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1、 本 科 毕 业 设 计论文题目： 基于固定电话的防盗系统的设计 学生姓名： 王 专业年级：电子信息科学与技术专业 指导教师： 职称 讲 师 2008 年 6 月 1 日目 录摘要I1前言11.1 题目开发的目的11.2 题目的内容和意义12 题目总体设计方案22.1 方案论证22.2 题目的功能概述22.3 题目的基本工作过程43 系统硬件设计43.1热释电红外线探测器设计43.1.1 热释电效应43.1.2 热释电传感器的结构43.1.3 热释电红外探测器基本原理53.1.4 热释电红外探测器的电路设计63.1.4.1 热释电红外传感信号处理器BIS000163.2 电话防盗自动报警器电路
2、硬件设计63.2.1 单片机的功能73.3 主机硬件电路设计93.4 脉冲拨号电路的设计103.4.1 电路的原理与组成103.4.2 脉冲拨号实现过程103.5 语音电路的设计113.5.1 SD1420功能113.5.2 ISD 1420语音录放电路123.6 电话接口电路133.7 键盘接口电路143.8 电源的设计144 系统的软件设计144.1 主程序设计144.2 初始化模块154.2 拨号模块程序设计154.3 语音模块程序设计154.4 键盘扫描程序设计155 调试及性能分析166. 结果与讨论166.1 结果166.2 讨论17参考文献17致 谢18附录一系统总体电路图19附
3、录二程序流程图23附录三程序清单28基于固定电话的防盗系统的设计学 生：王丽丽 专 业：电子信息科学与技术指导教师：宫 鹤摘要：本文首先讨论了智能住宅安全防范技术的国内外发展概况，并根据国外发展的趋势和我国的国情，研究并设计了一种智能住宅的安全防范报警系统，由红外探测器实现防盗并自动电话拨号报警。当探侧器检测到警情的时候，中断请求，再由单片机控制电话接口电路，实现模拟摘机，通过DTMF就会向单片机发出拨号电路实现自动拨号，并由语音电路通过电话完成播放预先录制好的语音信息，实现语音报警，来通知用户发生警情，以便让他们及时的作出相应措施。另外，本系统还设置了密码验证，通过键盘可输入验证码并可修改密
4、码。本系统还配置了备用电源以及具有掉线和断电自诊断功能，增强了系统的安全性和稳定性。关键词：安全防范:智能报警系统;语音报警;单片机控制；脉冲拨号The Design of Forimmobility Telephone System of Guard Against Theft of DesignName：Wang Li Li Major：Electronics Information Science and TechnologyTutor：Gong He Abstract: In this text，the development survey of security keeping aw
5、ay technology of Smarthome in the world is debated. According to the developmental direction of the technology overseas and the situations of our countries，we have researched and designed a kind of intelligent alarm system for SmartHome. It has the function of theft-proof, performing automatic detec
6、tion and automatic dial. Pyroelectricinfrared sensor is used for theft-proof so as to realize automatic detection. It is designed to make the least fail to alarm and false alarm andenhance the reliability of the system. When detector has detected any abnormalitysignals ，an interrupt request will be
