e n 脚的控制，当e n 为高电平时，允许输出，当e n 为低电平时，屏蔽输出。 1 0 西南交通大学研究生学位论文 第旦页 ：一11 一n 1 ： - 卜f 掣； 一一1 9 ，k _ j o 自! j 广。1 m d + 峙 _ 二二卜一n 电 一话一：嗣二矗l 牙h 型一熙h 卜j _ f 、h 卜 ? 霪 ；l l ：二= 二l 目 - f 【 4 9 9 i ：蛄硒 w - l = ：；：1 h 一营毪 一口 片? l l - - 一 图2 3 信号音的检测电路 m 9 8 0 信号音检测电路在跟电话线接口时，信号先由电话线经滤波器时入 被检测的信号频率必须符合电信标准，否则会出现误判。 第五节软件设计 采用信号未经解调直接进入c p u 的采集方法，具有很大的灵活性和很强的 适应性。但必须考虑在检测的过程中，输入信号频繁中断( 如2 k h ：的应答信号时， 每0 5 m s 产生一次中断) 对其他程序的影响。为减少检测时中断对c p u 时间的占 用，采用可屏蔽中断和定时采样的方法( 参照图2 3 ) ，在主程序每隔一段时间 ( 比如3 0 m s 、一个检测窗口里采样1 0 0 次) ，启动一次中断。而在中断服务程序 里，对检测信号进行周期计算和有效信号计数外，两次中断后( 一个信号周期) 自动屏蔽中断。采用这种方法后，对2 k h ：应答信号的检测，对c p u 的占用时间 已降低为原来的3 。 主程序流程图如图2 - 4 所示。中断服务程序流程图如图2 5 所示。 采用直接检测信号载波的方法，可能要多花些c p u 时间，但却很灵活。只 需修改软件参数，就可以适应不同的情况。比如采用多频载波的香港电信，根据 表2 1 数据，只要将时间改为4 s ，修改相应信号的占空比，并且中断处理中增 加一些判断，将3 5 0 h ：至6 2 0 h ：的信号包括在有效信号内即可，对于中国电信也 作同样修改即可。 滑动窗口技术是鉴别复杂信号的有效方法，将这些技术应用在具有电话遥 控和自动传呼报警的环境监测系统产品中，不仅解决了普通电话和移动电话报警 的问题，也大大地提高了不同情况下传呼报警的准确度。 西宣銮望奎堂婴窒生堂垡笙塞 苎兰墨 - _ _ - - _ _ - _ _ _ _ - _ _ _ - _ _ - _ _ _ - _ - 一 图2 - 4 主程序流程图 2 西南交通大学研究生学位论文 第旦页 图2 - 5 中断流程图 1 3 西南交通大学研究生学位论文第旦页 第三章电话防盗报警系统设计方案及使用说明 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、双音多频发送接收装置、语音装置、存储装置、信号检测装置、红外对 射装置等几部分组成，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介绍该装置的设计方案及使用。 第一节硬件电路设计 该系统主要由单片机、双音多频发送接收装置、语音装置、存储装置、信 号检测装置、红外对射装置等组成。其总框图如图3 一l 所示。 图3 - 1 系统框图 西南交通大学研究生学位论文 第旦页 单片机8 9 c 5 1 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，经由单片机8 9 c 5 1 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；双音多频发送 和接收装置f f 5 0 8 7 和m t 8 8 7 0 主要是接收从电话线上来的双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，此外双音多频信号发送和接收装置还在远程控制时起 到辅助分析操作指令的作用；语音装置h y 4 2 0 则是存储语音，以便在报警时，将 事先存入的语音送出通知对方；存储装置是看门狗x 2 5 0 4 5 ，主要是存储报警用 的电话号码，在报警时，系统就会自动从看门狗里取出要拨打的电话号码报警； 信号检测装置由1 d 9 8 0 和振铃装置l s l 2 4 0 及其外围元件组成，主完成对电话线上 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；红外 对射装置由b a 5 2 0 4 、b a 5 1 0 4 及其外围元件组成，其中一为红外线发射装置，另 一为红外线接收装置，接收装置在未接收到红外信号时将产生一报警信号，此报 警信号由单片机接收。