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自动报警响铃装置毕业论文目录第一章 绪论5第二章 系统的总体设计方案5第三章 系统模块功能说明63.1 AT89C51与AT24C04存储器63.1.1 AT89C51与AT24C04接口电路连接图93.1.2 AT24C04 的读、写操作103.2 TEA1602 功能简介113.3断线、回铃检测电路模块123.3.1 MT8880介绍123.3.2 警情自动拨号133.3.3语音报警模块133.3.4 自动控制模块143.4 DTMF 信号的接收原理153.4.1 按键识别模块的设计构思153.4.2 双音频信号的接收原理153.5八段数码管显示原理16第四章 系统硬件设计164.1 系统总体电路 protel 图及功能简介164.2 电话接口电路174.3 单片机与信号源连接图184.4 双音多频数据的收发194.5 断线、回铃检测电路194.6 硬件抗干扰204.6.1 器件的选择214.6.2 后备电源部分21第五章 系统软件设计框图225.1 系统主程序框图225.2 号码设置子程序流程图245.3 AT89C51 控制 DTMF 控制程序大体控制过程框图26第六章 控制程序及注释28致 谢42参 考 文 献43附录I 原理图44附录II 元器件清单45第一章 绪论21世纪是信息时代，信息技术的高速发展有效的推动人类社会文明的进步。对于电话的发明及普及，壮大了世界电话网络的发展，规模也越来越大。随着通信技术得发展，及逐步完善了微机自动化控制技术和传感器技术，电话的使用超越单纯的语音通信，在许多需要实时监控的场合，能够利用电话通信技术来发展防盗报警自动装置进行对欲实施现场实时监控。这可以使现有的通信网络资源的充分利用，也使得电话信息传输更能更加健全。隐蔽到任何远程终端，最大限度地避免了一些不必要的生命和财产损失。近年来，中国的智能监控下有了较快的发展。全国智能监测控制技术得到迅速的推广，广泛的覆盖在酒店，办公楼宇，银行，证券，包公参与，图书馆，博物馆，美术馆和住宅等方面的应用。建设队伍逐步壮大，初步形成了相当大强度的智能监控设计施工，而后也渐渐的出现系统集成产品生产商和产品供应商。与此同时，在上海，江苏，陕西省部先后建立了开发的智能监控的监测专业委员会和学术研究机构，发挥了积极的作用。这也使得，智能监控报警日渐成熟，积累了一定的工程设计和施工经验，基本上适应国内各各方面工程对智能监控的要求。人们开始重视智能安防的自动监控，对此有了更深入的认识。智能监控设计也更加关注现实，克服了智能监控技术产品在过去封闭条件，逐步向开放发展，以市场为导向，公平竞争为前提，在市场趋势的综合智能监控下，有序的尝试向更高效、更实用的方向发展。外国安全警报技术的发展已经在一个较高的水平。从典型的北美安全行业发展的联网报警的服务模式整体看，水平到垂直的整合，形成了许多高科技手段和产业一体化的综合性产业的发展，我们可以看到是智能监控报警系统的发展情况。作为世界头号北美最大的报警装置跨国公司齐诺亚公司，在20世纪30年代开始进行简单的防盗报警器生产与设计，其业务和技术范围，那时的发展水平便与中国当今的许多防盗报警企业的水平相当了。而它在业界的大调整，由一体联网报警服务向提供的网络管理中心发展，在全面发展方向上，是20世纪70年代建立起的第一个企业。特别是在20世纪90年代列举了很多的网络技术和系统集成技术和电子技术，显示出非常先进的联网报警服务水平，他在美国，加拿大，英国，香港，台湾和15个国家和地区是有分公司，已经形成了群体企业发展规模。第二章 系统的总体设计方案该报警器的设计是建立在电话原有功能的基础上在外围串入该设备进行报警。报警警情信号由外界输入，传感器语音信号的输入由电话机完成，而其他参数的设 置主机通过本设备完成的，通常情况下，不影响电话的工作。当主机接收外部输入警情编码信号，主机将编码与原存编码系统参数进行比较，决定是否要查询报警，并采取拨号通知用户的方式报警。该系统是以MCS- 51系列单片机AT89C51为核心，结合周边的编码接收电路，DTMF信号发送接收电路，芯片24C04，数码管，数字录音电路，电话电路等周边配套电路，构成了一个新的高性能智能安防报警装置。与外部探测传感设备传来的监测信息进行组合，设计了由系统的硬件电路，功能实现程序连接电话机等为一体的报警装置。此外，该系统可以由用户输入报警电话号码，在报警的过程之中，从开始到结束时，如果该系统拨号正处于占线或无人接听，则等待一段时间（10s）再次开始重拨。如果有响应，然后通过电话播放的录音提示声通知用户发出警报发生。如图所示：图2.1 系统总框图该系统的组成各个模块分别为： （1）以AT89C51为核心的控制器模块； （2）DTMF收发电路模块；（3）通话电路、线路切换电路模块； （4）数字录音播放电路模块；（5）显示、电源、后备电源电路模块；（6）断线、回铃检测电路模块； （7）电话号码存储及自动拨号模块。 