7、sent to the MCU. Next the MCU control the interface circuit of telephone to accomplish simulated off-hook, then auto-dialby dial-up circuit of pulse dial-up, and play the phonetic information which has been recorded beforehand by phonetic circuit，to tell the user of the emergency which has occurred
8、so that they can take corresponding step on time. In order to buildup the systemic security and stability,the system has standby stability, the system has standby power supply and can inspect whether the wire and the power break or not.2Key words: security keeping away; intelligent alarmsystem; phon
9、etic alarm MCLIcontrolling;pulse dial-up 1前言1.1 题目开发的目的随着人类社会的进步和科学技术的迅猛发展，人类开始迈入以数字化和网络化为平台的智能化社会，人们对工作、生活等环境的要求也越来越高，开始出现了诸如智能化仪表、智能化家电、智能化汽车、智能化小区等具有不同智能程度的产品、设备、工具甚至工作环境和生活环境，并且呈现出高速发展的趋势。伴随着数字化和网络化的进程，智能化的浪潮席卷了世界的每一个角落，成为一种势不可挡的历史趋势。其中正在兴起的智能小区建设热潮，反映和适应了国际社会信息化和智能化的发展要求，是21世纪的新概念住宅1。智能住宅的概念起源于
10、美国，美国的智能住宅发展是最为迅猛的。继美国之后，欧洲、日本、新加坡等经济比较发达国家先后提出了“智能住宅(Smart Home)”的概念，住宅智能化也得到了飞速发展。 主要包括以下六方面的内容:1家庭中心控制器;2安全防范系统:3.水、电、气三表远传自动抄表系统;4紧急呼救系统;5家电自动化控制系统;6.通信系统。其实现目标就是:“将家庭中各种与信息相关的通信设备、家用电器和家庭保安装通过家庭总线技术(HBS)连接到一个家庭智能化系统上，进行集中的或异地监视、控制和家庭事务性管理，并保持这些家庭设施与住宅环境的和谐与协调。”国家建设部规定，目前住宅小区应实现六项智能化要求，其中包括实行安全防
11、范系统自动化监控管理;住宅的火灾、有害气体泄漏实行自动报警;火灾报警系统应是以烟、温及可燃气体等探测器为主体;防盗报警系统应安装红外或微波等各种类型报警探测器;系统应能与计算机安全综合管理系统联网;计算机系统能对防盗报警系统进行集中管理和控制。1.2 题目的内容和意义本课题根据安全防范系统的发展现状及其发展趋势，研究并设计了一个比较完整的安全防范系统，其中重点设计了基于PC单片机的防盗报警系统。防盗报警系统包括探测器、自动报警器、电源自动切换等组成部分，并引入模块化思想，从而使系统整体更简洁、完善。本课题重点设计了探测器部分和自动拨号报警部分，其中对红外探测器以及脉冲拨号的下作原理作了详细分析
12、。本课题内容属于硬件电路的设计与应用方面，实现过程包括电路原理设计、元器件(芯片)选择与特性测试、分立元件面包板模拟、编制程序及软件调试、整体电路编程器调试等。住宅安全防范系统是我国未来智能住宅建筑的重点发展方向，而智能防盗报警系统又是当前智能报警领域的技术热点，因此，开发一套功能和结构合理、包含多种技术和功能的高性价比的新型报警系统具有重要的现实意义。2 题目总体设计方案2.1 方案论证目前在国内各种安防设备的越来越多，电气安装、控制线路也日趋复杂。但存在某些系统性价比低下，使用的系统与设备不符合标准化及开放性的要求及智能化相关产品不成熟等问题。也已经有很多产品实现了无线化，例如各种无线探测
