毕业设计（论文）防盗报警电话设计

1、摘摘 要要 随着人们物质水平的不断的提高，电话已经几乎成为每个家庭必备的通讯工具。 本课题旨在讨论，如何通过为普通的电话设计添加一个简单的装置，使其具有防盗 和报警的双重功能。 该装置主要围绕存储拨号芯片 mc145412p 展开设计，由延时电路，自动控制电 路，红外感应电路，语音电路，以及电源电路等外围电路完成相应的功能以实现整 体实际目标。该装置可广泛应用于家庭或其他监控的场合，在有警情发生时及时通 过电话线向主人或警力报警。它具有外形小巧，使用方便，可靠等优点。 关键词：电话；报警；双音频；多谐振荡器 abstract along with our peoples living cond

2、ition becoming much better than before,almost every family has owned a telephone as a necessary communication tool.this subject aims at :how to design a simple device for a generally used telephone,which fives alarm when it meets occasional steal or dacoity. the main function of this device is finis

3、hed by the chip “mc145412p”,other are accomplished by timing delay circuit,autocontrol circuit,infrared sensor circuit voice processing circuit and so on.all these circuits can do their jobs to make the aim of the whole design become true.this device can be widely used in family and any other positi

4、ons that need monitoring,which can give alarm to the host or police when something unusual happening.the advantage of this device is:smart,convenient,credible and so on. keywords: telephone ;alarm ;dtmf ;multivibatator 目 录 前 言.1 1 课题分析.2 1.1 任务书要求.2 1.2 方案论证.2 1.2.1 方案提出及准备.2 1.2.2 方案选择.3 2 系统设计.8 2

5、.1 设计思路 .8 2.2 工作原理阐述 .9 3 芯片介绍.10 3.1 mc145412p 介绍 .10 3.2 cd4017 介绍.12 3.3 555 集成电路介绍.13 3.4 cd4011 介绍.14 4 具体电路设计及分析.15 4.1 红外线感应电路的设计.15 4.2 多谐振荡电路的设计.16 4.3 计数器及延时电路的设计.17 4.4 存储拨号电路的设计.19 4.5 自动控制电路的设计.20 4.6 语音报警电路的设计.21 4.7 电源电路的设计.22 5 电路的安装调试.23 5.1 电路的分部调试及解决方案 .23 5.1.1 电源部分调试.23 5.1.2 红

6、外线部分调试.23 5.1.3 多谐振荡部分调试.24 5.1.4 计数器及延时电路调试.24 5.1.5 存储拨号部分调试.24 5.1.6 自动控制及语音部分调试.25 5.2 电路的总体调试 .25 6 系统性能及社会经济效益分析.28 6.1 系统的性能.28 6.2 安装及使用说明.28 6.3 社会经济效益分析 .28 7 结论.30 8 结束语.31 参考文献.32 附录 电路图.33 附录 元器件清单.34 前前 言言 随着人们物质生活水平的不断提高,电话机已经越来越成为一个普及的通讯工具 走入广大家庭。尤其在城市中几乎已经达到了每户拥有一部电话的高普及率。如此 高的普及率,使

7、得利用电话机完成家庭、单位以及其他一些需要监控场合的防盗报警 工作为可能。 之所以利用电话系统来实现报警信息的传输,是因为它有以下几个优点: 电话普及率高，节省搭设专用报警线路的开销，简化安装。 传输距离远,报警对象随机应变,随心所欲。 具有较好的隐蔽性,稳定可靠,不易被破坏。 能够实现实时监控,时效性强。 目前,世界各国已经设立了各自的报警专线,比如我国的110等。但从发现警情 到拨号报警,再到警情接受整个过程均要由人工完成。这就使得整个报警过程存在很 大的时间和地点的局限性。目前市场上已经设计出带有自动拨号报警功能的报警器, 但大多无语音提示功能,即便有此功能的产品,价格也要在三四百元左右

8、,不容易被一 般家庭所接受。 这个课题的设计目标就是要利用电话这个普及的通讯完成从发现盗情到拨号报 警这两个过程的无人化,减少盗情报警的局限性,增加报警的及时性和可靠性,以简单、 实用的设计方案达到上述功能要求。全文共分为 8 章,所涉及的内容包括课题分析、 方案论证、系统设计、电路安装调试、系统性能及社会经济效益分析等等。 1 1 课题分析课题分析 1.11.1 任务书要求任务书要求 题目：盗情报警电话装置的设计 内容：设计并安装制作盗情报警电话装置。一旦发生警情，该装置能立即向指定的 监视电话机（主人的办公室电话或 110 报警电话）用语言报出盗情及发案地 点，以便采取相应措施。 要求：通

9、过查阅有关资料，确定设计方案。 熟悉工作原理，并根据设计方案制作该装置。 通过实际测试和实验达到报警的目的。 验证该装置的安全性和稳定性。 1.21.2 方案论证方案论证 1.2.11.2.1 方案提出及准备方案提出及准备 预设计一个通过电话线传输报警信息的装置，首先应考虑该装置的应用平台及 媒质。本装置是通过向电话程控交换机发射双音频信号（dtmf） ，在交换机接通对方 电话的同时，将语音信号耦合到电话线路中去，以完成拨号报警的目的。所谓双音 频信号，就是电话号码中的每一位数字由两个单音频来表征，这样从 0-9 要用一系 列单音频，以区别每一位数字。dtmf 信号送出的是两个正弦信号的复合波

