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毕业设计
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DZ041智能报警系统（无线型）,毕业设计
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番茄花园 ju 儽傢V - nts ? , nts b B ? . ? ? : nts毕 设 中 期 报 告 从三月中旬开始的毕业设计到现在，在差不多一个半月的时间里，我们的硬件设计制作基本完成，电路板也制作出来了。 在这一个半月里，我们初步完成了软件的整体设计，根据软件的整体设计我们设计出了硬件原理图并在 Protel软件工具下绘制出了系统的原理图。 在绘制好原理图后，我又开始进行 PCB 图的构思和设计。相比于原理图，PCB图的工作量更大。不仅要考虑元器件的封装，还要考虑各内部电路的连线，这是画 PCB 图中最为关键的工作。因为我们做的板是单面板，合理放置元器件是非常重要的，放置的好可以减少很多的 跳线。为了做出来的板美观、减少跳线，在老师的指导下，我画了三次 PCB图，终于画出了满意的 PCB图。 在完成 PCB 图后，便利用学院的压扳机，制作了硬件电路板。接着去电子市场购买系统所需的元器件，按照原理图安装各元器件。至此，硬件部分完成。 软件方面，我们也作了大量的准备工作，主要是查阅了关于键盘操作的相关资料。 在这段时间里，我们的工作完成的较为顺利，在发现自身存在的问题的同时，也解决了这些问题，接下来的工作，我有信心做好。 nts 毕 业 论 文 开 题 报 告 论文题目：智能报警系统（无线型） 研究意义和内容（可以另附页）： 安全防范工作越来越受到社会重视，安全防范意识愈来愈深入人心。现在人们采用高科技技术对火灾、盗窃、紧急求救等可能发生的会造成财产损失和 危及人们生命安全的事件进行实时监控，一旦有险情就会发出警报，有时还可以采取应急措施来排除隐患。鉴于以上原因，我们想设计一种实用性好、适用广泛、可靠性高，能满足大部分保安和报警需要的报警系统。 本课题主要要完成的内容： 1、 硬件完成 8 路防区检测、 8 路 LED 显示、数据存储、电话线传输等电路。 2、 软件完成各功能设置 （ 1） 按键提示声、无线接收输入端检测 （ 2） 设总开关、密码、电话号码记忆、双音频产生 （ 3） 设防及撤防设置 （ 4） 各防区探测器工作电压不足的代码检测及显示报警 指导老师意见： 指导老师签名： 年 月 日 ntsnts智能报警系统（无线型） 1 目 录 摘要 . 2 一 .前言 . 3 二 .报警系统功能介绍 . 3 三 .智能无线报警系统概述 . 3 1.传感器 . 3 2.微控制器 . 4 3.报警和指示 . 4 4.键盘控制面板 . 4 四 .硬 件设计 . 5 1.防盗、防火灾等方面的设计 . 5 2.微控制器的选择 . 6 3.报警和显示设计 . 6 4.键盘设计 . 6 5.器件介绍 . 7 1.89C52 . 7 2.24C02 . 8 3.HT-12E . 9 6.系统电路 . 10 1.无线信号发送电路 . 10 2.无线信号接收电路 . 11 3.数据存储电路 . 12 4.双音多频拨号电路 . 16 五 .软件设计 . 16 1.主程序 . 16 2.键盘扫描和键值处理 . 18 3、无线报警信号接收程序 . 19 4、双音多频拨号原理 . 20 六 .系统设计的实现过程 . 23 七 .系统调试过程中出现的问题及解决方法 . 23 八总结与体会 . 24 九 .结束语 . 24 十 .参考文献 . 25 十一 .附录 . 26 nts智能报警系统（无线型） 2 智能报警系统 (无线型 )的设计 摘要 本文介绍一种基于 AT89C52 为核心的无线式智能防盗报警系统，它具有 8 路无线防区，当有人非法进入防区，防区的传感器会发出信号无线传送给微控制器，微控制器就会发出警报；这个系统带有键盘 ,可以使 用键盘进行各种操作以满足大部分保安和报警需要。 