基于單片機(jī)的智能語音撥號報警系統(tǒng) - 浙江師范大學(xué)網(wǎng)絡(luò)課程

1、 數(shù)理與信息工程學(xué)院單片機(jī)原理及應(yīng)用期末課程設(shè)計 題 目： 基于單片機(jī)的智能語音撥號報警系統(tǒng) 專 業(yè)： 電 子 信 息 工 程 班 級： 電信061班 姓 名： 干 一 潤 學(xué) 號： 06220111 指導(dǎo)老師： 余 水 寶 成 績： ( 2008.12 )目 錄 第1節(jié) 引 言31.1 智能語音撥號系統(tǒng)概述31.2 本設(shè)計任務(wù)和主要內(nèi)容4第2節(jié) 系統(tǒng)主要硬件電路設(shè)計52.1 單片機(jī)控制系統(tǒng)原理52.2 單片機(jī)主機(jī)系統(tǒng)電路52.2.1 時鐘及復(fù)位電路62.3 警情采集電路7 2.3.1 防區(qū)信號采集電路7 2.3.2 視頻信號采集電路72.4 dtmf發(fā)送接收電路mt888082.5 mt88

2、80與語音電路的接口9第3節(jié) 系統(tǒng)軟件設(shè)計11 3.1 信號音的識別方法113.2 主程序流程123.3 自動撥號部分程序13第4節(jié) 結(jié)束語15參考文獻(xiàn)16 基于單片機(jī)的智能語音報警系統(tǒng)數(shù)理信息與工程學(xué)院 06電子信息工程 干一潤指導(dǎo)教師：余水寶第1節(jié) 引言隨著經(jīng)濟(jì)的日益發(fā)展，社會也一步步朝著多元化和多樣化發(fā)展，當(dāng)然，隨之也會產(chǎn)生一系列的問題，其中一個就是安全問題。由單片機(jī)控制的智能語音報警系統(tǒng)，該系統(tǒng)可對多路視頻，聲、光等傳感器進(jìn)行監(jiān)控，并根據(jù)不同的具體情況，采集各路敏感器件產(chǎn)生電路的變化，發(fā)出不同的報警信號，并能自動撥號到110，119等相應(yīng)的機(jī)構(gòu)。其核心是由單片機(jī)構(gòu)成的控制部分，主要對視

3、頻，聲、光等信號變化時信號的采集，和對采集到信號的分析和處理，通過設(shè)計硬件、軟件編程對各個部分進(jìn)行操作和實(shí)現(xiàn)。智能語音報警系統(tǒng)的核心是at89c51單片機(jī)，主要由e 2prom，視頻選通/檢測電路，聲光報警電路，聯(lián)動報警電路，語音錄/放音電路等部分組成。編程軟件選用匯編語言。當(dāng)at89c51單片機(jī)實(shí)時巡檢到新的警情信號，如：防區(qū)故障、視頻丟失、主電斷電或上位機(jī)死機(jī)時, 報警主機(jī)就會自動進(jìn)行警情處理( 聲光報警、啟動相應(yīng)聯(lián)動、記錄警情以及撥號報警等等)。該系統(tǒng)快捷、有效，可靠性高，易于操作，發(fā)展前景比較廣闊。1.1 智能語音報警系統(tǒng)概述 隨著人們生活水平的提高，整個社會的發(fā)展也變得越來越復(fù)雜和多

4、樣化。隨著人們安全防范意識的增強(qiáng)，安全問題已經(jīng)經(jīng)常的被人們提起了。為此，我們急需開發(fā)一種面向大眾、價格低廉、運(yùn)行可靠的自動報警系統(tǒng)。鑒于最近幾年我們國家的經(jīng)濟(jì)迅速崛起，人們生活逐漸富裕，住宅電話和移動通信設(shè)備已經(jīng)十分普及, 另外，由于電話語音報警有著快捷、有效、價格低廉等優(yōu)點(diǎn)，公共通信網(wǎng)絡(luò)成了報警系統(tǒng)的最佳傳輸媒介。因?yàn)楣餐ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)能覆蓋最廣大的人群，而且一般來說公共通信網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度以及可靠性都是勿需質(zhì)疑的。因此，在這里我們選擇公共通信網(wǎng)絡(luò)作為我們智能語音報警系統(tǒng)的傳輸媒介。智能語音報警系統(tǒng)是進(jìn)行無人報警和智能報警的有效手段和工具，它可以大大提高在無人情況下的安全系數(shù)，減少某些需要監(jiān)控區(qū)域的

