家用火災(zāi)自動撥號報警系統(tǒng)設(shè)計

56/60摘要火災(zāi)已成為我國常發(fā)性和破壞性以及影響力最強的災(zāi)難之一。在工業(yè)和民用建筑、科研和商業(yè)部門,火災(zāi)報警系統(tǒng)已成為必要的裝置。傳統(tǒng)的火災(zāi)檢測報警系統(tǒng)在肯定程度上存在著某些缺陷：如火災(zāi)探測器的靈敏度較低，不能剛好有效地檢測災(zāi)情；在火災(zāi)探測報警系統(tǒng)出現(xiàn)故障時缺乏自我診斷和自我復(fù)原的實力；在實時傳輸火災(zāi)通信信號方面也有一些不足等。在對傳統(tǒng)火災(zāi)監(jiān)控報警系統(tǒng)探討的基礎(chǔ)上，本次設(shè)計提出了一種新型好用的家用火災(zāi)自動撥號報警系統(tǒng)。本設(shè)計采納AVR系列MEGA16單片機為核心限制芯片，以MT8880作為雙音多頻收發(fā)器件擴展系統(tǒng)的自動撥號功能，語音報警部分采納APR9600芯片進行設(shè)計。運用煙霧傳感器MQ-2、溫度傳感器DS18B20作為實時檢測器件，使系統(tǒng)具有很強的牢靠性。經(jīng)試驗證明:當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時，該系統(tǒng)能夠?qū)崟r有效地檢測四周溫度、煙霧濃度等信號的異樣狀況并在液晶顯示器上顯示出來，并且能夠快速啟動響鈴報警同時自動記錄火災(zāi)發(fā)生的時間。當(dāng)檢測到異樣信號時，單片機將預(yù)先存儲的電話號碼通過限制撥號芯片和放大電路輸送到電話線上完成自動撥號及語音報警功能。關(guān)鍵詞：火災(zāi)報警；自動撥號；雙音多頻；單片機

AbstractInourcountry,asadisaster,thefirehasmanycharacteristics,suchas:mediocrity,breakageandinfluence.Intheinstructionofindustryandcivil,thedepartmentofscientificresearchandcommercialsectors,firealarmsystemhasbecomeanecessarydevice.Traditionalfiredetectionalarmsystemexistscertaindeficienciesinsomeextent:suchaslowsensitivityoffiredetectorscannotdetectedisastertimelyandeffective;itlacksthecapacityofself-diagnosisandself-recoverywhenthefiredetectionalarmsystemfailes;therearesomeshortagesinreal-timetransferanceoffiresignalsandsoon.Basedonthetraditionalfirealarmmonitoringsystem,thispaperproposedanewandautomaticallydial-upfirealarmsystem.InthesystemthecentralcontrolchipisAVRSeriesMEGA16,MT8880asaDTMFtransceiverdeviceisusedtoexpansedtheautomaticdialingfunctionofthesystem.APR9600isusedtodesignthepartofvoicealarm.ThesystemhasstrongreliabilitybecauseofthesmokesensorMQ-2andthetemperaturesensorDS18B20asthedetectiondevicesusedinthesystem.Theresultthroughexperimentsisthatwhenthefirebrokeout,thesystemcouldbeeffectiveandreal-timeindetectingtheabnormalsignalsoftemperatureandsmokeconcentrationaround,thendisplaythemontheLCDscreen.Atthesametime,itcouldbeabletostartringingalarmquicklyandrecordthetimeaboutthefirebrokeoutautomatically.Whentheabnormalsignalsweredetected,thesystemwouldsendthetelephonenumberwhichpre-storedinregistertothetelephonelinesthroughdialcontrolingchipandtheamplifierpart,thatmadethesystemcompletethefunctionsofautomaticdialingandvoicealarmautomatically.Keywords:firealarm;automaticdial-up;DTMF;microcomputer