13、器、摄像机等，但是在技术上还不十分完善。在满足防盗报警功能要求的同时应使安装工作和使用简单化，并且能保证很好的灵活性和低廉的运行成本。因此本课题从智能报警系统的简单、可靠、低成本等方面进行研究和设计。这里涉及到报警系统的功能、可靠性以及在使用过程中是否简单方便、便于编程等一系列的问题2。2.2 题目的功能概述经过长期调查研究，从技术上认真分析，认为需满足下列技术要求，方能实现功能完善、操作方便、经济可靠这些主要目标:(1)通过探测器检测警情，报警器灵敏度要高，又要求防止误报。(2)控制器可以实现自动模拟摘挂机;(3)通过脉冲自动拨号，语音报警;(4)停电保护。断电后，本报警器的备用电池立即自动
14、启用，并可支持24小时。 (5)如因故死机，应能自动恢复正常运行。 为此采用以下技术措施，实现上述目标:(1)采用固定电话线作为信息传输媒体，不用无线电方式。这样，机器受干扰少，误报率低，使用范围更加宽广。充分利用电话线路的优势，成本大大降低。同时简化了设计，提高了可靠性。(2)传送报警信息用语音方式。语音简短明确，可在电话机上收听，使用方便。(3)使用看门狗电路，因故死机后能自动恢复正常运行。(4)加后备电源。 根据报警系统的具体设计要求，设计一此系统必须具有一以下单元功能模块: (1)前端探测器; (2)键盘输入;(3)脉冲拨号 (4)语音录放; (5)单片机控制器;为了使系统的结构、性能
15、、体积以及成本达到最优化的组合，必须对完成各功能的软件和硬件作出不同的分工，具体如下:探测器、电源和自动摘挂机部分必须使用具体的电路来实现;连接电话机和系统之间的部分也只能用硬件电路来实现;输入信息分析处理以及信号音的识别等功能模块使用软件编程方式要比硬件电路简单得多，还可减小系统的体积，降低成本，实现也很容易。 因此，探测器、电源、自动摘挂机、电话接口、脉冲拨号以及录放音的启动等功能模块用硬件电路实现;而输入信息的分析处理等功能模块使用软件编程完成。我们将在后续章节对系统硬件和软件部分的设计作详细地介绍。由单片机构成主控部分，进行主要的信息处理，接收外部操作指令形成各种控制信号，并完成对于各
16、种信息的记录;接口电路提供单片机与电话外线的接口。其中包括摘挂机控制、语音提示电路等。系统结构框图如图2. 1所示。本系统的每一个接口电路(模拟摘挂机、语音电路、)都己经经过实际的交换机在线实验，具有很强的实用性。本系统使用最简单的电路、最便宜的电路芯片实现了完善的功能。本系统还有许多可以添加的功能，具有很强的市场前景。 图2. I系统结构框图Fig.2.1 Whole structure of the system单元模块的功能如下:前端探测器/传感器完成对人体热释电红外信号的可靠监测工作。它将数据采集、AD转换、比较判断等功能集成于一体，输出报警开关量，即只有实际参数达到用户设定的报警值时
17、，才输出报警开关信号，然后送给自动报警器主机。自动报警主机的核心器件是单片机，它是整个系统的“心脏”，由它来接收报警信号并控制、协调各功能模块的正常工作，本系统采用的是AT89S51单片机。输入输出设备包括键盘、数码管、按钮等。键盘用于用户预存电话号码的输入;按钮用于系统电路调试工作或一些用到手工触发的场合。拨号电路主要采用脉冲拨号完成电话号码的发送，并配合单片机完成电话线上各种信号音的监测等工作。语音电路采用美国ISD公司的高保真录放体化语音芯ISD1420来完成报警时进行语音提示的预存工作，根据警情进行相应的提示语音录存。 2.3 题目的基本工作过程报警探测器安装在用户家里需要防范的部位，