第三章 系统模块功能说明3.1 AT89C51与AT24C04存储器AT89C51是有闪烁一个4K字节的可编程只读存储器，是一个可擦除的低电压、 高性能 CMOS8 位微处理器，微控制器通常被称为单片机。本装置采用 ATMEL 公司的高密度非易失性存储器制造技术制造， 单片机AT89C51和行业标准C51 指令集和输出管交响兼容。由于多功能8位CPU，并将于单一内存芯片的组合闪烁，Atmel的AT89C51是一种高效微控制器类为很多嵌入式控制系统，提供了高灵活性和廉价的方案。 AT89C51的主要特点：与MCS -51兼容，4K字节可编程闪烁存储器，1000写/擦了循环，数据保存时间10年，静态工作0Hz-24Hz，三重锁程序存储器，128*8位内部RAM，32个可编程I / O线，两个16定时器/计数器，5个中断源，可编程串行通道，低功耗的闲置功率及片内振荡器和时钟电路等模式。AT89C51单片机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。而对于单片机的存储器，因本系统需要存储用户自定义信息，且由于被监控对象不变的情况下这些信息可以继续沿用下去，且掉电之后不会出现数据丢失的情况，还能够长期保存。因此，从实际情况需要的存储内存大小来看，选择 AT24C04作为单片机的外部存储器。 AT24C04有1Kbits存储能力，属于二线工作2 C总线标准的串行存储，产自ATMEL公司，是具有高水平的集成的串行EEPROM存储器。小型仪器较为适用，通常这些设备将应用于存储一些密码或者电话号码等数据，这些数据量计量，不是很大，但有时需要修改。如果配合单片机及本身的功能，该方案下的内存扩展为串行EEPROM是一个不错的选择，相应的管脚连接如下图 3.1 所示：图3.1 AT24C04管脚图对于AT24C04的管脚定义如下：A0，A1和A2是地址端口，通过3个端口输入信号控制，可确保在数字系统的设置选择位，这就是说，在一个根总线上的最后可能获得8次设置以最低的3个地址通过以决定哪一个设备进行工作。GND：接地点SCL：串行时钟信号输入口，在时钟处于上升沿，EEPROM写入资料：而在于时钟处于下降沿，EEPROM中的资料被读出。VCC：接电源属入点。SDA：双向数据端口。在使用过程中需要加上拉电阻，是一个漏极开路的引脚，能够满足“线与”的条件。WP：是写保护键，当WP为高电平时存储器只读，当WP为低电平时存储器可读可写。对于各部分的功能如下：计算器地址单元：访问 EEPROM 所需要的存储单元的地址由其产生，并且， 其将被分别发送到Nx译码器进行字长8位得字选，及送到进行位选的Y译码器。定时升压单元：向电路施加编程高电压是EEPROM资料写入的必要条件，要解决单一电压电源的供电问题，电压的片内提升电路得于应用。电压的提升一般范围可以达到 1221.5V。数据输出输入应答逻辑单元：资料和地址都是 8 位码串行输入输出。在数据传送中，当每次成功传送一个字节数据后，接收器都对应产生一个反馈信号；而对于第9个时钟周期的SDA线将置于低电压作为应答信号。停止和启动逻辑：资料引脚向其发送电平信号，其需要进行判断是否启动和停止操作。串行控制逻辑单元：根据SDA、SCL以及“停止、 “启动”逻辑单元发出的各种信号进行区分并排列出有关的寻址及读写操作等逻辑，并将该操作信号传送到相应的执行操作的单元。AT89C51 管脚说明：图3.2 AT89C51管脚图VCC：电压点。GND：接地点。P0 口：P0 口是一个双向 I/O 口的 8 位漏级开路，各脚可吸收 8TTL 门电流。 当 P1 口的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。P0 能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在 FIASH 编程时，P0 口作为原码输入口，当 FIASH 进行校验时，P0 输出原码，此时 P0 外部必须被拉高。P1 口：P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 口缓冲器能接收输出 4TTL 门电流。P1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入，P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在 FLASH 编程和校验时，P1 口作为第八位地址接收。P2 口：P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 口缓冲器可接收， 输出 4 个 TTL 门电流，当 P2 口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2 口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时，P2 口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。