10、形，交换 机只有同时收到两个正弦信号的复合波形，交换机只有同时收到两个规定的频率组 合才有效，否则无效。这就大大提高了抗干扰性和可靠性。 为了避免交换机的误判，邮电部门对频率的偏差做了规定，不允许偏离 1.8%， 对电平的规定各国也不尽相同，但相差很小。我国规定为： 高频区的频率电平 -73db 低频区的频率电平 -93db 对于这些规定，在设计中要给与一定的考虑。 在硬件的选用上，要注意可靠性，兼顾实用性。对所涉及到的低频、高频、脉 冲及其它相关知识，应予以熟练掌握和灵活应用。争取用更低的成本，更高的质量 完成设计目标。 1.2.21.2.2 方案选择方案选择 通过对大量相关资料的查阅，得到

11、有关电话机类防盗报警装置设计方法若干。 现从中选取几种可以借鉴的方案，加以比较，以期找出最好的实现方法。方案大体 如下： 方案一 整个设计主要由警情触发、报警信号检测、时序分配、摘机控制自动拨号和语 音电路组成如图 1.1。 报警信号检测时序分配 摘机控制 自动拨号 语音电路 l1 图 1.1 方案一原理图 报警线：采用磁铁和干簧管组成，只要磁铁和干簧管分离，即可发出报警信 号。 报警信号检测：由两个“555”ic1、ic2 和报警线组成。ici 作为电平鉴别， 使得无警情时的 ic2 置位，开始按 6 秒一个周期的速度输出脉冲。该脉冲加到时序 分配器的输入“cp”上。 时序分配:第一个脉冲输

12、入时,完成自动摘机工作;6 秒后,第二个脉冲输入，自 动拨号电路将预先存储的号码发往程控交换机；以后第五到第九个脉冲陆续输入。 启动录音机或报警声产生电路,发出报警信号;第十个脉冲后自动挂机，关闭报警信 号检测。这部分是整个电路工作的控制核心。 l2 摘机控制:通过三极管导通与否控制继电器的通断进而控制摘、挂机。当第一 个时钟脉冲输入时序分配器时，自动摘机；当第十个脉冲输入时挂机。 自动拨号:核心是电话机专用脉冲拨号集成电路,可存储 20 位密码。它和拔号 键盘，两个控制导通的三极管组成自动拔号电路。当第二个时钟脉冲输入时序分 配器、此部分工作.发送号码的时间约为 18 秒左右。 语音电路:启

13、动时,通过耦合变压器向被拨号方发出语音报警,报警时间约为 30 秒。 评析:整个电路能够基本完成所需功能,且生产成本较低.但也存在一些不足。比 如:警情触发装置采用磁铁和干簧管。这不但容易被盗贼察觉,而且给安装带来不便, 影响用的灵活性;由于两个555工作时的功耗相对较大，因此整个电路比较耗能;最 主要的缺点还是因为该装置采用的是脉冲拨号方式,使得报警过程时间延长,降低了 时效性,且抗干扰能力较差(脉冲式拨号容易造成误拨)。 方案二 整体设计由语言处理器 t6668,忙音解调电路。脉冲鉴别电路,电话自动拔号电 路组成。电路原理方框图如图 1.2。 t6668 语言 处理电路 信号放大 解调电路

14、 脉冲鉴别 电路 自动拨号 电路 传感器 s 电话机 k 电话输入 图 1.2 方案二原理图 电话自动拨号电路:电话拨号电控制电话模拟摘机,电话号码发送和报警完毕 挂机。当传感器接成短路报警状态时,报警信号输入,经单稳态电路延时,使重拨和地 址键接通,将预先存储的号码拨出。若对方电话占线(忙音),经忙音判别电路判别以 后,控制重拨继电器工作,重复上述拨号动作,直至拨通。当报警信号输入时,电话线 与报警器的继电器接通,完成电话信号和语言信号发送。 忙音解调电路:准确的判别忙音信号是电话自动拨通的关键。为判别忙音信号,采 用两级解调器。第十级解调输出 450hz 拨号音,第二级解调出 0.35hz

15、 信号,当电话信 号为忙音时,第二级 8 管脚输出低电平,控制拨号。 脉冲鉴别电路:增加系统的可靠性和抗干扰能力。经解调器输出后,信号输入 脉冲鉴别电路。电路中 t1 为预先设置基准脉冲宽度,调节这个时间常数,使得识别输 入信号的宽度大于所设定值时才有输出。t2 是用来控制输出脉冲宽度的。电话线有 忙音时,在对输入信号宽度进行比较后,使重拨继电器工作,达到重新拨号的目的。若 再次遇到忙音,重复上述工作过程。电路延时时间约 20 秒,即在电话拨通时,第一次 回铃音响过后,语言电路放音 20 秒,若对方还未听清内容,放下听筒,此时电话传来是 忙音信号,电路重新进行工作,拨号以后再放音,直至警情解除

16、。 t6668 语言处理器:它采用了 t6668 的最小系统。内设一片存储器 41258,为降 低量化噪声,提高语言音质,采样比特率选择为最高档 32k,选用 640khz 晶振,录放间 约 10 秒,可满足使用要求。 评析:该电路能很好的完成各项性能指标,特别是在抗干扰能力和可靠性方面.由 于有了脉冲鉴别电路,使得该电路的抗干扰能力大大加强,各部分工作的时间也有了 较准确的保证。其使用的 t6668 语音处理器亦使得该装置在语音报警方面较第一方 案有了长足的进步。美中不足的是,首先,它要求报警用的电话必须使用多功能脉冲 按键电话机,且带有免提通话和号码存储功能。这样,某些没有上述功能的电话机