5、人力資源。本智能系統(tǒng)自動化程度比較高，可以降低對操作者本身素質(zhì)的要求。除了能減少勞動資源意外，在處理突發(fā)事件和意外上，它有著和人一樣的能力，甚至比人更有優(yōu)勢。比如智能系統(tǒng)的聲、光傳感器能檢測到聲、光的細(xì)微變化帶來的不同，而如果是人值班的話，可能值班人員的耳朵和眼睛等五官可能不夠靈敏，察覺不到這一變化；甚至，當(dāng)有歹徒進(jìn)入時，視頻檢測器又能輕易地捕獲的樣貌，并且發(fā)出警報，這樣一來，既不用人冒著危險發(fā)出警報并和歹徒搏斗，又可以為日后公安機(jī)關(guān)破獲案件提供線索，一舉兩得。因此，對于本系統(tǒng)的設(shè)計就是往這樣一個集方便、快捷，可靠性和安全性與一身的方面而進(jìn)行考慮和設(shè)計的。1.2 本設(shè)計任務(wù)和主要內(nèi)容本論文主要

6、研究單片機(jī)控制的智能語音報警系統(tǒng)，分別對視頻，聲、光等變化是產(chǎn)生的電信號進(jìn)行采集，并對采集信號進(jìn)行分析和處理的一些研究。主要內(nèi)容如下： 根據(jù)人們?nèi)粘τ诎踩男枨?，對整個系統(tǒng)進(jìn)行整體化的設(shè)計和研究。 從人性化角度出發(fā)，使整個系統(tǒng)盡可能的減少操作，盡可能的達(dá)到智能化，盡可能的達(dá)到全自動 從快捷、有效入手，讓報警系統(tǒng)可以適用于盡可能多的人群和范圍。 使檢測手段多樣化，覆蓋面廣，通過不同的現(xiàn)代化手段來避免和減少意外和突發(fā)事件給人們帶來的傷害。第二節(jié) 系統(tǒng)主要硬件電路設(shè)計2.1單片機(jī)控制系統(tǒng)原理 e2prom聲光報警電路at89c51單片機(jī)及i/o擴(kuò)展mt8880防區(qū)檢測電路視頻選通檢測電路16路視頻

7、聯(lián)動報警電路16路探測器電話錄/放音電路接口電路模擬摘/掛機(jī)電路電話網(wǎng)圖2-1 系統(tǒng)原理框圖2.2單片機(jī)主機(jī)系統(tǒng)電路at89c51單片機(jī)是51系列單片機(jī)的一個成員，是8051單片機(jī)的簡化版。內(nèi)部自帶2k字節(jié)可編程flash存儲器的低電壓、高性能coms八位微處理器，與intel mcs-51系列單片機(jī)的指令和輸出管腳相兼容。由于將多功能八位cpu和閃速存儲器結(jié)合在單個芯片中，因此，at89c2051構(gòu)成的單片機(jī)系統(tǒng)是具有結(jié)構(gòu)最簡單、造價最低廉、效率最高的微控制系統(tǒng)，省去了外部的ram、rom和接口器件，減少了硬件開銷，節(jié)省了成本，提高了系統(tǒng)的性價比。而且通過i/o口的擴(kuò)展，可以在外部有存儲器，

8、并行i/o口，時鐘芯片，系統(tǒng)監(jiān)控芯片，總線接口等一系列的擴(kuò)展。圖2-2 單片機(jī)主機(jī)系統(tǒng)圖2.2.1單片機(jī)時鐘及復(fù)位電路單片機(jī)的時鐘信號用來提供單片機(jī)片內(nèi)各種微操作的時間基準(zhǔn)，時鐘信號通常用兩種電路形式得到:內(nèi)部振蕩和外部振蕩。mcs-51單片機(jī)內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反向放大器，引腳xtall和xtal2分別是此放大電器的輸入端和輸出端，由于采用內(nèi)部方式時，電路簡單，所得的時鐘信號比較穩(wěn)定，實(shí)際使用中常采用這種方式，如圖2-2所示在其外接晶體振蕩器(簡稱晶振)或陶瓷諧振器就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式，片內(nèi)高增益反向放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起可構(gòu)成一個自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩

9、時鐘脈沖。圖2-2中外接晶體以及電容c2和c1構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，它們起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用，其值均為30p左右，晶振頻率選6mhz。為了初始化單片機(jī)內(nèi)部的某些特殊功能寄存器，必須采用復(fù)位的方式，復(fù)位后可使cpu及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初始狀態(tài)開始正常工作。單片機(jī)的復(fù)位是靠外電路來實(shí)現(xiàn)的，在正常運(yùn)行情況下，只要rst引腳上出現(xiàn)兩個機(jī)器周期時間以上的高電平，即可引起系統(tǒng)復(fù)位，但如果rst引腳上持續(xù)為高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。復(fù)位后系統(tǒng)將輸入/輸出(i/0)端口寄存器置為ffh，堆棧指針sp置為07h, sbuf內(nèi)置為不定值，其余的寄存器全部清0，內(nèi)部ram的狀態(tài)不受復(fù)位

10、的影響，在系統(tǒng)上電時ram的內(nèi)容是不定的。復(fù)位操作有兩種情況，即上電復(fù)位和手動(開關(guān))復(fù)位。本系統(tǒng)采用上電復(fù)位方式。圖2-2中r9和cl組成上電復(fù)位電路，其值r取為1k, c取為1pf。2.3 警情采集電路信號采集電路由16 路防區(qū)輸入信號采集電路和16路視頻丟失檢測采集電路組成。這兩部分電路共同作用，互不干擾，共同構(gòu)成了警情信號采集電路。2.3.1 防區(qū)信號采集電路16 路防區(qū)輸入信號采集電路如圖2-3所示。采集電路通過一片可編程并行接口芯片8255 與at89c51 單片機(jī)的p0 口接口, 而16 路防區(qū)輸入信號則通過光電隔離后與8255 的pa 口和pb 口相接。pa 口和pb 口均設(shè)為

11、輸入口, 這16 個輸入口分別對應(yīng)16 路探測器的輸入。系統(tǒng)通過采集8255的pa、pb口的數(shù)據(jù)來判斷是否有警情產(chǎn)生。p0.0p0.7at89c51 p2.5 p2.6 p2.7a0a1 8255 pa0pa7d0d7 pb0pb7cs光電隔離16路探測器74hc37374hc138圖2-3 防區(qū)信號采集電路2.3.2 視頻信號采集電路16 路視頻丟失檢測采集電路如圖2-4所示。該電路首先通過一片16 路模擬開關(guān)芯片cd4067 進(jìn)行視頻通路選擇, 隨后經(jīng)過視頻信號檢測電路, 最后再與at89c51 單片機(jī)的p1.3 口相接。系統(tǒng)首先將視頻通路號送給模擬開關(guān)cd4067, 然后將采集的數(shù)據(jù)送給

12、p1.3口, 來判斷視頻是否丟失。cmpsynclm1881cmpvidp1.3at89c51 p2.0 p2.1 p2.2 p2.3q74ls123 ain/outa cd s0b 40 ：c 67 ：d s15in1 16路： ： 視頻in16c圖2-4 視頻信號采集電路2.4 dtmf發(fā)送接收電路mt8880mt8880 是mitel 公司推出的專門用于處理dtmf 信號的專用集成電路芯片, 不僅具有接收和發(fā)送dtmf信號的自動撥號功能, 還可以檢測電話干線上撥號音、回鈴音和忙音等信號音。適合與單片機(jī)接口, 外圍電路簡單。如圖2-5所示，圖中開關(guān)s1由一個繼電器控制，j1接口與電話線相連