关键词： AT89C52 无线 智能报警系统 Abstract The paper introduces a wireless security system that is based on AT89C52. It has 8 wireless blocks. If intruders break into a block, the sensor of the block will transmit a signal to the Micro Controller Unit. At the same time the Micro Controller Unit will make an alarm sound. The wireless security system has a keyboard, which enables one to process kinds of operation to save ones valuable properties from any kinds of harms. Keywords: AT89C52 , wireless, security system nts智能报警系统（无线型） 3 一 .前言 随着社会的发展，人类的物质文明越来越发达，人们的生活节奏也越来越快。但是，当人们在享受先进的人类文明时，如果意外事件突然发生，比如发生火灾、入室盗窃、突发疾病等等，往往会给人们的财产造成很大的损失，有时甚至危及人们的生命，因此，人们有必要对诸如此类事件进行防范。 安全防范工作越来越受到社会重视，安全防范意识愈来愈深入人心。现在人们采用高科技技术对火灾、盗窃、紧急求救等可能发生的会造成财产损失和 危及人们生命安全的事件进行实时监控，一旦有险情就会发出警报，有时还可以采取应急措施来排除隐患。现在已出现 很多种类的报警器或报警系统，比如汽车报警器、家用报警器、公共场所报警器等，近来又出现了智能楼宇和小区集控系统，前面的几种报警器功能比较单一，属于早期的产品，而后者的系统复杂，功能强大，科技含量很高，但价格不菲。 鉴于以上原因，我们想设计一种实用性好、适用广泛、可靠性高，能满足大部分保安和报警需要，同时又具有可扩展性的报警系统。根据导师的分配，我负责完成智能无线报警系统的设计。 二 .报警系统功能介绍 防盗、防火、防毒气多功能集于一体 8路无线防区 使用键盘进行各种操作 具备防区总设和撤防方式 具有密码设定和修 改功能 报警响应时间可编程 14位 8组电话号码存贮功能 自动电话拨号 三 .智能无线报警系统概述 一个报警系统是由传感器、微控制器、报警单元和指示装置等部分构成。传感器感知报警信息的变化，微控制器则对从传感器接受到的信息进行分析判断，并根据用户设置的报警参数来做出合理的处理，通过报警单元和指示装置告知用户。 1.传感器 传感器是整个报警系统的“触觉”，如果没有传感器或者传感器失灵，则报警系统就无nts智能报警系统（无线型） 4 法检测报警源的信息，也就无法做出任何报警处理，从某种意义上说，传感器是现代智能报警器的“眼睛”，传感器的种类和性能的 好坏直接决定着报警器的类别和性能。 专门用做报警传感器的传感器有：红外线传感器、声波传感器、离子烟雾传感器、气敏传感器等等。其中红外线传感器用来探测人体移动、声波传感器则探测玻璃破碎时发出的声音，通过这两种传感器可以感知有无非法入室。当报警器装备了它们后就具有了防盗、防劫功能；离子烟雾传感器则是用来探测烟雾的浓度，在发生火灾前或火灾时总会有烟雾产生，因此离子传感器被用做火灾报警传感器；而气敏传感器则是用来探测有毒有害气体（煤气、一氧化碳、汽油蒸汽等等）的浓度，如果有毒有害气体的浓度超标，则会造成及其严重的后果，所以现代的智能报警系统少不了气敏传感器。 以上只列出了四种常见用在报警系统中的传感器，其实还有很多很多，这里不一一列举。 2.微控制器 微控制器（ Micro Control Unit 简称 MCU）主要用于控制领域，用于实现各种测试和控制功能。 MCU是现代所有智能产品中不可或缺的一部分，它可以按照人们预先设计的顺序和方法对事件进行连续不断地判断处理。微控制器已经成为目前高科技产品的控制处理中心，虽然它只能程序式工作，不懂得随机应变，但如果我们设计出完善、可靠的程序，则它就会做得“天衣无缝”，完全胜任一个 控制和决策者，值得一提的是它可以时刻工作，而不知疲倦，因此它很适合用在实时监控系统中。 报警系统是个实时系统，它需要对各种报警源信息进行实时判断和处理，同时它还要对各种事件和用户参数进行综合处理，以满足各种不同场合不同用户的需要，如果一个报警系统没有微控制器，就如同于一个人没有了大脑，因此好的报警系统得拥有性能优异的微控制器，拥有微控制器的报警系统就可以成为自动的和智能的报警系统。 3.