P2 口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3 口： 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口， P3 可接收输出 4 个 TTL 门电流。当 P3 口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输 入，由于外部下拉为低电平，P3 口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3 口也可作为 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表 3.1 所示：表3.1 P3 口特殊功能RST：复位输入键。保持 RST 脚两个机器周期的高电平时间时，振荡器可进行复位。ALE/PROG： 当访问外部存储器时， 地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的 地位字节。在 FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。 如想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH 地址上置 0。此时， ALE 只有在执行 MOVX，MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态 ALE 禁止，置位无效。PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机 器周期两次/PSEN 有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN 信号 将不出现。EA/VPP：EA 保持低电平时，当则在此期间外部程序存储器 （0000H-FFFFH） ， 不管是否有内部程序存储器。注意加密方式 1 时，EA 将内部锁定为 RESET；当 EA 端保持高电平时，此间内部程序存储器。在 FLASH 编程期间，此引脚也用于 施加 12V 编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。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。 陶瓷振荡和石晶振荡均可采用。 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。3.1.1 AT89C51与AT24C04接口电路连接图对于AT89C51单片机和1KB的AT24C04 串行 EEPROM 位置连接图，P1.6 连接 AT24C04 时钟 SCL，P1.7 和 AT24C04 提供的数据传输模式，A4 内部不相关，进行接地点连接。在图中 WP 为写保护信号 EEPROM，高电平有效。因为在它的扫描工作， 所以它可以采取一个低电平。AT24C04 系列是使用 12 C 接口的串行 EEPROM 器件， 12C 总线连接 AT89C51 的接口功能在读写操作依靠一个程序来模拟 12C。如图 3.3 简单功能连接：图3.3 简单功能连接3.1.2 AT24C04 的读、写操作串行 E2PROM 通常有两种写作风格两种：一种是书面语的网页，一种是字节写 入方式。页写在书面周期允许为10毫秒左右，进行一个字节到页的若干字节写入， 同为16个字节的页大小24C04编程字节。使用页写模式可以提高写作效率，但应注 意不造成网页的地址空间“翻卷。(1)字节写入方式：单片机在数据帧的访问 E2PROM 的一个单位。这样，微控制器，然后再发送开始信号发出的控制字符的字节，然后发送的内存单元，在传送子地址，E2PROM 的响应后，发送 8 位数据，最后送一位停止信号。(2)页写入方式：单片机在数据写入周期可以不断访问 E2PROM 的存储单元。 这样，在供应链管理，然后开始发送信号，发送一个字节的控制字，然后发送一字节的存储单元的地址，这几个字节 E2PROM 的反应后，可以发送最多 1 字节的数据页，并以指定的起始地址，开始了最后发出停止信号结束。(3)指定地址读操作：读取数据的指定地址单元。启动后在含有前写操作控制字符 E2PROM 的片选地址发送响应信号微机， 然后在指定的单位地址派 2KB 的 E2PROM 的地址字节 E2PROM 的应答， 然后再发送 1 个包含一个选定的读操作控制字的地址， 如果这个时候 E2PROM 的作出反应，参照单位地址的数据将在信号 SCL 串行同步数 据似乎/地址线 SDA。(4)指定地址连续读：这样的读地址和前面指定地址读控制是相同的。