17、就 不能实现报警功能,无形中提高了对电话机的要求,不利于推广。其次,语音芯片 t6668 采用的 60 脚扁平塑料封装,在实验中极不易进行焊接调试。再次,由于采用一 些价格较贵的芯片,如 t6668(市场价格在 70 元左右),使得整体设计成本大大提高。 方案三 此方案,按照基本的逻辑电路设计,将完成警情感知、警情发送、语音发送的各 部分电路按思维顺序连接起来,加以一些逻辑控制,完成相关要求。它主要由红外感 应电路、多谐振荡产生电路、计数延时电路、存储拨号电路、报警电路(语音电路)、 电源电路组成。设计核心是 mc145412p 芯片。其原理方框图如图 1.3 计数延时电路 dtmf 存储拨

18、号电路 多谐振荡电路 报警语音电路 红外感应电路 电源电路 传感器 电话线 图 1.3 方案三原理图 电源电路：采用电话线上的 60v 左右的电压给整个电路供电，电话线路 l1，l2 馈入电压经电桥换向，稳压管稳压，电容滤波后输出约 6v 直流电压供各芯 片工作。 红外感应电路：主要由一个人体热释红外线控头和两个级联三极管组成。在 无警情时，该电路无信号输出；一旦警情发生，该电路的输出启动后面的多谐振荡 电路产生振荡。 多谐振荡电路：以“555”为核心组成多谐振荡器，利用定时电容上的电压变 化自行改变输出状态，形成周期约为 4 秒的多谐振荡信号。为整个延时电路提供基 准时钟脉冲。 计数延时电路

19、：设计核心是 cd4017 环形计数器。遇警情时,信号经过 4017 与 若干与非门组成的延时电路后,控制后面的存储拨号电路。 dtmf 存储拨号电路：是整个设计方案的核心，其它电路均围绕此电路进行设 计，完成相应的辅助功能。它的主要功能是在没有警情时，将欲拨的号码存入储拨 号芯片中，待警情发生时能够通过电话线路将所存号码发往程控交换机，达到拨号 报警的目的。 语音报警电路：当被呼叫方接听电话时，自动将预先录制好的语音通过电话 线路传给对方,达到报警目的。这部分电路可以使用集成的一次性存储芯片，也可以 使用可反复录放的语音芯片。 评析：该设计能较好的完成设计要求。由于使用的是双音频拨号方式，所

20、以电 路有较好的可靠性和抗干扰性。使用的热释红外探头，能够方便灵活的安装在所需 的地方，为使用带来了方便。由于使用了 mc145412p 这个带存储和拔号功能的芯片， 使得该装置对电话机的要求大大降低。该电路设计简单，布局合理，设计和生产成 本低，易于推广。 综上所述，经过对性能指标，实用性，可靠性能和经济效益等诸多因素的综合 考虑。第三种方案有很强的可实现和可操作性，并且能较好的完成毕业的任务要求， 因此，我选择实施这套设计方案。 2 2 系统设计系统设计 2.12.1 设计思路设计思路 设计目标要求实现对警情的感知,并在一定的时间范围内,向程控交换机发送预 先存储的号码。对方接通电话后,即

21、可听到报警语音,达到拨号报警的目的。 根据上述要求,为了使整个装置在遇到警情时能够迅速,准确的反应,且方便安装,该 设计的警情探盗电路选择由热释红外线探头和一个级联电路组成。无警情时,红外探 头的 d,s 端呈高阻态,此时无信号输出。警情出现时,d,s 端短路,级联三极管导通启 动后面电路工作。 考虑到使用者可能不小心触发了警情感应装置而产生误报,在设计中必须为用户 留出必要的纠错时间。在控制报警时间的电路设计中,需要用一个产生基准时钟脉冲 和实现延时控制的电路来完成上述功能。方案中555芯片,十进制环形计数器和一 些用于逻辑控制的与非门组成了脉冲产生和延时控制电路。在警情被触发后的第 11.

22、6 秒重新占线,并在此后 4.4 秒拨号警。由于使用的音频拨号,拨号速度很快。因此拨 号时间控制在 3.6 秒内即可。这样就实现了对存储拨号芯片工作时间的控制。 为了实现将预先存储的报警号码及时准确的发送到程控交换机,且减少中间出现 差错的可能性。存储拨号电路采用电话机中常用的,带有存号和自动重拨功能的 mc145412p 集成芯片,它也是整个方案的设计核心。它的 2 脚,12 脚,16 脚电压直接 受前面延时电路输出状态的控制并决定了该部分的工作时间和工作状态。 当然,在把预先存储的号码发射出去之前,要有一个自动控制摘挂机的电路,实现 对摘挂机状态的自动调整。设计时采用两个级联的三极管，和一

23、个用于判定工作状 态的 led 完成上述功能。 最后添加一个语音电路,让它在摘机状态时获得工作电源,将语音信号耦合到电 话线中,实现用语音报警的功能。 由于该装置直接与电话线相连。设计时,电源部分最好启用电话线上的 60v 直流 电压,通过极性保护稳压管稳压后,向各部分电路提供合适的工作电压。这样做既简 化了设汁,又可以节省电能,可谓一举两得。 设计中还需考虑到系统的抗干扰性和可靠性。为了避免交换机的误判,必须将频 率的偏差控制在 1.8%,频率电平的偏差也不得超过高频区-7 土 3db，低频区-93db 的标准。 2.22.2 工作原理阐述工作原理阐述 电路主要由电源电路、红外线感应电路、多