18、例如门窗、厨房，卧室等，报警主机放在家里比较隐蔽的区域。在通常情况下，监控器是处于休眠状态，当用户要出门，家中没人时，用户可以通过键盘启动监控器，监控器接到用户命令后，等待一个时间(如3min)，让用户启动监控器后有足够的时间离开住宅，该时间过后，监控器会启动探头，此时监控器处于真正的布防状态，只要有人在探头检测范围内经过，报警探测器立即向自动报警主机发出报警信号，接到警情事件后，自动报警主机立即进行确认(多次巡检中断信号)，确认无误后，从输入的号码中读出相应的报警电话号码，通过脉冲拨号电路自动拨打用户预先设置好的报警电话号码(如手机号码，办公室号码)进行远程拨号报警:待对方摘机后，启动语音电
19、路，将预先录制好的语音信息通过电话线传给对方，通知对方发生警情，同时自动记录警情信息，以备查询:如果对方没有摘机，就连续拨打三次，并进行现场警铃报警。3 系统硬件设计3.1热释电红外线探测器设计3.1.1 热释电效应热释电红外传感器是一种非常有应用潜力的传感器。它能检测人或某些动物发射的红外线并转换成电信号输出。在热释电红外探测器中有两个关键性的元件，一个是热释电红外传感器(PTR ) , PTR能将红外信号变化转变为电信号，并能对自然界中的白光信号具有抑制作用。另一个是菲涅尔透镜，菲涅尔透镜是一种由塑料制成的特殊设计的光学透镜，它用来配合热释电红外线传感器，以提高接收灵敏度。用菲涅尔透镜配合
20、放大电路将信号放大b0-70db,就可以检测10-20m处人的活动。于民用领域。本课题选用热释电红外线传感器，既能利用此传感器的优势，又能满足要求，从经济上和实用价值综合考虑来看是一理想的选择。但要其正常使用，既要防止漏报，又要减少误报，特别是如何将误报现象降到最低的限度是一个摆在广大工程设计人员面前的一个课题。要做到这一点，必须首先要了解被动红外探测器的一些基本概念及其技术特点，这样才能根据这些基本的技术特点，从安装、调试、使用等各个环节，按照探测器的基本技术特点，最大限度的发挥探测器的功效。3.1.2 热释电传感器的结构热释电红外传感器通常包括热释电晶体、电极、氧化膜、衬底、FET和负载电
21、阻几个组成部分。热释电晶体一般是PZT或其他材料，在晶体上下表面分别设置电极，在上表面再加一层黑色氧化膜以提高其转换效率。如图3. 2和3. 3分别为热释电红外线传感器RE200B的结构示意图及其等效电路图:图3.1 热释电红外线传感器结构示意图Fig3.1 Sketch map of the structure of Pytoelectric sensor图3.2 等效电路图Fig3.2 Equivalent circuit热释电晶体的等效电路是一个在负载电阻上并联一个电容的电流发生器，其输出阻抗很高，一般为l0K47K，而且输出电压信号又极其微弱，故在管内附有FET放大器及厚膜电阻，以达到
22、阻抗变换的目的。在管壳顶端装有滤光镜片及窗口，用以选择接收不同的波长。在窗口上装滤光镜的目的是使不需要的红外线不能进入传感器。一般热释电红外传感器在光谱范围内的灵敏度是相当平坦的(并且不受可见光的影响)。一般常用硅质聚乙烯材料的滤光镜，它能以非接触形式检测出物体放射出来的红外线能量变化，并将其转换成电信号输出。传感器探头前部装有菲涅尔透镜。由于人的活动频率范围在0. 1-l0Hz，因此需要对人体活动频率加以增频，而菲涅尔透镜是一种多面反(折)射镜，比较理想。当人体进入菲涅尔透镜的一个视场时，在热释电传感器上产生一个交变红外辐射信号，就会使传感器电路产生一个微弱的电压信号 。树脂封装的菲涅尔透镜
23、则设在侧面3。 3.1.3 热释电红外探测器基本原理热释电红外传感器通过接收移动人体辐射出的特定波长的红外线，可以将其转化为与人体运动速度、距离、方向等有关的低频电信号。传感器的电压响应度与入射光辐射变化的频率成反比，因此，当恒定的红外辐射照射在探测器上时，探测器没有电信号输出，所以恒定的红外辐射不能被检测到;而物体移动速度越快，同样的入射功率下，输出电压就会越小。只有电压达到报警阀值电平时，探测器才会有电压信号输出。根据该特性，选择热释电红外探测器适用于盗情信号的检测。热释电红外线探测器原理框图如图3. 5所示。图3.3 热释电红外线探测器原理框图Fig.3.3 Principle of P