报警和指示 报警系统的目的是为了能在出现危急情况之前或之时给人们以告示、提醒或根据用户所设定的处理方法和步骤进行自动应急处 理，以至达到避免意外事件的发生或减少发生意外情况时造成的损失。报警和指示是报警系统的重要组成部分，它和传感器、微控制器构成了报警系统的三个最基础的要素，传感器是“眼睛”，微控制器是“大脑”，而报警和指示就是“手和脚的行动”，它可以向人们显示系统的工作状态，各报警器的信息，当有报警情况时还可以响应从微控制器发出的控制信号，做出相应的各种报警行为。 4.键盘控制面板 键盘是实现人机对话的一种重要输入方式，在各种智能仪器和控制系统的设计中，我们nts智能报警系统（无线型） 5 图 1 常常需要用键盘向微控制器输入数据或对程序的进程进行管理。用户通过对键盘 进行某些操作，设定报警系统具有满足自己生活需要功能，使得报警系统更加富有人性化、智能化。报警系统可能还有很多单元部分，这里只讲了其中重要的部分。图 1是报警系统的一般框图。 四 .硬 件设计 前面所讲述的是报警系统的一般结构，以下将进一步讨论如何进行报警系统的具体实现。 如前所述，我们将整个报警系统分为四大部分 .作为一个报警系统，当环境出现几类可定义的警情（盗警，火警等）时，必须具备报警的基本功能，此外还需要有紧急求救等附加功能。 1.防盗、防火灾等方面的设计 我们 说报警系统的类型功能取决于它所选用的传感器类型，可以用于防盗方面的传感器有：红外线传感器，它可以检测从人体发出或反射的红外线信号，当有人进入设防区域内时就可以立刻识别出来；门磁传感器（反映门开合的状态），它可以探测设防区域内房间门的开合情况，一旦有不允许的进入发生，可以立刻发出报警信号；声波传感器（一种专门探测玻璃破碎时发出的声波的传感器），如果有人企图通过玻璃门窗闯入设防区域时，则就会被这种声波传感器发现。我们可选用上面的三种传感器来满足防盗的要求。 图 2 门 窗 门 磁 煤气，烟雾传感器 声波传感器 红 外 线 传 感 器 各类信号源 传感器 键盘控制面板 微控制器 （ MCU） 报警 指示 电源 nts智能报警系统（无线型） 6 用于防火灾，防毒气方面的传感器有：煤气传感器、 烟雾传感器等其他特定气敏传感器。上述传感器的安装位置如图 2。 2.微控制器的选择 目前 ,生产微控制器的公司有很多，像台湾的华邦，义隆等；美国的 Atmel， Microchip Technology， Motorola;韩国的三星（ Samsung）， LG，现代（ Hyundai）；日本的东芝（ TOSHIBA），日本电气（ NEC）等等。至于微控制器的种类，那更是难以胜举，这给我们的开发设计带来了很多的选择，到底选用哪种类型的微控制器要根据所设计系统的特点和要求来确定，同时还要考虑其他方面的因数，比如设计人员对各种微 控制器的了解程度、微控制器的价格、以及是否有相应微控制器的开发工具。 综合考虑了以上的因素，我们选择使用美国 Atmel公司生产的 89C52 微控制器（以下称： 89C52），它内部有 8K 的 EPROM（ Electric Erase Program Read Only Memory）， 256字节的 RAM（ Read Access Memory）， 3个 16位定时 /记数器。我们的报警系统中用一片 89C52就可以实现系统要求的各种功能。 3.报警和显示设计 报警部分我们采用高功率喇叭，当有报警事件时高功率喇叭在微控制 器的控制下可以发出大于 100分贝的声音，从而达到提醒用户或威慑非法入侵者的目的。如果遇到煤气泄露等事件，则喇叭报警提醒用户，便可以避免火灾、煤气中毒等其他危险事件的发生。但是，如果用户不在事发现场，喇叭报警就起不到通知用户的作用，所以必须考虑别的设计方案。现在，通过电话网络自动完成对外求助是一种极为方便并有效的手段。当环境出现上述等类似警情时，系统可通过电话网络自动拨打用户的电话或手机，或直接拨打有关部门的电话，比如 110， 119等紧急求助电话。为此我们增加了电话报警功能电路。 显示部分主要用来指示系统的工 作状态，比如系统本身有无故障、是否处于设防状态、设防的方式等等，此外还用来指示报警区域内各个报警点或报警源的报警信息等等。由于我们设计的报警系统并不属于非常复杂的报警系统，因此我们采用发光二极管显示方式，设立防区报警指示、工作状态指示、故障指示等，这种显示方式直接明了，适合简洁、实用、可靠的要求。 4.键盘设计 键盘分为编码键盘和非编码键盘两类。前者是由硬件电路实现键盘编码。