目錄1緒論 11.1課題背景 11.2火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的發(fā)展 11.3課題探討的目的及意義 21.4課題設(shè)計內(nèi)容 22方案設(shè)計 32.1方案一 32.2方案二 32.3方案確定 32.4單片機（MCU）的選擇 42.5溫度傳感器的選擇 82.5.1DS18B20組成結(jié)構(gòu) 82.6DTMF信號接收/發(fā)送器件的選擇 102.6.1DTMF信號介紹 102.6.2DTMF信號接收/發(fā)送器件的選擇 MT8880工作模式介紹 信號音推斷的實現(xiàn) MT8880特點及內(nèi)部結(jié)構(gòu) 132.7語音報警芯片的選擇 142.8其它器件的選擇 163硬件設(shè)計 193.1總體設(shè)計框架 193.2設(shè)計思路 193.3單片機限制單元的設(shè)計 203.4自動撥號單元電路設(shè)計 203.5語音報警單元設(shè)計 223.6顯示部分單元電路設(shè)計 223.7按鍵電路設(shè)計 233.8時鐘電路設(shè)計 233.9檢測部分電路設(shè)計 233.10報警電路設(shè)計 244軟件設(shè)計 254.1液晶顯示模塊12864軟件編程 254.2DS1302軟件編程 284.3系統(tǒng)流程圖的設(shè)計 295系統(tǒng)制作和調(diào)試 305.1系統(tǒng)PCB板的設(shè)計 30確定PCB的大小 305.1.2布局 30布線 305.2硬件調(diào)試 31檢測元器件 31檢測各個引腳信號 315.2.3各單元模塊的調(diào)試 315.3軟件調(diào)試 326結(jié)論 33謝辭 34參考文獻 35附錄1系統(tǒng)電路原理圖 36附錄2系統(tǒng)PCB圖 37附錄3系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖 38附錄4系統(tǒng)程序 391緒論1.1課題背景隨著人們生活水平的提高和生活節(jié)奏的加快,平安防范問題越來越受到廣泛的觀注。尤其以火災(zāi)為代表的平安隱患更是因其具有最強的破壞力，而引起人們的重視。火災(zāi)報警系統(tǒng)（FAS）在現(xiàn)代智能建筑中起著極其重要的平安保障作用。它屬于智能大廈系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)，但其又在完全脫離其他系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)的狀況下獨立正常運行和操作，完成自身所具有的防災(zāi)和滅火的功能，具有肯定的優(yōu)先權(quán)。以計算機網(wǎng)絡(luò)和通信為基礎(chǔ)的城市火災(zāi)自動報警信息系統(tǒng)，通過對建筑物內(nèi)的消防設(shè)施運行狀態(tài)遠程監(jiān)控，實時接收并快速處理報警信息，縮短火災(zāi)報警時間，并使防火監(jiān)督工作深化到單位的每一個消防監(jiān)測設(shè)備。該系統(tǒng)的建立，對加強消防平安監(jiān)督管理，防止重特大火災(zāi)的發(fā)生有著特別重大的意義。傳統(tǒng)的火災(zāi)檢測報警系統(tǒng)能夠滿意火災(zāi)的檢測，但在肯定程度上存在著某些缺陷：如火災(zāi)探測器的靈敏度較低，不能剛好有效地檢測災(zāi)情；在火災(zāi)探測報警系統(tǒng)出現(xiàn)故障時缺乏自我診斷和自我復(fù)原的實力；結(jié)構(gòu)上采納非分布式火災(zāi)探測系統(tǒng)，在實時傳輸火災(zāi)通信信號方面也有一些不足等。傳統(tǒng)的火災(zāi)探測報警系統(tǒng)已不能滿意現(xiàn)代的火災(zāi)探測。急需開發(fā)面對大眾、價格低廉、運行牢靠的火災(zāi)自動報警系統(tǒng)。鑒于住宅電話和移動通信設(shè)備的普及,以及電話語音報警的快捷、有效及價格低廉等優(yōu)點,公共通信網(wǎng)成了報警系統(tǒng)的最佳傳輸媒介。本次設(shè)計內(nèi)容便是設(shè)計制作一個新型好用的家用火災(zāi)自動撥號報警系統(tǒng)。1.2火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的發(fā)展火災(zāi)自動報警系統(tǒng)能夠在火災(zāi)初期，將燃燒產(chǎn)生的煙霧、熱量和光輻射等物理量，通過感溫、感煙和感光等火災(zāi)探測器變成電信號，傳輸?shù)交馂?zāi)報警限制器，并同時顯示出火災(zāi)發(fā)生的部位，記錄火災(zāi)發(fā)生的時間?；馂?zāi)自動報警系統(tǒng)的組成形式多種多樣，它的發(fā)展目前可分為三個階段：（1）多線制開關(guān)量式火災(zāi)探測報警系統(tǒng)。這是第一代產(chǎn)品，目前國內(nèi)極少數(shù)廠家生產(chǎn)外，它基本上已處于被淘汰狀態(tài)。（2）總線制可尋址開關(guān)量式火災(zāi)探測報警系統(tǒng)。這是其次代產(chǎn)品，尤其二總線制開關(guān)量式探測報警系統(tǒng)目前正被大量運用。（3）模擬量傳輸式智能火災(zāi)報警系統(tǒng)。這是第三代產(chǎn)品。目前我國已經(jīng)起先從傳統(tǒng)的開關(guān)量式火災(zāi)探測報警技術(shù)，跨入具有先進水平的模擬量式智能火災(zāi)探測報警技術(shù)的新階段，它的系統(tǒng)的誤報率降低到最低限度，并大幅度地提高了報警的精確度和牢靠性。1.3課題探討的目的及意義設(shè)計出一個牢靠性、穩(wěn)定性高而且性價比高的家用火災(zāi)自動報警系統(tǒng)來實現(xiàn)對火災(zāi)信號進行自動檢測并通過電話網(wǎng)絡(luò)進行自動撥號。目前市場上都有各種各樣的火災(zāi)自動報警器出售，性能好的價格昂貴，便宜的性能又不好，缺乏一些比較好的產(chǎn)品面對大眾。因此本文設(shè)計面對的是大眾化群體，其優(yōu)點在于：成本低廉并且靈敏度高、牢靠性好，運用方面。（2）檢測效果好，在室內(nèi)溫度或煙霧濃度出現(xiàn)異樣時，系統(tǒng)會剛好發(fā)出警報，同時通過電話線進行自動撥號，并可以通過手動修改呼叫的電話號碼。（3）運用單片機作為限制核心，以電話線網(wǎng)絡(luò)作為媒介，運用起來便利穩(wěn)定，且功耗低，不影響話機的正常運用。1.4課題設(shè)計內(nèi)容本次設(shè)計任務(wù)的具體要求及內(nèi)容如下：利用煙霧傳感器剛好感知室內(nèi)火災(zāi)的發(fā)生。能剛好啟動響鈴報警；能自動撥通預(yù)先設(shè)置好的報警電話并播放預(yù)先錄制的報警提示語音。能自動記錄火警發(fā)生時間。依據(jù)上述設(shè)計要求提出自己的設(shè)計方案（二種以上），并對提出的方案進行對比、分析、論證，確定最終方案。對最終方案進行具體設(shè)計，畫出硬件電路原理圖并編制相應(yīng)程序。通過仿真后，制作演示樣機。2方案設(shè)計設(shè)計就是依據(jù)題目的要求而對硬件和軟件進行規(guī)劃，并選擇最合適的硬件電路和軟件程序來達到目的。硬件設(shè)計是通過對設(shè)計要求的分析，對各種元器件的了解，而得出分立元件和集成塊的某些連接方法，以達到設(shè)計的功能要求。并且把這些元器件焊接在一塊電路板上。它包括對各種元器件的功能和接法的了解，以及對各種元器件的選擇和設(shè)計方案的選擇。軟件設(shè)計是分析設(shè)計的硬件用程序?qū)崿F(xiàn)其功能，并且調(diào)試優(yōu)化產(chǎn)品功能。在進行本系統(tǒng)設(shè)計時，設(shè)計出了兩套方案實現(xiàn)系統(tǒng)功能要求以供對比選擇出最佳方案。2.1方案一想要一個產(chǎn)品在市場上有競爭力的話，削減產(chǎn)品的成本是一個必不行少的一個環(huán)節(jié)。為了滿意自動報警系統(tǒng)具有面對大眾、價格低廉、性能穩(wěn)定的要求，本次設(shè)計可以采納以AVR系列MEGA16單片機為主限制芯片，通過溫度傳感器DS18B20以及煙霧傳感器MQ-7對火災(zāi)信號進行實時檢測，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時，檢測信號能夠剛好傳輸?shù)絾纹瑱C中，單片機將預(yù)置電話號碼通過雙音多頻信號收發(fā)器件MT8880傳送到電話線上，從而實現(xiàn)自動撥號功能，預(yù)置電話號碼由外設(shè)按鍵電路輸入至單片機中進行存儲。然后單片機對電話機狀態(tài)進行檢測，當(dāng)檢測到摘機信號時，就啟動以APR9600為主芯片的語音報警電路，發(fā)送預(yù)存的相關(guān)語音報警信息。并通過液晶顯示模塊12864自動記錄火災(zāi)發(fā)生的時間等相關(guān)信息?？傮w來說，這一方案所用器件為：AVRMEGA16單片機、DS18B20、MT8880、MQ-7、APR9600、12864液晶、DS1302以及其它外圍電阻、電容、三極管等元器件。2.2方案二在進行本次系統(tǒng)設(shè)計時，出于考慮，設(shè)計了兩套方案。其次套方案采納AT89C51作為限制核心。煙霧傳感器仍舊采納MQ-7系列.但溫度傳感器則采納了數(shù)字式溫度傳感器DS1722。它的全部工作程序都由SPI接口或者三總線通信接口通過選擇狀態(tài)寄存器位置合適的地址來完成。選用MT8888型DTMF收發(fā)器，和單片機及語音電路組合，實現(xiàn)各種電話信號音的檢測，進行自動撥號。語音電路模塊選用ISD1420作為基本錄、放音芯片。液晶顯示塊選用