24、谐振荡电路、计数延时电路、脉冲/ 双音频存储拨号电路、自动控制电路、报警电路(语音电路)等组成。功能模块图见 （图 1.3）电路原理图见图附录 i。 电源电路由若干个稳压管和二极管组成。电话线路 l1、l2 馈入电压经换向，稳 压和电容滤波，输出约为 6v 的直流电压供整机用电。当电路处于警戒状态时，因热 释红外线探测器没有摄取到人体发出的红外线，红外感应电路没有工作，由于该电 路的输出最终控制后面多谐振荡电路的工作状态，因此，此时多谐振荡电路无法产 生振荡脉冲。又由于脉冲输出到计数器时钟脉冲输入端，因此计数器也无计数输出。 与之相连的拨号芯片的 12 脚(摘挂机状态选择端)也为高电平,电话处

25、于挂机状态,没 有双音频信号输出。这时,自动控制电路负责占线的两个三极管也因没有偏流而无法 导通。报警指示灯呈熄灭状态。语音芯片因无工作电压而不产生语音信号。 如果有人不通过专用钥匙开门而闯入室内,将导通探测器内 d,s 两端,电源直接 通过短路线向电容充电,当达到一定电压时,两个级联的三极管导通,输出信号使得多 谐振荡电路强制复位状态被解除,并开始工作。输出的脉冲方波经与非门整形后,即 为计数脉冲输入计数器的 cp 端。计数器部分开始工作。它与后面的非门组成的电路 形成信号延迟,控制存储拨号电路处于摘机状态,该电路随后将预先存储号码以双音 频方式耦合到电话线中。同时,由于存储拨号芯片的 12

26、 脚经与非门与自动控制电路 中的三极管基极相连,使得两个级联的三极管导通,表示电话线路被占用。led 灯发 光,语音电路因获得工作电压开始工作,信号经三极管放大后通过电容耦合到电话线 中,对方摘机后即可听到报警语音。 关于芯片介绍请见第 4 章，关于具体电路的设计与分析请见第 5 章。 3 3 芯片介绍芯片介绍 3.13.1 mc145412pmc145412p 介绍介绍 （1）概述 mc145412p 是硅栅单片 cmos 集成电路，用于电话机中把键盘输入数据转换成脉 冲或双音频（dtmf）信号。采用标准的 18 引脚塑料双列直插式外形封装。其管脚图 如图 3.1 所示： 图 3.1 mc1

27、45412 管脚图 （2）集成电路的主要技术特点： 该集成电路可以和 3*4 或 4*4 键盘接口，允许使用 7 中取 2 或 8 中取 2 操作， 或形成 a 形键盘。 在双音多频与脉冲（10pps 和 20pps）拨号方式之间的变换使用单引脚。 使用了硅栅 cmos 技术，工作电源电压为 1.7-5.5v，低功耗。 （3）集成电路内部电路结构图，如图 3.2 所示。 图 3.2 内部结构框图 （4）管脚功能说明 vdd，vss（管脚 1，6）集成电路的直流电源引脚。 ms（管脚 10）用来选择工作方式。 用来选择 dtmf 工作方式和脉冲拔号方式。dtmf 方式的工作频率是 10pps 脉

28、冲拨号方式，开路时选择 10pps 脉拨号方式，接 vss时选择 dtmf 拨号。 oh（管脚 12）摘，挂机。 这个管脚接至 vdd时，电路处于挂机状态，而接入 vss时就处于摘机状态。 当处于挂机状态时，重拨存储器可以编程但无拔号输出。 dtmf out(管脚 18)多音频信号输出端。 当 ms 引脚接 vss时,如有键按下,dtmf out 引脚输出与键盘所按下键的行列 相对应的音频信号。当输出双音频时,此引线直流偏置电压为(vdd-vss)/2。dtmf out 引脚为漏极开路输出,需外接上拉电阻到 vdd,这个上拉电阻一定要满足加到 这个引脚负载上的反馈网络瞬时电流的要求。 osci

29、n oscout(管脚 8,9)振荡器输入、输出端。 使用的晶振基准频率协 3.579545mhz,晶体振荡器的偏置由芯片内部电阻和 电容来实现，芯片外只需接一晶振。 col1col4，row1row4(管脚 3,4,5,2,16,15,14,13)键盘输入端。 当单行与单列相连,或单行与单列同时接至 vss时,键输入有效。 当引出端2接至 vdd时,即构成 3*4 键盘方式。 3.23.2 cd4017cd4017 介绍介绍 cd4017 是一种典型的十进制计数器/脉冲分配器,其管脚图,如图 3.3 所示。 图 3.3 4017 管脚排列 表 3.1 4017 功能表 cd4017 可以由

30、cp 上升沿触发，可以由 en 下降沿触发，具体功能状态见表 3.1。时序图见图 3.4。它具有工作速度快、译码输出无毛刺、级联方便等优点，应 用较广。 图 3.4 4017 时序图 3.33.3 555555 集成电路介绍集成电路介绍 555 可以大量应用于电子控制、电子检测、仪器仪表、家用电器、音响报警电 子玩具等诸多方面。管脚图如图 3.5 所示。 图 3.5 555 管脚图 图 3.5 555 管脚图 可用作振荡器、锯齿波生产器、脉冲发生器、延时发生器、定时器、方波发生 器、单稳态触发振荡器、双稳态多谐振荡器、自由多谐振荡器、脉宽调制器、脉位 调制器等等。它具有应用范围广，定时精度高，

31、带负载能力强等优点。 3.43.4 cd4011cd4011 介绍介绍 cd4011 是典型的四二输入与非门，其逻辑引脚图如图 3.6 所示。 图 3.6 4011 管脚图 图 3.5 cd4011 4 4 具体电路设计及分析具体电路设计及分析 在前两章中，我们已经整体的介绍了整个电路的总体设计思路，并描述了几个 在电路设计中起到重要作用的集成芯片。下面，具体阐述各部分电路的具体设计方 法： 4.14.1 红外线感应电路的设计红外线感应电路的设计 这部分电路主要由 p2288（人体热释红外线传感器） ，三极管级联电路和一个逻 辑非门组成。非门的输出接后面多谐振荡电路。具体电路如图 4.1 所示

