智能防盗系统论文.doc

河南科技学院 2009 届本科毕业设计 智能无线防盗系统设计 学生姓名： 所在院系： 所学专业： 导师姓名： 完成时间： 智能无线防盗系统设计摘 要 随着科技信息化的发展,智能无线防盗系统是智能化小区建设中必不可少的部分并为小区住户的安全提供可靠的保障。硬件系统的整体设计方案采用模块化设计。通过双元热释电红外检测元件LHI968采集信号并进行存储与分析和判断,达到智能控制的目的。如果是报警信号,则经过编码器编码后由射频发射模块发送给射频接收模块,接收到信号后再经过解码器解码,传输给语音电路进行录音和报警。DTMF收发电路采用双音频解码集成芯片MT8888来实现与多种单片机通信并完成DTMF信号发送、接收、检测等功能,实现无线传输。电源模块运用了两套电源，防止停电或者盗匪破坏电源而使报警系统停止工作。 关键词:智能,防盗,无线传输模块,射频模块,双元热释电红外检测元件Intelligent wireless burglar alarm system designAbstractWith the development of scientific and technological information, intelligent wireless burglar alarm system is essential for intelligent residential construction and residential part of the safety of the households to provide reliable protection. Overall design of hardware systems using modular design program. Through dual pyroelectric infrared detection devices LHI968 signal acquisition and storage and analysis and to determine, to the purpose of intelligent control. If the alarm signal, the encoder, after encoding by the RF transmitter module sent to the RF receiver module to receive signals after the decoder, after decoding, and transmit them to the voice recording and alarm circuits. DTMF transceiver circuit dual audio decoder chip with the MT8888 to achieve a variety of communication and complete single-chip DTMF signal sending, receiving, testing and other functions, the realization of wireless transmission. The use of two sets of power supply module to prevent damage to the power blackout of banditry or alarm system to stop working.Key words: intelligence, security, wireless transmission module, RF module, dual-element pyroelectric infrared detection devices目 录1.绪 论11.1 选题背景及现状11.2 我国住宅智能安全防范系统展望11.3 论文主要工作论述22.系统总体设计方案22.1系统引起的误报原因22.2选择可行方案42.2.1 DTMF收发电路的优点42.2.2 语音电路的优点42.2.3 射频发射模块的优点42.2.4 射频接收模块的优点52.2.5 双元热释电红外检测元件的优缺点52.2.6 系统的主要性能参数53.智能报警系统设计53.1智能报警系统的总体构成53.1.1 报警系统的功能及工作过程63.1.2 物业管理中心报警主机的功能63.2 双元热释电红外检测元件的工作原理73.3 射频发射模块与射频接收模块83.3.1 编/解码电路原理93.3.2 DTMF收发电路基本原理及工作过程103.3.3 振铃检测电路、模拟摘机挂机电路123.3.4 拨号电路133.4 语音电路原理143.5 系统电源的原理154.