单片机 接收数据的每个字节 E2PROM 的检测后，应该响应，只要响应信号长，其内部地址寄存器自动指向下一个单元，并发出命令将指向发送到 SDA 串行数据线的数据单位。当需要结束读操作，单片机收到后发送一个响应时刻需要的数据，然后发送一个响应信号停止信号。3.2 TEA1602 功能简介TEA1062 是飞利蒲公司生产的专用于电话的集成电路，是一种双极型、片内包含通信通话所需的所有电路及拨号接口电路，最低工作电压 1.6V。具有电话机所需的通话和线路接口，可实现拨号和通话转换两种功能，是用量广泛的理图3.4 TEA1062管脚图1 脚：LN 脚，正线路连接脚，该脚的最大允许电流为 140mA，最高电压限定在12V 以下；2 脚：GAS1 脚，调节送话放大器增益管脚；3 脚：GAS2 脚，调节送话放大器增益管脚；4 脚：QR 脚，受话信号放大输出管脚；5 脚：GAR 脚，调节受话信号放大器增益管脚；6 脚：MIC-脚，送话信号放大器反相输入管脚7 脚：MIC+送话信号放大器同相输入管脚；8 脚：STAB 脚，稳流器管脚；9 脚：VEE 脚，负电线路接入管脚；10 脚：IR 脚，受话信号放大器输入管脚；11 脚：DTMF 脚，双音多频音频信号输入管脚；12 脚：MUTE 脚，静噪信号输入管脚；13 脚：VCC 脚，电源正向去耦管脚；14 脚：REG 脚，稳压器去耦管脚；15 脚：AGC 脚，音量信号自动调节控制输入管脚；16 脚：SLPE 脚，直流电阻调节管脚。3.3断线、回铃检测电路模块该模块负责对监控现场信号检测，事前设置好期望拨号报警的情况，当收到检测信号实行相应的操作，从而达到预设的实时实地监测良好的效果。信号源一般源自红外探测器探测而得的信号，中断梁式传感器，振动传感器检测振动信号，接近传感器检测金属接近信号，开关传感器探测门窗开关，雷达探测区域为运动目标检测设备。3.3.1 MT8880介绍MT8880C是一个带有呼叫处理滤波器的单片DTMF信号收发器。他的制造采用MITEL公司的低功耗、高稳定性的ISO-CMOS技术。DTMF信号的接收部分采用DTMF信号接收单片机MT8870的工业制造标准；发送部分采用开关电容进行DA转换发送高精度、低畸变的DTMF信号。内部寄存器提供一个群模式。在双音频群模式下DTMF信号可以通过精确的时序被发送出去。可选择呼叫处理滤波器让一个微处理器处理呼叫音频信号。MT8880C还具有标准的微处理器总路线与6800系列的微处理器直接连接。MT8880引脚图如图3.5所示图3.5 MT8880引脚图其引脚功能如下：IN+、IN-：分别为内部放大器的同相输入端和反相输入端，即接收DTMF信号的输入端；GS：内部放大器的输出端，外接一个负反馈电阻至IN-端；UREF：内部参考电压输出端，该参考电压等于UDD/2；UDD 、Uss ：分别为电源的正、负端，供电电压为5V；OSCl、OSC2 ：外接一个3.58MHz晶体，形成晶体振荡器；TONE：双音频信号输出端；R/W；读/写控制端， 该端施以高电平时读MT8880，施以低电平时写MT8880；RSI：用于选择内部各寄存器的控制端，该端施以高电平时选中控制寄存器或状态寄存器，施以低电平时选中发送数据寄存器或接收数据寄存器。3.3.2 警情自动拨号自动拨号功能的执行， 通过单片机控制 MT8880的芯片和连接相关的芯片， 其实， 就是用一个8位微控制器控制的 I / O 端口 MT8880的芯片，当自动拨号系统用以接收报警系统发出报警信号，它必须做的是自动摘机，然后拨预先设定好的电话号码。从而实现了电话来接机，自动拨号功能。自动摘机振铃信号是通过整频后，传导光耦合器的自动摘机振铃的实现方法，实现了计算机控制自动摘机和清除锁存状态，使摘机和挂机软件完全是可控的。自动拨号实现是由单片机控制实现自动摘机后，单片机就向 MT8880 发出特定的拨号信息，MT8880 收到拨号信息随即会产生相应的双音频(DTMF)信号通过电话线向外发出，以此来实现了自动拨号的功能如图 3.6 所示：图3.6 自动报警接收器在收到报警触发信号后，系统会自动挂断电力复位，如果用户电话处于接通状态， 则电话断线并接通了在线控制系统。 进行报警处理（报警时间小于5秒）此时，用户无法使用拨打电话。报警信息发送到服务器的进行数字拨号，等待服务器进行拨号后，摘机后实现握手联络、发送自身固定的惟一识别码和报警类别码，由国家代码规定的固定触发类型决定。在完成数据的验证和服务器数据校验后，自动放弃控制电路后挂断电话，电话用户才可拨号。服务器将通过识别号码及报警类型来获取相应的信息代码，该数据库用户找到报警的详细信息，并以此提供给维修员相应处理信息，从而采取相应措施。3.3.3语音报警模块语音电路的作用是提示用户对控制器进行操作并进行报警。语音电路所选用的芯片必须具备三种功能：分段录音、放音、可寻址。根据这些功能要求，本系统选用美国ISD公司的ISD1420作为语音电路的核心芯片。ISD1420录音电路通过开关控制录音控制端REC和地址线A0-A7，放音电路通过AT89C51的P口控制PLAYER放音。