多功能电话报警器毕业设计

1、 哈尔滨剑桥学院毕业设计 哈尔滨剑桥学院毕 业 设 计 论文题目： 多功能电话报警器 学 生： 指导教师： 专 业： 电信及移动通信 班 级： 09移动通信 2013年5月哈尔滨剑桥学院毕 业 设 计 任 务 书题目名称： 多功能电话报警器的设计立题意义： 多功能电话报警器的设计使偷接电话的人拿起话筒或电话线断、短路均会发出报警声，而用户使用不会发出报警。本装置制作容易、元件易够、可靠性高，提高现代人通话的安全性。技术条件与要求；任务内容（包括内容、计划、时间安排、完成工作量与水平具体要求）1.绪论2.电子线路图的设计3.电子元器件的选型4.电路的制版工作与线路仿真5.整机测试与展望专业负责人

2、意见签名：年 月 日 多功能电话防盗报警器摘要主要介绍一种以单片机80c51, isd1420p语音录放电路、拨号电路等等,通过电话机实现的远程智能报警系统。该系统实用，功能灵活多样,易于扩展,可广泛应用于家庭、办公室、仓库、金融单位等安全防盗报警。 即设计了一款基于电话线传输的家居无线安防报警系统,利用现有的电话网络,并结合单片机控制技术和射频无线通信以及传感器技术,以mcs-51系列单片机at89c51为核心,结合红外线收发电路、双音多频(dtmf)发送/接收电路、语音电路及其他外围辅助电路,配合各种无线传感器,可实现防盗报警等功能。所设计的系统具有低成本、结构简单、工作可靠、实用性强等优

3、点。采用门磁、热释红外、主动红外、振动、可燃性气体、烟雾等传感器及新型的安防集成电路，由高性能收发组件完成外围信号的采集和传送。采用高性价比的51 单片机作为主控器件，工作稳定可靠。 本文主要介绍报警器中的软、硬件设计的关键技术。本次设计的电话防到报警器具有广阔的市场前景。实践证明,本文的系统是可行的、有效的。 关键词: 单片机；自动报警；双音多频；语音芯片 - 1 - versatile telephone theft-proof alarm abstract this paper introduces a long-distance intelligent warning system w

4、hich is realized by telephone lines. this system is consists of 80c51 monolithic processor, isd1420p single-chip speech sound record and play circuit with many functions, the system is very practical and can be easily extended. it is best for guarding against theft in private houses, offices, storeh

5、ouses, financial institutions, etc. design a wireless home alarm system based on telephone line was developed, the system uses the telephone network, wireless technology and the mcu. it use at89c51 as the core cpu, and connect with wireless coding receive circuit, tmf send / receive circuit, voice c

6、ircuit and other periphery assistant circuit. with kinds of wireless sensors。its economical, simple, reliable and feasible. the sensors such as the gate magnetism, the hotly released infrared, the initiative infrared, the vibration, the ignitable gas, the smog and the new type ic of the safe-system

7、in home-living，circumstance were used, the periphery signal was gathered and transmitted by the high performance receiving and dispatching module. the 51 scm working joylessly and tiredly was used as the main parts of the hardware-circuitry. here it focuses on the key design of soft-ware and hardwar

8、e. this wireless home alarm system has a wide market future. the system is feasible and effective. keywords： single chip scm; auto alarm; dtmf; speech chip - 2 - 目录引言 . 6 绪论 . 7 第 1 章 总体设计方案 . 9 1.1 设计思路 . 9 1.2 方案论证与比较 . 9 1.2.1 主控电路的设计 . 9 1.2.2 语音存储电路的方案比较 . 10 1.2.3 自动拨号报警电路的比较和选择 . 10 1.2.4 系统各

9、模块的最终方案 . 12 第 2 章 硬件电路设计 . 13 2.1 主控电路设计 . 13 2.1.1 主控芯片简介 . 13 2.1.2 主控接口电路 . 15 2.2 信号探测（传感器）电路的设计 . 16 2.2.1 探测部分芯片简介 . 16 2.2.2 被动红外热释电传感器 . 17 2.2.3 门磁传感器 . 17 2.3 存储器电路的设计 . 18 2.4 显示与键盘电路的设计 . 19 2.5 lcd 液晶显示. 22 2.6 自动拨号报警电路的设计. 23 2.6.1 电话远程报警 . 23 2.6.2 本地报警电路 . 27 2.7 语音电路的设计 . 27 第 3 章