其功能及主要组成元器件如表3 1 所示。各部分的详细功 能将在以后各章节中详细介绍。单片机引脚占用如表3 2 所示。 表3 l 系统各部分元件及功能简介 主要构 系统模块功能简介 成元件 单片机 8 9 c 5 1 通过程序对整个系统进行控制 双音多频发 m t 8 8 7 0 、 接收从电话线上来的多音多频信号并将其转化 m t 5 0 8 7 、 为数字信号，然后送入单片机处理或者将欲拨电 送接收装置话号码转化为双音多频信号送上电话线，实现拨 c d 2 2 1 0 0 号功能 存储语音，以使在报警时，将事先存入的语音送 语音装置 h y 4 2 0 出通知对方 看门狗存储报警用的电话号码，在报警时，系统就会自 存储装置 x 2 5 0 4 5 动从看门狗里取出要拨打的电话号码报警 信号检测装m 9 8 0 、 完成对电话线上的信号( 如回铃音、拨号音、忙 置l s l 2 4 0 音、无效号码音以及振铃信号的判断) 红外对射装 b a 5 2 0 4 、 b a 5 1 0 4 、 红外线发射与接收并产生报警信号 置 b a 5 3 0 2 西南交通大学研究生学位论文第些页 表3 - 2 单片机引脚占用一览 单片机引脚 说明 p o 口报警信号接入口 p 1 0 p 1 3 双音频信号发射接口 p 1 4 p 1 7 双音频信号接收接口 p 2 0 p 2 3 接看门狗x 2 5 0 4 5 存储装置 p 2 4 语音芯片录音控制，低电平有效 p 2 5 。p 2 6 语音芯片放音控制，低电平有效 p 2 7 信号检测数据输入口 i n t o m t 8 8 7 0 中断输入端口 i n t l 响铃中断 p 3 7 ( 兄d ) 免提控制，低电平有效 p 3 6 ( 降健)m 9 8 0 使能控制口，高电平有效 p 3 o ( r x d ) c d 2 2 1 0 0 模拟开关控制口，高电平有效 p 3 1 ( t x d ) 振铃输入端口 第二节软件设计 该系统软件由5 1 系列汇编语言开发，主要由中断部分和查询部分组成，其 中的报警信号检测为循环查询，远程控制主要为中断部分，整个程序在爱思单片 机开发系统上调试通过，其程序流程如图3 - 2 所示。 查询部分主要是利用循环，顺序检测各报警信号端口( 即p 0 口) ，当其中 某一端口有报警信号时，程序立即转入报警程序段执行报警程序，这样做的目的 主要有- - ：其一是因为如果采用中断，将会占用很多中断资源，而单片机上的中 断口很有限，其二是采用查询方式，利用循环，可以在中断口处随意接入报警信 号源，只要信号源满足输入电平为t t l 电平即可，这样报警信号的数量及类型就 可以做得比较灵活，可以接入各种报警源信号，还可以采用无线电收发装置等。 而对于远程控* f j n 采用中断方式，这主要是因为在异地控制该装置，其时间是随 机的并且不是比较频繁的操作，如果也采用循环，则会浪费掉大量的c p u 时间， 而采用中断方式就会节约大量c p u 时间，并且对操作的响应及时。当有响铃信号 时，系统便产生一次中断，程序转入中断程序并计数，当程序在一定的时间内计 数等于6 ( 即响应6 次) 中断程序便转入主中断程序，摘机并等待对方的操作， 然后根据相应的操作完成相应的功能。图3 - 2 和图3 3 分别为查询流程图和中 1 6 西南交通大学研究生学位论文第旦页 断流程图。 图3 2 主流程图 图3 3 为i n t 。( 振铃信号) 中断流程图。 