软件设计164.1 系统流程164.1.1 主程序流程164.1.2 电话报警子程序流程174.1.3 远程控制子程序流程194.2 防盗探测器的电路程序流程194.3 语音电路程序流程214.3.1 电源主程序流程225.结论23致谢24参考文献251.绪 论1.1 选题背景及现状在我国，小区安全防范报警系统在较发达的城市已成为智能小区中实现安全管理的重要系统,我国相对国外住宅安全系统来讲，是有较大的差距的。一些发达国家都在致力于研究和开发智能型的家庭防盗系统，如指纹识别型防盗门，声音识别等等，我国的居民住宅主要防盗措施大多是安装坚固的没有报警装置的防盗门，即使有报警功能，常常会因为外界的各种干扰而出现误报的情况，可靠性不高。随着国家智能化小区建设的推广与安全防范的迫切需要,防盗系统在智能小区得到越来越广泛的应用。从国内市场来看,比较高档的防盗系统多为进口产品,价格昂贵,且采用有线传输方式;国产产品尽管不少,但多为模拟电路形式,且结构和功能简单,可靠性差,难以互联组网。基于此提出了利用单片机和无线网络技术,开发一种具有互联组网功能的智能无线防盗系统,并开发相关的传感器。采用无线数据传输方式，不需重新布线，特别适用于已装修用户及布线不方便的场合。1.2 我国住宅智能安全防范系统展望 在社会信息化进程日益发展的今天，信息技术应用已经渗透到人类生存活动的各个领域，在建筑领域，人们的现代生活和工作对居住和办公的建筑环境不仅要求舒适健康，高效便利，更要安全可靠，同时还要适应信息化社会运用科技手段和设备的要求。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，盗窃案件呈现出增加的趋势。在中小型城镇现在的防盗多数只应用没自动报警的防盗门，暴徒很容易橇开门锁实施盗窃而且不被人发现。因此，智能化防盗报警系统对当今的家庭安全控制系统是不可或缺的。 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”。发展智能住宅小区是住宅产业现代化的必然选择。按智能技术开发的功能和作用的不同，智能小区中报警系统应用一般体现在探测智能，监控智能和抗干扰智能三个主要方面。以防盗报警为例，探测智能是通过探测器中的微处理器进行的，它不但对报警信号直接进行检测，分析和信号处理，而且对环境智能化住宅防盗报警的变化作出及时响应，并利用软件中建立的算法进行综合比较，自动调整运行参数，做出恰当的智能判断：监控智能则是由探测器中软件程序来完成的，监控程序周期地运行，使系统始终保持良好的使用和维护状态。如今人们生活已从温饱向小康转变，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，智能住宅已经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 论文主要工作论述从国内来看，比较高档的一般为进口货，价格昂贵，且多为有线连接方式。国内产品尽管不少，但多为模拟电路形式，且结构和功能简单，可靠性差，难以联网。本文利用单片机控制技术和无线网络技术，开发一种具有联网功能的智能无线防盗系统。采用无线数据传输方式，不需重新布线，特别适用于已装修用户，及布线不方便的场合。本系统基于电话网络但与电话互相独立不会影响电话的正常使用，并通过语音提示操作，人机交互友好。本课题内容属于硬件电路的设计与应用方面,实现过程包括电路原理设计、元器件的选择和特性测试.在设计实现过程中,仪器设备主要用到示波器,信号发生器,直流稳压电源,万用表等以及电脑相应开发设备。另外，在满足各项性能指标的前提下,尽量降低误报率,确保在同类产品中的变化可及时做出响应.目前欧美已经有一些国家正在大力研究智能防盗报警系统,随着时间的推移,这种产品在我国也会发展成为主流。如今人们的生活已经从温饱型向小康转变,大件耐用的消费品已经进入寻常百姓家,因此人们会有更强的安全意识,逐渐接受在家庭内安装价廉,功能完善的安全防范系统,同时人类已经进入了二十一世纪,智能家庭安全系统已经引起人们的关注。作为智能家庭的组成部分,安全防盗系统必将向多功能,全方位,综合性,智能化方向发展。2.系统总体设计方案2.1系统引起的误报原因1.设备选择是系统设计的关键，而报警器材种类繁多，又各有自己的特点、适用范围和局限性，选用不当就会引起误报警。例如，近震源(飞机场、铁路旁)选用震动探测器就很容易引起系统的误报警；在蝙蝠经常出没的地方选用超声波探测器亦使系统误报警，这是因为蝙蝠发出超声波的缘故；电铃声、金属撞击声等高频声均可引起单技术玻璃破碎探测器的误报警。因此要减少由于器材选择不当引起的误报警，系统设计人员要十分熟悉各种报警器材的原理、特点、适用范围和局限性。