非编码键盘电路简单，有的是可以直接利用单片机的 I/O口进行扩展，它的实现主要依靠软件设计，成本底，因此是一种广泛应用的键盘。本系统中使 用的键盘面板是导师设计好的，而软件部分由我完成。 nts智能报警系统（无线型） 7 综上所述，我的智能报警系统设计出如下的硬件结构框图，如图 3所示。 图 3 5.器件介绍 讨论了硬件框图后，接下来就讨论具体线路连接问题。 首先介绍主要元器件的资源和引脚，因为在本系统中，我将传感器部分直接用开关来模拟是否有报警信号的输入，所以传感器的资料不再介绍。 1.89C52 美国 Atmel公司生产的 89C52是 Intel公司 51 系列微控制器的兼容机，它完全兼容 51系列微控制器的硬件和软件，但是它的 ROM（ Read Only Memory）可以电可擦写，这种 ROM称为 EPROM（ Electric Erase Program Read Only Memory），擦写的次数可以达到 1000次以上，在开发调试过程中经常要对软件进行修改，有了这样的 ROM 可以 大大方便开发和调试。 89C52 有 256 字节的 RAM，考虑了整个报警系统的需要，我们认为 256字节已满足系统开发。 89C52内部还有 3 个 16位的定时 /记数器，因为报警系统中增加了电话报警功能，为了报警源 红外传感器 门磁传感器 传 感 声波传感器 煤气传感器 烟雾传感器 MCU 89C52 键 盘 存 储 器 报警指 示 蜂鸣器 系统指 示 喇叭驱动电 路 拨号电 路 通过无线传输 无线接收 nts智能报警系统（无线型） 8 不增加过多的成本，所以我们采用由微控制器本身来实现双音多频拨号功能，从而可以减少因增加专用电话机芯片而增加的成本，同时还降低了系统的复杂程度，所以我们需要 2个定时器来产生音频信号的，这就要求微控制器本身又有 2 个或 2 个以上的定时器 /计数器，另外我们考虑了软件执行时序的需要，还应该再用一个定时器，这是我们选用微控制器时要考虑的一个最重要的因素。 在 I/O( Input/Output )口方面， 89C52共有 32 个 I/O 口，而且所有的 I/O 口都是双向的，因此才设计输入输出时可以随便设计。我的报警系统需要 1路无线输入（ 1）， 8路报警指示（ 8），键盘口（ 8），双音频输出和拨号控制（ 5），状态指示 （ 3），记忆芯片读写（ 2），报警喇叭控制（ 1），蜂鸣器控制（ 1）等等 I/O口线，共 28个，显然 32个 I/O 口已够使用。 图 4是 89C52的引脚图。 图 4 2.24C02 报警系统要求有用户密码、报警参数、电话号码等随时可能修改又必须随时都能取到的数据参数，虽然 89C52 内部有 256 字节的 RAM 但是它只能在系统通电的情况下保存数据，如果掉电就会丢失数据，这会给使用者带来很多麻烦，因为一旦系统掉电后就得重新设置所有的数据参数，因此系统需要有掉电还能 保存数据的记忆单元。由于我们的可用 I/O 口资源有限，所以不能采用并行存储器，这样串口存储器便成了首选。 24C02 采用了 I2Cnts智能报警系统（无线型） 9 （ Inter-Intergrated Circuit） 总线扩展技术，其数据的读与写由两根线（ SDA-串行数据线， SCL-串行时钟线）即可实现，而且这两根线上是可以挂接多个 I2C 总线器件的，因此使用24C02 还可以便于以后功能的扩展。 24C02 内部有 256*8 位的存储空间，这些存储空间基本可以满足系统要求，如果不够可以直接挂接下一个 I2C 总线的存储器 ，而不必在硬件上做什么变动。值得一提 的是即使掉电 24C02 也能保存数据，这正是系统所要求的。 图 5 是 24C02 的引脚图。 图 5 3.HT-12E HT12E为双列直插式芯片，共有 18个引脚。引脚分布和名称如图 6所示 图 6 对引脚信号的名称和简单功能介绍如下： A0 A7： 地址输入口线 nts智能报警系统（无线型） 10 AD8 AD11：地址 /数据输入口线 DOUT： 编码数据输出口线 /TE： 编码发送允许信号，低电平有效 OSC1： 振荡器输入引脚 OSC2： 振荡器输出引脚 HT12E编码器可应用于烟火警系统、汽车防盗系统以及其他无线控制系统，它可以产生N个地址位和 12-N个数据位组成的信号，当 /TE为低电平时，信号通过 DOUT发送出去。 信号发送的格式如图 7所示： 图 7 其中代表 0， 1的信号如图 8所示： 图 8 其中信号的单脉冲宽度由振荡器的频率决定，振荡器的频率又是由接在振荡器两端的电阻决定。