畢業(yè)論文----基于固定電話防盜系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論文題目： 基于固定電話的防盜系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 ： 王 專業(yè)年級(jí)： 電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè) 指導(dǎo)教師： 職稱 講 師 2008 年 6 月 1 日 I 目 錄 摘要 . I 1 前 言 . 1 1.1 題目開(kāi)發(fā)的目的 . 1 1.2 題目的內(nèi)容和意義 . 1 2 題目總體設(shè)計(jì)方案 . 2 2.1 方案論證 . 2 2.2 題目的功能概述 . 2 2.3 題目 的基本工作過(guò)程 . 4 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) . 4 3.1 熱釋電紅外線探測(cè)器設(shè)計(jì) . 4 3.1.1 熱釋電效應(yīng) . 4 3.1.2 熱釋電傳感器的結(jié)構(gòu) . 5 3.1.3 熱釋電紅外探測(cè)器基本原理 . 6 3.1.4 熱釋電紅外探測(cè)器的電路設(shè)計(jì) . 6 3.1.4.1 熱釋電紅外傳感信號(hào)處理器 BIS0001 . 6 3.2 電話防盜自動(dòng)報(bào)警器電路硬件設(shè)計(jì) . 7 3.2.1 單片機(jī)的功能 . 7 3.3 主機(jī)硬件電路設(shè)計(jì) . 9 3.4 脈沖撥號(hào)電路的設(shè)計(jì) . 10 3.4.1 電路的原理與組成 . 10 3.4.2 脈沖撥號(hào)實(shí)現(xiàn)過(guò)程 . 10 3.5 語(yǔ)音電路的設(shè)計(jì) . 11 3.5.1 SD1420 功能 . 11 3.5.2 ISD 1420 語(yǔ)音錄放電路 . 12 3.6 電話接口電路 . 13 3.7 鍵盤接口電路 . 14 3.8 電源的設(shè)計(jì) . 14 4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) . 14 4.1 主程序設(shè)計(jì) . 14 4.2 初始化模塊 . 15 4.2 撥號(hào)模塊程序設(shè)計(jì) . 15 4.3 語(yǔ)音模塊程序設(shè)計(jì) . 15 4.4 鍵盤掃描程序設(shè)計(jì) . 16 5 調(diào)試及性能分析 . 16 6. 結(jié)果與討論 . 16 6.1 結(jié)果 . 16 6.2 討論 . 17 參考文獻(xiàn) . 18 致 謝 . 18 附錄一 系統(tǒng)總體電路圖 . 19 II 附錄二程序流程圖 . 23 附錄三程序清單 . 28 I 基于固定電話的防盜系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 學(xué) 生： 王 麗麗 專 業(yè) ： 電子信息科學(xué)與技術(shù) 指導(dǎo)教師： 宮 鶴 摘要 ： 本文首先討論了智能住宅安全防范技術(shù)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況，并根據(jù)國(guó)外發(fā)展的趨勢(shì)和我國(guó)的國(guó)情，研究并設(shè)計(jì)了一種智能住宅的安全防范報(bào)警系統(tǒng)，由紅外探測(cè)器實(shí)現(xiàn)防 盜并自動(dòng)電話撥號(hào)報(bào)警。當(dāng)探側(cè)器檢測(cè)到警情的時(shí)候，中斷請(qǐng)求，再由單片機(jī)控制電話接口電路，實(shí)現(xiàn)模擬摘機(jī)，通過(guò) DTMF 就會(huì)向單片機(jī)發(fā)出撥號(hào)電路實(shí)現(xiàn)自動(dòng)撥號(hào)，并由語(yǔ)音電路通過(guò)電話完成播放預(yù)先錄制好的語(yǔ)音信息，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音報(bào)警，來(lái)通知用戶發(fā)生警情，以便讓他們及時(shí)的作出相應(yīng)措施。另外，本系統(tǒng)還設(shè)置了密碼驗(yàn)證，通過(guò)鍵盤可輸入驗(yàn)證碼并 可修改密碼。本系統(tǒng)還配置了備用電源以及具有掉線和斷電自診斷功能，增強(qiáng)了系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。 關(guān)鍵詞： 安全防范 :智能報(bào)警系統(tǒng) ;語(yǔ)音報(bào)警 ;單片機(jī)控制；脈沖撥號(hào) The Design of Forimmobility Telephone System of Guard Against Theft of Design Name： Wang Li Li Major： Electronics Information Science and Technology Tutor： Gong He Abstract: In this text， the development survey of security keeping away 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 detection 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 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 