基于单片机的电话报警系统

毕业论文题目基于单片机的电话报警装置专业电气自动化技术班级学生姓名指导教师答辩日期摘要本系统设计一个基于51单片机的电话防盗报警装置，使用ATMEL公司的8位单片机AT89S51作为中央控制器,结合红外传感技术、芯片CD4066、74LS154、74LS04，HT9200B等，通过单片机对416的74LS154译码器输出相应的编码,然后经过74LS04六反相缓冲器对模拟开关相应的控制引脚输出高电平,以达到对电话机输入相应的按键信号，以驱动电话机拔号。或通过双音多频（DTMF）信号发生器HT9200B产生DTMF音频信号拔号。使用传感技术，对不同的范围进行防盗，当盗贼进入到传感监测范围，传感器接收并发出信号，系统响应报警。系统采用拔号装置与电话线连接自动报警，操作简单，快捷，且系统的精度和稳定性高。关键字单片机红外传感技术STC89S51RC74LS04目录第一章绪论1第二章防盗器简介221自动报警装置特点222系统结构2第三章硬件系统331主控制器方案设计与论证332报警传感器3321红外对管传感器3322红外热释电传感器433传感器电路634电话拨号735显示器1136键盘接口电路11第四章软件设计1441主程序流程图1442号码设置子程序流程图1443存储器分配1644系统主程序1645内部EEPROM的应该程序1746读取内部数据程序1747写入数据程序1748扇区擦除子程序1849行列式键盘输入程序18410显示程序19结论21参考文献22致谢23第1页共23页第一章绪论随着社会的发展，人的活动、居住区域越来越大，偷窃、火灾、煤气中毒等安全问题越来越受到人们关注。家庭报警系统已经成为家庭需求，办公楼以及商店等也把安全问题作为重点来抓。目前，市场上虽已售有多种自动拨号报警器，但质量参差不齐，高端产品价格非常昂贵，而低端产品质量和性能很难得到保证。本系统研究的方向是智能化、可扩展、性价比高的智能语音报警系统。本系统立足于人性化的交互管理，个性化的保密设置，以及应用语音频谱分析技术，具有极高的安全性能。基于单片机的电话报警系统第2页共23页第二章防盗器简介21自动报警装置特点本系统是一个基于公共电话网络，以微处理器为控制器的红外报警系统，可分为核心控制台和报警传感外设两部分。控制台的核心部分由一片51单片机组成。使用ATMEL公司的8位单片机AT89S51作为中央控制器,结合红外传感技术、芯片CD4066、74LS154、74LS04，HT9200B等，通过单片机对416的74LS154译码器输出相应的编码,然后经过74LS04六反相缓冲器对模拟开关相应的控制引脚输出高电平,以达到对电话机输入相应的按键信号，以驱动电话机拔号。或通过双音多频（DTMF）信号发生器HT9200B产生DTMF音频信号拔号。报警传感外设可以应用不同的传感器，比如气体传感器、红外传感器、磁感应装置、烟雾传感器、温度传感器、热敏传感器等，以适应不同的用户需求。公共电话网络是整个系统的通讯平台，保证了监控系统与用户间的实时信息交互。本系统实时性好、误报率低、抗干扰能力强，基本达到了产品化的要求。因此应用范围非常广泛，具有广阔的市场开发前景。22系统结构本系统采用51单片机作为控制核心，可以扩展各种报警传感器。如本系统采用了红外传感器，当有物体出现红外对管的检测范围内，系统响应警报，本系统预留接口，可连接例如超声波、激光等传感器达到各种报警需要。单片机内预先存储需报警的电话号码，拨号装置可由电话机改装而来，或使用专用拔号芯片，当响应警报时，系统自动调用拨号程序，通过电话线向外拨号。系统结构图如图11。CPU报警传感器模块电话拨号模块LCD显示模块键盘输入模块EEPROM图21自动报警装置系统结构图第3页共23页第三章硬件系统31主控制器方案设计与论证方案1采用通用的51单片机如AT89S51或STC89C51RC作为主控制器，完成数据处理，号码的储存、拔号及液晶显示器的显示控制等。