1602液晶模塊。同時當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時，可以通過單片機自動記錄發(fā)生的時間。2.3方案確定由此可見，方案一和方案二主要區(qū)分在于芯片的選取上，工作過程及原理基本一樣。但考慮到每片單片機只有32個I/O口，且智能式溫度傳感器DS18B20僅需用一條總線就可以完成和單片機之間的通信。而DS1722則要占用多個I/O口來實現(xiàn)其功能。液晶顯示塊方面，1602則沒有12864功能強大，盡管12864的價格稍高些，但性能更高，較利于實現(xiàn)一些擴展功能。語音芯片APR9600每段可以最長錄音時間為60S，具有音質(zhì)好、噪音低、不怕斷電、可反復(fù)錄放的新型語音電路，單片電路可錄放32-60秒，串行限制時可分256段以上，并行限制時最大可分8段。和ISD1420相比它具有：價格便宜，有多種手動限制方式，分段管理便利、多段限制時電路簡潔、采樣速度及錄放音時間可調(diào)、每個單鍵均有起先停止循環(huán)多種功能等特點。綜上所述，確定采納方案一作為本次設(shè)計最優(yōu)方案。2.4單片機（MCU）的選擇單片機（MICROCONTROLLER，又稱微限制器）是在一塊硅片上集成了各種部件的微型機算計，這些部件包括中心處理器CPU、數(shù)據(jù)存貯器RAM、程序存貯器ROM、定時器/計數(shù)器和多種I/O接口電路。AVR單片機是ATMEL公司研發(fā)的增加型內(nèi)置Flash的RISC（ReducedInstructionSetCPU）精簡指令集高速8位單片機，設(shè)計時吸取了80C51及PIC單片機的優(yōu)點，具備單時鐘周期執(zhí)行一條指令的實力，運行速度高達1Mips/MHZ。AVR單片機可以廣泛應(yīng)用于計算機外部設(shè)備、工業(yè)實時限制、儀器儀表、通信設(shè)備、家用電器等各個領(lǐng)域。圖2.1為AVRMEGA16單片機的外形引腳圖。圖2.1ATmega16封裝引腳圖其中，各個引腳的功能如下:電源、系統(tǒng)晶振、芯片復(fù)位引腳Vcc:芯片供電（片內(nèi)數(shù)字電路電源）輸入引腳，運用時連接到電源正極。AVcc：為端口A和片內(nèi)ADC模擬電路電源輸入引腳。不運用ADC時，干脆連接到電源正極；運用ADC時，應(yīng)通過一個低通電源濾波器和Vcc連接。AREF：運用ADC時，可作為外部ADC參考源的輸入引腳。GND:芯片接地引腳，運用時接地。XTAL2：片內(nèi)反相振蕩放大器的輸出端。XTAL1：片內(nèi)反相振蕩放大器和內(nèi)部時鐘操作電路的輸入端。RESET：RESET為芯片復(fù)位輸入引腳。在該引腳上施加（拉低）一個最小脈沖寬度為1.5us的低電平,將引起芯片的硬件復(fù)位（外部復(fù)位）。32根I/O引腳，分成PA、PB、PC和PD四個8位端口，他們?nèi)渴强删幊滔拗频碾p（多）功能復(fù)用的I/O引腳（口）。四個端口的第一功能是通用的雙向數(shù)字輸入/輸出（I/O）口，其中每一位都可以由指令設(shè)置為獨立的輸入口，或輸出口。當(dāng)I/O設(shè)置為輸入時，引腳內(nèi)部還配置有上拉電阻，這個內(nèi)部的上拉電阻可通過編程設(shè)置為上拉有效或上拉無效。假如AVR的I/O口設(shè)置為輸出方式工作，當(dāng)其輸出高電平常，能夠輸出20mA的電流，而當(dāng)其輸出低電平常，可以汲取40mA的電流。因此AVR的I/O口驅(qū)動實力特別強，能夠干脆驅(qū)動LED發(fā)光二極管、數(shù)碼管等。而早期單片機I/O口的驅(qū)動實力只有5mA，驅(qū)動LED時，還須要增加外部的驅(qū)動電路和器件。芯片Reset復(fù)位后，全部I/O口的缺省狀態(tài)為輸入方式，上拉電阻無效，即I/O為輸入高阻的三態(tài)狀態(tài)。以上我們簡潔介紹了ATmega16單片機的主要特性以及引腳封裝?？梢钥闯?，小小的一塊芯片，其內(nèi)部的組成結(jié)構(gòu)卻是相當(dāng)困難的。也正式這種困難，加上多樣的程序，才使得單片機在實際應(yīng)用中改變無窮。（3）ATmega16內(nèi)部結(jié)構(gòu)：圖2.2ATmega16的結(jié)構(gòu)框圖從圖2.2中可以看出，ATmega16內(nèi)部的主要構(gòu)成部分有：①AVRCPU部分。包括：ALU運算邏輯單元、32個8位快速訪問通用寄存器組（寄存器文件）、程序計數(shù)器PC、指令寄存器、指令譯碼器。②程序存儲器Flash。③數(shù)據(jù)存儲器RAM和EEPROM。④各種功能的外圍接口、I/O，以及和它們相關(guān)的數(shù)據(jù)、限制、狀態(tài)寄存器等。（4）ATmega16主要特點AVR系列單片機中比較典型的芯片是ATmega16。這款芯片具備了AVR系列單片機的主要的特點和功能，不僅適合應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計，同時也便利初學(xué)入門。其主要特點有：①采納先進RISC結(jié)構(gòu)的AVR內(nèi)核 131條機器指令，且大多數(shù)指令的執(zhí)行時間為單個系統(tǒng)時鐘周期；32個8位通用工作寄存器；工作在16MHz時具有16MIPS的性能。