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.2 Key words: security keeping away; intelligent alarmsystem; phonetic alarm MCLIcontrolling;pulse dial-up 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 1 前 言 1.1 題目開(kāi)發(fā)的目的 隨著人類社會(huì)的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，人類開(kāi)始邁入以數(shù)字化和 網(wǎng)絡(luò)化為平臺(tái)的智能化社會(huì)，人們對(duì)工作、生活等環(huán)境的要求也越來(lái)越高，開(kāi)始出現(xiàn) 了諸如智能化儀表、智能化家電、智能化汽車、智能化小區(qū)等具有不同智能程度的產(chǎn)品、設(shè)備、工具甚至工作環(huán)境和生活環(huán)境，并且呈現(xiàn)出高速發(fā)展的趨勢(shì)。伴隨著數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化的進(jìn)程，智能化的浪潮席卷了世界的每一個(gè)角落，成為一種勢(shì)不可擋的歷史趨勢(shì)。其中正在興起的智能小區(qū)建設(shè)熱潮，反映和適應(yīng)了國(guó)際社會(huì)信息化和智能化的發(fā)展要求，是 21 世紀(jì)的新概念住宅 1。 智能住宅的概念起源于美國(guó)，美國(guó)的智能住宅發(fā)展是最為迅猛的。繼美國(guó)之后，歐洲、日本、新加坡等經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)國(guó)家先后提出了“智能住宅 (Smart Home)”的概念，住宅智能化也 得到了飛速發(fā)展。 主要包括以下六方面的內(nèi)容 : 1 家庭中心控制器 ; 2 安全防范系統(tǒng) : 3.水、電、氣三表遠(yuǎn)傳自動(dòng)抄表系統(tǒng) ; 4 緊急呼救系統(tǒng) ; 5 家電自動(dòng)化控制系統(tǒng) ; 6.通信系統(tǒng)。 其實(shí)現(xiàn)目標(biāo)就是 :“ 將家庭中各種與信息相關(guān)的通信設(shè)備、家用電器和家庭保安裝通過(guò)家庭 總線技術(shù) (HBS)連接到一個(gè)家庭智能化系統(tǒng)上，進(jìn)行集中的或異地監(jiān)視、控制和家庭事務(wù)性管理，并保持這些家庭設(shè)施與住宅環(huán)境的和諧與協(xié)調(diào)。” 國(guó)家建設(shè)部規(guī)定，目前住宅小區(qū)應(yīng)實(shí)現(xiàn)六項(xiàng)智能化要求，其中包括實(shí)行安全防范系統(tǒng)自動(dòng)化監(jiān)控管理 ;住宅的火災(zāi)、有害氣體泄漏 實(shí)行自動(dòng)報(bào)警 ;火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)是以煙、溫及可燃?xì)怏w等探測(cè)器為主體 ;防盜報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)安裝紅外或微波等各種類型報(bào)警探測(cè)器 ;系統(tǒng)應(yīng)能與計(jì)算機(jī)安全綜合管理系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng) ;計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能對(duì)防盜報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行集中管理和控制。 1.2 題目 的 內(nèi)容和意義 本課題根據(jù)安全防范系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì)，研究并設(shè)計(jì)了一個(gè)比較完整的安全防范系統(tǒng)，其中重點(diǎn)設(shè)計(jì)了基于 PC 單片機(jī)的防盜報(bào)警系統(tǒng)。防盜報(bào)警系統(tǒng)包括探測(cè)器、自動(dòng)報(bào)警器、電源自動(dòng)切換等組成部分，并引入模塊化思想，從而使系統(tǒng)整體更簡(jiǎn)潔、完善。本課題重點(diǎn)設(shè)計(jì)了探測(cè)器部分和自動(dòng)撥號(hào)報(bào)警部分，其中 對(duì)紅外探測(cè)器以及 脈沖 撥號(hào)的下作原理作了詳細(xì)分析。本課題內(nèi)容屬于硬件電路的設(shè)計(jì)與應(yīng)用方面，實(shí)吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 現(xiàn)過(guò)程包括電路原理設(shè)計(jì)、元器件 (芯片 )選擇與特性測(cè)試、分立元件面包板模擬、編制程序及軟件調(diào)試、整體電路編程器調(diào)試等。 住宅安全防范系統(tǒng)是我國(guó)未來(lái)智能住宅建筑的重點(diǎn)發(fā)展方向，而智能防盜報(bào)警系統(tǒng)又是當(dāng)前智能報(bào)警領(lǐng)域的技術(shù)熱點(diǎn)，因此，開(kāi)發(fā)一套功能和結(jié)構(gòu)合理、包含多種技術(shù)和功能的高性價(jià)比的新型報(bào)警系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。 