方案2采用凌阳公司的16位单片机SPCE061A作为主控制器。该芯片内集成有并行的I/O端口，模数转换ADC,数模转换DAC,定时器/计数器,RAM,FLASH等器件。比较如采用凌阳公司的16位单片机SPCE061A作为主控制器，由于SPCE061A内置有2K的SRAM和32K的内存FLASH，实现本系统的数据处理及液晶显示所需的资源虽然都能满足，但是模数转换ADC,数模转换DAC,定时器/计数器,RAM,FLASH等器件在本系统中都用不上。采用通用51单片机，51系列单片机是目前使用时间最长、最为成熟的单片机系列，由于51单片机内部有256B的RAM和4K的ROM，考虑到实现本系统不需要大量的数据处理及液晶显示也不需占用大量的ROM资源等，用51单片机就能满足本系统需要的RAM和ROM，其I/O资源相当丰富，ROM用于程序存放及存储预存号码，另外可扩展EEPROM，或者使用内部有EEPROM的STC89C51，为精简硬件系统带来了极大的方便，一片廉价的89S51单片机就可以完成整个系统的主要功能，不仅体积小而且可靠性高。基于此，本系统采用STC89S51RC单片机作为主控制器。32报警传感器321红外对管传感器红外传感器可采用红外发射接收对管，这类对管体积小，隐蔽性好，工作原理主要是由发射管发出红外线信号，当有物体遮挡，接收管的光敏二极管（或光敏基极三极管）接收到反射信号，从而改变物理参数。具体应用电路如图21，电路中，调整发射管的限流电阻（200R），可以调整灵敏度，但是注意不能让电流超过50MA，以免烧毁发射管。基于单片机的电话报警系统第4页共23页红外对管的优缺点优点体积小，器件功耗小，安装简单，接线容易，隐蔽性好，价格低廉。缺点1、容易受较强列光源干扰。2、检测距离较短，较远的物体不易被探头接收。红外对管的接法灵活,可根据自身设计的电平需求,接成不同形式。为了红外对管可以接收更大范围的信号,输出侧的11K上拉电阻在没有输入信号时使输出端保持高电平，如果电路里已经有信号输入上拉电阻，则可以省略本处的10K电阻。此电阻不能太小阻值，否则信号输入时低电平可能会达不到单片机的低电平要求。如图只要在红外线发射接收对管的正上方有对红外光有反射作用的物质，图示的输出端口“P32”的电平立即从高变成低。图31红外对管原理图图32红外对管接线图第5页共23页322红外热释电传感器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。下图为红外热释电传感器结构图，可采用市面上常见的LHI778。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。被动式热释电红外探头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1、容易受各种热源、光源干扰。2、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。3、易受射频辐射的干扰。4、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。抗干扰性能1、防小动物干扰探测器安装在推荐地使用高度，对探测范围内地面上地小动物，一般不产生报警。2、抗电磁干扰探测器的抗电磁波干扰性能符合GB10408中461要求，一般手图33红外热释电传感器基于单片机的电话报警系统第6页共23页机电磁干扰不会引起误报。3、抗灯光干扰探测器在正常灵敏度的范围内，受3米外H4卤素灯透过玻璃照射，不产生报警。红外线热释电传感器的安装要求红外线热释电人体传感器只能安装在室内，其误报率与安装的位置和方式有极大的关系。