配備只須要2個時鐘周期的硬件乘法器②片內(nèi)含有較大容量的非易失性的程序和數(shù)據(jù)存儲器16K字節(jié)在線可編程（ISP）Flash程序存儲器（擦除次數(shù)>1萬次），采納BootLoad技術(shù)支持IAP功能；1K字節(jié)的片內(nèi)SRAM數(shù)據(jù)存儲器，可實現(xiàn)3級鎖定的程序加密；512個字節(jié)片內(nèi)在線可編程EEPROM數(shù)據(jù)存儲器（壽命>10萬次）；③片內(nèi)含JTAG接口 支持符合JTAG標(biāo)準(zhǔn)的邊界掃描功能用于芯片檢測； 支持?jǐn)U展的片內(nèi)在線調(diào)試功能 可通過JTAG口對片內(nèi)的Flash、EEPROM、配置熔絲位和鎖定加密位實施下載編程；④外圍接口2個帶有分別獨立、可設(shè)置預(yù)分頻器的8位定時器/計數(shù)器；1個帶有可設(shè)置預(yù)分頻器、具有比較、捕獲功能的16位定時器/計數(shù)器；片內(nèi)含獨立振蕩器的實時時鐘RTC；4路PWM通道；8路10位ADC面對字節(jié)的兩線接口TWI（兼容I2C1個可編程的增加型全雙工的，支持同步/異步通信的串行接口USART；1個可工作于主機/從機模式的SPI串行接口（支持ISP程序下載）；片內(nèi)模擬比較器；內(nèi)含可編程的，具有獨立片內(nèi)振蕩器的看門狗定時器WDT；⑤其它的特點 片內(nèi)含上電復(fù)位電路以及可編程的掉電檢測復(fù)位電路BOD； 片內(nèi)含有1M/2M/4M/8M，經(jīng)過標(biāo)定的、可校正的RC振蕩器，可作為系統(tǒng)時鐘運用； 多達21個各種類型的內(nèi)外部中斷源；有6種休眠模式支持省電方式工作；⑥寬電壓、高速度、低功耗 工作電壓范圍寬：ATmega16L2.7—5.5v，ATmega164.5—5.5v； 運行速度：ATmega16L0—8M，ATmega160—16M； 低功耗：ATmega16L工作在1MHz、3v、25度時的典型功耗為正常工作模式1.1mA，空閑工作模式0.35mA，掉電工作模式<1uA。⑦芯片引腳和封裝形式ATmega16共有32個可編程的I/O口（腳），芯片封裝形式有40引腳的PDIP、44引腳的TQFP和44引腳的MLF封裝。以此芯片作為本次設(shè)計的核心限制芯片，具有抗干擾實力強，處理速度快，性價比高等優(yōu)點。2.5溫度傳感器的選擇溫度傳感器采納一總線的DS18B20。Dallas半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器DS18B20是世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器。一線總線獨特而且經(jīng)濟的特點，運用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。DS1822“一線總線”數(shù)字化溫度傳感器同DS18B20一樣，DS18B20也支持“一線總線”接口，測量溫度范圍為-55°C~+125°C，在-10~+85°C范圍內(nèi),精度為±0.5°C?，F(xiàn)場溫度干脆以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性,適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，如：環(huán)境限制、設(shè)備或過程限制、測溫類消費電子產(chǎn)品等。DS18B20可以程序設(shè)定9~12位的辨別2.5.1DS18B20組成結(jié)構(gòu)DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。DS18B20結(jié)構(gòu)組成框圖如圖2.3：圖2.3DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖2.4DS18B20實物圖圖2.4所示為DS18B20的實物引腳圖，其中DQ為數(shù)字信號輸入/輸出端；GND為電源地；VDD為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時接地）。ROM中的64位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼。64位光刻ROM的排列是：起先8位（28H）是產(chǎn)品類型標(biāo)號，接著的48位是該DS18B20自身的序列號，最終8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗碼（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻ROM的作用是使每一個DS18B20都各不相同，這樣就可以實現(xiàn)一根總線上掛接多個DS18B20的目的。DS18B20中的溫度傳感器可完成對溫度的測量，圖2.5所示為其內(nèi)部溫度值寄存器。以12位轉(zhuǎn)化為例:用16位符號擴展的二進制補碼讀數(shù)形式供應(yīng)，以0.0625℃圖2.5DS18B20溫度值寄存器這是12位轉(zhuǎn)化后得到的12位數(shù)據(jù)，存儲在18B20的兩個8比特的RAM中，二進制中的前面5位是符號位，假如測得的溫度大于0，這5位為0，只要將測到的數(shù)值乘于0.0625即可得到實際溫度；假如溫度小于0，這5位為1，測到的數(shù)值須要取反加1再乘于0.0625即可得到實際溫度。