2 題目 總體設(shè)計(jì)方案 2.1 方案論證 目前在國(guó)內(nèi)各種安防設(shè)備的越來(lái)越多，電氣安裝、控制線路也日趨復(fù)雜。但 存在某些系統(tǒng)性價(jià)比低下，使用的系統(tǒng)與設(shè)備不符合標(biāo)準(zhǔn)化及開(kāi)放性的要求及智能化相關(guān)產(chǎn)品不成熟等問(wèn)題。也已經(jīng)有很多產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了無(wú)線化，例如各種無(wú)線探測(cè)器、攝像機(jī)等，但是在技術(shù)上還不十分完善。在滿足防盜報(bào)警功能要求的同時(shí)應(yīng)使安裝工作和使用簡(jiǎn)單化，并且能保證很好的靈活性和低廉的運(yùn)行成本。因此本課題從智能報(bào)警系統(tǒng)的簡(jiǎn)單、可靠、 低成本等方面進(jìn)行研究和設(shè)計(jì)。這里涉及到 報(bào)警系統(tǒng)的功能、可靠性以及在使用過(guò)程中是否簡(jiǎn)單方便、便于編程等一系列的問(wèn)題 2。 2.2 題目的功能概述 經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期調(diào)查研究，從技術(shù)上認(rèn)真分析，認(rèn)為需滿足下列技 術(shù)要求，方能實(shí)現(xiàn)功能完善、操作方便、經(jīng)濟(jì)可靠這些主要目標(biāo) : (1)通過(guò)探測(cè)器檢測(cè)警情，報(bào)警器靈敏度要高，又要求防止誤報(bào)。 (2)控制器可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)模擬摘掛機(jī) ; (3)通過(guò) 脈沖 自動(dòng)撥號(hào)，語(yǔ)音報(bào)警 ; (4)停電保護(hù)。斷電后，本報(bào)警器的備用電池立即自動(dòng)啟用，并可支持 24 小時(shí)。 (5)如因故死機(jī)，應(yīng)能自動(dòng)恢復(fù)正常運(yùn)行。 為此采用以下技術(shù)措施，實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo) : (1)采用 固定 電話線作為信息傳輸媒體，不用無(wú)線電方式。這樣，機(jī)器受干擾少，誤報(bào)率低，使用范圍更加寬廣。充分利用電話線路的優(yōu)勢(shì)，成本大大降低。同時(shí)簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)，提高了可靠性。 (2)傳送報(bào)警信息用語(yǔ)音方式。語(yǔ)音簡(jiǎn)短明確，可在電話機(jī)上收聽(tīng)，使用方便。 (3)使用看門狗電路，因故死機(jī)后能自動(dòng)恢復(fù)正常運(yùn)行。 (4)加后備電源。 根據(jù)報(bào)警系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)一此系統(tǒng)必須具有一以下單元功能模塊 : (1)前端探測(cè)器 ; (2)鍵盤輸入 ; (3)脈沖撥號(hào) (4)語(yǔ)音錄放 ; 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 (5)單片機(jī) 控制器 ; 為了使系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、性能、體積以及成本達(dá)到最優(yōu)化的組合，必須對(duì)完成各功能的軟件和硬件作出不同的分工，具體如下 : 探測(cè)器、電源和自動(dòng)摘掛機(jī)部分必須使用具體的電路來(lái)實(shí) 現(xiàn) ;連接電話機(jī)和系統(tǒng)之間的部分也只能用硬件電路來(lái)實(shí)現(xiàn) ;輸入信息分析處理以及信號(hào)音的識(shí)別等功能模塊使用軟件編程方式要比硬件電路簡(jiǎn)單得多，還可減小系統(tǒng)的體積，降低成本，實(shí)現(xiàn)也很容易。 因此，探測(cè)器、電源、自動(dòng)摘掛機(jī)、電話接口、 脈沖 撥號(hào)以及錄放音的啟動(dòng)等功能模塊用硬件電路實(shí)現(xiàn) ;而輸入信息的分析處理等功能模塊使用軟件編程完成。我們將在后續(xù)章節(jié)對(duì)系統(tǒng)硬件和軟件部分的設(shè)計(jì)作詳細(xì)地介紹。 由單片機(jī)構(gòu)成主控部分，進(jìn)行主要的信息處理，接收外部操作指令形成各種控制信號(hào)，并完成對(duì)于各種信息的記錄 ;接口電路提供單片機(jī)與電話外線的 接口。其中包括摘掛機(jī)控制、語(yǔ)音提示電路等。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖 2. 1 所示。 本系統(tǒng)的每一個(gè)接口電路 (模擬摘掛機(jī)、語(yǔ)音電路、 )都己經(jīng)經(jīng)過(guò)實(shí)際的交換機(jī)在線實(shí)驗(yàn)，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。本系統(tǒng)使用最簡(jiǎn)單的電路、最便宜的電路芯片實(shí)現(xiàn)了完善的功能。本系統(tǒng)還有許多可以添加的功能，具有很強(qiáng)的市場(chǎng)前景。 圖 2. I 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 Fig.2.1 Whole structure of the system 單元模塊的功能如下 : 前端探測(cè)器 /傳感器完成對(duì)人體熱釋電紅外信號(hào)的可靠 監(jiān)測(cè)工作。