电阻阻值越大，产生的振荡频率越小。 其他元件都是比较常见的，所以在这里就不再赘述。 6.系统电路 以下是几个特殊电路连接问题的处理方法。 1.无线信号发送电路 在我所做的课题中为方便调试我用开关代表传感器，且选用阻值为 820K的 Rosc，经示波器测试，此模块电路产生的发射信号单脉冲宽度为 0.25ms。 硬件电路连接方式如图 9所示 nts智能报警系统（无线型） 11 图 9 2.无线信号接收电路 接收无线报警信号时该用哪个 I/O口，这时要看软件采用什么方法来接收，如果是用查询方式，则任何一个 I/O口均可作为无限报警信号的接收口，但如果用中断方式，则必须将外中断入口作为接收口。用中断方法接收无线报警信号可以保证微控制器对任何报警信号都可以做出实时响应，但是我们选用的 89C52微控制器的外中断触发方式比较简单，要么下降沿触发，要么低电平触 发，而无线报警信号是由一组带有一定脉宽的波形构成的，低电平触发中断根本就不是适合，所以得采用其它方法。为了找出合理的办法，我们先介绍无线报警信号的协议即无线信号发送的格式： 图 10 其中码头是固定的，每次发送信号时均先发 0.25ms高电平，以作为启始信号。 编码时序参数说明： nts智能报警系统（无线型） 12 每 12个脉冲作为一组编码数据，前 8位为地址编号，后 4位为报警信息。 地址编号用来识别是哪个传感器发来的报警信号，因为地址编号只有 8位， 故系统传感器的容量为 256个，当然可以通过增加地址码位数的办法来扩展容量。 报警信息编码及含义（自定义）： 0011 ： 设防 0101 ： 撤防 1100 ： 故障 1001 ： 紧急报警 1110 ： 一般报警 以上说的是无线信号的协议，现在回到讨论怎样用中断的方法来接收无线信号的问题。从 无线报警信号的协议中可以看出，要正确判断无线报警信号，必须做到正确检测无线报警信号脉冲的下降沿，用一个外中断就能判断下降沿。 89C51有两个外中断，用一个中断判断下降沿就可以了，图 11表示出了具体的 硬件连接方法。 图 11 3.数据存储电路 在这模块电路中我使用了 单主系统中的 I2C 总线虚拟技术， I2C 总线系统中根据总线上单片机的个数分为多主系统和单主系统。总线上只有一个单片机 ,其余都是带 I2C 总线的外围器件，称为单主系统。 I2C 总线为同步串行数据传输总线，用于单片机的外围扩展。最常使用的通用外围器件有 SRAM、 E2PROM、 ADC/DAC、 RTC、 I/O 口等。挂接到总线上的所有外围器件、外设接口都是总 线上的节点。 I2C 总线上的所有的外围器件都有规范的器件地址。器件地址由 7 位组成，它和 1 位方向位构成了 I2C 总线器件的寻址字节 SLA。寻址字节格式如下： nts智能报警系统（无线型） 13 数据的电平稳定 数据才有效 器件地址（ DA3、 DA2、 DA1、 DA0）：是 I2C 总线外围接口器件固有的地址编码，器件出厂时，就已给定。例如在本课题中用到的 E2PROM AT24C02 的器件地址为 1010。 引脚地址（ A2、 A1、 A0）：是由 I2C 总线外围器件地址端口 A2、 A1、 A0 在电路中接电源或接地的不同，形成的地址数据。 数据方向（ ）：数据方向规定了总线上单片机对接口器件的数据传送方向， R 接收， /W 发送 。 由于总线上只有一个单片机成为主节点 ,该单片机永远占据总线 ,不会出现总线竞争 ,主节点也不必有自己的节点地址 .在这种情况下 ,单片机可以没有 I2C 总线接口 ,可以用两根 I/O口线来虚拟 I2C 总线接口。单主系统中 ,单片机节点不会成为从节点 ,故虚拟 I2C 总线只有主方式下的主发送和主接收两种操作方式 . I2C 双向二线制串行总线协议定义如下： 只有在总线处于“非忙”状态时，数据传输才能被初始化。在数据传输期 间，只要时钟线为 高电平，数据线都必须保持稳定，否则数据线上的任何变化都被当作“启动”或“停止”信号，图 12 是被定义的总线状态。 图 12 1.总线非忙状态（ A 段） 数据线 SDA 和时钟线 SCL 都保持高电平。 2.启动数据传输（ B 段） 在时钟线 SCL 为高电平时，数据线 SDA 出现由高电平向低电平变化，启动 I2C 总线。 3.