例如+125℃的數(shù)字輸出為07D0H，+25.0625℃的數(shù)字輸出為0191H，-25.0625℃的數(shù)字輸出為FF6FH，2.6DTMF信號接收/發(fā)送器件的選擇2.6.1DTMF信號介紹雙音多頻DTMF（DualToneMultiFrequency），雙音多頻，由高頻群和低頻群組成，凹凸頻群各包含4個頻率。一個高頻信號和一個低頻信號疊加組成一個組合信號，代表一個數(shù)字。DTMF的編譯碼定義如表2.1所示。表2.1電話撥號數(shù)字對應(yīng)的凹凸頻率組雙音多頻信號（DTMF），電話系統(tǒng)中電話機和交換機之間的一種用戶信令，通常用于發(fā)送被叫號碼。在運用雙音多頻信號之前，電話系統(tǒng)中運用一連串的斷續(xù)脈沖來傳送被叫號碼，稱為脈沖撥號。脈沖撥號須要電信局中的操作員手工完成長途接續(xù)。雙音多頻信號是貝爾試驗室獨創(chuàng)的，其目的是為了自動完成長途呼叫。雙音多頻的撥號鍵盤是4×4的矩陣，每一行代表一個低頻，每一列代表一個高頻。每按一個鍵就發(fā)送一個高頻和低頻的正弦信號組合，比如'1'相當(dāng)于697和1209赫茲(Hz)。交換機可以解碼這些頻率組合并確定所對應(yīng)的按鍵。DTMF編解碼器在編碼時將擊鍵或數(shù)字信息轉(zhuǎn)換成雙音信號并發(fā)送，解碼時在收到的DTMF信號中檢測擊鍵或數(shù)字信息的存在性。一個DTMF信號由兩個頻率的音頻信號疊加構(gòu)成。這兩個音頻信號的頻率來自兩組預(yù)安排的頻率組：行頻組或列頻組。每一對這樣的音頻信號唯一表示一個數(shù)字或符號。電話機中通常有16個按鍵，其中有10個數(shù)字鍵0～9和6個功能鍵*、#、A、B、C、D。由于依據(jù)組合原理，一般應(yīng)有8種不同的單音頻信號。因此可采納的頻率也有8種，故稱之為多頻，又因它采納從8種頻率中隨意抽出2種進行組合來進行編碼，所以又稱之為“8中取2”的編碼技術(shù)。依據(jù)CCITT的建議，國際上采納的多種頻率為697Hz、770Hz、852Hz、941Hz、1209Hz、1336Hz、1477Hz和1633Hz等8種。用這8種頻率可形成16種不同的組合，從而代表16種不同的數(shù)字或功能鍵。2.6.2DTMF信號接收/發(fā)送器件的選擇MT8880是MITEL公司推出的特地用于處理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。適合和單片機接口，外圍電路簡潔。其引腳結(jié)構(gòu)如圖2.6所示：圖2.6MT8880引腳結(jié)構(gòu)圖各引腳功能如下：IN+：運放輸入;IN-：運放輸入。GS：GainSelect，運放輸出端。用于輸入信號的增益高速。Vref：參考電壓。Vss：電源負極。OSC1：DTMF時鐘/振蕩器輸入,采納3.579545MHz的時鐘。OSC2：時鐘輸出。R/W：讀寫限制。CS：片選。RS0：寄存器選擇。&2：系統(tǒng)時鐘輸入,TTL電平。IRQ/CP：中斷懇求/呼叫處理,向MCU的中斷申請。當(dāng)選擇了呼叫處理模式時,輸入信號線上有呼叫信號時輸出和之相應(yīng)的方波信號。DO～D3：數(shù)據(jù)線。Est：Earlysteeringoutput,滯后前輸出。當(dāng)檢測到有效音頻對時,(也稱信號條件Signalcondition),就變?yōu)楦唠娖?信號條件不滿意時又馬上返回低電平。此引腳上為高電平不肯定表示有DTMF信號,話音信號也會偶然產(chǎn)生有效音頻對。St/Gt：SteeringOutput/GuardTimeoutput,滯后輸出/愛護后輸出。當(dāng)電壓高于VTST時,(參見收發(fā)工作時序圖)時就保存檢測到的音頻對,同時更新輸出鎖存器的內(nèi)容。當(dāng)電壓低于VTST時,芯片就可以重新接收新的音頻，對Gt的輸出對滯后時間常數(shù)(steeringtimeconstant)有影響,它的狀態(tài)是Est和加到St的電壓的函數(shù)。VDD：電源正極。2MT8880工作模式介紹MT8880共用六各工作模式：DTMF模式、呼叫處理（CALL）模式、突發(fā)（BURST）模式、單/雙音產(chǎn)生（S/D）模式、測試（TEST）模式及中斷模式。由于本次設(shè)計只運用到前三種工作模式，故在此只對前三種工作模式進行介紹。DTMF模式：發(fā)送和接收DTMF信號，輸入數(shù)據(jù)經(jīng)過TDR限制可編程行、列分頻器、D/A轉(zhuǎn)換器，合成DTMF信號，或DTMF信號經(jīng)撥號音抑制、分別帶通濾波、鑒頻和確認，譯成相應(yīng)4位碼，經(jīng)過RDR輸至數(shù)據(jù)總線。編碼相應(yīng)關(guān)系為：雙音頻1-9分別對應(yīng)十進制1-9，雙音頻0為10，“*”為11，“#”為12，A、B、C、D分別為13、14、15、0。呼叫處理（CALL）模式：電路可以檢測電話呼叫過程的各種信號音，只要信號頻率落在320——510MHZ頻率范圍內(nèi)，片內(nèi)呼叫處理器便可濾出經(jīng)限幅得到的方波由IRQ/CALL輸出。以用于推斷呼叫的性質(zhì)和類別。若無信號音濾出，則IRQ/CALL端輸出為低電平。