它將數(shù)據(jù)采集、AD 轉(zhuǎn)換、比較判斷等功能集成于一體，輸出報(bào)警開(kāi)關(guān)量，即只有實(shí)際參數(shù)達(dá)到用戶設(shè)定的報(bào)警值時(shí)，才輸出報(bào)警開(kāi)關(guān)信號(hào)，然后送給自動(dòng)報(bào)警器主機(jī)。 自動(dòng)報(bào)警主機(jī)的核心器件是單片機(jī)，它是整個(gè)系統(tǒng)的“心臟”，由它來(lái)接收?qǐng)?bào)警信號(hào)并控制、協(xié)調(diào)各功能模塊的正常工作，本系統(tǒng)采用的是 AT89S51 單片機(jī)。 輸入輸出設(shè)備包括鍵盤、 數(shù)碼管 、按鈕等。鍵盤用于用戶預(yù)存電話號(hào)碼的輸入 ;按鈕用于系統(tǒng)電路調(diào)試工作或一些用到手工觸發(fā)的場(chǎng)合 。 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 撥號(hào)電路主要采用 脈沖撥號(hào) 完成電話號(hào)碼的發(fā)送，并配合單片機(jī)完成電話線上各種信號(hào)音的監(jiān) 測(cè)等工作。 語(yǔ)音電路采用美國(guó) ISD 公司的高保真錄放體化語(yǔ)音芯 ISD1420 來(lái)完成報(bào)警時(shí)進(jìn)行語(yǔ)音提示的預(yù)存工作，根據(jù)警情進(jìn)行相應(yīng)的提示語(yǔ)音錄存。 2.3 題目 的基本工作過(guò)程 報(bào)警探測(cè)器安裝在用戶家里需要防范的部位，例如門窗、廚房，臥室等，報(bào)警主機(jī)放在家里比較隱蔽的區(qū)域。在通常情況下，監(jiān)控器是處于休眠狀態(tài)，當(dāng)用戶要出門，家中沒(méi)人時(shí)，用戶可以通過(guò)鍵盤啟動(dòng)監(jiān)控器，監(jiān)控器接到用戶命令后，等待一個(gè)時(shí)間 (如3min)，讓用戶啟動(dòng)監(jiān)控器后有足夠的時(shí)間離開(kāi)住宅，該時(shí)間過(guò)后，監(jiān) 控器會(huì)啟動(dòng)探頭，此時(shí)監(jiān)控器處于真正的布防狀態(tài)，只要有人在探頭檢測(cè)范圍內(nèi)經(jīng)過(guò)，報(bào)警探測(cè)器立即向自動(dòng)報(bào)警主機(jī)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，接到警情事件后，自動(dòng)報(bào)警主機(jī)立即進(jìn)行確認(rèn) (多次巡檢中斷信號(hào) )，確認(rèn)無(wú)誤后，從 輸入的號(hào)碼 中讀出相應(yīng)的報(bào)警電話號(hào)碼，通過(guò) 脈沖 撥號(hào) 電路 自動(dòng)撥打用戶預(yù)先設(shè)置好的報(bào)警電話號(hào)碼 (如手機(jī)號(hào)碼，辦公室號(hào)碼 )進(jìn)行遠(yuǎn)程撥號(hào)報(bào)警 :待對(duì)方摘機(jī)后，啟動(dòng)語(yǔ)音電路，將預(yù)先錄制好的語(yǔ)音信息通過(guò)電話線傳給對(duì)方，通知對(duì)方發(fā)生警情，同時(shí)自動(dòng)記錄警情信息，以備查詢 :如果對(duì)方?jīng)]有摘機(jī)，就連續(xù)撥打三次，并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)警鈴報(bào)警。 3 系統(tǒng)硬 件設(shè)計(jì) 3.1 熱釋電紅外線探測(cè)器設(shè)計(jì) 3.1.1 熱釋電效應(yīng) 熱釋電紅外傳感器是一種非常有應(yīng)用潛力的傳感器。它能檢測(cè)人或某些動(dòng)物發(fā)射的紅外線并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出。 在熱釋電紅外探測(cè)器中有兩個(gè)關(guān)鍵性的元件，一個(gè)是熱釋電紅外傳感器 (PTR ) , PTR 能將紅外信號(hào)變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，并能對(duì)自然界中的白光信號(hào)具有抑制作用。另一個(gè)是菲涅爾透鏡，菲涅爾透鏡是一種由塑料制成的特殊設(shè)計(jì)的光學(xué)透鏡，它用來(lái)配合熱釋電紅外線傳感器，以提高接收靈敏度。用菲涅爾透鏡配合放大電路將信號(hào)放大b0-70db,就可以檢測(cè) 10-20m 處 人的活動(dòng)。于民用領(lǐng)域。 本課題選用熱釋電紅外線傳感器，既能利用此傳感器的優(yōu)勢(shì)，又能滿足要求，從經(jīng)濟(jì)上和實(shí)用價(jià)值綜合考慮來(lái)看是一理想的選擇。但要其正常使用，既要防止漏報(bào)，又要減少誤報(bào)，特別是如何將誤報(bào)現(xiàn)象降到最低的限度是一個(gè)擺在廣大工程設(shè)計(jì)人員面前的一個(gè)課題。要做到這一點(diǎn)，必須首先要了解被動(dòng)紅外探測(cè)器的一些基本概念及其技術(shù)特點(diǎn)，這樣才能根據(jù)這些基本的技術(shù)特點(diǎn)，從安裝、調(diào)試、使用等各個(gè)環(huán)節(jié)，按照探測(cè)器的基本技術(shù)特點(diǎn)，最大限度的發(fā)揮探測(cè)器的功效。 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 3.1.2 熱釋電傳感器的結(jié)構(gòu) 熱釋電紅外傳感器通常包括熱釋電晶體 、電極、氧化膜、襯底、 FET 和負(fù)載電阻幾個(gè)組成部分。