ISD1420引脚图如图3.7所示。图3.7 ISD1420引脚图ISD1420内置了若了干操作模式，可用最少的外围器件实现最多的功能。操作模式也由地址端控制；当 A7 和 A6 都为 1 时，其它地址端置高就选择某个（或某几个）模式。因为操作模式和直接寻址互相排斥。操作模式可由微控制器，也可由硬件实现。电话报警主要是通过中断服务程序来实现。该方案的基本流程是：摘机报警，自动呼叫目录之中相应的报警号码，如110，119，或自己设置的手机号码、固定电话用户组。打电话时，报警摘机后，信号线的 I2测试，在检测音检测到拨号音就拨号，无法检测到拨号音，拨号电话线都没有接通，自动挂断。两秒钟后，等待回拨是否处于无回铃或忙音，如果都没有且已接通，可进行语音报警。在此情况下，播放预先录制好的录音，功能最终实现。3.3.4 自动控制模块自动控制模块控制着实现单片机控制的功能， 根据控制信号或现场分析信号分析处理后，自动控制模块利用执行器件作出相应的动作以解除报警信号，对现场发生情况作出恰当的处理动作。其大体框图如图3.8 AT89C51功能连接简图：图3.8 AT89C51功能连接图本系统的整体描述如下：开机后，AT89C51 传输命令，驱动LED显示字母 P 提示用户输入报警时所拨打的电话号码。用户键盘按“输号”键，可以用系统设置的按键输入电话号码，发光二极管灭， 数码管开始显示 “0” 按一次输号键时间1s 时，表示确定该数字，接着跳入下一位输入，同时数码管显示 0，直到输入完成显示 U。整个过程都是在 LED 显示亮灭情况的提示下完成的。INT0设置为低电平输入有效， 如果其四个中断源路之中有一项电平变低， INT0 的电平也就变成低电平。通过 P1.0-P1.6的查询，可以知道那路中断源的接通。执行拨号报警电话号码中断程序，等待一段时间（10s）再次重拨该号码。鉴于摘机拨号前和启动 MT8880为处理模式信号。输出波形的 IRQ 口是否为超声检测形式的波，如果是，则对于拨号 MT8880的设置为双音频模式，然后通过 MT8880的数据发送寄存器拨号。拨号后检测是否占用的 IRQ 口输出脉冲。如果是控制播放 ISDl4200处于回铃或者忙音，然后等待10秒重拨号。用户还可以调用这些 设备和电话连接，单片机检测振动铃音。如果长时间没有人应答，将自动摘机。在遥远的手机键盘进行操作，用户可以执行不同的方案进行单片机控制设备。当异地信号传入传感器，将微控制器的一个脉冲信号传递给单片机，单片机中断程序进行处理，微控制器的引脚输出高电平，就可以进行电话连接，从而触发报警电路来连续拨出一组数字，耐心等待一段时间后再次拨出这一组数字，直到连接成功，并通知当地的危险警情告知用户，用户自然之道采取何种措施，从而实现报警和远程控制双重报警功能。为便于日常使用，通过对微控制器的外部中断信号开关模块控制，微控制器接收数字节目中断，单片机监测的 I / O 脚铅水平的变化。该系统不同于一般的电话报警系统，在于它独特的模块化方法，即针对特定手机或固定电话直接生产的报警电话设备设置， 但对于输入键盘连接电话号码没有固定。在日常生活中，如果不用时可以删除了，只需要重新设置又可以使用，是一款经济实用的设备。3.4 DTMF 信号的接收原理3.4.1 按键识别模块的设计构思按键识别模块实际上是一个双多速率频（DTMF）信号接收电路。 DTMF 信号的接收器由芯片 MT8880的接收电路组成， 系统使用的对按键信号进行检测。从MT8880的 DTMF 信号带来接收信号，分频、解码为四位二进制的输出信号，从而使判决该按钮并反馈给89C51单片机，89C51的接收信号，根据信号的内容，进行自动控制。3.4.2 双音频信号的接收原理数字音频信号传送大多是通过数字和模拟信号之间的转换， 实现 A/D 之间的转换，从而实现音频信号的传输工作。多频信号的接收器通过接收经过数字滤波器滤 波的数字逻辑电路鉴定后，接收器获得根据每个过滤器尺寸的输出，并确定哪些是输入信号，其包含两个频率成分，从而实现音频接收器的功能。 MT8880是频率信号接收器芯片，DTMF 信号的分离和解码可以二进制代码进行相应的四个组合的16 种频率输出信号。使用 MT8880的解码芯片接收控制信息，经过分频，解码，编码， 将产生 BCD 码传送给控制单片机微控制器，执行相应的操作。3.5八段数码管显示原理八段数码管是由八段 LED 灯通过控制器亮灭来显示数字。 数码管又分为两种类型：共阴极和共阳极。共阴极就是将八个 LED 的阴极连在一起接地，因此，只要给 数码管的任何一个 LED 的另一端高电平，它便能点亮。同理可知，共阳极就是将八个 LED 的阳极连在一起，接入高电平，另一端只要给以低电平数码管就能显示相应的数字。其原理图如图 3.9所示:图3.9 八段数码管引脚图中的两个 COM 端连是公共端，共阴数码管将其接地，共阳数码管则接正 5 伏电源。