24、yroelectric infrared detector当人体进入警戒区，人体温度会引起环境温度辐射场的变化，通过菲涅尔透镜，热释电红外探头感应到的是人体温度与背景温度的差异信号，则在负载电阻上产生一个电信号，电信号的大小，决定于敏感元件温度变化的快慢。经过后级比较器与状态控制器产生相应输出信号Uo。3.1.4 热释电红外探测器的电路设计3.1.4.1 热释电红外传感信号处理器BIS0001热释电红外探测器电路采用的器件是热释电红外传感信号处理器BIS0001、热释电红外传感器RE200B和少量外接元器件。BIS0001是一款具有较高性能的传感信号处理集成电路。它配以热释电红外传感器和少量外
25、接元器件就可构成被动式的热释电红外开关、报警用人体热释电传感器等。它能自动快速开启各类白炽灯、荧光灯、蜂鸣器、自动门、电风扇、烘干机和自动洗手池等装置，特别适用于企业、宾馆、商场、库房及家庭的过道、走廊等敏感区域，或用于安全区域的自动灯光、照明和报警系统。芯片特点: *CMOS工艺制造 *数模混合 *具有独立的高输入阻抗运算放大器 *内部的双向鉴幅器可有效抑制干扰 *内设延迟时间定时器和封锁时间定时器 *采用16脚DIP封装43.2 电话防盗自动报警器电路硬件设计自动报警器是本课题的设计重点，主要包括单片机控制器、拨号模块、语音模块、电话接口模块、键盘模块以及电源模块。本章主要介绍系统各个模块
26、的硬件部分的设计，包括微处理器主机的设计、自动拨号和语音电路的设计、电话接口电路的设计、键盘电路的设计、系统电源的设计5。3.2.1 单片机的功能在众多的51系列单片机中，要算ATMEL公司的AT89C51, AT89S51更实用，因它不但和8051指令、管脚完全兼容，而且其片内的4K程序存储器是FLASH工艺的，这种工艺的存储器用户可以用电的方式瞬间擦除、改写，一般专为ATMEL AT89XX做的编程器均带有这些功能。显而易见，这种单片机对开发设备的要求很低，开发时间也大大缩短。写入单片机内的程序还可以进行加密，这又很好地保护了你的劳动成果。:AT89S51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只
27、读存储器(FPEROM-Fal shProgrammable and Erasable Read Only Memory)的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89S51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。AT89S51主要功能列举如下:1、为一般控制应用的8位单芯片2、晶片内部具时钟振荡器(传统最高工作频率可至12MHz )3、内部程式存储器( ROM)为4KB4、内部数据存储
28、器(RAM)为128B5、外部程序存储器可扩充至64KB6、外部数据存储器可扩充至64KB7、32条双向输入输出线，且每条均可以单独做I/0的控制8、5个中断向量源9、 2组独立的16位定时器10、1个全多工串行通信端口11、8751及8752单芯片具有数据保密的功能12、单芯片提供位逻辑运算指令*引脚排列如图3.4所示: AT89S51各引脚功能介绍:VCC: AT89S51电源正端输入，接+5VoVSS:电源地端。XTAL1:单芯片系统时钟的反相放大器输入端。XTAL2:系统时钟的反相放大器输出端，一般在设计上只要在XTAL1和XTAL2上接上一只石英振荡晶体系统就可以动作了，此外可以在两
29、引脚与地之间加入一30PF的小电容，可以使系统更稳定，避免因噪声干扰而死机。RESET: AT89S51的重置引脚，高电平动作，当要对晶片重置时，只要对此引脚电平提升至高电平并保持两个机器周期以上的时间，AT89S51便能完成系统重置的各项动作，使得内部特殊功能寄存器之内容均被设成己知状态，并且至地址OOOOH处开始读入程序代码而执行程序。EA/Vpp: EA”为英文“External Access”的缩写，表示存取外部程序代码之怠，低电平动作，也就是说当此引脚接低电平后，系统会取用外部的程序代码(存于外部EPROM中)来执行程序。因此在8031及8032中，EA引脚必须接低电平，因为其内部无