7 西南交通大学研究生学位论文第坚页 图3 - 3 中断服务流程图 j 8 西南交通大学研究生学位论文第旦页 对于振铃信号中断即i n t l ，主要用于远端控制( 也叫异地控制) ，即当拨打 本电话时，电话振铃6 次无人接听的情况下，该系统就会自动摘机，此时对方应 先输入密码，在得到身份验证后，紧接着输入操作码，进行相应的操作，各功能 的操作码如表3 3 所示。 表3 - 3 各功能操作码 功能操作码 修改密码 1 存电话号码 2 设防 3 撤防 4 录音 5 听录音6 需要注意的是，每个操作都以“”作为结束标志，例如，进行修改密码 的操作为“1 ”，存电话号码的操作为“2 ”。 在本机上进行操作时，则不必进行身份验证，但在摘机后应首先输入“# ” 号键，以示与拨打电话相区别，此时系统上的滤波器将屏蔽外线，即在电话机键 盘上的任何输入都是只对报警器进行操作，而不会被输入到户外电话线上。如修 改密码操作，旧密码为“1 2 3 4 ”，新密码为“5 6 7 8 ”，摘机后应输入“# 1 1 2 3 4 5 6 7 8 女5 6 7 8 * ”，操作成功后就会听到一声“嘟”音，操作错误则会听到 三声“嘟”音，( 该“嘟”音是由双音多频发生器产生的数字“3 ：的双音多频音 来模拟产生) ；要存储电话号码“7 6 1 5 9 5 4 ”为第二电话号码，则应输入的操作为 “# 2 2 7 6 1 5 9 5 4 ”，如果想将电话号码“7 6 0 0 6 5 7 ”存储在第一号码位置， 则应输入“# 2 女1 7 6 0 0 6 5 7 ”，需要注意的是，这一操作将会覆盖掉先前存储 在这一位置上的电话号码，而对于异地操作则要在功能号前面输入密码，现假设 用手机拨打家里装有报警器的电话，报警器密码为“1 2 3 4 ”，更改后新密码为 “5 6 7 8 ”，则当电话响铃6 声后，报警器摘机，此时应从手机键盘上输入“1 2 3 4 1 1 2 3 4 5 6 7 8 5 6 7 8 * ”，现如果又要存储电话号码“1 3 0 3 2 8 7 6 0 7 6 ”则操 作为“2 l 1 3 0 3 2 8 7 6 0 7 6 ”，即身份验证只需一次，现将各功能操作举例列表 如下： 西南交通大学研究生学位论文 第2 0 页 表3 - 4 功能举例 功能举例 说明 名称本机异地 修改 # 1 1 2 3 4 * 5 6 7 81 2 3 4 i 女1 2 3 4 * 5 6 7 旧密码：1 2 3 4 密码 * 5 6 7 8 *8 * 5 6 7 8 *新密码：5 6 7 8 存电话 # 2 1 1 2 3 4 2 1 将电话号码 “1 2 3 4 5 6 7 ”存在 号码 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 第一位置 设防 # 3 1 2 3 4 3 设防 撤防 抖4 木1 2 3 4 * 4 * 撤防 在听到“嘟”音后 录音 # 5 1 2 3 4 5 开始录音，最长时 间为2 0 秒 听录音 # 6 1 2 3 4 6 听欲先录好的录音 西南交通大学研究生学位论文 第型页 第四章振铃电路 该电路是s g s 公司生产的振玲信号产生器。它含低频和高频振荡器、输出 放大器、电源全波整流元件控制的双音频振铃信号。主要用于话机作音频振铃器。 第一节电路简介 电路的基本特性为： ( 1 ) 产生频率可调的双音频振铃信号。 ( 2 ) 外接元件控制输出信号频率和转换速率。 ( 3 ) 可由用户线交流振铃信号经桥式整流馈电。 ( 4 ) 能够直接驱动压电陶瓷转换器( 蜂鸣器) ，或经变压器推动嗽叭。 ( 5 ) - r 艺 双极型 ( 6 ) 封装d i p - 8 p i n 该元件主要由低频振荡器、高频振荡器、输出放大和全波整流与电源控制 电路组成，其功能框图如图4 1 所示。 l 、电路的功能说明： 该电路由用户线振铃信号馈电，经内部桥式整流和7 端外电容c ，滤波，得到 带滞后的电压v 。，以向振荡器和放大器供电。