同时还必须掌握现场环境情况、气候情况、电磁场强度以及照度变化等，以便因地制宜选择报警器材。除设备器材选择之外，系统设计不当还表现在设备器材安装位置、安装角度、防护措施以及系统布线等方面。例如：将被动红外入侵探测器对着空调、换气扇安装时，将会引起系统的误报警；室外用主动红外探测器如果不作适当的遮阳防护(有遮阳罩的最好也作防护)，势必会引起系统的误报警；报警线路与动力线、照明线等强电线路间距小于1.5m时，而未加防电磁干扰措施，系统亦将产生误报警。2.施工不当引起的误报警这部分问题主要表现在以下方面：(1)没有严格按设计要求施工。 (2)设备安装不牢固或倾角不合适。(3)焊点有虚焊、毛刺现象，或是屏蔽措施不得当。(4)设备的灵敏度调整不佳。(5)施工用检测设备不符合计量要求。 解决上述问题的办法是加强施工过程的监督与管理，尽快实行安防工程监理制，这很有利于提高工程质量，减少由于施工环节造成的误报警。3.用户使用不当引起的误报警由于用户使用不当常常会引起报警系统的误报警。例如：未插好装有门磁开关的窗户，夜间被风吹开；工作人员误入警戒区；不小心触发了紧急报警装置；系统值机人员误操作；未注意工作程序的改变等都是导致系统误报警的原因。对用户使用不当进行分析，弄清错误所在，提高使用者的水平，可以大大降低报警系统的误报警次数。4.环境噪扰引起的误报警由于环境噪扰引起的误报警是指报警系统在正常工作状态下产生的，从原理上讲是不可避免的，而事实又是不需要的，属于误报警。例如：热气流引起被动红外入侵探测器的误报警；高频声响引起单技术玻璃破碎探测器的误报警；超声源引起超声波探测器的误报警等。减少此类误报警较为有效的措施就是采用双鉴探测器(两种不同原理的探测器同时探测到“目标”，报警器才发出报警信号)。现行的产品有：微波被动红外双鉴器、声控振动玻璃破碎双鉴器、超声波被动红外双鉴器等。但是有些环境噪扰双鉴探测器却无能为力，例如：老鼠在防范区出没；宠物在居室内走动等。为此科技人员又将微处理技术引进报警系统，使其具备一定的鉴别和思考能力，能在一定程度上判断是入侵者还是环境噪扰引起的报警。随着传感技术、计算机技术的发展，大规模集成电路的推广应用，报警系统智能化程度将不断提高，环境噪扰引起的误报警现象必将随之降低 。2.2选择可行方案2.2.1 DTMF收发电路的优点 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，它具有很强的抗干扰能力和较高的传输速度，可广泛用于电话通信系统中。MT88的时序，从而实现对MT8888的读、写操作控制。采用这种方法最多占用9条I/O线（利用AT89C2051单片机的双向I/O口与MT8888直接相连，利用其丰富的位操作指令模拟MT88若工作在中断方式），至少还有6条I/O线可选用，例如可以扩展串行EEPROM、键盘、显示等。其最大优点L成本低、体积小、电路连接简单、程序保密性高等。2.2.2 语音电路的优点过去数码语音的开发设计不但结构设计复杂、编程录制麻烦、开发生产成本高，而且音质欠佳，难以实用。现在一切都发生了彻底的改变：单芯片设计、任意语言音乐随录随放、断电语音不丢失、音质接近磁带效果、控制功能强大、价格低廉等等，这一切就是ISD数码语音电路给我们带来的变革。在多媒体技术广泛应用、市场竞争日益激烈的今天，几乎所有的产品都更注重人机界面的友好性、易用性和安全性，人性化的语音提示是最自然、最廉价、最有效的手段，它可以为您设计的产品升级换代，让您的新产品“开口说话”，使它更具说服力、竞争力。ISD系列语音电路是美国ISD（Information Storage Device）公司的专利新产品，它打破了传统的先A/D再D/A的模式，而采用独特的直接存储模拟信号技术，从而大大提高了存储密度，且使模拟信号得到永久保存。ISD系列电路以其音质自然、使用方便、单片存储、反复录放、低功耗、抗断电等众多优点立即在语音应用领域确立了其不可争辩的霸主地位，它在通讯设备、智能仪表、治安报警、语音报站、报数报价、语音讲解、语音记录、语音复读、教学仪器、智能玩具、电子礼品等场合获得了广泛的应用。2.2.3 射频发射模块的优点射频发射模块可与各种超再生和超外差接收器配合使用,线调谐在芯片内部完成，无需手工调节，通过PC脚电压,来改变发射功率,高度集成,外围元件极少，应用非常简单。收数据速率可达20Kbps,极电流极小，小于0.04uA,通过FCC认证，安全可靠，性价比优越,持幅移键控(ASK)和键控通断(OOK)调制方式。2.2.4 射频接收模块的优点使用稳压5V电源供电,小体积, 收数据速率：2.410Kbps。石英晶体稳频，不会造成频率漂移, 高灵敏度：-96-113dbm。