停止数据传输（ C 段） 在时钟线 SCL 为高电平时，数据线 SDA 出现由低向高的电平变化，将停止 I2C 总线数数据在此 期间 变化 停止信号 启动信号 nts智能报警系统（无线型） 14 据传送。 4.数据有效（ D 段） 在出现“启动” 信号以后，在时钟线为高电平状态时数据线是稳定的，这时数据线的状态就是表示要传送的数据 数据线上数据的改变必须在时钟线为低电平期间完成，每位数据占一个时钟脉冲。每个数据的传输都是由“启动”信号开始，结束于“停止”信号。在“启动”和“停止”信号之间传输的数据字节数有微处理器确定，从理论上说字节数没有限制。 5.应答位信号（ A） 存储器芯片在接到一个字节的数据后，通常需要发送一个应答信号，应答信号是用来表示数据传送成功的标志信号， I2C 总线上第 9 个时钟脉冲对应于应答位。相应数据线上低电平时为“应答”信号（ A），高 电平时为“非应答”信号（ /A） 在总线传送完一个字节后，可以通过对时钟线的控制，使传送暂停。例如，当某个外围器件接受 N 个字节数据后，需要一段处理时间，以便继续接收以后的字节数据，这时可在应答信号后，使 SCL 变低电平，控制总线暂停；如果主节点（单片机）要求总线暂停，也可使时钟线保持低电平，控制总线暂停。 I2C 总线为同步传输总线，总线信号完全与时钟同步。 I2C 总线上与数据传送有关的信号有起始信号（ S）、终止信号（ P）、应答信号（ A）以及位传送信号等，如图 13 所示 (S) (P) (A)/”0” (/A)/”1” 图 13 数据存储硬件电路图如图 14 SDA SCL nts智能报警系统（无线型） 15 图 14 I2C 总线为双向同步串行总线 ,因此 , I2C 总线接口内部为双向传输电路 .总线端口输出为开漏结构 ,故总线上必须有上拉电阻 RP,通常可选 510K AT24C02 的器件地址是 1010， A2、 A1、 A0 为引脚地址 A2、 A1、 A0 可以根据外围器件的容量接地或接高电平。按照图中 的连接方式引脚地址为 000，因此 AT24C02 在系统中的寻址字节 SLAW=A0H， SLAR=A1H。在 I2C 总线中，对 AT24C02 内部存储单元读写时，除了要寻址该器件的节点地址外，还须指定存储器读写的子地址（ SUBADR）。按照 AT24C02的器件手册，读、写 N 个字节的数据操作格式如下： （ 1） 写 N 个字节的操作格式 （ 2） 读 N 个字节的操作格式 在读操作中，除了发送寻址字节外，还要发送子地址 SUBADR。因此，在读 N 个字节操作前，要进行一 个字节（ SUBADR）的写操作，然后重新启动读操作。 ：主节点发送、从节点接收 ：主节点接收、从节点发送 SLAW ：寻址字节 (写 ) data1 dataN ：写入从节点的 N 个数据 nts智能报警系统（无线型） 16 SLAR ：寻址字节 (读 ) I2C 总线规范中 ,内部有连续地址空间的器件 ,读写操作时 ,都有地址自动加 1 功能 ,即读写完某一地址空间后 ,会自动指向下一地址单元 . 4.双音多频拨号电路 除了上面较特殊的电路连接自外，还有双音多频拨号电路较为特殊复杂。图 15 是微控制器与电话线之间的驱动电路。 图 15 整个无线报警系统的原理图和 PCB图详见附录。 五 .软件设计 在完成整个报警系统的硬件电路设计之后，开始进行系统的软件设计。软件是整个报警系统的主要部分，微控制器只有在设所计的软件指导下才能运行，没有软件的指使，那么再完美的硬件设计也只是一堆无用的垃圾。在软件的设计上，我们遇到了很多困难，所花的时间也是最多。 按照硬件运行过程，我们把程序分为几个大的单元程序： 主程序、系统计时程序、键盘扫描和键值处理、无线报警信号接收程序、数据存储及读取程序以及双音多频拨号程序。下面 我们将对每个单元进行介绍。 1.主程序 主程序是管理整个系统程序的程序，它组织各个程序间的时序和关系，清晰的主程序结构可以给编写程序和调试程序带来很大的方便，一个优秀的程序必须具有清楚的、简洁的程序结构。 在我们的报警系统程序中，有以下功能需要实现： nts智能报警系统（无线型） 17 （ 1）、键盘扫描和键值处理； （ 2） 、无线报警信号的接收和处理； （ 3） 、报警显示或功能指示； （ 4） 、双音多频拨号； 其中键盘扫描和键值处理、无线报警信号的接收和处理是需要实时处理的，即一旦有按键按下或有无线报警信号微控制器都必需检测到并做出响应，虽然微控制 器的时钟频率可以很高，执行指令的速度很快，但是如果程序的时序关系没设计好，则往往会出现顾此失彼的现象，比如微控制器在处理键盘防抖动时，正好有有线报警信号出现，会把后者信号丢掉。