正确的安装应满足下列条件1、红外线热释电传感器应离地面2022米。2、红外线热释电传感器远离空调,冰箱，火炉等空气温度变化敏感的地方。3、红外线热释电传感器探测范围内不得隔屏、家具、大型盆景或其他隔离物。4、红外线热释电传感器不要直对窗口，否则窗外的热气流扰动和人员走动会引起误报，有条件的最好把窗帘拉上。红外线热释电传感器也不要安装在有强气流活动的地方。33传感器电路如下图所示，电路由单调解码器LM567自身产生的振荡信号转化为红外信号，然后形成一个闭环回路，再通过人体靠近使闭环回路的信号发生变化而触发单片机发出报警信号。LM567的5、6脚形成振荡，振荡频率由R7、C3决定。振荡信号一路从5脚输出经C5耦合到运算放大器A1隔离、缓冲，输出经VT1放大后驱动红外线发射管VD1发射出红外线。VD1、VD2分别为红外线发射、接收对管。当人体靠近红外对管时，VD1发射的红外光经人体反射到VD2上，VD2接收到红外红经C1耦合到运算放大器A2放大，再经C2输入到LM567的3脚。因为3脚输入信号的频率是LM567自身的振荡频率，频率完全相等，所以LM567对输入频率进行比较后8脚输出低电平，将钳位二极管VD3的负端拉低，使单片机的P32引脚的电位为被钳制在二极管的管压降（07V）左右，单片机将会读到P32引脚出现负脉冲，发出报警信号。人体离开后，VD2红外线消失，LM567的3脚无输入，8脚输出为高电平，VD3的负端因变为高电平而截止，单片机的P32经上拉电阻R8而重新输入为高电平。第7页共23页下图与上图原理相似，LM567的5脚输出信号用反相器A放大，当人体靠近时，VD2接收到VD1发射过来的红外信号，经非门B、C两级放大，由C4耦合到LM567的3脚。8脚输出低电平。人体离开后，VD2红外线消失，LM567的3脚无输入，8脚输出为高电平，VD3的负端因变为高电平而截止，单片机的P32经上拉电阻R8而重新输入为高电平。基于单片机的电源电压为5V，因LM567的电压范围较宽（4759V），LM324的电压范围更宽，可达3032V，为了避免输出信号过高，接口电路采用钳位二极管电路，如下图所示，当输入高电平时，二极管VD3反向截止，由5V电源经电阻R11输入高电平，避图34传感器电路器图35传感器电路器基于单片机的电话报警系统第8页共23页免因为电压过高而损坏单片机，当输入低电平时，二极管导通，即可把单片机引脚的电位拉低。这两种电路原理接近，电路设计新颖，利用解码器自身产生振荡信号，使振荡信号形成闭环回路，再重新输入到音调解码器LM567。这样，不仅简化了电路，而且又免去了较麻烦的调试步骤。因为音调解码器通过比较输出与输入信号的频率，所以可以很好地避免了日光与灯光以及电磁波等辐射的干扰，准确性很高。34电话拨号通过单片机控制采用双音多频（DTMF）发生器（如HT8200B）产生音频拔号信号，通过三极管8550和音频变压器耦合到电话线上，此法拔号方便快捷，因为直接采用拔号芯片而不需改将电话机，故硬件电路简单，稳定性相对方案一更高，专用性更高，成本更低，更便于批量生产，但亦因其拔号及专用性高的特点，故此产品只能用作报警之用，不能当一般的家用电话使用，因为此芯片只有拔号功能，并不能用作接听及通话等用途，不过可以与家用电话共用同一条电话线，不必专门申请一条电话线。芯片简介HT9200A/B双音多频信号发生器被可由指令控制产生16种双音多频信号和8种单频信号，并由DTMF引脚输出。HT9200A提供一种串行模式，而HT9200B可能选择为串行或并行模式，该芯片可以有多种应用，如安全系统、家庭自动化、通过电话线进行远程控制、通讯系统等。图36接口电路图315拨号芯片第9页共23页串行模式下（HT9200A/HT9200B）在串行模式下，HTA9200A/B通过DATA引脚输入的一个5BIT的代码来控制不同的DTMF信号输出，这5位代码按照D0到D4的顺序来传，并且数据要在CLK引脚下降沿到来之前放到输出锁存中。