通讯距离可达200米（发射功率在0dbm下）, Shutdown模式下功耗为正常操作的10%(最低为120uA), RF天线后向辐射低，易过各种认证。2.2.5 双元热释电红外检测元件的优缺点优点：本身不发任何类型的辐射，器件功耗很小，隐蔽性好,价格低廉。缺点：容易受各种热源、光源干扰。被动红外穿透力差，人体的红外辐射容易被遮挡，不易被探头接收。易受射频辐射的干扰。环境温度和人体温度接近时，探测和灵敏度明显下降，有时造成短时失灵。2.2.6 系统的主要性能参数在设计实现过程中,主要用到示波器,信号发生器,直流稳压电源,万用表等以及电脑相应开发设备,尽量满足各项性能指标。本次设计的智能无线防盗系统的主要性能指标为：工作电压：DC+12V工作温度：-5- +40工作湿度：80%输出音频功率:1.2W3.智能报警系统设计3.1智能报警系统的总体构成智能家庭防盗报警系统开发设计方案是参照国内外相关技术的发展状况,根据我国住宅建设的实际情况,以及各相关方面的协调发展状况,为满足新时期居民的居住要求,真正实现智能化报警的要求确定的。系统地介绍智能无线防盗系统的基本原理、组成框图，详细地描述电话网络的接收方法；论述射频模块、编/解码等电路，给出部分基本电路和软件流程。随着国家智能化小区建设的推广，防盗系统已成为智能小区的必需设备。本文利用单片机控制技术和无线网络技术，开发一种具有联网功能的智能无线防盗系统，并开发相关的传感器。采用无线数据传输方式，不需重新布线，特别适用于已装修用户及布线不方便的场合。智能无线防盗系统由传感器、家庭智能报警器、物业管理中心接警主机及相关的控制管理软件组成。3.1.1 报警系统的功能及工作过程首先主机电路由射频接收模块接收传大吃一惊器发来的报警信号，通过解码器（PT2272）解码后得到报警传感器的地址和数据类型只有主机和传感器地址相同时才能被主机接收。解码输出的数字代表传感器类型解骊输出信号进入CPU的INT1，触发中断处理程序。中断处理程序通过DTMF收发电路，拨打用户预先设好的电话号码（如手机号码，办公室号码）进行远程拨号报警；同时启动语音电路，将预先录制好的语音信号通过电话线传给主人，实现语音提示通信功能。CPU输出警笛触发信号，经放大后推动警笛或喇叭，以驱赶和震胁盗贼。用户还可通过电话线进行远程设/布防，及输入远程控制信号，通过8路控制输出端控制有线连接的电器设备，也可通过编码电路和射频发射模块控制无线连接的电器设备。显示部分采用RT12232A图形点阵LCD模块，实现汉字显示功能；显示报警时间与报警类型。键盘可实现密码修改、语音录入和信息查看功能。系统框图如图1所示图1家庭智能报警器原理图3.1.2 物业管理中心报警主机的功能物业管理中心的接收主机具有家庭报警主机的功能外，还可以通过RS232实现与物业管理中心的通信功能，实现联网和小区控制。DTMF收发电路要实现电话线远程通信，关键部分为DTMF收发电路。它将实现自动拨号、忙音识别、铃声识别、远程接键数字信号识别等功能。我们选用MT8888双音多频（DTMF）收发器，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DTMF信号送到电话线上。系统框图如图2所示图2物业管理中心接警主机原理图3.2 双元热释电红外检测元件的工作原理双元热释电红外检测元件由两个双元热释电陶瓷，感应红外信号，再经场效应管放大输出。D端的电阻和S端的电容具有抗电磁干扰能力。信号从S端引出经前级放大，通过47F电容后再次放大，与设定门限电压进行比较，获得报警输出信号。47F电容能够消除直流成分，从而消除了使用环境（阳光、灯光、火源泉等）对探测器的影响，后面再加一延时触发电路以便主人设防与撤防。现在已有专用集成芯片BISS0001实现以上功能。为了适应主人进门时撤防的需要，设计一报警延时电路。延时长度须满足：当人以1m/s的速度从探测器的正前方移动0.2m，不产生报警；但移动3m应报警，测试速度应能检测0.33m/s或更宽的速度范围。门磁传大吃一惊器，无线门磁传感器一般案卷在门内侧的上方。它由两部分组成：较小的部件为永磁体，内部有一块永久磁铁，用来产生恒定的磁场；较大的是无线门磁主体，内部有一个常开型的干簧管。当永磁体和干簧管靠得很近时（小于5mm），无线门磁传感器处于工作守候状态；当永磁体离开干簧管一定距离后，无线门磁传感器立即发射包含地址编码和自身识别码（也就是数据码）的433MHz的高频无线电信号。主机通过识别这个无线电信号的地址码，判断是否为同一个报警系统，然后根据自身识别码（也就是数据码），确定是哪一个无线门磁报警。图3 双元热释电红外检测元件LHI968及连接电路图人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10UM左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的10UM左右的红外线而进行工作的。