32、。 图 4.1 红外线感应电路 图 4.2 p2288 内部结构 这部分电路的主要功能就是探盗，即在警情发生时能够及时准确的将控制信号 传输到下一级电路，控制后面多谐振荡电路的工作状态。红外线探头 p2288 由两个 晶振，一个电阻和一个场效应管组成（如图 4.2）当电路处于待警状态时，p2288 窗 口内并未接收到人体的热释红外线，因此它的 d，s 间呈高阻态，t1，t2 因无偏流 均处于截止状态，电源电压直接加到与非门的输入端，因此“1”端输出低电平。由 于此端连接到多谐振荡电路中 555 的复位端，因此 555 被强制复位而不起振，导致 后面的电路均不能工作。如果有人不通过专用钥匙开门而

33、进入室内，p2288 就会将 接收到人体热释红外线转化成电信号，使场效应管的 d，s 端输出低阻抗，电源向 c1 充电，很快导致 t1，t2 导通。t2 导通后，与非门输出端“1”就变为高电平，后 电路强制复位被解除，开始产生多谐振荡。 4.24.2 多谐振荡电路的设计多谐振荡电路的设计 该部分电路主要功能是为计数延时电路提供基准时钟脉冲。它是通过多谐振荡 电路中的一个定时电容 c2，进行充放电变化来实现的。具体的电路原理图如图 4.3 所示。 图 4.3 无稳态多谐振荡电路 当加上 vdd电压以后，由于 c2 上端电压不能突变，故 555 处于置位状态，输出 端（3 脚）呈高电平“1” ，而

34、内部的放电管 vt1 截止，c2 通过 r4，r5 对其充电，2 脚电位随 c2 上端电压的升高呈指数上升，如波形图 4.4 所示。 当 c2 上的电压随时间增加，达到 2/3vdd阀值电平（6 脚）时，上比较器 a1 翻 转，使 rs 触发器置位，经缓冲级倒相，输出 v0呈低电平“0”,此时，放电管 vt1 饱和导通，c2 上的电荷经 r5 至 vt1 管放电。当 c2 放电使其电压降至 1/3vdd触发电 平（2 脚）时，比较器 a2 翻转，rs 触发器复位，经倒相后，使输出端（3 脚）呈高 电平“1” 。以上过程重复出现，形成无稳多谐振荡。 由上面的分析过程不难看出，输出脉冲的持续时间

35、t1就是 c2上的电压从 1/3vdd 充电到 2/3vdd所需的时间，故 c2 两端电压的变化规律为 uc(t)=vdd(1-e-t(r4+r5)c2)+1/3vdde-t/(r4+r5)c2 设 1=(r4+r5)c2，则上式简化为 uc(t)=vdd（1-2/3e-t/1） 从上式中求得： t1=-1ln1/2=0.69321 一般简写为：t1=0.693(r4+r5)c2 电路的间歇期 t2就是 c2两端的 电压从 2/3vdd到 1/3vdd所需时间，即 uc（t）=2/3 vdde-t/r5c2 从上述中求得 t2，并设 2=r5c2，则 t2=-2ln1/2=0.69322 图

36、4.4 波形图 一般简写为 t2=0.693r5c2 电路的振荡周期 t 为 t=t1+t2=0.693(1+2) =0.693(r5+2r5)c24s 电路产生的脉冲频率为 f=1/t0.25hz 输出波形的占空比 d 为 d= t1/t=(r4+r5)90%， 即整个周期内“1”所占时间约为 t140.9=3.6s “0”所占时间约为 t20.4s 由上面有关公式推导，不难得出以下结论： 振荡周期与电源电压无关，而取决于充电和放电的总时间常数，即仅与 r4，r5 和 c2 有关。 振荡波的占空比与 c2 的大小无关，而仅与 r4，r5 的大小、比值有关。 4.34.3 计数器及延时电路的设

37、计计数器及延时电路的设计 该部分电路主要由环形计数器 cd4017 和若干与非门组成，实现对后面存储拨号 电路的控制，如图 4.5 示 图 4.5 计数延时电路 本电路采用 4017 上升沿触发方式，计数脉冲由 cp 输入，其中计数脉冲在输入 前由与非门来对其整形，而控制信号则由红外线感应电路输入。 无警情时，计数器的复位端第 15 脚（高电平有效）因被置为高电平而静置在复 零状态，不产生计数输出。与非门 3 此时输出高电平，导致 mc145412p 第 12 脚也为 高电平，故处于挂机状态，没有双音频信号输出。与非门 4 输出高电平，经与非门 5 反相变为低电平。因此与之相连的两三极管 t3

38、，t4 截止，导致没有号码拨出。 遇到警情时，计数器的复位端第 15 脚被置为低电平，555 输出的方波经与非门 1 整形、倒相后，从计数器的 14 脚输入，计数器开始计数。与非门 3 的输出变为低 电平，则与之相连的 mc145412 的 12 脚也为低电平，此时处于摘机状态。过一小段 时间后，与非门 5 输出高电平，导致 t3，t4 导通，则 mc145412p 的 2，16 脚变为低 电平，它的第 18 脚输出预先存储的电话号码，从而完成对拨号芯片的延时控制。 具体的控制时序为：从发现警情开始，为防止无意中触动报警器产生误报，延 时部分设定了 16 秒的纠正误报时间。该装置从 11.6

39、秒左右开始重新占线准备拨号， 4.4 秒后,即在 16 秒左右开始向程控交换机发送预先存储的电话号码。由于使用了 双音频拨号方式，拨号速度较快，因此拨号时间控制在 3.6 秒以内完全可以满足要 求。该部分电路工作的部分时序图，如图 4.6 所示。 图 4.6 计数及延时电路时序图 4.44.4 存储拨号电路的设计存储拨号电路的设计 该部分电路的主要功能是：在遇到警情时，及时准确的将预先存储在其中的电 话号码以双音频的方式发送到程控交换机，完成存储和自动拨号的功能。 这部分电路是整个电路设计的核心，它是由 mc14541p 这个带有存储和重拨功能 的集成芯片同键盘、三极管等器件组成的，如图 4.