因不本设计采用的是并行模式，固串行模式不再详述。并行模式下（只适用于HT9200B）HT9200B除了能用于串行模式，还能用于并行模式,当S/P引脚为高电平时，HT9200B工作在并行模式。在并行模式下，HT9200B通过D0D3引脚输入的代码来控制不同的DTMF信号输出。HT9200B是在CE信号由高电平变为低电平时接收数据的。在CE下降沿和DTMF产生信号输出之间会有一个延时（大约为6MS）控制代码与频率输出对应关系（并行模式）图316拨号时序图基于单片机的电话报警系统第10页共23页应用范例如下串行模式并行模式图317代码图图318串行接线图第11页共23页35显示器为了让用户更加清楚程序运行状态,本系统加入了LCD液晶显示器，LCD的种类繁多，有能用的，也有专用的，基于本系统所以显示的内容不多，故选用能用显示器1602如图所示，1602LCD的用法简单，从左边起是三个引脚分别是电源地、电源正极、对比度调节，接着三个的控制端，右边八个是数据输入引脚。若数据端接在单片机的P0口，由于P0口输出驱动电路为开漏电路，所以要外接上拉电阻，才有高电平输出，若接到P1P3口，由于其输出驱动电路内部已有上拉电阻，所以无需外接上拉电阻。36键盘接口电路键盘是单片机系统中最常用的人机对话输入设备，用户通过键盘向单片机输入数据或指令。键盘控制程序需完成的任务有监测是否有键按下，有键按下时，在无硬件去抖动电路时，应用软件延时方法消除按键抖动影响；当有多个按键同时按下时，只处理一个按键，不管一次按键持续多长时间，仅执行一次按键功能程序。图319串并行接线图图320显示器接线图基于单片机的电话报警系统第12页共23页行列式键盘的结构及工作原理本设计中用到的键盘是与P2口连接的，在上图中，键盘是与P口连接的，两者原理上是一样的，现在就以P1口的接口电路加以说明。P1口的8位P10P17为键盘口线，组成4行4列共16个按键的行列式键盘矩阵，其中行线P10P1为键盘扫描输出线，列线P1P1为键盘扫描输入线，通过4个上拉电阻接到电源。在行列线的交叉点上为按键，行线和列线分别接到按键开关的两端。当键盘上没有键闭合时，行线和列线之间是断开的，所有列线输入全部为高点平。当键盘上某个按键按下时，则对应的行线和列线短接，行线输出即为列线输入。当键盘初始化时所有行线输出低电平，则通过读取的列线值状态是否全为1，即可判断有无键按下。但究竟是哪个键按下的，此时并判断不出来，还必须通过键盘扫描才能判断。在键盘扫描时，先让第一行P10输出低电平0，其余行（即P11行）输出高电平1，检查各列（P1P1列）的输入状态值，如某列的输入电平为0，则第一行线和对应列线相交的键按下，否则可判断在P10行的键没有被按下。如P10行无键按下，则继续扫描下一行（P11行），让P11行输出低电平0，其余行（即P10行）输出高电平1，同样检查各列（P1P1列）的输入状态值，如某列的输入电平为0，则第二行和对应列线相交的键按下，否则P11行无键按下。三四行亦如此，当四行均扫描完，仍未检查到列线输入值有0的情况，则表示此次并无键按下。这种工作方式称为键盘扫描。行列式键盘控制程序需完成的任务键盘的工作方式有循环扫描方式和中断扫描方式两种。在CPU完成其他任务的空余时间，调用键盘子程序，来响应按键的输入。在执行按键功能程序时，CPU不再响应按键输入要求。键盘扫描子程序一般完成如下任务。判断键盘有无按键按下其方法是在键盘输出线（行线P10和P1输出全为0，读取键盘输入（列线P1P1）的状态，若输入线的状态全为1，则无键按下；若不全为1，则有键按下。图321行列式键盘电路图第13页共23页按键去抖动处理在有键按下时，调用一延时时间为10MS左右的延时子程序，以消除按键抖动部分的影响，再次读取键盘输入线的状态，判断是否有键按下，如果判断仍为有键按下，则认为有一确定的键按下，否则认为是干扰引起的误读键。