人体发射的10UM左右的红外线通过菲泥尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能产生报警信号。(1)这种探头是以探测人体辐射为目标的,所以热释电元件对波长为10UM左右的红外辐射必须非常敏感。(2)为了仅仅对人体的红外辐射敏感，在它的辐射照面通常覆盖有特殊的菲泥尔滤光片，使环境的干扰受到明显的控制作用。(3)被动红外探头，其传感器包含两个互相串联或并联的热释电元。而且制成的两个电极化方向正好相反，环境背景辐射对两个热释元件几乎具有相同的作用，使其产生释电效应相互抵消，于是探测器无信号输出。(4)一旦人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同，不能抵消，经信号处理而报警。(5)菲泥尔滤光片根据性能要求不同，具有不同的焦距（感应距离），从而产生不同的监控视场，视场越多，控制越严密。3.3 射频发射模块与射频接收模块射频发射模块与射频接收模块原理如图4和图5所示，工作频率为433MHz,最大传输距离可达1000m。人体有恒定的体温，一般在37，所以会发出特定波长为10m左右的红外线。被动式红外探头就是靠探测人体发射的10m左右的红外线而进行工作的。人体发射的10m左右的红外线，通过菲涅尔滤光片增强后，聚集到红外感应源上。红外感应源泉通常采用热释电元件,这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时将会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测处理后产生报警信号。 图4 发射模块原理图图5 接收模块原理图3.3.1 编/解码电路原理PT2262/2272是一种CMOS工艺制造的低功耗、低价位、通用编解码电路。PT2262/2272最多可有12位（A0A11）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。PT2262最多可有6位（D0D5）数据端引脚，设定的地址码和数据码从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脚为低电平，使能PT2262，从17脚输出编码信号，通过射频模块发射出去。解码芯片PT2272接收到信号后，其地址码经过两次比较核对，VT脚才输出高电平，送到AT89S52的INT1，触发中断处理程序，以读取D0D3的数据码，得知报警传感器状态和报警类型。原理框图如图6所示图6 编/解码电路原理图3.3.2 DTMF收发电路基本原理及工作过程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，它具有很强的抗干扰能力和较高的传输速度，可广泛用于电话通信系统中。双音频解码电路是系统中的核心部分，它的工作状况直接决定了系统的可靠性。本设计中使用双音频解码集成芯片MT8888来完成DTMF信号的收发。MT8888是MITEL公司生产的DTMF信号发送/接收芯片，该芯片功耗低、集成度高、可进行编程控制、可与多种单片机接口完成DTMF信号发送、接收、检测等功能。要实现电话线远程通信，关键部分为DTMF收发电路。它将实现自动拨号、忙音识别、铃声识别、远程按键数字信号识别等功能。我们选用MT8888双音多频(DTMF)收发器，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DTMF信号送到电话线上。MT8888是采用CMOS工艺生产的DTMF信号收发一体的集成电路。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1 6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。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缘将数据锁存至输出端；当选择呼叫过程(CP)方式时，只能接收250550Hz的信号音，在拒收或无输入时，IRQ/CP脚输出低电平。(1)电话信号音格式忙音：450Hz，350ms有，350ms无。拨号音：450Hz，持续。回铃音：450Hz，1s有，4s无。(2)信号音的判断方法将MT8888的IRQ/CP脚连到AT89S52的T0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AT89S52的T0脚，对T0脚信号记数5s。