40、7 所示。 图 4.7 存储拨号电路 无警情时,芯片的第 12 脚因与前面延时电路的输出相连而呈高电平,此时装置处 于挂机状态,无双音频信号输出。此时，若按下调校开关“s” ，则 12 脚变为低电平， 芯片模拟摘机。这时首先会有一个 64ms 的初始化周期，在此期间振荡器被激励，同 时禁止键盘输入。在初始化过程中，2 脚被扫描以便设置键盘方式。如果 2 脚输入 为高电平（vdd） ，则拨号电路被置于 3*4 键盘方式，否则就选择 4*4 键盘上输入预 存的号码。每按下一个按键后,振荡器开始工作，键入回弹的时间为 32ms。在此期 间,ram 和拨号输出(18 脚)被禁止,方式选择线(10 脚)

41、被扫描以便决定拨号方式。按 键回弹后,检查键盘输入并将其锁存入 lnr 存储器,最后为一个停止码。这一过程可 一直持候到 18 位数字全部输入为止。若输入第 19 位数字,则溢出第一位数字并后跟 一停止码。根据现有的电话号码使用位数来看,该芯片完全可以满足存储号码的需要。 当号码存储完以后,再将s断开即可,整个存储过程结束。 一旦警情发生,则 mc145412p 的 12 脚变为低电平,此时芯片模拟摘机,紧接着,后 面的自动控制电路开始占用电话线,整个装置处于摘机状态。当红外感应装置工作 16s 后，与芯片 2 脚，16 脚相连的三极管导通,导致 2,16 脚同时变为低电平。此时, mc145

42、412p 就读取内部号码存储器中预先存储过的最后一个号码，通过 18 脚输出, 从而完成自动拨号的功能。 4.54.5 自动控制电路的设计自动控制电路的设计 该部分电路的主要功能就是在有警情出现时能够自动占用电话线路，并向语音 电路提供工作电压。在没有警情的情况下，自动保持挂机状态。它主要是由两个极 连的三极管和若干稳压管组成的。电路连接如图 4.8 所示。 图 4.8 自动控制电路 若无警情时，前面电路里中的 mc145412p 的 12 脚呈高电平，经与非门输入自动 控制电路的 2 端，t6 因得不到偏流而截止，进而使得 t7 也处于截止状态，报警指 示灯不发光，1 端亦无输出，后续的语音

43、电路不工作。 遇警情时，经整形后输入 2 端的电压呈高电平，这时 t6 导通，t7 也因得到偏 流而导通，报警指示灯亮起，1 端电压被稳定在 5v 左右，经 2200uf 的电容滤波后 向语音电路供电。检查电路时，可以通过发光二极管是否发光来确定电路工作与否 和整个装置所处的状态。 设计中应考虑到，当装置处于摘机状态时，流经电话线回路中的电流应大于 30ma(电信部门将电流低于 30ma 时的状态默认为挂机状态)。假设摘机时的 3oma 电 流均流过电阻 r1,且电话机摘机时的电压 v话为 10v。查阅相关资料可知 t7(5401 三 极管)是一个开关管,导通时 c,e 间压降小于 0.3v,

44、而发光 led 的电压也要 1v 左右, 因此要想让 5.lv 稳压管稳压在 5v 左右,则开关管 5401 的 e 极电压 va 应为 6v 左右, 经计算可得: r14=(v 话一 va/3010-3=（10-6)/3010-3=133 由于摘机时的 10v 电压不足以使 56v 稳压管工作在反向击穿状态,因此大部分电 流都流入了 5401 的 e 极,这里取 il=30ma 由 5401 的 1 可得：i2=i1/(l+1)=10ma 图中 5401 基极电压：vb=va-0.7=5.3v 则电阻 r=(vb-vss)/i2=(5.3-0)/1010-3=530 再由三极管 8050 的

45、 2 可得：i3=i2/2=0.23ma 又因为 8050 导通时 b,e 间电压约为 0.7v,而输入端2是由与非门的输出端提 供电压的,因此这里假设 c 点电压 vc=3v。 于是得： r12=（vc-0.7)/i3=2.3/0.2310-3=10k 当然,在调试实际的电路过程中,也可能会出现这样或那样的偏差,我们可以根据 电路中的实际参数来对电路设计做出相应的调整。 4.64.6 语音报警电路的设计语音报警电路的设计 该部分电路图如图 4.9 所示。 图 4.9 语音电路 该部分设计核心是一个语音放集成芯片,也可采用带录放功能的集成芯片。此方 案中使用的是一个可放一段乐曲的芯片来模拟报警

46、。使用它时,最好是将自己手机或 办公室的电话号码存储到拨号电路中，这样既可起到报警提示的作用,又防止了误报。 如果预先存储的是 110 一类的电话号码,则此部分电路最好改用可录放的集成芯片。 这部分电路的具体工作情况下：在无警情发生时,前面的自动控制电路不工作， 语音电路因得不到工作电压而无法工作,这时无语音输出。警情发生时，自动控制电 路占线，同时输入端口“1”获得工作电压，语音芯片产生报警信号，通过三级管 t 放大后，经电容 c4，由“2”端耦合到电话线中。被叫方一摘机就会听到报警声。 4.74.7 电源电路的设计电源电路的设计 该部分电路主要负责向整个电路提供合适的工作电压。因为该装置直