10、软件设计 . 33 3.1 软件流程图 . 33 第 4 章 系统测试 . 36 4.1 硬件调试 . 36 4.2 软件调试 . 36 结论与展望 . 37 致 谢 . 38 参考文献 . 39 附录 a硬件原理图 . 40 附录 b外文文献及其译文 . 42 - 3 - 插图清单图 1-1 基本原理方框图 . 8 图 1-2 ht9200a 原理图 . 11 图 2-1 at89c51 引脚排列（pdip） . 14 图 2-2 主控电路图 . 15 图 2-3 tlp521-4 . 16 图 2-4 74hc245 . 17 图 2-5 采集信号电路 . 18 图 2-6 x5045 引

11、脚 . 18 图 2-7 zlg7289 引脚 . 19 图 2-8 键盘电路 . 22 图 2-9 lcd 接口电路 . 23 图 2-10 mt8888 引脚图 . 24 图 2-11 mt8888 外围电路 . 26 图 2-12 mt8888 与 at89c51 接口电路 . 27 图 2-13 本地报警电路 . 27 图 2-14 isd1420 引脚图 . 28 图 2-15 isd1420 内部框图 . 29 图 2-16 isd1420 应用电路 . 29 图 2-17 电源电路 . 32 图 2-18 主程序流程图 . 33 图 2-19 报警子程序流程图 . 34 - 4

12、- 表格清单表 2-1 zlg7289 引脚说明 . 19 表 2-2 拨号数字与高、低频率的组合关系 . 23 表 2-3 mt8888 控制功能 . 25 表 2-4 控制寄存器功能表 . 25 表 2-5 状态寄存器功能表 . 25 表 2-6 isd1420 语音分段和控制码 . 30 表 2-7 语音信息录放段控制码 . 31 - 5 - 引言放眼当今世界技术领域，自动化技术是实际应用最广泛、发展势头最强劲、经济效益最明显的技术之一。尤其当计算机技术、信息技术与自动化技术融为一体的时候，更显示出这项技术所具有的独特优势和无比强大的生命力。本次设计以单片机为基础进行控制技术的实现，就是

13、因为它不但有普通集成电路无可比拟的实用价值，而且在当今国内外自动控制技术领域中占有相当重要的地位和作用。 实用单片机控制技术，是自动化控制中应用最为广泛的重要控制方法，是提高自动化控制水平和产品技术含量必备手段。单片机的大量应用，已经引发了自动控制领域的一场重大的革命。在当代自动化领域中，没有计算机、单片机的控制就是一种不完善的控制,因此研究和应用单片机控制技术，具有重要的实际意义。此外单片机具有其体积小、功能齐全、价格低廉、可靠性高等特点，在各个领域中都得到了广泛的应用，特别在工业控制、智能化仪器仪表、产品自动化、分布式控制系统中都已取得了可喜的成果。单片机已经成为衡量工业发展水平的标志之一

14、，是产品更新换代、发展新技术、改造老产品的主要手段。 电子计算机的发展经历了从电子管、晶体管、集成电路到大规模集成电路共四个阶段。通用型单片机是一种基本芯片,它的内部资源丰富,性能全面且适用性强，能覆盖多种应用需求。用户可以根据需要设计成各种不同应用的控制系统,即通用单片机有一个在设计的过程,通过用户的进一步设计才能组建成一个以通用单片机芯片为核心在配以其它外围电路的应用控制系统。此次的多功能电话防盗报警器的设计中就以 mcs-51 系列at89c51 单片机作为控制核心的电话远程控制器,重点介绍该控制器的各模块组成!原理及具体实现的电路,该控制器采用现有的电话线路进行通信,无需重新布线且通信