计数值位于21752357范围内，为拨号音；计数值位于10 411212范围内，为忙音；计数值位于425475范围内，为回铃音。在实际编程中，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)自动摘机控制器与家里电话并接在一条电话线上。为了实现报警和打电话共用一条线，摘机电路按如下设置：将电话振铃信号通过光电耦合器TP521输入到AT89S52的T1脚，进行计数。接到振铃信号时，若连续振铃10次用户还没有摘机，则自动转到家庭智能报警器，CPU置P1.5脚为“1”，使继电器K1吸合，实现自动摘机功能。若在这10次振铃过程中，用户接通了电话，则控制器不响应，这样使得控制器与电话不互相干扰。摘机后检测MT8888输出的双音多频信号，以读出用户发来的远程信息，实现远程通信与控制功能。(4)自动报警当接收到热释电传感器等发来的无线报警信号后，CPU立即发出报警信号，通过电话线传到远程用户。报警方式如下：用户通过面板设置10个报警电话，将它们存入24C04存储器中。当接到警情后，从第1个电话开始拨号，一直拨到第10个，来回拨3遍。如果任意一个电话回送了“”键确认信号，即意味着报警已收到，不再继续拨号。每个号码需拨号时间100ms，号码之间留500ms间隔。拨号时先检测24C04中存储的电话号码。若为空，即未设此电话，跳过不拨，继续拨下一个电话号码。这样用户可随意设置数个报警电话号码。我们规定号码长度最多不超过14位，以便存在24C04中。图7 DTMF收发电路图3.3.3 振铃检测电路、模拟摘机挂机电路振铃检测电路:当有电话打入时,系统判断振铃的次数,达到预定的次数而电话仍没摘机系统将自动摘机。将电话振铃信号通过光电耦合器TP521输入到AT89C51的T0脚,进行计数,接到振铃信号时,若连续振铃10次后,用户还没有摘机,则自动转到远程语音报警系统,CPU置“1”相应引脚输出信号实现自动摘机功能。若在10次振铃中,主人接通电话,则控制器不响应,这样就使得控制器与电话互不干扰。摘机后检测MT8888输出的双音多频信号,以读出用户发来的远程信息,实现远程通信与控制功能。图8振铃检测与模拟摘机挂机电路图自动摘机挂机:自动摘机是远程报警和接收电话的前提。程控电话交换机判断电话线路是否摘机的根据是回路电流突然增大到30A左右则认为电话已经摘机,本电路就是据此而设计的。当有报警信号或者外界有电话打入,需要系统摘机接通电话时,单片机P1.7口变高电平,使NPN三极管5551导通,继而5041接通,从而电话回路被接通,实现了自动摘机。当P1.7口变低电平时系统实现挂机。3.3.4 拨号电路拨号电路是利用MT8888可实现DTMF的收发和信号音的判断功能。当要发送DTMF信号时,将MT8888设为DTMF发送模式,单片机会把电话号码的每一位发送给MT8888,转变成对应的DTMF信号发送到电话线上,实现自动拨号。各数字对应的双音多频信号如表1所示,表1数字-信号频率对照表。在选择突发模式的情况下,每发送一个电话号码MT8888都可以给单片机产生一个中断信号。图10中的D0D3接AT89C51的P1.0P1.3。MT8888的IRQ/CP端与AT89C51的T0连接,IRQ/CP端输出同TONE端输入的正弦波一一对应的方波,记方波的个数即可判断各种信号音。当判断信号音时MT8888设置为信号音判断模式(CALL模式),然后启动T0计数器对IRQ/CP端输出的信号进行计数,因为回铃音为1s通4s断的信号,所以记数时间为5s,又因为拨号音为450 Hz连续信号,忙音为0.35s通0.35s断,如果计数值为350 550 (450 * 1 = 450)则为回铃音,2 1502 350 (450 * 5 = 2 250)为拨号音,计数值1 0251 225(450*5/2=1 125)为忙音,催挂音为连续的950 Hz的正弦波,所以记数值大于4000。记数值的范围可以适当调整,本文采用了上下100个误差。图9拨号电路原理图3.4 语音电路原理ISD1420是存贮时间为10秒或20秒的优质单片语音录放电路，由振荡器、语音存储单元、前置放大器、自动增益控制电路、抗干扰滤波器、输出放大器组成。一个最小的录放系统仅由一个麦克风、一个喇叭、两个按钮、一个电源、少数电阻电容组成。录音内容存入永久存储单元，提供零功率信息永久存储。ISD 1420的典型应用电路如图4所示，图中将地址线均接地，如果要分段录放音，则将地址线通过一个跳线接地即可。为了便于通信，采用了语音芯片，实现语音提示和报警功能。ISD1420为单片语音记录、回放一体化芯片，记录时长为20s；可被划分为160小段，每段125ms。当REC脚为低电平时，进行录音，PLAYE或PLAYL为低时进行放音。