键盘扫描在确认有键按下时，依次扫描键盘各条输出线。即先让第一条输出线输出0，然后读取各条输入线的状态，如不全为1则表明是该条输出线所接按键中的某一按键被按下，否则不是该条输出线所接按键按下的。如扫描第一条输出线所接按键无键按下，则继续扫描下一条输出线同样读取各条输入县的状态，判断是否为该条输出线所接按键按下的。如所有输出线均扫描完，还没检查到有按下键，则表明是由于干扰引起的误读键操作。计算按键值当有多个键同时按下时，按程序确定的顺序逻辑只处理第一个按键。本论文中的顺序逻辑为P10为第一行，P11为第二行，1第三行，P1第四行；P1第一列，P1第二列，P1第三列，P1第四列；即上面为第一行，依次为第二行、第三行，右边为第四行。，左边为第一列，依次为第二列、第三列，右边为第四列。即有多个键同时按下时，按行列序号的顺序处理最有限的一个按键。各按键的键值为第一行从左边开始为0、1、2、3，第二行从左边开始为4、5、6、7，各按键键值与其对应的功能如下图所示。第一行的起始按键的键值为FFH，第二行的起始按键的键值为3，各按键的键值为起始键值加上对应的列号即为该键的键值。基于单片机的电话报警系统第14页共23页第四章软件设计41主程序流程图号码显示报警触发号码设置子程序号码显示子程序拔号子程序号码设置读取号码开始初始化显示欢迎词NNNYYY42号码设置子程序流程图图41主程序流程图第15页共23页号码及个数写入EEPROMYNNYYN有键按下号码个数清零按键释放按键为“退出”键号码写入RAMRAM地址加1号码个数加1显示输入的号码按键为“确定”键按键释放YN返回返回图41号码设置子程序员基于单片机的电话报警系统第16页共23页43存储器分配00H为拔号用的号码个数01H0FH为拔号用的号码存放区域10H为修改号码个数11H1FH为修改号码存放区域R0为号码缓存区R1为地址低字节缓存区R2为号码个数缓存区44系统主程序ST1602RSEQUP34RWEQUP35EEQUP36ORG0000HAJMPSTARTORG0033HSTARTMOVSP,60HMAINLCALLDELAYMOVP1,01HLCALLENABLEMOVP1,38HLCALLENABLEMOVP1,0FHLCALLENABLEMOVP1,06HLCALLENABLEMOVP1,80HLCALLENABLEMOVDPTR,TABLE1LCALLDISPMOVP1,0C0HLCALLENABLEMOVDPTR,TABLE2LCALLDISPAJMPMAINENABLECLRRSCLRRWCLRELCALLDELAYSETBERETDISPMOVR1,16第17页共23页LOOPMOVA,00HMOVCA,ADPTRLCALLDISP1INCDPTRDJNZR1,LOOPRETDISP1MOVP1,ASETBRSCLRRWCLRELCALLDELAYSETBERETDELAYMOVR7,255D1MOVR6,255D2DJNZR6,D2DJNZR7,D1RETTABLE1DB“WELCOME“TABLE2DB“5223137“ENDLCALLWRITE1读键盘READ_KEYMOVP2,0BFHMOVA,P2CJNEA,0B7H,RK1号码显示LCALLPRINT_NUMRK1CJNEA,0BBH,RK2号码设置LCALLSET_NUMRK2JBP30,READ_KEY报警触发LCALLBAOJING_BOHAOSJMPREAD_KEY返回到读键盘45内部EEPROM的应该程序EEPROM寄存器地址声明ISP_DATAEQU0E2HISP_ADDRHEQU0E3HISP_ADDRLEQU0E4HISP_CMDEQU0