熱釋電晶體一般是 PZT 或其他材料，在晶體上下表面分別設(shè)置電極，在上表面再加一層黑色氧化膜以提高其轉(zhuǎn)換效率。如圖 3. 2 和 3. 3 分別為熱釋電紅外線傳感器 RE200B 的結(jié)構(gòu)示意圖及其等效電路圖 : 圖 3.1 熱釋電紅外線傳感器結(jié)構(gòu)示意圖 Fig3.1 Sketch map of the structure of Pytoelectric sensor 圖 3.2 等效電路圖 Fig3.2 Equivalent circuit 熱釋電晶體的等效電路是 一個(gè)在負(fù)載電阻上并聯(lián)一個(gè)電容的電流發(fā)生器，其輸出阻抗很高，一般為 l0K 47K，而且輸出電壓信號(hào)又極其微弱，故在管內(nèi)附有 FET 放大器及厚膜電阻，以達(dá)到阻抗變換的目的。 在管殼頂端裝有濾光鏡片及窗口，用以選擇接收不同的波長(zhǎng)。在窗口上裝濾光鏡的目的是使不需要的紅外線不能進(jìn)入傳感器。一般熱釋電紅外傳感器在光譜范圍內(nèi)的靈敏度是相當(dāng)平坦的 (并且不受可見(jiàn)光的影響 )。一般常用硅質(zhì)聚乙烯材料的濾光鏡，它能以非接觸形式檢測(cè)出物體放射出來(lái)的紅外線能量變化，并將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出。傳感器探頭前部裝有菲涅爾透鏡。由于人的活動(dòng)頻率范 圍在 0. 1-l0Hz，因此需要對(duì)人體活動(dòng)頻率加以增頻，而菲涅爾透鏡是一種多面反 (折 )射鏡，比較理想。當(dāng)人體進(jìn)入菲涅爾透鏡吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 的一個(gè)視場(chǎng)時(shí)，在熱釋電傳感器上產(chǎn)生一個(gè)交變紅外輻射信號(hào)，就會(huì)使傳感器電路產(chǎn)生一個(gè)微弱的電壓信號(hào) 。樹(shù)脂封裝的菲涅爾透鏡則設(shè)在側(cè)面 3。 3.1.3 熱釋電紅外探測(cè)器基本原理 熱釋電紅外傳感器通過(guò)接收移動(dòng)人體輻射出的特定波長(zhǎng)的紅外線，可以將其轉(zhuǎn)化為與人體運(yùn)動(dòng)速度、距離、方向等有關(guān)的低頻電信號(hào)。傳感器的電壓響應(yīng)度與入射光輻射變化的頻率成反比，因 此，當(dāng)恒定的紅外輻射照射在探測(cè)器上時(shí)，探測(cè)器沒(méi)有電信號(hào)輸出，所以恒定的紅外輻射不能被檢測(cè)到 ;而物體移動(dòng)速度越快，同樣的入射功率下，輸出電壓就會(huì)越小。只有電壓達(dá)到報(bào)警閥值電平時(shí)，探測(cè)器才會(huì)有電壓信號(hào)輸出。根據(jù)該特性，選擇熱釋電紅外探測(cè)器適用于盜情信號(hào)的檢測(cè)。 熱釋電紅外線探測(cè)器原理框圖如圖 3. 5 所示。 圖 3.3 熱釋電紅外線探測(cè)器原理框圖 Fig.3.3 Principle of Pyroelectric infrared detector 當(dāng)人體進(jìn)入警戒區(qū)，人體溫度會(huì)引起環(huán)境溫度輻射場(chǎng)的變化，通過(guò)菲 涅爾透鏡，熱釋電紅外探頭感應(yīng)到的是人體溫度與背景溫度的差異信號(hào)，則在負(fù)載電阻上產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)，電信號(hào)的大小，決定于敏感元件溫度變化的快慢。經(jīng)過(guò)后級(jí)比較器與狀態(tài)控制器產(chǎn)生相應(yīng)輸出信號(hào) Uo。 3.1.4 熱釋電紅外探測(cè)器的電路設(shè)計(jì) 3.1.4.1 熱釋電紅外傳感信號(hào)處理器 BIS0001 熱釋電紅外探測(cè)器電路采用的器件是熱釋電紅外傳感信號(hào)處理器 BIS0001、熱釋電紅外傳感器 RE200B 和少量外接元器件。 BIS0001 是一款具有較高性能的傳感信號(hào)處理集成電路。它配以熱釋電紅外傳感器和少量外接元器件就可構(gòu)成被動(dòng)式 的熱釋電紅外開(kāi)關(guān)、報(bào)警用人體熱釋電傳感器等。它能自動(dòng)快速開(kāi)啟各類白熾燈、熒光燈、蜂鳴器、自動(dòng)門、電風(fēng)扇、烘干機(jī)和自動(dòng)洗手池等裝置，特別適用于企業(yè)、賓館、商場(chǎng)、庫(kù)房及家庭的過(guò)道、走廊等敏感區(qū)域，或用于安全區(qū)域的自動(dòng)燈光、照明和報(bào)警系統(tǒng)。 芯片特點(diǎn) : *CMOS 工藝制造 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 *數(shù)?；旌?*具有獨(dú)立的高輸入阻抗運(yùn)算放大器 *內(nèi)部的雙向鑒幅器可有效抑制干擾 *內(nèi)設(shè)延遲時(shí)間定時(shí)器和封鎖時(shí)間定時(shí)器 *采用 16 腳 DIP 封裝 4 3.2 電話防盜 自動(dòng)報(bào)警 器電路硬件設(shè) 計(jì) 自動(dòng)報(bào)警器是本課題的設(shè)計(jì)重點(diǎn)，主要包括 單片機(jī) 控制器、撥號(hào)模塊、語(yǔ)音模塊、電話接口模塊、鍵盤模塊以及電源模塊。本章主要介紹系統(tǒng)各個(gè)模塊的硬件部分的設(shè)計(jì)，包括微處理器主機(jī)的設(shè)計(jì)、自動(dòng)撥號(hào)和語(yǔ)音電路的設(shè)計(jì)、電話接口電路的設(shè)計(jì)、鍵盤電路的設(shè)計(jì)、系統(tǒng)電源的設(shè)計(jì) 5。 