15、距离不受限制,经实际运行表明,该控制器具有运行可靠，成本低，操作方便，适用性强的特点。可以广泛应用于城市社区，具有较大的推广价值。 由此可见，单片机的应用有利于产品的小型化、多功能化和智能化 ，有利于提高劳动效率，减轻劳动强度，提高产品质量，改善劳动环境，减少能源和材料消耗，保证安全等。更重要的意义在于单片机应用正从根本上改变着传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分控制功能，现在已能使用单片机通过软件方法实现了。这种以软件取代硬件并能提高系统性能的控制系统软件技术为微机技术。是对传统控制技术的一次革命，是一种全新的概念。随着单片机应用的推广普及，微型控制技术

16、必将不断发展、日益完善和更加充实。 - 6 - 绪论目前，安全报警技术发展迅速，并且日益完善。但把通讯技术利用到其中，却是一个全新的，并得到迅猛发展的领域。利用经济实用的电话线，实现本地或远程监控报警。此技术的应用，给安全报警技术注入了无限的活力，市场发展前景广阔。现在将计算机技术、通讯技术、安全报警技术结合起来的综合联网报警系统，正在迅猛发展。多年来在安全防范、自动报警领域一直被进口设备高价位系统统一般机关单位还 是空白。因此, 研制低价位, 运行可靠的安全报警产品, 会有广阔的应用前景。 随着人们生活水平的提高 ,家居安全越来越受重视. 电话语音报警因快捷、有效 ,所以应用越来越普遍.电话

17、自动报警系统的主要功能为:用户根据需要把自己的手机号码、办公室电话、住宅区值班室电话或者亲友电话预存入报警主机 ,当有人非法入室 ,家中起火 ,煤气泄漏等不安全情况发生时 ,传感器人体、门磁、窗磁、烟雾、煤气等通过无线电发射出相应的警情编码 ,当报警主机接收到这些警情编码后 ,拨通预先存入的电话号码 ,播放对应警情的语音.若电话占线可拨下一个预存的电话号码 ,还可向多个地方报警 ,保证了报警的快速和有效性. 当户外电话线出现异常 ,如断线、非法并线等情况时 ,报警器会开启本地高音喇叭报警 ,吓跑歹徒. 本次从实际出发，设计出一种与电话线连接，操作简单，工作可靠的电话防盗报警器。它同时可监测多个

18、重要点（如门、窗）发现盗情时及时拨号 ，并利用电话线进行告警性号呼叫，它充分的利用家庭电话网络，每一步电话都可以作为一个小系统，没一个小系统都可以外挂十几个点本系统与电话线想连接，并不影响用户话机的正常使用。 本系统以 at89c51 单片机为核心, at89c51 是一种高效微控制器，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。x5045 用于存储电路，是一种 3 合 1 功能监控芯片，所采用的双音多频 dual-tone multi-frequency(dtmf)信号编/解码芯片 mt888 具有dtmf 信号收发功能，并采用 cmos 制造工艺，功耗低（只有 57.8mw），芯片

19、集成度高，工作稳定可靠。另外它可以方便的与 mcs51 系列单片机接口，外围电路简单。采用的isd1420 语音芯片简单实用,它采用直接存储模拟信号的方式,既提高了存储密度, 又使模拟数据可以得到永久保存。 单片机在此设计中的主要作用就是用于实时检测、数据处理和报警控制等。当有探测到有异常信号时，异常信号首先传送到主控电路，由主控电路部分进行处理，例如，同时驱动拨号电路对已经预先设存好的电话号码进行拨号，拨号前进行模拟摘机，拨号时同时语音电路开始对录制好的语音进行放音，另外启动本地的声光报警系统。 这次毕业设计要求制作一个多功能电话防盗报警器,即设计一个单片机小系统包括主控、存储、显示、键盘输

20、入电路。具有两个基本点两个不同类型有线探测器（系统能510 个接口），监控范围在 50 米左右。探测到异常信号时，自动启动本地声光报警。自动通过固定电话线向以设定的不同电话报警。报警电话号码自己任意设定、掉电不丢失，还可以设定和撤销报警。可预先录制语音，报警时提供给接警单位，说明出警情地址。 通过我的认真思考与分析，对此课题的大致了解，对基本要求的认识，拟订此次设计大- 7 - 致应当分为下面方框图中的几部分。按照基本的设计要求，此次设计的基本原理方框图如下所示： 音频放大存储器射 频接 收模块射 频接 收模块显示解码编码at89c51 键盘语音电路dtmf 收发8路 控 制输出电话摘挂机电路