振荡器的输出频率为 f m 2 2 0 耵6 7 x 1 0 4 ，厶t 2 号厶：，扫描频率为兀2 昙器，此调频( 双音) 振铃信号 经放大后从r i n g o 端输出，以驱动蜂鸣器( 压电陶瓷转换器) 或变压器( 喇叭) 等负载。 2j 西南交通大学研究生学位论文 第三三页 l i n e l j l i n e 2 一 &r 丑_ c f g 小刀9 + 图4 - 1 振铃电路功能框图 2 、主要电参数： 主要电参数为电特性参数和极限参数分别列于表4 一l 和表4 - 2 。 表4 - 1 电特性( t = 2 5 。c ) r l n g 0 十 特性符号最小值典型值最大值 单位 直流电源电压 v 优2 6 v 工作电流( v c c ：8 8 2 6 v ， 无负载) i 1 51 81 1 1 a 起振电源电压v i 1 2 21 3 v 维持时电源电压v 88 8 v 输出电压幅度v o v o o 一3 v 9 扫描频率 ( r = 1 4 k q ，c = i o o n f ) f l i 0 h z 输出频率( 乱) 范围 ( r = i 7 8 2 7 k q ) 如 o 11 5 k h z 输出频率f h l 1 3 0 0 ( v = 2 6 v ，r = 1 4 kq ) 岛h 2 艮 1 9 0 0 西南交通大学研究生学位论文第翌页 表4 - 2 极限参数 参数符号最小值最大值 单位 输入铃流电压( 5 0 h z 连续) 匕9 0匕 输入铃流电压( 5 0 h z ，5 s 通l o s 断)1 1 l o v 。 供电电流i 优 2 2m a 工作温度t - 2 0+ 7 0c 贮存温度t l t i 一6 5+ 1 5 0 。c 利用振铃芯片l s l 2 4 0 构成的振铃信号产生电路如图4 - 2 所示： 图4 - 2l s l 2 4 0 振铃信号产生电路 第二节软件设计 振铃电路设计主要是用于异地控制用，即在主人外出家中无人的情况下，可 以通过手机或其他的电话拨打本机，待响铃6 声后，报警器就会确定家中无人， 此时它就会自动摘机，报警器自动摘机后，即等待对方输入指令对它进行操作， 其指令格式为： 密码十 操作码木 操作码信息 ， 例如： 酉篙龟函 对异地控制，“密码”项不能少，以避免非法攻击，而如果在本机上操作 则用“# ”代替密码项。 操作码，即对报警器进行控制的指令编码。如表4 3 所示。 西南交通大学研究生学位论文第竺页 表4 - 3 报警器控制指令编码 功能操作码 修改密码 1 存电话号码 2 设防 3 撤防 4 录音5 听录音 6 操作码信息即为完成本操作所需要的一些参数，视不同的操作码为可选项， 如：存电话号码的操作，操作码信息则包括要存的电话号码为第几个电话号码， 以及所存的电话号码等内容。 振铃信号的检测由l s l 2 4 0 通过中断号l ( i n t l ) 来进行，当第一次响铃时， l s l 2 4 0 产生一中断信号，并将变量y c 设置为“l ”，以示为异地控制，单片机启 动计数器开始计数，当第六次响铃时中断程序即转入了操作指令的执行段x l z d ， ( 程序详见附录) 程序首先关中断，然后保存寄存器a 的内容后将其清零，接着程序调用计时 程序s t a r t c o u n t 开始计时，在我国电信标准中，响铃信号音的占空比为4 s 1 s ， 所以计时程序首先关中断开始计数，待4 s 后开中断等待再一次响铃并将响铃次 数输出到变量x l c s 中。 程序在响铃6 次无人接听时便调用自动摘机程序并开始验证身份，身份验证 成功后开始处理命令即d e a l t c m d 段。首先是通过g e t c m d 子程序取得输入的操作 指令，然后与各指令号进行比较，再转入相应的功能模块，整个功能模块程序见 书末附表。 西南交通大学研究生学位论文第丝页 第五章语音电路 本报警器采用的语音芯片为h y 4 2 0 单片永久记忆型语音录入集成电路，该 电路最显著的特点是采用模拟量直接存贮技术( d a s t ) ，省去数字变换、数字压 缩、语音合成等处理环节，比较理想地保留了语音信号的有效成份，从而使固体 电子录音达到高保真水准。