ISD1420可进行连续录音，也可进行分段录音。分段录音方法：先送停止录放音码P1.2P1.4=000，再送录音首地址A7A0，P1.2为低电平(REC)开始录音;录入语音，最后送停止录放音码P1.2P1.4=000，完成本段录音。重复上述过程，可录制数段语音。分段放音方法：先送停止录放音码P1.2P1.4=000，再送放音首地址A7A0，P1.3或P1.4为低电平(PLAYE或PLAYL)开始放音；延时进行放音，最后送停止录放音码P1.2P1.4=000，完成本段放音。重复上述过程，可分段放出数段语音。如图10所示图10 语音电路原理图1、录音跳线插在“REC”一侧是录音状态，按住“AN”键不放，指示灯亮即可对着板上话筒讲话录音，松键时录音停止并形成一段,再按则录下一段。按“STOP”键为复位，再录音时又从第一段开始。2、放音跳线插在“PLAY”一侧是放音状态，按一下“AN”键即播放一段，一段结束后自动停止放音，再按“AN”则播放下一段。按“STOP”键为复位，再放音时又从第一段开始。3.5 系统电源的原理系统电源原理图如图11所示，正常情况由全桥整流器、电容C9滤波输出约12V直流电压，当断电后，VD5导通由直流电源供电。主电源也就是常用电源为220V的交流电源。备用电源是防盗报警监控系统基本要素之一。缺少备用电源的系统暗藏致命缺陷，不能投入实际应用。极可能在关键时刻贻误战机，抛锚停摆，整系统瘫痪，造成无法补偿的损失。防盗报警监控系统正常情况使用220伏市电，而在断电和市电被破坏的特殊情况下，还应正常工作一段时间。对于这段外部供电被断其“粮草”的情况，还能“孤军作战”非常重要，突如其来的案件往往就可能发生在这一瞬间。备用电源有双路或多路供电、蓄电池组供电、发电机供电、UPS供电等等。当主电源断电后,VD5就处于导通状态,备用电源会立即为整个防盗报警系统提供电力,保证系统能正常工作。 报警器的电源部分设计成交直流电自动切换供电，以保证电网停电或犯罪分子切断照明线路后报警器仍能够照常工作。平时，220V交流电经电源变压器T降压、二极管VD4 VD7桥式整流和电容C9滤波后，输出约12V直流电压。该电压高于备用电池G的12V电压，故VD5及反向截止，电池不供电；一旦交流电压消失，备用电池将通过VD5自动向电路供电。SA为备用电池电源开关。图11 主、备电源原理图4.软件设计4.1 系统流程4.1.1 主程序流程系统通过单片机控制,在有盗情时,启动蜂鸣器电路,同时自动拨打预先设定电话报警;或者接受远程控制。主流程如图12所示图12主程序流程AT89C51系列单片机具有更大容量的存储器,其芯片有40个引脚,其中有2个专用主电源的引脚,2个外接晶体的引脚,4个控制信号与其他电源复用的引脚,以及32条输入输出I/O引脚。在本系统主要是对AT89C51的输入输出I/O引脚的处理,以及对4个控制信号或与其他电源复用引脚的应用。AT89C51有4个8位并行输入输出I/O接口:P0口、P1口、P2口、P3口(共32线),用于并行输入或输出数据。(1) P0口(32脚39脚):P0.0P0.7统称为P0口。当不接外部存储器与不扩展I/O接口时,P0口为地址/数据分时复用口,它分时提供8位地址总线和8位双向数据总线。(2) P1口(1脚8脚):P1.0P1.7统称为P1口,可作为准双向I/O接口使用。对E2PROM编程和进行程序验证时,P1口接收输入的低8位地址。(3) P2口(21脚28脚):P2.0P2.7统称为P2口,一般作为准双向I/O接口。当接有外部存储器或扩展I/O接口且寻址范围超过256 B时,P2口用于向高8位地址总线送出高8位地址。(4) P3口(10脚17脚):P3.0P3.7统称为P3口。它为双功能口,可作为一般的准双向I/O接口,也可以将每1位用于第2功能,而且P3口的每一条引脚均可独立定义为第1功能的输入输出或第2功能。在硬件电路设计中,因为系统进行了I/O接口的扩展,即在AT89C51的芯片外扩展了可编程并行I/O接口8255A,所以单片机AT89C51的P0口作为与地址锁存器74HC373的接口用,P0口分时用作地址总线或数据总线,而P3口则利用了它的第二功能。4.1.2 电话报警子程序流程系统在巡检到警情信号后就模拟摘机。为了识别模拟摘机后电话系统是否处于可拨号的状态、电话拨完号码后电话是否接通以及对方是否摘机接听电话等几种状态，系统必须进行信号音的识别。为了识别信号音，必须知道各种信号音的特性。各种信号音特性如下:拨号音：45025Hz连续蜂音。忙音：0.35s断0.35s通的45025Hz蜂音，音段周期为0.7s。回铃音：4s断ls通的45025Hz蜂音，音段周期为5s。