13、。mt8880 內(nèi)部有五個寄存器, 分別為接收數(shù)據(jù)寄存器、發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器、收發(fā)控制寄存器cra 和crb 以及收發(fā)狀態(tài)寄存器。在本設(shè)計中, 由于僅采用發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器、收發(fā)控制寄存器cra 和crb 發(fā)送dtmf 信號實(shí)現(xiàn)自動撥號功能, 因此在此僅需要這三個寄存器。發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器中的數(shù)據(jù)決定要發(fā)送的雙音頻信號的頻率, 因此只能向發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器寫入數(shù)據(jù)。兩個收發(fā)控制寄存器占用同一個地址, 因此根據(jù)cra 中的寄存器選擇位的值決定是否對crb 進(jìn)行操作。其接口電路如圖2-5 所示。圖2-5 mt8880與8255接口電路2.5 mt8880與語音電路的接口isd1420 語音芯片采用直接模擬存儲技術(shù)

14、, 且錄放音質(zhì)極好, 并有一定的混響效果; 它的外圍元件簡單, 僅需簡單的阻、容器件即可組成簡單的錄、放音電路; 無需后備電源, 信息存儲時間長, 不需要專用的編程器及語音開發(fā)器; 具有較強(qiáng)的選址能力, 可把存儲器分成160段來管理, 形成最小的錄放時間為125ms。其接口電路圖如圖2-6所示。 圖2-6mt8880與語音部分接口電路語音分段方法: 地址輸入端a0a7 由低位向高位排列, 每位地址代表125ms 的尋址, 160 個地址覆蓋20s 的語音范圍( 1600.125s=20s ) , 錄音及放音功能均從設(shè)定的起始地址開始, 錄音結(jié)束由停止操作決定, 芯片內(nèi)部在該段的結(jié)束位置自動插入

15、結(jié)束標(biāo)志( eom) ; 而放音時遇到eom 標(biāo)志即自動停止放音。在本設(shè)計中, 因需要四段報警提示語音, 因此在設(shè)計時均將每段語音設(shè)為5s,其起始地址分別為00000000b、00101000b、01010000b、01111000b, 由這四段起始地址可以看出a7、a2、a1 和a0 均為0, 因此將其接地。第三節(jié) 系統(tǒng)軟件設(shè)計3.1信號音的識別方法系統(tǒng)在巡檢到警情信號后就模擬摘機(jī)。為了識別模擬摘機(jī)后電話系統(tǒng)是否處于可撥號的狀態(tài)、電話撥完號碼后電話是否接通以及對方是否摘機(jī)接聽電話等幾種狀態(tài), 系統(tǒng)必須進(jìn)行信號音的識別。為了識別信號音, 必須知道各種信號音的特性。各種信號音特性如下:撥號音:

16、45025hz 連續(xù)蜂音;忙音: 0.35s 斷0.35s 通的45025hz 蜂音, 音斷周期為0.7s ;回鈴音: 4s 斷1s 通的45025hz 蜂音, 音斷周期為5s。這些電話信號均是模擬信號, 然而單片機(jī)是無法識別模擬信號的, 故必須先將模擬信號轉(zhuǎn)換為脈沖信號,然后再根據(jù)脈沖信號的脈沖個數(shù)進(jìn)行識別。這些電話音頻信號的脈沖個數(shù)可用下式計算: n=tm/t式中, n 為每音段周期的脈沖個數(shù); t 為電話音頻信號的音頻周期, 單位為s ; tm 為信號音斷周期的通時間, 單位為s。 在實(shí)際使用中, 主要需要識別撥號音、忙音和回鈴音。分析這三種信號的特性可以看出, 在一定的計數(shù)時間內(nèi), 其

17、脈沖個數(shù)是不一樣的。在設(shè)計之初, 考慮采用5s 為一個計數(shù)單位來判斷這三種信號音, 但通過實(shí)際的調(diào)試發(fā)現(xiàn): 當(dāng)對方摘機(jī)時, 要等待一段時間才能聽到報警語音。通過反復(fù)研究及調(diào)試, 最終采用2s 計數(shù)判斷撥號音, 采用2.8s ( 即4 個忙音周期) 判斷是否為忙音, 若否則代表電話撥通了。隨后采用1s 為一個計數(shù)單元, 采用計五次后的累加脈沖數(shù)來判斷對方是否接聽電話。若有, 則放相應(yīng)的報警提示語音; 否則再計1s , 然后計算最后5s 內(nèi)的脈沖數(shù), 再次判斷對方是否摘機(jī)。如此反復(fù), 直到超過等待時間仍沒有人接聽電話就掛機(jī)。由于干擾和一些其他因素的存在, 難免會有誤判的現(xiàn)象而導(dǎo)致漏報警情。因此采取