突發(fā)（BURST）模式：在DTMF模式下，工作于突發(fā)狀態(tài)，信號突發(fā)和暫停時間各為51±1ms；在CALL模式下，工作于突發(fā)狀態(tài)，信號突發(fā)和暫停時間各為102±1ms；此電路只發(fā)送DTMF信號，但不能接收。2信號音推斷的實現(xiàn)信號音推斷的原理是：由于電話系統(tǒng)信號音的撥號音、回鈴音和忙音的頻率均為425～475Hz的正弦波，只是斷續(xù)比不同且在時間上有明顯的差異（撥號音連續(xù)信號：忙音為0.35s通，0.35s斷，回鈴聲為1s通，4s斷）。要推斷信號音，首先應(yīng)將處理DTMF信號的MT8880芯片設(shè)置為呼叫處理模式，當(dāng)選擇呼叫處理模式時,MT8880就不能用于檢測DTMF信號了。MT8880的呼叫處理濾波器是一個帶通濾波器,通頻帶為300~510Hz，當(dāng)信號輸入端有信號音輸入時,假如MT8880工作在CP模式,在IRQ/CP就輸出一高電平。使電話呼叫過程中的各種信號音經(jīng)MT8880濾波，限幅后得到方波，并由MT8880的IRQ輸出。MT8880特點及內(nèi)部結(jié)構(gòu)MT8880具有如下特點:（1）MT8880是CMOS大規(guī)模集成電路功耗低（52mW），并且將發(fā)送和接收電路集成在一個芯片內(nèi)，所以集成度高。（2）可編程限制，簡潔和微機接口，微機可限制接收部分工作原理和DTMF信號接收器MT8870相同。發(fā)送部分采納開關(guān)電容式D/A變換器，因此DTMF信號失真小，頻率精度高，片內(nèi)計數(shù)器對雙音頻模式的占空時間進行精確定時。（3）RSO為寄存器選擇輸入端；Φ2為時鐘輸入端，和R/W協(xié)作完成讀寫數(shù)據(jù)；IRQ/CP為中斷懇求信號輸出端，OC輸出電路，或者在CP模式時，輸出方波，標(biāo)記已收到DTMF信令編解碼及各種公式模式選擇。（4）具有多種工作模式，所以功能很強。MT8880內(nèi)部有五個寄存器，分別為接收數(shù)據(jù)寄存器RDR、發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器TDR、收發(fā)限制寄存器CRA和CRB以及收發(fā)狀態(tài)寄存器SR。在本設(shè)計中，僅采納發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器、收發(fā)限制寄存器CRA和CRB發(fā)送DTMF信號實現(xiàn)自動撥號功能。發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器中的數(shù)據(jù)確定要發(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)限制寄存器占用同一個地址，因此依據(jù)CRA中的寄存器選擇位的值確定是否對CRB進行操作。各寄存器功能如下：內(nèi)部寄存器功能RSOR/W功能00寫發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器01讀接收數(shù)據(jù)寄存器10寫限制寄存器11讀狀態(tài)寄存器限制寄存器（CRA）功能限制位名稱和功能說明b0Tout音調(diào)輸出邏輯“1”使能音調(diào)輸出b1CP/DTMF模式。限制邏輯“1”為CP模式。當(dāng)b2=1時，例如輸入電話忙音，此腳輸出忙音方波b2IRQ中斷使能邏輯“1”使能中斷模式。當(dāng)b1=0時，接收到DTMF信號或打算發(fā)送新的雙音信號，DTMF/CP引腳電平由高變低。b3RSEL寄存器選擇邏輯“1”允許選擇CRB限制寄存器（CRB）功能限制位名稱和功能說明b0BURST雙音群模式邏輯“0”使能雙音群模式b1TEST試驗?zāi)Ｊ竭壿嫛?”使能試驗?zāi)Ｊ?。該模式時，IRQ/CP引腳輸出延遲限制信號（CRAb1=0）b2S/D單雙音產(chǎn)生邏輯“0”允許產(chǎn)生DTMF，否則，輸出單音頻b3C/R列/行音選擇b2=1,”邏輯“使能產(chǎn)生單音信號狀態(tài)寄存器功能狀態(tài)位名稱狀態(tài)標(biāo)記置位狀態(tài)標(biāo)記清除b0IRQ發(fā)生中斷；b1或b2=0讀狀態(tài)寄存器清除b1發(fā)送寄存器空（群模式）暫停結(jié)束：打算發(fā)送新數(shù)據(jù)同上b2接收寄存器滿接收寄存器的數(shù)據(jù)有效同上b3DELAYED-STEERING檢測不到DTMF信號時置位檢測DTMF信號時清除2.7語音報警芯片的選擇APR9600語音錄放芯片是臺灣公司最新推出的60秒多段語音錄放芯片，是繼美國ISD公司以后采納模擬存儲技術(shù)的又一款音質(zhì)好、噪音低、不怕斷電、可反復(fù)錄放的新型語音電路，單片電路可錄放32-60秒，串行限制時可分256段以上，并行限制時最大可分8段。和ISD同類芯片相比它具有：價格便宜，有多種手動限制方式，分段管理便利、多段限制時電路簡潔、采樣速度及錄放音時間可調(diào)、每個單鍵均有起先停止循環(huán)多種功能等特點，同時保留了ISD2500芯片的一些特點，都是DIP28雙列直插塑料封裝，在管腳排列上也基本相同。其引腳結(jié)構(gòu)如圖2.7所示圖2.7APR9600引腳結(jié)構(gòu)各引腳功能如表2.2所示：表2.2APR9600各管腳功能工作模式設(shè)置功能如表2.3：