3.2.1 單片機(jī)的功能 在眾多的 51 系列單片機(jī)中，要算 ATMEL 公司的 AT89C51, AT89S51 更實(shí)用，因它不但和 8051 指令、管腳完全兼容，而且其片內(nèi)的 4K 程序存儲(chǔ)器是 FLASH 工藝的，這種工藝的存儲(chǔ)器用戶可以用電的方式瞬間擦除、改寫，一 般專為 ATMEL AT89XX 做的編程器均帶有這些功能。顯而易見(jiàn)，這種單片機(jī)對(duì)開(kāi)發(fā)設(shè)備的要求很低，開(kāi)發(fā)時(shí)間也大大縮短。寫入單片機(jī)內(nèi)的程序還可以進(jìn)行加密，這又很好地保護(hù)了你的勞動(dòng)成果。 : AT89S51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器 (FPEROM-Fal sh Programmable and Erasable Read Only Memory)的低電壓、高性能 CMOS 8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51 指令集和輸出管腳相兼容。由 于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中， ATMEL 的 AT89S51 是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。 AT89S51 主要功能列舉如下 : 1、為一般控制應(yīng)用的 8 位單芯片 2、晶片內(nèi)部具時(shí)鐘振蕩器 (傳統(tǒng)最高工作頻率可至 12MHz ) 3、內(nèi)部程式存儲(chǔ)器 ( ROM)為 4KB 4、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (RAM)為 128B 5、外部程序存儲(chǔ)器可擴(kuò)充至 64KB 6、外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可擴(kuò)充至 64KB 7、 32 條雙向輸入輸出線，且每條均可以單獨(dú)做 I/0 的控制 8、 5 個(gè)中斷向量源 9、 2 組獨(dú)立的 16 位定時(shí)器 10、 1 個(gè)全多工串行通信端口 11、 8751 及 8752 單芯片具有數(shù)據(jù)保密的功能 12、 單芯片提供位邏輯運(yùn)算指令 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 *引腳排列如圖 3.4 所示 : AT89S51 各引腳功能介紹 : VCC: AT89S51 電源正端輸入，接 +5Vo VSS:電源地端。 XTAL1:單芯片系統(tǒng)時(shí)鐘的反相放大器輸入端。 XTAL2:系統(tǒng)時(shí)鐘的反相放大器輸出端，一般在設(shè)計(jì)上只要在 XTAL1 和 XTAL2 上接上一只石英振蕩晶體系統(tǒng)就可以動(dòng)作了，此外可以在兩引腳與地之間加入一 30PF 的小 電容，可以使系統(tǒng)更穩(wěn)定，避免因噪聲干擾而死機(jī)。 RESET: AT89S51 的重置引腳，高電平動(dòng)作，當(dāng)要對(duì)晶片重置時(shí)，只要對(duì)此引腳電平提升至高電平并保持兩個(gè)機(jī)器周期以上的時(shí)間， AT89S51 便能完成系統(tǒng)重置的各項(xiàng)動(dòng)作，使得內(nèi)部特殊功能寄存器之內(nèi)容均被設(shè)成己知狀態(tài)，并且至地址 OOOOH 處開(kāi)始讀入程序代碼而執(zhí)行程序。 EA/Vpp: EA”為英文“ External Access”的縮寫，表示存取外部程序代碼之怠，低電平動(dòng)作，也就是說(shuō)當(dāng)此引腳接低電平后，系統(tǒng)會(huì)取用外部的程序代碼 (存于外部EPROM 中 )來(lái)執(zhí)行程 序。因此在 8031 及 8032 中， EA 引腳必須接低電平，因?yàn)槠鋬?nèi)部無(wú)程序存儲(chǔ)器空間。如果是使用 8751 內(nèi)部程序空間時(shí)，此引腳要接成高電平。此外，在將程序代碼燒錄至 8751 內(nèi)部 EPROM 時(shí)，可以利用此引腳來(lái)輸入 21V 的燒錄高壓(Vpp)。 ALE/PROD: ALE 是英文“ Address Latch Enable”的縮寫，表示地址鎖存器啟用信號(hào)。 AT89S51 可以利用這支引腳來(lái)觸發(fā)外部的 8 位鎖存器 (如 74LS373)，將端口 0 的地址總線 (AOA7)鎖進(jìn)鎖存器中，因?yàn)?AT89S51 是以多工的方式送出地址及數(shù)據(jù) 。平時(shí)吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 在程序執(zhí)行時(shí) ALE 引腳的輸出頻率約是系統(tǒng)工作頻率的 1/6，因此可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)其他周邊晶片的時(shí)基輸入。此外在燒錄 8751 程序代碼時(shí)，此引腳會(huì)被當(dāng)成程序規(guī)劃的特殊功能來(lái)使用。 PSEN:此為“ Program Store Enable”的縮寫，其意為程序儲(chǔ)存啟用，當(dāng) 8051 被設(shè)成為讀取外部程序代碼工作模式時(shí) (EA=0)，會(huì)送出此信號(hào)以便取得程序代碼，通常這支腳是接到 EPROM 的 OE 腳。 