一个八段数码管称为一位，多个数码管并列在一起可构成多位数码管，它们的段选线（即 a,b,c,d,e,f,g,dp）连在一起，而各自的公共端称为位选线。 显示时，都从段选线送入字符编码，而选中哪个位选线，那个数码管便会被点亮。 因此，供给不同的电平，八段数码管接收的位置不同就形成了数字及字母等变化，最后达到与用户沟通的效果。第四章 系统硬件设计4.1 系统总体电路 protel 图及功能简介本系统的核心部分是 AT89C51 及其它的主要单元电路编码器接收电路、DTMF 收发电路、数字语音电路、通话电路、 断线检测和回铃检测电路，以及电源、后备电源电路等组成的自动报警装置（见附录I）。根据任务要求，设计的报警信号的输入由“报警信号输入设备接口”外接红外探头等设备输入。AT89C51是该报警系统的核心，它是一种低功耗，低电压，高性能8位微控制器，片上的闪存可编程只读存储器的4K 字节可擦除存储器，它的输出引脚和指令引脚的系统兼容于 MCS1:51。片内的 Flash 存储器允许在系统内可通过常规程序或常规非易失性存储程序员的编程调整。主要优点是在系统的工作过程，能有效保存数据信息，即使没有电输入也不会丢失信息。同时，应用在单片机微控制器中系统运行稳定。也可使系统开发修改程序变得简单，缩短系统开发周期。MT8880的芯片是 DTMF（双多速率）收发器电路的核心，能够对音频数据传输和接收 DTMF 全部16个信号，有带通滤波器和来电声音功能，可直接与微处理器的接口连接。电路的拨号是由单片机通过 DTMF 收发电路完成，远程用户还可以进行远程报警电话命令操作并。电路的 DTMF 信号输入和输出经过核心芯片 TEA1062进行增益调整而后输出。 DTMF 信号收发器是整个系统的关键，其稳定性直接影响整个系统的性能的稳定性运行。音频数字录音播放电路以数字语音芯片 ISD1420为功能实现核心， 使用的 A / D 转换可以录制20秒音频信号，把音频信号转换为模拟信号，在通过 A/D 转换把模拟信号转换成数字语音存储在芯片之中。语音信号可以分段存储，运用总线技术，信息和单片机接口技术进行融合，实现语音信号的存储播放功能。此外，它是零功率信息存储方式，电力丢失的情况下，存储的信息可以保存10年，使用方法简易，录制的音频内容可以随意用户改变，录制次数相当可观，可达数10万次以上。系统中，电话用户通过将各种声学语音和用户讲话存储到 ISD1420中。 警情录音录制时长为20s，而地址讲话可存储8s。 ISD1400系列芯片在使用过程中，应注意在将一个0.1uF 电容接在 RES 和 VCC 之间，以防止发生电力电容录音操作时，破坏原始录音资料的音质。电话机专用通话集成电路一般使用 TEA1062芯片来实现其功能。输出通话信号时，自ISD1420和驻集体话筒的语音信号从 MIC+管脚完成输入，自 MT8880的 DTMF 信号从 DTMF 管脚完成输入，TEA1062进行增益放大后从 LN 管脚一起传送到电话外线上完成音频输出。接受通话信号输入时，信号经过消侧音网络进行消音处理，信号的输入由 IR 输入口完成，进行增益放大后信号再从 QR 传输输出，信号流向分为两路：其一用于供语音录制用，即连接 ISD1420的 ANA-IN 端，而另一路用于 DTMF 信号在 IN-端提取。断线、 回铃检测电路作用是为了防止一些不必要的人为损坏或者因电话线路连 接出现故障，致使电话报警系统无法正常工作，作为一种防患于未然的措施，断线 检测电路也由此原因而加入到系统的保护工作之中。 对于断线检测电路现时可以分为两种，由9018和整流桥的高输入阻抗检测电路是我们现实比较实用的一种，它的应用在于手机检测线电压之中是主机的自我检查的一部分且该电路的连接应符 15mA 的电话通话电流， 以保证电话入网的基本电流要求。 而另一个是光耦合器4N33， 4N33接收外面的 B 电压，如果外线电话报警时，突然被切断的 C-末端跳进高电平， 微控制器转换为电话自动报警方式工作过程，而后将自动转换为报警方式，有双重保护报警的目的。同时，4N33也构成回铃检测电路。4.2 电话接口电路对于该报警系统电话的接口电路主要由 MT8880和4N33及其他器件相互连接形成，由于产生的 DTMF 音频信号与电话线路所输送的信号不匹配不能直接作用于电话，传递给电话可以直接正常工作的信号。所以，该信号必须先要经过 TEA1602芯片的增益放大，然后才能使电话正常工作。放大后的语音信号与电话线的接口电路直接连接电话线就可以实现语音信号的正常传送，从而有效地实现该功能。而对于断线、 回铃检测电路为防止一些不必要的人为损坏或者电话线路出现故障使得电话报警的功能不能够正常实现，为了弥补这一缺陷，本系统把断线、回铃检测电路加入了电路之中。对于断线检测电路现时可以分为两种，由9018和整流桥的高输入阻抗检测电路是我们现实比较实用的一种， 它的应用在于手机检测线电压之中是主机的自我检查的一部分且该电路的连接应15mA 的电话通话电流，以保证电话入网的基本电流要求。