21、图 1-1基本原理方框图由上总体方框图可以看到此次设计硬件电路有八大部分所构成，围绕以主控部分发挥各自的功能。只有这几部分有机结合才可以很好的实现本次毕业设计多功能电话防盗报警器这个课题。 - 8 - 1.1 设计思路第 1 章总体设计方案根据题目要求，需要设计一个多功能电话防盗报警器，报警器的基本功能为包含一个单片机小系统做控制部分，具有不同类型的有线探测器，监控 50 米左右范围的警报情况，探测到异常信号时，自动启动本地声光报警，并且自动通过固定电话线路向由/用户自己设置的不同电话号码进行报警，更高级的功能可以实现报警电话的设置与报警语音的录制等功能，也可以采用无线探测、传输电路来实现更为

22、先进的无线控制功能。 为了达到良好的实际使用效果，本次毕业设计初步拟订系统应具有如下功能：人机交互界面，采用lcd液晶显示模块。数据永久保存功能，意外或人为断电，系统里面设置的所有号码不会丢失。多号码循环拨号功能，可以同时设置电话、手机号码，并在现场发出警报。电话自动拨号与语音报警; 无线遥控布、撤防,紧急报警。 拟于以用到键盘电路的输入，另外还要想到语音芯片 isd1420 对声音进行存储起来，x5045 这样一个存储器存储数上的分析及要求，我们首先要有一个采集异常信号的信号采集部分，电话拨号就要有拨号芯片，发生警情时候，拨哪些电话号码，放什么语音，我们要有提前的设定，这些等等都要要字和信息

23、，我们还要求一个主控电路来驱动各个部分，此外电源电路也是比不可少的。有了大致的实现的思路，设计也就更加的明了。 1.2 方案论证与比较1.2.1 主控电路的设计根据题目要求，主控电路主要用于各类传感信号的输入识别，并对其做出相应的反应和发出对其它各个应用电路的控制信号，用于控制电路的选择有以下两种方案 方案一：采用 fpga（现场可编程门阵列）作为系统的控制器。fpga 可以实现各种复杂的逻辑功能，规模大，密度高，它将所以器件集中在一块芯片上，减小了体积，提高了稳定性，并且可一应用 eda 软件仿真、调试，易于进行功能扩展。fpga 采用并行的输入输出方式，提高了系统的处理速度，适合作为大规模

24、实时系统的控制核心。由于检测模块输出的信号并行输入 fpga，fpga 通过程序设计控制拨号电路和声光报警电路作出相应的动作，但由于本设计对数据处理的速度要求不高，fpga 的高速处理优势得不到充分体现，并且由于起集成度高，使其成本偏高，同时由于芯片的引脚较多，实物硬件电路板布线复杂，加重了电路设计和实际焊接的工作。 方案二：采用 atmal 公司的 at89c51 作为系统控制器的 cpu 方案。单片机算术运算功能强，软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制，并且由于- 9 - 其功耗低、体积小、技术成熟和成本低等优点，使其在各个领域应用广泛。 基于以上分析拟订方案二，在本

25、设计中，我们采用了一片单片机对各个单元模块进行检测和控制，充分利用到单片机的各个口线和功能。1.2.2 语音存储电路的方案比较由于本次设计的是一个多功能电话防盗报警器，在报警过程中一定会是通过语音报警的方式借助电话网络来实现，由此向公安机关或是某个人说明出警地址和大概情况，因此我们不得不考虑关于语音部分的话的录制和使用功能，要做到可以预先录制，异常情况通过预先录制的语音进行报警。 方案一：通过查阅相关资料，我们了解到，isd系列语音芯片是一常用的用来实现语音存储功能的芯片，其中的isd1420语音芯片简单实用,它采用直接存储模拟信号的方式,既提高了存储密度, 又使模拟数据可以得到永久保存。芯片