这些电话信号均是模拟信号，然而单片机是无法识别模拟信号的，故必须先将模拟信号转换为脉冲信号，然后再根据脉冲信号的脉冲个数进行识别。这些电话音频信号的脉冲个数计算公式为N=t/T。其中N为每音段周期的脉冲个数；T为电话音频信号的音频周期，单位为s；t为信号音段周期的导通时间，单位为s。图13电话报警流程图在实际使用中，主要需要识别拨号音、忙音和回铃音。分析这3种信号的特性可以看出，在一定的计数时间内，其脉冲个数是不一样的。在本设计中采用2s计数判断拨号音，采用2.8s(即4个忙音周期)判断是否为忙音。随后采用ls为一个计数单元，采用计五次后的累加脉冲数来判断对方是否接听电话。若有则放相应的报警提示语音；否则再计ls，然后计算最后5s内的脉冲数，再次判断对方是否摘机。如此反复直到超过等待时间仍没有人接听电话就挂机。由于干扰和一些其他因素的存在，难免会有误判的现象而导致漏报警情。因此采取在所有预先设定的电话至少有一个拨通就只拨一遍。如果全部投拨通或者没人接听则把所有预存电话重拨一遍，这样漏报报警的概率就非常低以致可忽略不计。检测子程序用来获取提机后的回音信号,得到一个计数值。判断子程序根据程控交换机的标准确定检测到的回音是拨号音、忙音、回铃音。拨号子程序在可以拨号条件下拨打预先设定电话,若对方为占线或响铃后无人接,则延迟一段时间,等候下一轮续拨。放音子程序在拨打的电话接通后,将预先录制的报警语音回放出来。电话报警流程如图13所示4.1.3 远程控制子程序流程没有盗情发生,户主打回电话时,检测到有振铃,设定几次振铃还没人接听时,系统自动提机接通电话,等待户主通过电话机键盘输入命令,通过DTMF把命令传送到主机,解码后完成各种远程控制动作。远程控制子程序流程如图14所示图14远程控制流程图4.2 防盗探测器的电路程序流程系统初始化后即进入休眠模式,等待主机模块发射出来的LF低频信号的唤醒。解析并根据接收到的LF信号命令,配置传感器SP12,进行实时压力温度数据采集,取100次平均值(防误报),按数据帧格式编码形成发送数据。启动UHF射频发射电路进行数据发送。如图15所示图15监测模块程序流程图主机PIC16F877A初始化后(包括完成其周围的射频模块和显示模块的初始化),按时间间隔发送频率为125kHz的LF低频信号,将开启射频接收中断,等待接收各模块发送回来的温度数据,进行解码分析,与标准设定的安全压力温度值域比较,判断是否进行报警,并送数据至液晶屏显示。设定合理的时间延时后,循环以上流程分时采集和监视温度情况。这样一来在根本上解决了同频信号干扰碰撞问题,也给节省耗电提供了有效的控制方法。充分考虑到节能和实时监测这两方面的因素,本系统设定间隔200ms启动一次LF唤醒操作。如图16所示图16主机显示模块程序流程4.3 语音电路程序流程本系统软件设计较为简单,主要是定时选片控制,每片语音电路的地址端均接地,录放控制端受MCS89C51控制,根据微处理器的定时,当需要某一芯片录放时,单片机相应的控制端起作用,即启动语音电路工作。语音程序框图如图17所示图17语音程序框图8255A有3个8位数据端口,即端口A、端口B和端口C,三个端口在不同的工作方式下有不同的功能。8255A有3种工作方式:方式0、方式1和方式2,这些工作方式可用软件编程来指定。在本系统中,采用8255A在0方式下的工作方式。方式0是“基本输入输出方式”,这种工作方式不需要任何选通信号,A口、B口及C口的高4位和低4位都可设定为输入或输出。作为输出口时,输出的数据均被锁存,作为输入口时,A口的数据能锁存,B口与C口的数据不能锁存。在方式0下,外设随时可提供数据给微处理器,而外设也随时可接受微处理器送出的数据。数据传送前无需“选通”和“状态”信号,只要RD或WR信号有效,就能进行数据传送。另外C口的上4位、下4位在工作方式控制字中可以分别编程。但应注意C口数据的传送是以字节为单位进行的,不能单独地读写上4位或下4位。数字音频录放芯片ISD1420是美国ISD公司出品的新型单片优质语音录放电路,它具有专利技术的模拟处理存储方式,使录放音质极佳,没有常见的背景噪音,且电路断电后语音内容仍不丢失。ISD系列语音录放组件内含64 kB/128 kB E2PROM存储器、消除噪声的话筒前置放大器和自动增益调节AGC电路、适合语音的专用滤波电路、具有极高温度稳定性能的时钟振荡电路及全部语音处理电路。它具有全贴片微型化、使用方便、语音任意录抹放、断电语音保存、微功耗、直推喇叭、音质与磁带效果相当等特点。这种电路还提供了多种应用方式选择和接口,并可方便地应用于各种集成化电子语音系统。图18 数据发送流程图远程控制时,甲方数据传输系统模拟摘机,收到拨号音后拨通乙方数据传输系统所接线路的电话号码,若收到的是忙音,则系统挂机等待片刻后再次摘机拨号,直至收到回铃音;乙方收到5次振铃后,其数据