18、在所有預(yù)先設(shè)定的電話至少有一個撥通就只撥一遍, 如果全部沒撥通或者沒人接聽則把所有預(yù)存電話重?fù)芤贿? 這樣漏報報警的概率就非常低以致可忽略不計。3.2系統(tǒng)主程序流程圖3-1 主程序流程圖3.3 自動撥號部分程序自動撥號部分子程序如下：autocall: clr p1.2 ;模擬摘機(jī)mov a,#5dh ;允許信號音輸出, 下一次為寫控制寄存器crbmovx dptr,a ;寫控制寄存器cramov a,#51h ;mt8880 置為突發(fā)模式movx dptr,a ;寫控制寄存器crbmov a,#56h ;mt8880 置為呼叫模式movx dptr,a ;寫控制寄存器cralcall del

19、aylcall autoy ;調(diào)用信號音判別子程序, 看是否有撥號音mov a,#5dh ;允許信號音輸出, 下一次為寫控制寄存器crbmovx dptr,a ;寫控制寄存器cramov a,#50h ;mt8880 置為突發(fā)模式movx dptr,a ;寫控制寄存器crb ;撥電話號碼mov a,#56h ;mt8880 置為呼叫模式movx dptr,a ;寫控制寄存器cralcall autoy ;調(diào)用信號音判別子程序, 看是否有回鈴音lcall autoy ;調(diào)用信號音判別子程序, 看對方是否摘機(jī)setb p1.2 ;模擬掛機(jī)另外在編程過程中也有幾個需要注意地方。首先, mt8880

20、的dtmf 產(chǎn)生器是發(fā)送部分的主體,它產(chǎn)生全部十六種失真小、精度高的標(biāo)準(zhǔn)雙音頻信號,這些頻率均由3.579545mhz 晶體振蕩器分頻產(chǎn)生。電路由數(shù)字頻率合成器、行/列可編程分頻器、開關(guān)電容式d/a變換器組成。行和列單音正弦波經(jīng)混合、濾波后產(chǎn)生雙音頻信號。通過dtmf 編解碼表把編碼數(shù)據(jù)寫入mt8880 發(fā)送寄存器產(chǎn)生單獨(dú)的flow 和fhigh, 一旦編碼錯誤就會導(dǎo)致?lián)芴柺? 故在編程過程中要十分小心。 其次, 在摘機(jī)后應(yīng)延時一段時間再去判斷摘機(jī)音,因?yàn)楸鞠到y(tǒng)采用機(jī)械繼電器實(shí)現(xiàn)自動摘機(jī), 故應(yīng)考慮繼電器的響應(yīng)時間。 最后, 一個電話號碼撥完后不能立即撥下一個電話號碼, 應(yīng)保證掛機(jī)的最短有效

21、時間以確保前一電話號碼確實(shí)已掛機(jī), 否則撥下一個電話號碼時會沒有撥號音。結(jié)束語首先，通過這次應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計，在很大程度上提高了自己的獨(dú)立思考能力和單片機(jī)的專業(yè)知識，也是個人第一次認(rèn)真深刻地去學(xué)著寫一篇關(guān)于單片機(jī)系統(tǒng)方面的設(shè)計報告。雖然這個題目的靈感并非完全是自己的，在關(guān)于這個題目的許多方面的了解也還不夠，甚至可以說沒有正真完全掌握這一智能系統(tǒng)，但通過這樣一次的嘗試和努力，我依然有了很大的收獲。這一過程如同是看了一本史蒂芬霍金的時間簡史，所謂懂與不懂都有收獲。在余水寶老師的指導(dǎo)和督促下，通過自己的努力終于完成了這一份設(shè)計報告，有了這樣一次過程和經(jīng)驗(yàn)，相信在以后的工作生活中再遇到類似的設(shè)計報告，一定會更加的得心應(yīng)手，如魚得水。這次設(shè)計報告是對自己一次實(shí)實(shí)在在的提高，的確收益良多。我這次設(shè)計的是一個基于單片機(jī)的智能語音報警系統(tǒng)，它能夠適應(yīng)廣大人群和整個社會的需要，在提高社會安全方面有著重要的作用。該系統(tǒng)以單片機(jī)a