47、接与电话 线相连，所以整个系统所需电源均由电话线路提供。待机时，电话提供 60v 左右的 直流电压。在摘机的情况下，提供约 10v 的直流电压。电话线路 l1，l2 馈入电压经 换向，稳压和滤波后输出约 6v 左右的直流电压供整机用电。电桥换向及稳压电路如 图 4.10（a） （b）所示。 a 电桥馈入及极性保护 b 稳压管工作电路 图 4.10 电源电路 电桥起到极性保护的作用。程控交换机发来的信号可以通过电桥顺利的进入电 路中，而电路中发出的双音频和语音报警信号，又可经电桥换向耦合到电话线路中。 设计方案中直接采用电话线上的 60v 电压经稳压管稳压后给电路供电，这主要是为 了节省能源，方

48、便使用。若所提供的电能不能抵消电路的功耗，亦可采用外接独立 电源直接供电的办法。 l1 l2 4 输入 rx 输出 dwx 3 1 2 5 5 电路的安装调试电路的安装调试 5.15.1 电路的分部调试及解决方案电路的分部调试及解决方案 电路整体方案设计验证完毕之后,即可开始进行分部的安装和调试,这样既有利 于整体的焊接,又有利于在焊接过程中及时发现错误并予以改正。下面详细阐述各部 分具体安装调试的过程，参见附录 ii。 5.1.15.1.1 电源部分调试电源部分调试 之所以首先调试这一部分,是因为它是整个电路工作的前提保障,如果这部分工 作不正常,那么其它电路就会出现错误。首先可将电桥接入电

49、话线两端,测得其输出 电压为 51v 左右,与设计初期时预定的 60v 电压有一定的差距。这是因为学校内部 电话线只能提供 51v 的电压所致，与电桥无关。它对整个电路基本没有太大影响,只 是自动控制部分的稳压管需换成稳压值略小些的（比如 48v）即可。这样做既不会 影响到 t7 三极管的导通,也不会影响到导通后的稳压值,因此可取。接下来,将若干 稳压管串联合适的电阻，接到电桥的输出端,测得稳压后的各电压值均可达到要求, 说明电源部分可以正常工作了。该部分调试完毕。 5.1.25.1.2 红外线部分调试红外线部分调试 该部分是整个装置的触发工作端,因此需要有较好的灵敏度和抗干扰性。p2288

50、自身即具有较高的抗干扰性和灵敏度。调试该部分电路时,可首先模拟 p2288 没摄取 到红外线时 d,s 间的高阻状态(将开关断开即可实现)，接 vcc以后,测得此时 t1,t2 均不导通，f1 的 1，2 脚因电源电压直接加到这两端呈高电平,经倒相,输出低电平。 这时,如果将 d，s 短接,则三极管 8050 b-e 间电压为 0.7v 左右,证明 t1，t2 均已导 通。此时,非门 fl 的 3 脚输出高电平。在该部分电路调试过程中并未出现问题,调试 后电路时正常。 5.1.35.1.3 多谐振荡部分调试多谐振荡部分调试 按照初步设计图连接好电路,由于设计中 555 接电源的管脚同音乐片 i

51、c6 的电源 端相连,即只有音乐片工作后 555 才能工作,所以模拟时先将 8 脚直接连接到 vcc。为 模拟红外感应部分不工作时的情况,先给 555 的 4 脚加低电平,这时 555 处于强制复 位状态,3 脚无脉冲输出,与之相连的非门 f2 输出高电平。当给 555 的 4 脚加高电平 时,强制复位被解除,接示波器观察,3 脚开始有脉冲方波输出。经前期计算,脉冲波 周期应为 4 秒,频率为 0.25hz,因此通过示波器观察到的只是不明显的脉冲跳变。用 数字万用表可相对明显的观察到输出电压按前期计算过的占空比在周期内进行规律 变化。但实际测试中发现,产生的方波信号周期只有 3 秒左右。经查,

52、555 芯片没有 损坏,那就很可能是和定时网络常数有关的 r4,r5电阻或定时电容有关。测试后发现, r4,r5阻值并无差错,问题出在定时电容 c 上。它的标称值为 47u,而实际只有 36u 左 右,换上一个新的电容,电路即达到设计要求。该部分电路调试完毕。 5.1.45.1.4 计数器及延时电路调试计数器及延时电路调试 按设计图连接好电路。该部分设计核心是十进制计数器 4017,它的 14 脚是时钟 脉冲输入端。调试过程中可用信号发生器发出方波信号进行模拟。15 脚是复位端, 高电平有效,即 f3 输出低电平时 4017 开始计数,调试时直接接到电源负极。观察 4 脚和 7 脚的输出波形,

53、这两个脚分别是输出端 q2,q3。 首先，输入 20hz 的方波信号，观察并比较 q2 和 q3 的输出波形。可以看到， 当 q2 端开始有脉冲输出后，q3 端也在下一个脉冲到来时出现方波脉冲，且此时 q2 消失。二者在每十个脉冲周期内只出现一次，其它输出端口亦然。这样,计数器电路 就能正常工作了。接下来，检查延时部分的两个非门 f5 和 f7 的输出，将信号发生 器调到 0.2hz，则用数字万用表观察得:f5 开始输出低电平约 20s 后,f7 开始输出高 电平,证明延时部分工作基本正确,只等总体调试时再测试延时时间是否符合设计要 求即可。该部分电路调试完毕。 5.1.55.1.5 存储拨号