APR9600操作模式表MSEL1(24腳MSEL2(25腳/M8(9腳有效鍵/M1-8為段限制鍵/CE多為停止、復(fù)位鍵功能（以60秒計）010/1/M1、/M2、CE并行限制，分二段，每段最大30秒100/1/M1、/M2、/M3、/M4、CE并行限制，分四段，每段最大15秒111/M1～/M8、CE并行限制，分八段，每段最大7.5秒110CE單鍵限制，單段7.5秒循環(huán)。CE為啟動/停止鍵001/M1、CE串行依次限制，可分一至隨意多段000/M1、/M2、CE串行選段限制，/M2系選段快進鍵。（錄音時

/M8=1時可錄一至隨意多段，/M8=0時只能錄兩段。注1、RE=0（置低電平）為錄音狀態(tài)；RE=1（置高電平）為放音狀態(tài)。

注2、/M1～/M8鍵在有效段控放音時，按一下鍵即起先放音一段，放音期間再按一下即停止；如按鍵不放即循環(huán)放音

注3、/M1～/M8鍵在有效段控錄音時，按住不放為錄音，松鍵即停止。表2.3操作模式APR9600的每種操作模式都有對應(yīng)的有效鍵，而且同一個鍵在不同操作模式下可能有不同的功能。其電性能參數(shù)：電源電壓4.5-6.5V，靜態(tài)電流1uA，工作電流25mA。它具有高品質(zhì)的語音錄放特性，同時又具備多種手動限制方式，外圍電路設(shè)計簡潔，性價比很高，因此本次設(shè)計采納它作為自動報警語音錄放芯片。2.8其它器件的選擇為了提高系統(tǒng)的精確性和牢靠性，傳感器部分除了溫度傳感器以外同時采納了煙霧傳感器MQ—2,其外形結(jié)構(gòu)如圖2.8所示。MQ—2A型半導(dǎo)體氣敏元件是錫類半導(dǎo)體元件,采納對可然氣體有感度的SnO2材料制成的，運用于丁烷、酒精、煙霧、液化石油氣等易燃易爆的檢測。是制作脫排油煙機、換氣扇、空氣凈化器、氣體報警器、防災(zāi)、防爆、防止環(huán)境污染的志向氣體傳感元件。MQ—2A型元件具有靈敏度高、穩(wěn)定性好、響應(yīng)復(fù)原特性好、重復(fù)性良好、適用范圍廣等優(yōu)點。圖2.8MQ-2外形結(jié)構(gòu)圖顯示模塊選用12864液晶顯示模塊，12864是128列Ｘ64行點陣的OLED單色、字符、圖形顯示模塊，應(yīng)用電路簡潔，運用

便利。該模塊具有以下特點:

128×64點陣的圖形顯示模塊；

高亮度，高對比度，寬視角，響應(yīng)速度快，溫度范圍寬。

模塊內(nèi)藏128X64Bit顯示數(shù)據(jù)RAM。RAM中每1位數(shù)據(jù)對應(yīng)OLED屏上一個點的亮、暗狀態(tài)。

8位并行數(shù)據(jù)接口，讀、寫操作時序；可以干脆和八位微處理器相連。

集成SSD1305OLED驅(qū)動器。

接口電路簡潔,運用便利。

基準(zhǔn)亮度:70cd/m2(帶偏振片)

模塊邏輯電源電壓：+3V±10%(-02-04)+5V±10%(-03-05)