30、程序存储器空间。如果是使用8751内部程序空间时，此引脚要接成高电平。此外，在将程序代码烧录至8751内部EPROM时，可以利用此引脚来输入21V的烧录高压(Vpp)。ALE/PROD: ALE是英文“Address Latch Enable”的缩写，表示地址锁存器启用信号。AT89S51可以利用这支引脚来触发外部的8位锁存器(如74LS373)，将端口0的地址总线(AOA7)锁进锁存器中，因为AT89S51是以多工的方式送出地址及数据。平时在程序执行时ALE引脚的输出频率约是系统工作频率的1/6，因此可以用来驱动其他周边晶片的时基输入。此外在烧录8751程序代码时，此引脚会被当成程序规划的特
31、殊功能来使用。PSEN:此为“Program Store Enable”的缩写，其意为程序储存启用，当8051被设成为读取外部程序代码工作模式时(EA=0)，会送出此信号以便取得程序代码，通常这支脚是接到EPROM的OE脚。AT89S51可以利用PSEN及RD引脚分别启用外部的RAM与EPROM, 使得数据存储器与程序存储器可以合并在一起而共用64K的定址范围。如表3.5 所示:表3.5 P1.5、P1.6、P 1.7第二功能 Tab.3.5 The second function of P1.5、 P1.6、P 1.7其引脚分配如下: P3. 0: RXD，串行通信输入。 P3. 1: TX
32、D，串行通信输出。 P3. 2:工NTO，外部中断0输入。 P3. 3: INT1，外部中断1输入。 P3. 4: TO，计时计数器0输入。 P3. 5: T1，计时计数器1输入。 P3. 6: WR:外部数据存储器的写入信号。 P3. 7: RD，外部数据存储器的读取信号。63.3 主机硬件电路设计根据系统设计的需要，本报警器的主机是一片AT89S51单片机组成，主机电路如图4. 2所示。时钟电路选用外接12119-f z石英晶体，考虑电容C1, C2的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程度及温度稳定性，选用30PFo复位电路由电阻、电容和按键开关构成，具有上电复位
33、和手动复位的功能。单片机的INTO与红外探测器输出端经非门相连。为防止环境干扰信号对触发中断的影响，当响应中断后，对中断信号多次巡检，确认是中断信号时，才去执行中断处理子程序，否则认为是外界干扰信号不执行报警处理。电路图见附录二由于内部集成看门狗计时器，不再需要像89C51那样外接看门狗计时器单路7。3.4 脉冲拨号电路的设计3.4.1 电路的原理与组成本部分电路主要完成对电话脉冲拨号，同时，当有人非法进入室内时，拨预置的电话号码可进行远程预警，以便对警情进行处理。由于本系统是利用电话进行自动报警，所以系统必须能自动摘机、拨号和挂机，并能进行录音和自动放音。3脉冲拨号就是指在电话机上拨入的电话
34、号码以脉冲的形式发出，也就是说，在已经通以直流的回路上，利用拨号盘与发号电路将回路断开、再接通而形成的脉冲信号，来完成输入电话号码的发送。在操作中，若用户拨1，则送出1个脉冲，回路中断一次、接通一次；拨2，则发出2个脉冲，回路断一次、接通一次、再断一次、再接通一次；而拨0时，则发出10个脉冲，回路断、接通轮流10次。图3.2为电话号码32的脉冲波形。 图3. 6 电话号码“32”的脉冲波形Fig3.6 pulse wave shape of telephone number”32”正常拨号时，电路电流中断的时间一般在5865ms之间，视断续比的不同而不同。快速拨号时，要去一半时间即可。电路电流
35、接同的时间（即在同一位号码中的2 个断脉冲之间的接通电流时间）约在3242ms之间，视断续比的不同而不同。快速拨号时，要去一半时间即可。显然脉冲周期等于脉冲中断时间和脉冲接同时间之和，每一个周期的时间为100ms左右。快速拨号时，在50ms左右。2位号码（即2组脉冲串）之间的最小时间间隔，通常为800ms左右；而快速拨号时，其值减半，为400 ms左右。我国目前采用的电话脉冲拨号的速率是10PPS(每秒发出10个脉冲，因此上述各参数不存在快速拨号的值。为了提高拨号的可靠性及稳定性，这里设计时选定更低的脉冲拨号速率：1个脉冲代表拨出1，2个脉冲代表拨出2，10个脉冲代表拨出0，每个脉冲的宽度和间