经过 仔细分析各个事件可能发生的情况之后，我们设计了一个较完整的时序处理方案。 由于按键、无线报警信号的出现在时间上都是随机的，如果用查询的方法对他们中的两个进行判断，则显然会顾此失彼，因此我们不采用这种查询方法，而对无线报警信号采用中断进行判断，按键用查询进行判断是否有键按下。 至于 报警显示或功能指示 和 双音多频拨号处理 ，因为它们是微控 制器自己发出的事件，它们在时间上不会与前面三种事件发生冲突，因此没有什么特殊的时序要求。 主程序流程如图 16所示 图 16 是 是 否 调用键盘扫描处理程序 开始 微控制器本身工作参数初始化 接收到无线报警信号否 调用无线报警处理程序 需要拨号否 调用拨号处理程序 否 nts智能报警系统（无线型） 18 2.键盘扫描和键值处理 本系统键盘的功能主要功能有：系统操作密码设置，设防 /撤防设置，故障查询，清除报警和故障信息，电话号码设置等等。键盘操作说明见附录。在开始进行键盘编程前，我们必须知道键盘的硬件连线。如图 17所示。 图 17 图 18为键盘扫描 和键值处理的流程图。 图 18 否 是 是 否 前一次按键吗？ 调用键值处理程序 返回 置按键标志 清按键标志 开始 有键按下吗？ nts智能报警系统（无线型） 19 3、无线报警信号接收程序 无线报警信号接收程序流程如图 19 所示。 图 19-a 是 否 是 否 开始 关中断 置码长计数器 1 为 8 置码长计数器 2 为 4 P3.2 为低？ 延时 0.25ms 读 P3.2 口取反并存入 C 延时 0.25ms A 接收缓冲单元 累加器连进位位循环右移 接收缓冲单元 A 码长计数器 1 为 0？ A nts智能报警系统（无线型） 20 图 19-b 4、双音多频拨号原理 电话机拨号方式可分为脉冲拨号和双音多频拨号。由于发送双音多频信号不但比发脉冲信号准确，而且还快得多，尤其对越来越长的电话号码，更省时，在程控通讯中一般均使用双音多频方式拨号。下面我们将具体分析单片机产生双音多频信号的方法： 表 1 是国际电报电话咨询委员会（ CCITT）在 1968 年提出，我国和西方一些国家沿用是 否 是 否 接收缓冲器单元加 1 P3.2 为低？ 延时 0.25ms 读 P3.2 口取反并存入 C 延时 0.25ms A 接收缓冲单元 累加器连进位位循环右移 接收缓冲单元 A 码长计数器 2 为 0？ 返回 A nts智能报警系统（无线型） 21 至今的双音多频信号频率组合表。 表 1 DTMF信号的频率组合 电话 高频群 号 低频群 1209Hz 1336Hz 1477Hz 1633Hz 697Hz 1 2 3 A 770Hz 4 5 6 B 852Hz 7 8 9 C 941Hz * 0 # D 从表中看出，高低频群各有 4个频率组合，且任意两个频率或其和、差不互成谐波关系。每个高低两单音频唯一表征一个数码，如当键入 7 时，则输出 852Hz、 1209Hz两个单音频 (其频率允许的误差为 2%)。双音多频信号每个单音频持续时间 120ms，两号码间隔时间为 108ms。 根据以上的规定，我们以 51系列单片机为例详细说明双音多频信号的产生方法。 由于拨一个号码需要产生两个单音频，最高频率 1633Hz，周期 612.37s；最低频率697Hz，周期 1434.72s。这就需要单片机能产生 612.37s/2=306.18s，到 1434.72s /2=717.36s 的定时。在使用 51 系列单片机时，一般选用的晶振频率在 12MHz 以内，因定时器的计数时钟是晶振的 1/12，如果晶振为 12MHz，则计数时钟为 1MHz，周期为 1s，据此可以计算出产生各单音频时的定时初值，因定时器最小定时时间 1s，计算时采用四舍五入，306.18约为 306； 1434.72 约为 1435，由此产生的频率误差在允许的范围之内。 计 算 公 式： X=65536 12TOSC/T 说 明 ： 定 时 器 方 式 1 X ： 定 时 初 值 TOSC：晶振周期 T：定时时间 表 2列出了两个单音频的定时初值，其他单音频同样可以计算出定时初值。 