而另一个是光耦合器4N33，4N33接收外面的 B 电压，如果外线电话报警时，突然被切断的 C-末端跳进高电平，微控制器转换为电话自动报警方式工作过程，而后将自动转换为报警方式，有双重保护报警的目的。同时，4N33也构成回铃检测电路。当用户从异地打电话到主机进行布防撤防操作时，振铃信号通过涤纶电容、整流桥送到4N33的IN+、IN-引脚，引起 C 端电平的跳变。光电隔离可以防止高压振铃信号串入主机。如4.1图所示：图4.1 断线、回铃检测图4.3 单片机与信号源连接图图4.2 单片机与信号源连接图如图是信号源的单片机与连接，扩展外部信号源是本系统单片机使用的查询方法。 可接信号源检测器件如下： 光束遮断式感应器、 红外探测器、 磁开关、 感烟探测器、接近传感器检测金属物接近信号、震动传感器检测震动信号、开关传感器检测门或窗户的开关、局域雷达检测物体的移动等。4.4 双音多频数据的收发双音多频信号的收发是整个系统的关键，它工作的稳定性决定了系统的运行稳定性、可靠性。双音多频的解码常用于电话专用的编码输入芯片，该控制信号可靠运行性较高、电路的设计也比较简单，经济实惠。单片机最后读取经过特制的编码集成电路把该信号转换成不同的编码码制信号。MT8880 是一种集成度较高的、低功耗、大规模集成电路，且集成了发送和接收电路在一个芯片内芯片。该芯片的发送部分使用的是开关电容式 DA 变换器，它具有的特性是 DTMF 信号失真非常的低，并且具有较高精度的频率，其片内计数器对该模式的占空时间定时较精确。02 为同步脉冲或者是时钟脉冲的信号输入端， 当读写 MT8880 信号时，必须接收到一个驱动 MT8880 的正脉冲信号。对 MT8880 的写读寄存器操作都有严格的时序要求。当该芯片的内部寄存器收到访问信号时， 02 端出现一次带上升沿的高电平，对应的周期应为 1 p S1000ms，这一信号是其他信号的依据。单片机与 MT8880 连接很简单，将 POOPO3 分别与 DO 一-D3 连接，P27 与 RS!，P26 与cs，WRP36 与 RW，RDP37 与￥2 连接可实现单片机 89C51 对 MT8880 的音频操作控制。其中 POO,-一 P03 用来传输数 据，P27、P36 用来控制寄存器的选择，P37m 来模拟产生￥2 及其它信号的时序。单片机 AT89C51 写内部寄存器 CRA、CRB 时序图如图 4.3 所示：图4.3 CRA、CRB时序图4.5 断线、回铃检测电路电话振铃信号通过电容 C1 隔直、稳压二极管、R2 限流电阻输入至光电耦合器 LEl 的输入端 1 口，C1、稳压二极管和 R2 共同组成，它们使输入电压和电流保持在比较稳定的水平，数值变化不会明显，能够起到保护后面的光电耦合器的作用。 当用户接收到呼入电话时，电话交换机传递送过来振铃电流信号。振铃为正弦波， 其数值为 253 伏，谐铃失真值在 10以内，有效电压范围为 9015V。振铃的周期为 5 秒，即 1 秒发送信号，4 秒断开信号。根据振铃信号电压比较高的特点，输入至光电耦合器的电压要先使用高压稳压二极管进行降压处理才进行传输。 经过光电耦合器的作用，输出的电压波形是正弦波，波形呈现时通时断的状态，标准的方波的最后输出是经过 RC 回路进行滤波整形而得到。最后得到的方波信号直接输出 至单片机的中断计数器输入口来完成整个振铃音检测和计数的传递过程。对于以上提及器件功能：光电耦合器 LEl 起的是隔离作用，光电耦合器是一种 电信号的耦合器件，它一般是将发光二极管和光敏三极管的光路耦合在一起，输入和输出之间不可共地，输入电信号加于发光二极管上， 输出信号由光敏三极管取出。 光电耦合器以光电转换原理传输信息，通过两者的耦合，使信息发出端与信息接收和输出端形成真空绝缘，有很强的对地电位差干扰抗干扰性能，而且能够有效地抑 制电磁干扰。速度高、价格低、接口简单，使用起来也比较经济。振铃信号通过光 耦 LEl 输出振铃正弦波，经过滤波电路就变成了方波。经过整形输入到单片机 AT89C51 的 T1 口，计数 10 次产生 T1P35 中断，控制继电器模拟摘机，完成振 铃音检测。若在这 10 次振铃过程中，主人接通了电话，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 MT8880 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。4.6 硬件抗干扰对于硬件正常工作的过程之中受到干扰，其间会产生诸多不良影响。如何有 效的杜绝或者遏制这种情况的发生。从电磁干扰学的广义上讲，系统的干扰因素包 括电磁干扰、温度干扰、湿度干扰、声波干扰和振动干扰等等，在众多干扰中，电磁干扰最为普遍，且对控制系统影响最大，而其它干扰因素往往可以通过一些物理的方法较容易地解决。硬件干扰是指在工作过程中受环境因素的影响，出现的一些与有用信号无关 的，并且对系统性能或信号传输对系统正常工作有影响的不利因素。这些因素使得信号的数据发生瞬态变化，增大误差，出现假象，甚至使整个系统出现异常信号而引起故障。