26、采用边缘触发方式放音,利用它的4位地址线与单片机相连,将存储区分成四段,每段录音时间约2 秒。playe置低电平就开始一个回放过程,放音通过单片机选择相应的存储空间,以确定不同的报警语音;放音会持续到eom信号结束。单片机的p2. 6引脚输出用于isd1400 的选通,使得isd在电话无人接通时保持disabled 状态;当电话接通时, isd 的playe端输入低电平,使其处于导通状态,启动语音芯片,向线路发出报警语音,如“我是煤气设备,我出现故障”等报警信息。 方案二：eeprom 型的语音芯片由于具有电可改写的特点，使得在线语音数据修改变得十分简单，同时由于数据无电可保存，得到广泛应用。

27、tsg 公司的这种芯片就有以下几种可供使用， sr9a系列，四种功能强大、操作简单的语音芯片，录音长度从60 秒到 120 秒，语音段寻址，可分 600段。sr9a120 性能最为卓越，录音 20 秒，另有 sr9a120-a 和 sr9a120-b 两款功能板，其中 sr9a120-b 带微机控制录放音接口。sr9g26 需外接几个电阻电容就能构成一个录放音系统内部设有功率放大器能录制 20 秒语音，10 秒语音，可分多达 160 段录放音，任意段不用编程器就能反复录放音。 对于以上两个方案，虽然方案二的使用更为简单，但是可扩展的功能就没有 isd 系列的语音芯片突出了，而且 isd 系列的

28、芯片采用直接存储模拟信号的方式,既提高了存储密度, 又使模拟数据可以得到永久保存。芯片采用边缘触发方式放音,利用它的 4 位地址线与单片机相连,更便于单片机对整个语音模块电路的控制，综合以上原因，我们拟订在本次设计中将仍然使用 isp 系列的芯片作为语音电路的芯片。 1.2.3 自动拨号报警电路的比较和选择针对此报警系统的创新之处就是在于将报警方式与有线电话网络联系在了一起，让用户可以不用通过购买专用的防盗设备就可以实现防盗的功能，而要实现这个功能的另一个重要方面就是让电话具有自动拨号和报警的功能，因此对于自动拨号报警电路的选择和使用上就显的尤为重要。通过查阅相关资料，我们对不同的几种拨号芯片

29、组成的电- 10 - 路做了优缺点的比较。 方案一：拨号音频部分选用 ht9200a 芯片,采用串行工作方式。在该方式下,t9200a使用一个数据输入端和一个同步时钟形成一个位代码来发送 dtmf 信号,该 dtmf 信号产生原理可简述如下:将振荡器产生的高频振荡信号分别送至两个计数器,当计数器达到预设的值时,产生一次反转信号输出,形成低频方波,其中计数器寄存器可用软件设置且有自动装载功能,通过这两个计数器可设置输出的两路方波频率。软件编写控制程序时,只须将对应频率的计数值写入控制寄存器便可自动产生所需的频率信号。从以上两路输出的方波再进行信号正弦化处理和幅度控制,然后将两路信号同时送至信号混

30、合器输出。这样,如果其中一路输出的方波频率接近 dtmf 低频群中的一个频率,而另一路接近dtmf 高频群中的一个频率,从混合器输出的信号便是所需的 dtmf 信号了,电路原理图见图 2。ht9200a 在时钟 clk 脚的下降沿锁存数据。vccvccvddce3.579545mhz1cevdd8clkdatavsscapc1capc2xtal2x2dtmf73x1data64vssclk5ht9200图 1-2 ht9200a 原理图电话机的拨号信息是通过dtmf(双音多频) 信号传送的,报警器的指令输入需要由电话机按键输入,所以报警器内置dtmf接收电路。dtmf部分接收电路这样进行接收的

31、。当dtmf收发电路有警情发生时,报警器需要自动拨打预设的电话号码,因此增加了dtmf发送电路,ht9200a是串行输入的dtmf产生芯片。当需要进行拨号时,cpu 将ce信号设置为低电平,此时ht9200a 时钟开始起振,准备工作。然后cpu 在时钟的下降沿,将要拨打的电话号码的5个比特的二进制码送入ht9200a。当ht9200a接收到5 个比特之后,就根据其对应的数据向外部送出dtmf信号。例如要拨“1”,则需要依次送出为“10000”,要让ht9200a 停止向外发送dtmf信号, 可向其送出“11111”的数据。在拨号时,一个号码的持续时间必须在50 ms 以上,号码之间的间隔也必须保持50 ms 以上。 方案二：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