36、隔均为100ms。工作是首先进行模拟摘机，然后开始脉冲拨号，拨出1位号码后停顿500ms（保持接通）再拨下一位，直至全部拨完后再发报警音，最后挂机。3.4.2 脉冲拨号实现过程图3.3为脉冲拨号的实现电路。平时电话线上的电压约为5060V左右。未拨号时单片机的P3.0、P3.1均输出低电平。拨号过程如下：1单片机的P3.0输出高电平，使TR1导通，由于电话线路上接入了负载R1，这样电话线的电压下降，模拟摘机。2单片机的P3.0开始输出拨号脉冲，使电话线的电压（电平）也呈高、低变化。1个脉冲代表拨出1，2个脉冲代表拨出2，,10个脉冲代表拨出0，每个脉冲的宽度和间隔均为100 ms。拨出1位号码
37、后停顿500 ms（保持P3.0高电平）再拨下一位，直至全部拨完。3P3.0保持高电平（保持电话线路接通），P3.1输出1KHz的报警音脉冲驱动TR2,2Hz进行调制（即接通1KHz信号0.5s、断开1KHz信号0.5 s）这样从接听方的电话中就会听到“嘟、嘟”的报警声。报警音的时间根据设计定为60 s。460 s后，P3.1输出低电平，TR2截止，停止报警。随后P3.0也输出低电平，模拟挂机。完成一次报警过程。8电路图如附录二3.5 语音电路的设计3.5.1 ISD1420功能语音电路应完成预录提示音，为“家里有盗贼入侵，请及时赶回”。同时，在电话接通后，可以将语音播放。根据系统的功能要求，
38、系统选择了美国ISD公司的ISD工420语音芯片。ISD 1420为美国ISD公司出品的优质单片语音录放电路，其片内设有时钟振荡器、128K字节EZPROM(电可编程可擦除只读存贮器)、低噪音前置放大器、自动增益控制电路、反混叠滤波器、平滑滤波器、模拟转发器、差动功率放大器等高品质语音录放系统所需的全部基本功能电路。一个最小的录放系统仅由一个麦克风、一个喇叭、两个按钮、一个电源、少数电阻电容组成。录音内容存入永久存储单元，提供零功率信息存储，这个独一无二的方法是借助于美国工SD公司的专利直接模拟存储技术(DAST TM)实现的。利用它，语音和音频信号被直接存储，以其原本的模拟形式进入EEPRO
39、M存储器。直接模拟存储允许使用一种单片固体电路方法完成其原本语音的再现。不仅语音质量优胜，而且断电语音保护。特点:l 使用方便的单片录放系统，外部元件最少l 重现优质原声，没有常见的背景噪音l 放音可由边沿或电平触发l 无耗电信息存储，省掉备用电池l 信息可保存100年，可反复录放10万次l 无需专用编程或开发系统l 较强的分段选址能力可处理多达160段信息l 具有自动节电模式l 录或放后立即进入维持状态，仅需0.5A电流l 单一5伏电源供电电特性:l 工作电压:5V;l 静态电流:典型值0. 5uA，最大值2uA;l 工作电流:典型值15mA，最大值30mA。 ISD 1420引脚介绍 IS
40、D 1420的引脚图如图3.8 P图3.8 ISD 1420 引脚图Fig.3.8 Pin map of ISD 1420AO-A7为地址或操作模式控制端;Vssd为数字地;Vssa为模拟地;SP+, SP一为音频信号输出端，可以驱动8-16个扬声器;V+。为模拟电源;V，为数字电源;MIC为话筒输入端，可用驻极体话筒，通过电容祸合;MICREF为话筒输入参考端，若不用应悬空;AGC为自动增益控制端，调整芯片内部前置放大器增益，使录入信号不失真;ANAIN, ANAOUT两端间接电容，该端用于模拟信号的直接输入、输出;XCLK为外部时钟或接地(一般用户接地即可);/REC为录、放音控制，低电平
41、为录音(此时/PLAYE或/PLAYL=0); /PLAYL为电平放音控制(低电平有效)，放音时应该保持低电平(此时/REC=0); /PLAYE为边沿放音控制，下降沿开始放音(此时/REC=0); /RECLED为录音指示，接发光二极管，录音时亮，放音结束闪烁一下，然后熄灭。ISD 1420的工作模式地址模式:AO-A7地址输入有双重功能，根据地址中的A6, A7的电平状态决定功能。如果A6, A7有一个是低电平，AO-A7输入全解释为地址位，作为起始地址用。根据/PLAYL,/PLAYS或/REC的下降沿信号，地址输入被锁定。AO-A7由低位向高位排列，每位地址代表125ms的地址，160