表 2 频率与定时初值表 频率 1633Hz 697Hz 定时初值 65230D（ FFCEH） 64101D（ FA65H） 在这里需要指出的是：一，单片机输出的是方波信号，而 DTMF信号是正弦波信号，但方波经滤除高次谐波后就得到正弦波，这个过程在混合电路中 实现；二，由于程序执行要有nts智能报警系统（无线型） 22 一定的时间，而且要两个定时器同时独立工作，因此实际产生的频率可能会有较大的偏移，如果程序设计不合理，则产生的频率可能会使交换机无法识别。如果采用自动重装载，即定时器工作方式 2，同时适当的选择晶振频率（比如用 4MHz晶振），并巧妙设计程序，就可以使输出的两个单音频都与标准值很接近，满足误差要求。 设计软件时需考虑的是产生的单音频频率要与标准值尽可能的接近，由于程序运行的时间开销会使定时时间不准确，从而使产生的频率与标准值有较大的出入（如果晶振频率很高或在计算时考虑了程序的执行时间，则 也可以得到校准确的频率值）。这里我们采用让定时器在工作方式 2 下工作，且使用定时中断（每个定时器都独立产生一个单音频信号），波形高低变化在定时中断服务中实现，这样的设计可以减小程序长度，在不提高晶振频率的前提下可以有效的减小输出频率与标准值的误差。 表 3是电话号码定时时间参数表 , 该表是在 4MHz晶振下计算出来得，如果改变晶振频率，则上表的值就不适用。同时表中未将号码“ A”、“ B”、“ C”、“ D”列入，是因为实际上我们不用这几个号码。 表 3定时参数表 非常遗憾，由于毕业设计的时间有限，双音多频拨号程序没有编写。 类别 号码 定时器 0 定时器 1 “ 0 ” 4FH 83H “ 1 ” 11H 76H “ 2 ” 11H 83H “ 3 ” 11H 8FH “ 4 ” 28H 76H “ 5 ” 28H 83H “ 6 ” 28H 8FH “ 7 ” 3CH 76H “ 8 ” 3CH 83H “ 9 ” 3CH 8FH “ # ” 4FH 8FH “ * ” 4FH 83H nts智能报警系统（无线型） 23 六 .系统设计的实现过程 首先我们根据系统的要求和功能，查阅了相关技术 和元器件资料，在初步考虑了可能的软件设计方案之后，设计出电路原理图。其中双音多频拨号电路摘自有关资料，自己不在设计。设计好的原理图经指导老师认可，开始进行 PCB 图的设计，并用学院的压板机等制作线路板的设备、材料做出了无线报警器的线路板。做好后着手进行软件设计，并在 Wave for Windows version 2.90下调试。 七 .系统调试过程中出现的问题及解决方法 在系统设计和实现过程中，我们遇到了许多问题和困难，特别是在软件设计方面，比如如何检测无线信号。 为了能正确检测无线信号，我一开始设计了如下 方案： 图 20表示出了具体的硬件连接方法： 图 20 利用 89C52的两个外中断检测无线报警信号脉冲，用一个中断源（ INT0）判断信号的下降沿，而另一个中断源（ INT1）判断信号的上升沿，是以首先得将无线信号分成两路，一路波形不变，直接送到 INT0，另一路进行倒相，以将上升沿转换成下降沿，然后送到 INT1。倒相可以用个三极管或反相器来实现。 由 INT0 引脚上脉冲的下降沿所触发的中断服务程序完成启动定时 /计数器 1， 以测量INT1引脚上正脉冲的宽度。由 INT1引脚上脉冲的下降沿所触发的中断服务程序完成关定时/计数器 1，并根据定时值来判断是对应于二进制的“ 0”还是“ 1”。 根据上述思路，我编写了一段程序，但是很遗憾不能正确检测无线信号。我认为上述思路从原理上说是可行的，但鉴于本人在程序设计方面的不足，不能写出有效的程序。我又设计了另一方案即前面提到的无线信号接收，根据这个方案我又编写了一程序，经过调试证明是成功的。 nts智能报警系统（无线型） 24 八 .总结与体会 在为期两个多月的毕业设计中，为了设计和制作的需要，我参阅了国内外的有关资料，对相关方面的 课题，比如键盘、报警器、无线编码解码方面的电路和软件设计，进行了分析和整理，综合利用大学四年所学的知识，完成了对该系统的设计和制作。 两个月的毕业设计，让我学到了很多，无论是在专业知识，还是在动手能力方面，都得到了很大的提高。以下是我在设计过程中的几点体会： 第一、毕业设计强化了我对专业基础理论知识的理解，它使纯粹的理论知识变得有趣、直观明了，使枯燥乏味的学科变得魅力无穷，进一步激发了我学习的兴趣，提高了我们的创造能力。在毕业设计过程中，每一元器件都物尽其用，在设计过程中的具体运用操作，使我对这些器件的作用 有了更深刻的了解。 第二、毕业设计锻
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