E5HISP_TRIGEQU0E6HISP_CONTREQU0E7H定义ISP/IAP命令及等待时间ISP_IAP_BYTE_READEQU1H字节读基于单片机的电话报警系统第18页共23页ISP_IAP_BYTE_PROGRAMEQU2H字节编程,前提是该字节为空,0FFHISP_IAP_SECTOR_ERASEEQU3H扇区擦除,要某字节为空,要擦一扇区WAIT_TIMEEQU0H46读取内部数据程序BYTE_READ字节读MOVISP_ADDRH,20H送地址高字节MOVISP_ADDRL,R0送地址低字节CLREA关中断MOVISP_CONTR,WAIT_TIMEORLISP_CONTR,10000000BMOVISP_CMD,ISP_IAP_BYTE_READMOVISP_TRIG,46HMOVISP_TRIG,0B9HNOPMOVA,ISP_DATA将读出的数据送往ACC以下语句可不用,只是出于安全考虑而已MOVISP_CONTR,00HMOVISP_CMD,00HMOVISP_TRIG,00HMOVISP_ADDRH,00HMOVISP_ADDRL,00HSETBEARET47写入数据程序BYTE_WRITE字节写MOVISP_DATA,A将ACC的数据送到ISP_DATAMOVISP_ADDRH,20H送地址高字节MOVISP_ADDRL,R0送地址低字节CLREA关中断MOVISP_CONTR,WAIT_TIMEORLISP_CONTR,10000000BMOVISP_CMD,ISP_IAP_BYTE_PROGRAMMOVISP_TRIG,46HMOVISP_TRIG,0B9HNOP以下语句可不用,只是出于安全考虑而已MOVISP_CONTR,00000000BMOVISP_CMD,00000000BMOVISP_TRIG,00000000BMOVISP_ADDRH,00HMOVISP_ADDRL,00HSETBEA第19页共23页RET48扇区擦除子程序因STC单片机内部的EEPROM无法一个字节擦除,只能一个扇区擦除,因此要调用扇区擦除子程序ALL_REMOVE扇区擦除MOVISP_DATA,A将ACC的数据送到ISP_DATAMOVISP_ADDRH,20H送地址高字节MOVISP_ADDRL,00H送地址低字节,扇区擦除无需求首地址CLREA关中断MOVISP_CONTR,WAIT_TIMEORLISP_CONTR,10000000BMOVISP_CMD,ISP_IAP_SECTOR_ERASEMOVISP_TRIG,46HMOVISP_TRIG,0B9HNOP以下语句可不用,只是出于安全考虑而已MOVISP_CONTR,00000000BMOVISP_CMD,00000000BMOVISP_TRIG,00000000BMOVISP_ADDRH,00HMOVISP_ADDRL,00HSETBEARET49行列式键盘输入程序KEYMOVP2,0FHMOVA,P2ANLA,0FHCJNEA,0FH,KEY1SJMPKEYKEY1MOVP1,0FFHLCALLDEL12MOVA,0EFHKEY2MOVR2,AMOVP2,AMOVA,P2ANLA,0FHCJNEA,0FH,KEY3MOVA,R2SETBCRLCAJCKEY2SJMPKEY基于单片机的电话报警系统第20页共23页KEY3MOVB,0FBHKEY4RRCAINCBJCKEY4MOVA,R2SWAPAKEY5RRCAINCBINCBINCBINCBJCKEY5KEY6MOVA,P2ANLA,0FHCJNEA,0FH,KEY6LJMPKEY410显示程序1602LCD的控制程序范例如下RSEQUP34RWEQUP35EEQUP36ORG0000HAJMPSTARTORG0033HSTARTMOVSP,60HMA