54、部分调试存储拨号部分调试 这部分电路主要是由集成芯片 mc145412p 来完成相应功能的。将它的 1 脚接工 作电压 vcc。又由于使用的是双音频拨号方式,因此将选择方式端 10 脚接地。芯片的 8,9 脚接 3.579545mhz 的晶振。18 脚就是双音频信号的输出端。值得一提的是,18 脚是开漏输出,应将其外接上电阻到 vcc。还有,芯片是否拨号取决于 12,2,16 脚,只 有当它们均为低电平时,才有号码输出。 调试时可将自制的模拟电话键盘接到芯片相应端口,用示波器观察 18 脚。当单 独使 12 脚由高电平变为低电平时,按动键盘,随意的输入几个号码,而后将 12 脚恢复 成高电平。

55、隐时号码应己被写入芯片中。接下来,使 12,16 和 2 脚同时变为低电平, 观察示波器,并没有双音频信号输出。经测试,其它各管脚的电压均正常,只有晶振两 端电压很低,接示波器观察后怀疑晶振己损坏,换成新的再进行观察就有信号输出了, 且波形出现次数符合号码输入的个数。这说明问题是由于晶振不能起振造成的。问 题排除后,此部分工作正常。该部分调试完毕。 5.1.65.1.6 自动控制及语音部分调试自动控制及语音部分调试 电路接好后,先将 f8 的 11 脚置于低电平,以模拟挂机状态。此时 t6 和 t7 因无 基极偏流均应截止,指示灯应不亮。但在实际调试过程中,指示灯却微微发亮,这说明 有电流流过

56、三极管 t7,t7 并不完全处于截止状态。经查,t6 三极管的基极仍保持低 电平,这说明 t6 应己处于截止状态,无法为 t7 提供偏流,于是怀疑三极管口是有轻微 的损坏。更换新管后,上述现象消失,问题解决。 当使非门内的两输入端接他时,工作指示灯立即亮起,这时测得三极管 t7 射极电 压降为 8v 左右,与摘机时电话线提供电压基本相同。稳压管 dw2 稳压输出 3.5v 左右 的电压,即语音芯片已经获得工作电压。拿起听筒,电话中并无音乐响起。经查,语音 芯片的 1,2 端均已有 3.5v 左右的电压,所以怀疑是语音损坏。更换几个同型号的芯 片按原来的方法接入电路后,仍听不到音乐声。于是,确定

57、问题出在管脚接法上。重 新查阅资料后,发现原资料供的电路连线图有错误,重新连线后,话筒中可听到音乐声,问 题解决。该部分调试完毕。 5.25.2 电路的总体调试电路的总体调试 经过前期对各部分电路的单独调试,确定了各部分工作基本正常。下面将各部分 电路连接起来,开始进行总体调试。 按图连接好电路后(详见附录 i)将装置连接到电话线中。此时工作指示灯不亮。 再用数字表测电源电路所提供的电压值和各芯片的工作电压,均基本达到要求,可以 开始进行实验。 首先按下调校开关，此时工作指示灯亮起，用键盘输入“200”三位号码，然后 松开调校开关，指示灯熄灭，这时号码应该已经被存储到 mc145412p 中了

58、。短接一 下 p2288 的 d，s 端（相当于遇到警情） ，此时，工作指示灯再次亮起，但等待 12 秒 后仍不见指示灯重新闪亮，并且一直保持此状态,即装置一直未重新线，与装置并联 的电话听筒中亦无音乐声和双音频拨号音。经分析，可能是多谐振荡电路未起振或 是计数延时电路未工作的缘故。因为在前分部调试工作中，己经排除了电路中器件 损坏和连接方法方面的错误,所以只需从各部分管脚电压下手查找问题产生的原因即 可。经查，当 d，s 端短接时，非门 fl 输出由低电平变为高电平，555 的复位端 4 脚也同时变为高电平,复位状态解除。但与音乐片 1,2 脚相连的 8 脚电压很快从 4v 变为 1.9v,

59、其它芯片的电源端也均为 1.9v 左右。所有芯片均不能工作。经询问指导 教师和查阅相关资料后,得知主要原因是由 555 组成多谐振荡电路耗能较大,电话线 提供的电流较小,不能满足电路的需要,于是对电源部分的设计方案做了一下修改。 将由 5.lv 稳压管为 555 的 8 脚供电改为 8 脚直接接 vcc而后,将由 6.2v 稳压管向所 有芯片提保工作电压改为直接由外接电压源供电(可由三节 1.5v 干电池实现),重新 触发警情后,多谐振荡电路和计数电路均可正常工作了。这其中由于我一时图方便, 未将 6.2v 稳压管及其附属电路拆除,而直接将外加电源接到 vcc和地两端,致使 6.2v 稳压管因

60、无限流电阻而烧毁,串入电阻后,电路恢复正常。 现在的问题是当警情触发后的 11 秒左右电路重新占线，而 16 秒后却听不到双 音频信号的发送声音，用示波器观察 mc145412p 的 18 脚亦无信号输出口由于分部调 试时已经确认，只要 12，16 和 2 脚均为低电平时，18 脚就有双音频信号输出。同 时，经测量发现,继非门 f5 于警情触发 11 秒左右输出约 0.4 秒的高电平以后，非门 f7 的输出也于 16 秒左右变为了高电平。这就证明了，问题出在先前没有测试过的 与存储芯片 2 脚，16 脚相连的三极管 t3 或 t4 上。经查，问题出在与 f7 输出端相 连的结点虚焊上。重新连接