此外，它具有外电路简单、耗电极省、分段录放、掉 电后可长久保存信息等特点。 第一节电路简介 h y 4 2 0 属于单片大规模c m o s 集成电路，具有高品质语音录放系统所必需的 全部基本功能。它主要由时钟、定时器、取样信号发生器、模拟量输入放大器、 微音放大器、自动增益控制器、模拟转发器、滤波器、地址缓冲器、数字量功能 控制电路、差动功放和电源调节电路等组成。 h y 4 2 0 的电性能指标及电路特点如下： ( 1 ) 采用5 v 单电源供电。静态电流小于l o u a ，工作电流约2 5 m a ，信噪比 为4 3 d b 。录放时间为2 0 秒。 ( 2 ) 采用1 2 8 k 存贮单元组成的e 2 p r o m 具有较大的存贮量。e 2 p r o m 即可如 r o m 、e p r o m 那样长期保留信息，又能象r a m 、s r a i d 那样在线随时改写；既能单 字节改写，又可全片擦除，非常灵活方便。 ( 3 ) 无需专门的语音编辑开发系统和烧结固化器支持，只要利用录音机或 电路的外接驻极体话筒就可以进行存贮固化，并可任意进行改写或删除。它还可 以随录随放，其录入性能基本不受录放次数的影响，最高录放次数不低于1 万次。 ( 4 ) 具有零功率存贮功能，断电后可保留信息1 0 年以上。无需用电池作 备用电源。 ( 5 ) 具有多种信息址取方式可供用户选用。片内的e 2 p r o m 阵列通过地址线 a o a 7 的有效组合最多可分为1 6 0 个存贮空间，实现分段录放功能。片内的各 功能控制端和地址线可直接与单片机、微机的取址信令端连接，为更复杂的信息 西南交通大学研究生学位论文第堑页 寻址和控制方式提供数字地址。 h y 4 2 0 目前采用标准2 8 脚双列直插式软封装( c o b ) 结构，其外形尺寸、引 脚间距、技术指标及性能与d i p 封装相同，但价格却不到d i p 封装的一半。 图5 - i 是h y 4 2 0 典型应用电路。图中的“p l a y l ”、“p l 4 y e ”键只需选接 一个。a o a 7 为地址输入端，具有双重功能。a 6 和a 7 的电平状态决定电平时， a o a 5 为操作模式位，选用不同的模式位( 高电平有效) ，就能实现不同的录放 功能。a o a 5 模式位的相关功能见表5 一l 。如将a 3 、a 6 、a 7 同时置为高电平， 电路就具有循环放音的功能。当a 6 和a 7 中有一位设置为低电平时，a o a 7 即 为地址位。a o a 7 通过不同的组合可确定h y 4 2 0 的录放起止时间，如当a o a 7 同时接地时，h y 4 2 0 录放起止时间即为0 2 0 秒范围内。 + 5 图5 - lh y 4 2 0 典型应用电路 西南交通大学研究生学位论文第型页 表5 - 1h y 4 2 0 各引脚功能表 地址功能 典型应用兼容地址 h o信息检索快速检索信息 a 4 a 1 删除e o m 标志在录入最后一段结束时给出e o m 标志 a 3 ，a 4 a 2未用 a 3 循环放音从0 地址连续放音 a 1 a 4 连续寻址可录放多段信息 h o a 1 a 5未用 第二节h y 4 2 0 的分段方法及应用 h y 4 2 0 的地址输入端a o a 7 有效取值范围为0 0 0 00 0 0 0 1 0 0 11l l1 ， 一 共有1 5 9 个数值，即最多可划分为1 6 0 个存贮单元，用来录放多段语音。h o h 7 决定每段的起始地址，而起始地址又直接反映了录放时间t 口。其关系为 t q _ 1 2 8 a 7 + 6 4 a 6 + 3 2 a 5 + 1 6 a 4 + 8 a 3 + 4 a 2 + 2 a 1 + a 0 。利用h y 4 2 0 的分段地址应用电路， 可以将h y 4 2 0 接入微处理器，然后通过程序寻址便可实现分段放音，如果放音从 o 秒开始，则地址应设