工业环境之中，形成干扰的三个要素（1）干扰源：产生干扰信号的设备被称作干扰源，如变压器、继电器、微波设 备、电机、无绳电话和高压电线等都可以产生空中电磁信号。当然，雷电、太阳和宇宙射线属于干扰源。（2） 传播途径：传播途径是指干扰信号的传播路径。 电磁信号在空中直线传播，并具有穿透性的传播叫作辐射方式传播；电磁信号借助导线传入设备的传播被称为传导方式传播。传播途径是干扰扩散和无所不在的主要原因。(3)接受载体：接受载体是指受影响的设备的某个环节其吸收了干扰信号，并转化为对系统造成影响的电器参数，从而参数有效。接受载体不能感应干扰信号或 弱化干扰信号使其不被干扰影响就提高了抗干扰的能力。 接受载体的接受过程又成为耦合，耦合分为两类，传导耦合和辐射耦合。传导耦合是指电磁能量以电压或电流的形式通过金属导线或集总元件（如电容器、变压器等）耦合至接受载体。辐射耦合指电磁干扰能量通过空间以电磁场形式耦合至接受载体。根据以上内容可以看出， 信号之所以是干扰是因为它对系统造成的不良影响， 反之，不能称其为干扰。从形成干扰的要素可知，消除三个要素中的任何一个，都会避免干扰。抗干扰技术就是针对三个要素的研究和处理。4.6.1 器件的选择对于系统的稳定运行主要还是考虑到系统内部各个模块的电磁兼容性得内容， 在系统的设计、 调试时需要认真分析考虑一下， 通过电路设计结构、 噪声源的控制、 受扰设备之间的位置调整或者通过改变传输距离及光电耦合等途径来解决这一问题。但是，目前对于噪声源的控制在设计上的改变很难实现的，因此，改变电路的设计结构是一个最佳的选择，通过将受扰设备屏蔽保护起来，最大限度的阻隔耦合干扰来源的途径，从而使设备的抗干扰能力由较大的提高。对于系统间电磁兼容性验证，一般方法是主动制造另一个干扰系统的噪声源，发射出干扰系统正常运行的信号，通过此方法来检测设计的系统装置的抗干扰能力，通常也称为电磁兼容性测试。综合分析以上的三个作用因素，控制耦合途径的最佳办法是最能够有效提高抗干扰能力的手段。耦合途径分为两个不同的类别：辐射耦合和传导耦合。这两类双重检测的作用是能够进一步降低外界干扰信号对系统准确反映监控场地准确性的干扰作用，从而最大限度减少了报警信号误报的情况发生。对于这一系统中主要功能实现单元是由专门的集成芯片作用的，这有利于提高系统的稳定性和抗干扰性。4.6.2 后备电源部分而对于电源部分，电源线路是单片机系统干扰的主要来源，该部分应用隔离变压器连接入电网，它的作用是能够最大限度的防止干扰信号直接侵入单片机系统，对系统运行产生不必要的影响。隔离变压器的特别之处在于在初、次级之间加了一层屏蔽层这与普通变压器的主要不同之处，并将它和铁芯一起接地。它的另外一个作用，能够保持报警器工作处在一个不间断的持续过程，即它能够充当电网供电断电后做为备用电源使用，因此，也防止因断电造成系统数据丢失，影响系统的正常工作。除了这方法外，我们还可采用多级稳压电路，它的功能实现就是把稳压器造成的各种故障分散开来，避免稳压器造成的部分故障致使整个系统正常运行遭到破坏。同时，这一方法加大了稳压器向外的散热面积，保障了设备热安全，也使系统运行更加稳定可靠。如 4.4 图所示：图4.4 电源电路图第五章 系统软件设计框图整个程序的功能是：电话号码的输入、存储、断电保存，即可输入并保存一组电话号码，号码将被保存于 24C04 存储器芯片中；检查并显示已存储的电话号码； 当从传感器传来警情时，可自动拨打保存在 24C04 存储器芯片中的号码报警。5.1 系统主程序框图如图 5.1 是主程序流程图，主程序主要实现的是 AT89C51 的上电初始化工作， 通过输入相应的信号对预先设定好的功能进行实时控制， 是整个系统运行主要控制程序。其主要的控制是通过三个键复位键、输号键、查号键。来进行控制，而整个过程以 LED 灯得亮灭情况来显示对应时段所设置的功能。 而显示号码灯则是通过程序对八段数码管的控制实现的。包括定时器控制寄存器内容的设置、串行通信设置、外部中断 0 设置、一些变量的初始化等内容。之后进行报警复位按键信号的监测，当有信号来时，就进入到复位处理程序中，否则进入循环等待状态。图5.1 主程序流程图5.2 号码设置子程序流程图图5.2 号码设置子流程图具体操作过程如下：(1)按复位键后，数码管显示“P” ，进入输号、查号的操作选择状态。(2)输号。按“输号”键，可进入输入电话号码的状态，发光二极管灭，数码管开始显示“0” ，以后每短时间按（1s） ，则确认该位数字，显示的数字又返回到“0” ，进入电话号码的下一位数字的输入，最后一位号码输入好后，按“查号” 键，结束输号，同时单片机将输入电话号码保存起来，数码管显示“U” 。(3)查号。按“查号”键，发光二极管亮，可查看已保存的电话号码。每按键 一次，则显示一位数字，从左到右，与输入时的顺序一致，若数码管显示“U” ，则 表示号码查看结束。 当数码管显示“U”时，表明装置处于空闲警戒状态，当有警情时，自动拨号报警。自动拨号后数码管显示“b”且发