AT89S51 可以利用 PSEN 及 RD 引腳分別啟用外部的 RAM與 EPROM, 使得數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器與程序存儲(chǔ)器可以合并在一起而共用 64K 的定址范圍。 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 其引腳分配如下 : P3. 0: RXD，串行通信輸入。 P3. 1: TXD，串行通信輸出。 P3. 2:工 NTO，外部中斷 0 輸入。 P3. 3: INT1，外部中斷 1 輸入。 P3. 4: TO，計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器 0 輸入。 P3. 5: T1，計(jì)時(shí) 計(jì)數(shù)器 1 輸入。 P3. 6: WR:外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的寫入信號(hào)。 P3. 7: RD，外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀取信號(hào)。 6 3.3 主機(jī)硬件電路設(shè)計(jì) 根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的需要，本報(bào)警器的主機(jī) 是 一片 AT89S51 單片機(jī)組成，主機(jī)電路如圖4. 2 所示。 時(shí)鐘電路選用外接 12119-f z 石英晶體，考慮電容 C1, C2 的大小會(huì)輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程度及溫度穩(wěn)定性，選用 30PFo 復(fù)位電路由電阻、電容和按鍵開(kāi)關(guān)構(gòu)成，具有上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位的功能。單片機(jī)的 INTO 與紅外探測(cè)器輸出 端經(jīng)非門相連。為防止環(huán)境干擾信號(hào)對(duì)觸發(fā)中斷的影響，當(dāng)響應(yīng)中斷后，對(duì)中斷信號(hào)多次巡檢，確認(rèn)是中斷信號(hào)時(shí)，才去執(zhí)行中斷處理子程序，否則認(rèn)為是外界干擾信號(hào)不執(zhí)行報(bào)警處理。 電路圖見(jiàn)附錄二 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 由于內(nèi)部集成看門狗計(jì)時(shí)器，不再需要像 89C51 那樣外接看門狗計(jì)時(shí)器單 路 7。 3.4 脈沖撥 號(hào)電路的設(shè)計(jì) 3.4.1 電路的原理與組成 本部分電路主要完成對(duì)電話 脈沖撥號(hào) ，同時(shí)，當(dāng)有人非法進(jìn)入室內(nèi)時(shí)，撥預(yù)置的電話號(hào)碼可進(jìn)行遠(yuǎn)程預(yù)警，以便對(duì)警情進(jìn)行處理。由于本系統(tǒng)是利用電話進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警，所以系統(tǒng)必須能自動(dòng)摘機(jī)、撥號(hào)和掛機(jī)，并能進(jìn)行 錄音和自動(dòng)放音。 3 脈沖撥號(hào)就是指在電話機(jī)上撥入的 電話號(hào)碼以脈沖的形式發(fā)出，也就是說(shuō)，在已經(jīng)通以直流的回路上，利用撥號(hào)盤與發(fā)號(hào)電路將回路斷開(kāi)、再接通而形成的脈沖信號(hào)，來(lái)完成輸入電話號(hào)碼的發(fā)送。在操作中，若用戶撥 1，則送出 1 個(gè)脈沖，回路中斷一次、接通一次；撥 2， 則發(fā)出 2 個(gè)脈沖，回路斷一次、接通一次、再斷一次、再接通一次； ；而撥 0 時(shí)，則發(fā)出 10 個(gè)脈沖，回路斷、接通輪流 10 次。圖 3.2 為電話號(hào)碼 32 的脈沖波形。 圖 3. 6 電話號(hào)碼“ 32”的脈沖波形 Fig3.6 pulse wave shape of telephone number”32” 正常撥號(hào)時(shí)，電路電流中斷的時(shí)間一般在 5865ms 之間，視斷續(xù)比的不同而不同。快速撥號(hào)時(shí) ， 要去一半時(shí)間即可。電路電流接同的時(shí)間（即在同一位號(hào)碼中的 2 個(gè)斷脈沖之間的接通電流時(shí)間）約在 3242ms 之間，視斷續(xù)比的不同而不同 ?？焖贀芴?hào)時(shí)，要去一半時(shí)間即可。顯然脈沖周期等于脈沖中斷時(shí)間和脈沖接同時(shí)間之和，每一個(gè)周期的時(shí)間為 100ms 左右。快速撥號(hào)時(shí)，在 50ms 左右。 2 位號(hào)碼（即 2 組脈沖串）之間的最小時(shí)間間隔，通常為 800ms 左 右；而快速撥號(hào)時(shí)，其值減半，為 400 ms 左右。 我國(guó)目前采用的電話脈沖撥號(hào)的速率是 10PPS(每秒發(fā)出 10 個(gè)脈沖，因此上述各參數(shù)不存在快速撥號(hào)的值。 為了提高撥號(hào)的可靠性及穩(wěn)定性，這里設(shè)計(jì)時(shí)選定更低的脈沖撥號(hào)速率： 1 個(gè)脈沖代表?yè)艹?1， 2 個(gè)脈沖代表?yè)艹?2， ， 10 個(gè)脈沖代表?yè)艹?0，每個(gè)脈沖的寬度和間隔均為 100ms。