42、个地址覆盖20s的语音范围(160 X 0. 125s=20s)，录音及放音功能均从设定的起始地址开始，录音结束由停止操作决定，芯片内部自动在该段的结束位置插入结束标志作EOM;而放音时遇到EOM标志即自动停止放音。操作模式:如果A6, A7同为高电平时，它们即为操作模式位。地址位仅作为输入端，在操作过程中不能输出内部地址信息9。3.5.2 ISD 1420语音录放电路因为所有的操作都是从“0”地址开始的，所以在本电路中，将所有的地址线接地，即设为“0。当系统处于录音状态时，RECLED引脚端口被置为低电平，此时发光二极管LED被点亮，提示录音开始，当录音结束时，LED熄灭。所要播放的语音信号
43、从麦克输入，经MIC和MIC REF引脚输入芯片内部的放大器放大，放大后的输出信号从模拟输出端ANAOUT输出，再经电容C3祸合至模拟输入端ANA IN再一次放大，经放大后的音频信号从SP-输出推动扬声器发音。SP+和电话接口电路相连，以送出语音信号。用音频放大集成电路LM386N-1作语音功放芯片，可调整放音输出的幅度。LM386是美国国家半导体公司生产的音频功率放大器，主要应用于低电压消费类产品。为使外围元件最少，电压增益内置为20。但在1脚和8脚之间增加一只外接电阻和电容，便可将电压增益调为任意值，直至200。输入端以地位参考，同时输出端被自动偏置到电源电压的一半，在6V电源电压下，它的
44、静态功耗仅为24mW，使得LM386特别适用于电池供电的场合。音频功放电路如图4. 9所示:电路图如附录一 图3. 9 LM386音频功放电路LM386的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式。特性(Features):n 1 静态功耗低，约为4mA，可用于电池供电。n 2 工作电压范围宽，4-12V或5-18Von 3 外围元件少。n 4 电压增益可调:20-2000n 5 低失真度。语音电路电路图如图3. 10所示10。电路图如附录二 3.6 电话接口电路因为平时电话外线连在用户话机上，系统与电话线断开，只有当需要报警时，系统才接上电话外线，这样系统才不会影响到电话的正常使用;另外，拨号电
45、路、语音电路输出的音频信号均需要通过电话外线送出。电话接口电路完成以上的功能，电路原理图如图4. 11所示。电路图如附录二目前，交换机的工作电压为直流60V或者48V，通过外线接入用户话机。为了确保拨号电路的脉冲信号正常发送和语音电路语音信号的正常播出，接口电路中须增加极性保护电路，它由二极管桥路构成，这样不论用户如何将外线接入LINE IN口，都能确保电路内部的2线为正电压。另外，有的交换机可提供的工作电流为50mA或者120mA,因此，极性保护电路中的二极管反向耐压必须大于180V，允许的正向电流必须大于180mA。可以选用IN4004, IN4007等。 根据邮电部关于电话入网的标准，摘
46、机状态下的直流电阻应该小于等于300 s2，因此，在极性保护电路后直接接一个200。的大功率电阻，以模拟摘机挂机。当模拟摘机时，用户外线电压降至8V左右。模拟摘挂机由J1继电器吸合配合实现，J1与单片机P3.0口相连。模拟挂机时，工作于截止状态。当单片机发出模拟摘机命令时，P3.0变为高电平，三极管由截止变为饱和，继电器工作，触点闭合，200 S2电阻接入电话网，实现模拟摘机操作。语音电路的接通由继电器J2吸合配合实现，平时，DTMF IN和DTMF OUT接入电话回路，以进行自动拨号，当拨完号而且送回的信号音为对方摘机音时才进行语音提示，这时，单片机发出送语音命令，P3.0变为高电平，三极管由截止变为饱和，继电器工作，触点闭合，SP+, SP一接入电话回路中，语音被送出。为了降低系统功耗，继电器选择了高灵敏型，工作电压为+5V。为提高音频信号的抗干扰性，拨号电路、语音电路可通过1：1隔离变压器与电话接口电路相连10。3.7 键盘接口电路 键盘在单片机应用系统中是一个关键部件，它能实现向单片机输入数据、传送命令等功能，是人机对话不可缺少的输入方式之一。键盘利用机