工作是首先進(jìn)行模擬摘機(jī)，然后開(kāi)始脈沖撥號(hào)，撥出 1 位號(hào)碼后停頓 500ms（保持接通）再撥下一位，直至全部撥完后再發(fā)報(bào)警音， ，最后掛機(jī)。 3.4.2 脈沖撥號(hào)實(shí)現(xiàn)過(guò)程 圖 3.3 為脈沖撥號(hào)的實(shí)現(xiàn) 電路。 平時(shí)電話線上的電壓約為 5060V 左右。未撥號(hào)時(shí)單片機(jī)的 P3.0、 P3.1 均輸出低電平。 撥號(hào)過(guò)程如下： 1單片機(jī)的 P3.0 輸出高電平，使 TR1 導(dǎo)通，由于電話線路上接入了負(fù)載 R1，這吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 樣電話線的電壓下降，模擬摘機(jī)。 2單片機(jī)的 P3.0 開(kāi)始輸出撥號(hào)脈沖，使電話線的電壓（電平）也呈高、低變化。1 個(gè)脈沖代表?yè)艹?1， 2 個(gè)脈沖代表 撥出 2， ,10 個(gè)脈沖代表?yè)艹?0，每個(gè)脈沖的寬度和間隔均為 100 ms。撥出 1 位號(hào)碼后停頓 500 ms（保持 P3.0 高電平）再撥下一位，直至全部撥完。 3 P3.0 保持高電平（保持 電話線路接通）， P3.1 輸出 1KHz 的報(bào)警音脈沖驅(qū)動(dòng)TR2,2Hz 進(jìn)行調(diào)制（即接通 1KHz 信號(hào) 0.5s、斷開(kāi) 1KHz 信號(hào) 0.5 s）這樣從接聽(tīng)方的電話中就會(huì)聽(tīng)到“嘟、嘟 ”的報(bào)警聲。報(bào)警音的時(shí)間根據(jù)設(shè)計(jì)定為 60 s。 4 60 s 后， P3.1 輸出低電平， TR2 截止，停止報(bào)警。隨后 P3.0 也輸出低電平，模擬掛機(jī)。完成一次報(bào)警過(guò)程。 8 電路圖如附錄 二 3.5 語(yǔ)音電路的設(shè)計(jì) 3.5.1 ISD1420 功能 語(yǔ)音電路應(yīng)完成預(yù)錄提示音，為“家里有盜賊入侵，請(qǐng)及時(shí)趕回”。同時(shí)，在電話接通后，可以將語(yǔ)音播放。根據(jù)系 統(tǒng)的功能要求，系統(tǒng)選擇了美國(guó) ISD 公司的 ISD 工420 語(yǔ)音芯片。 ISD 1420 為美國(guó) ISD 公司出品的優(yōu)質(zhì)單片語(yǔ)音錄放電路，其片內(nèi)設(shè)有時(shí)鐘振蕩器、128K 字節(jié) EZPROM(電可編程可擦除只讀存貯器 )、低噪音前置放大器、自動(dòng)增益控制電路、反混疊濾波器、平滑濾波器、模擬轉(zhuǎn)發(fā)器、差動(dòng)功率放大器等高品質(zhì)語(yǔ)音錄放系統(tǒng)所需的全部基本功能電路。一個(gè)最小的錄放系統(tǒng)僅由一個(gè)麥克風(fēng)、一個(gè)喇叭、兩個(gè)按鈕、一個(gè)電源、少數(shù)電阻電容組成。錄音內(nèi)容存入永久存儲(chǔ)單元，提供零功率信息存儲(chǔ)，這個(gè)獨(dú)一無(wú)二的方法是借助于美國(guó)工 SD 公司的專利 直 接模擬存儲(chǔ)技術(shù) (DAST TM)實(shí)現(xiàn)的。利用它，語(yǔ)音和音頻信號(hào)被直接存儲(chǔ)，以其原本的模擬形式進(jìn)入 EEPROM 存儲(chǔ)器。直接模擬存儲(chǔ)允許使用一種單片固體電路方法完成其原本語(yǔ)音的再現(xiàn)。不僅語(yǔ)音質(zhì)量?jī)?yōu)勝，而且斷電語(yǔ)音保護(hù)。 特點(diǎn) : 使用方便的單片錄放系統(tǒng)，外部元件最少 重現(xiàn)優(yōu)質(zhì)原聲，沒(méi)有常見(jiàn)的背景噪音 放音可由邊沿或電平觸發(fā) 無(wú)耗電信息存儲(chǔ)，省掉備用電池 信息可保存 100 年，可反復(fù)錄放 10 萬(wàn)次 無(wú)需專用編程或開(kāi)發(fā)系統(tǒng) 較強(qiáng)的分段選址能力可處理多達(dá) 160 段信息 具有自動(dòng)節(jié)電模式 錄或放后立即進(jìn)入維持狀態(tài)，僅需 0.5A 電流 單一 5 伏電源供電 電特性 : 工作電壓 :5V; 靜態(tài)電流 :典型值 0. 5uA，最大值 2uA; 工作電流 :典型值 15mA，最大值 30mA。 ISD 1420 引腳介紹 ISD 1420 的引腳圖如圖 3.8 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 P 圖 3.8 ISD 1420 引腳圖 Fig.3.8 Pin map of ISD 1420 AO-A7 為地址或操作模式控制端 ;Vssd 為數(shù)字地 ;Vssa 為模擬地 ;SP+, SP 一為音頻信號(hào)輸出端，可以驅(qū)動(dòng) 8-16 個(gè)揚(yáng)聲器 ;V+。為模擬電源 ;V，為數(shù)字電源 ;MIC 為話筒輸入端，可用駐 極體話筒，通過(guò)電容禍合 ;MICREF 為話筒輸入?yún)⒖级耍舨挥脩?yīng)懸空 ;AGC為自動(dòng)增益控制端，調(diào)整芯片內(nèi)部前置放大器增益，使錄入信號(hào)不失真 ;ANAIN, ANAOUT 兩端間接電容，該端用于模擬信號(hào)的直接輸入、輸出 ;XCLK 為外部時(shí)鐘或接地 (一般用戶接地即可 );/REC 為錄、放音控制，低電平為錄音 (此時(shí) /PLAYE 或 /PLAYL=0); /PLAYL 為電平放音控制 (低電平有效 )，放音時(shí)應(yīng)該保持低電平 (此時(shí) /REC=0); /PLAYE為邊沿放音控制，下降沿開(kāi)始放音 (此時(shí) /REC=0);