OLED顯示屏驅(qū)動電壓(內(nèi)置)：VCC12V－16V；時鐘電路芯片選用芯片DS1302。DS1302是DALLAS公司的一種具有電流充電實力的電路，主要特點是采納串行數(shù)據(jù)傳輸，可為掉電愛護電源供應(yīng)可編程的充電功能，并且可以關(guān)閉充電功能。采納一般32.768kHz晶振。圖2.9DS1302引腳結(jié)構(gòu)DS1302的引腳排列如圖2.9所示,其中Vcc1為后備電源，VCC2為主電源。在主電源關(guān)閉的狀況下，也能保持時鐘的連續(xù)運行。DS1302由Vcc1或Vcc2兩者中的較大者供電。當(dāng)Vcc2大于Vcc1＋0.2V時，Vcc2給DS1302供電。當(dāng)Vcc2小于Vcc1時，DS1302由Vcc1供電。X1和X2是振蕩源，外接32.768kHz晶振。RST是復(fù)位/片選線，通過把RST輸入驅(qū)動置高電平來啟動全部的數(shù)據(jù)傳送。RST輸入有兩種功能：首先，RST接通限制邏輯，允許地址/吩咐序列送入移位寄存器；其次，RST供應(yīng)終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。當(dāng)RST為高電平常，全部的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對DS1302進行操作。假如在傳送過程中RST置為低電平，則會終止此次數(shù)據(jù)傳送，I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運行時，在Vcc≥2.5V之前，RST必需保持低電平。只有在SCLK為低電平常，才能將RST置為高電平。I/O為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端(雙向)，后面有具體說明。SCLK始終是輸入端。圖2.10DS1302限制字節(jié)含義DS1302的限制字如圖2.10所示。限制字節(jié)的最高有效位(位7)必需是邏輯1，假如它為0，則不能把數(shù)據(jù)寫入DS1302中，位6假如為0，則表示存取日歷時鐘數(shù)據(jù)，為1表示存取RAM數(shù)據(jù);位5至位1指示操作單元的地址;最低有效位(位0)如為0表示要進行寫操作，為1表示進行讀操作，限制字節(jié)總是從最低位起先輸出。3硬件設(shè)計3.1總體設(shè)計框架本系統(tǒng)的總體設(shè)計框圖如圖3.1所示。電話線電話線AVRMega16DS18B20溫度檢測MQ-2煙霧傳感器DS1302自動計時電路12864液晶顯示與置入電話號碼APR9600語音報警MT8880自動撥號電路忙音、回鈴音、摘機檢測(含單片機內(nèi))響鈴報警電路圖3.1家用火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計3.2設(shè)計思路本次系統(tǒng)設(shè)計的總體思路如下：由溫度傳感器DS18B20以及煙霧傳感器MQ-7作為檢測器件對火災(zāi)信號進行實時檢測，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時，通常會伴隨著溫度、煙霧濃度等信號的明顯改變。當(dāng)傳感器檢測到這些信號（溫度、煙霧）時，能夠剛好傳輸?shù)絾纹瑱C中，同時啟動響鈴報警電路及自動計時電路。然后單片機將預(yù)置電話號碼通過雙音多頻信號收發(fā)器件MT8880置于呼叫模式，在此模式下對電話機信號進行檢測是否有撥號音。若有撥號音，單片機將MT8880置于突發(fā)模式，并按預(yù)置的電話號碼進行自動撥號，預(yù)置電話號碼由外設(shè)按鍵電路輸入至單片機中進行存儲，并可以隨時進行修改。撥完號碼后，馬上檢測對方是否摘機，當(dāng)檢測到摘機信號時，就啟動以APR9600為主芯片的語音報警電路，發(fā)送預(yù)存的相關(guān)語音報警信息，從而完成電話自動撥號報警功能。并通過液晶顯示模塊12864顯示溫度、煙霧及所撥號碼等相關(guān)信息。3.3單片機限制單元的設(shè)計單片機限制單元電路如圖3.2所示。圖3.2單片機限制單元電路圖中，左部分為單片機的復(fù)位電路。右邊部分為以節(jié)點標(biāo)記的單片機接口電路。1—8腳（PB0—PB7）和語音芯片APR9600相連接，從而實現(xiàn)錄放限制段的選擇。14—21腳（PD0—PD7）和MT8880進行連接，以完成單片機對MT8880的限制及數(shù)據(jù)的傳輸。22—24腳（PC0—PC2）限制DS1302芯片實現(xiàn)自動計時功能。26—29腳（PC4—PC7）和液晶顯示模塊12864相連，33腳為限制引腳，限制著MT8880和電話線之間電路的開關(guān)作用。39、40腳（PA1、PA0）分別為DS18B20和MQ-2信號輸入腳。3.4自動撥號單元電路設(shè)計如圖3.3所示為MT8880和電路途接口電路。單片機將預(yù)先存儲在存儲器中的電話號碼經(jīng)過數(shù)據(jù)線D0—D3送入MT8880內(nèi)部數(shù)據(jù)緩沖器中，在電路選通CS=0時，從8腳（DTMF）輸出標(biāo)準(zhǔn)的DTMF信號。DTMF信號不能干脆和電話線路相連，否則36V左右的電話線空載電壓極易燒毀MT8880，故在它們之間通過一個放大器和電話線路連接，此放大器可以用運放也可以用分立電路，設(shè)計時采納分立電路。利用Q1和Q4的截止和飽和起開關(guān)作用，Q2和Q3構(gòu)成復(fù)合管起放大作用。當(dāng)須要向電話線發(fā)送預(yù)先存儲的電話號碼時，單片機的PA7(圖中CONTROL引腳)=1，通過D3和R13使Q1和Q4處于飽和狀態(tài)，A、B兩點的電壓近似相等。從電話線兩端來的電壓圖3.3MT8880和電話線接口電路通過A、B使Q2和Q3得到正常的偏置處于放大狀態(tài)。此時單片機的PD3=0。使MT8880的CS=0，芯片被選中，DTMF信號從MT8880的8腳輸出，經(jīng)過R11、C8送到Q2的基極，經(jīng)Q2、Q3放大后從電話線路輸出，此時發(fā)光管LED點亮顯示發(fā)送狀態(tài)，平常非發(fā)送時，單片機的PA7=0，Q1、Q2、Q3、Q4處于截止?fàn)顟B(tài)，PD3=1，使MT8880的CS=1，芯片不被選中，它的8腳內(nèi)部電路處于高阻抗?fàn)顟B(tài)，電路和電話線隔離，不影響正常話機的運用。接口電路由電話線電壓供電，平常為36V左右，工作時為9V左右。3.5語音報警單元設(shè)計圖3.4APR9600語音報警電路如圖3.4所示，為語音報警芯片APR9600電路限制原理圖。當(dāng)撥完電話號碼后，單片機馬上起先檢測對方是否摘機，一旦檢測到對方摘機，則由此電路通過14腳將相應(yīng)的預(yù)先錄制好的語音報警信息發(fā)送出去，從而實現(xiàn)語音報警功能。3.6顯示部分單元電路設(shè)計圖3.513864顯示接口電路3.7按鍵電路設(shè)計圖3.6按鍵接口電路3.8時鐘電路設(shè)計圖3.7時鐘電路原理3.9檢測部分電路設(shè)計如圖3.8所示，為傳感器電路原理的設(shè)計，由于運用單總路途溫度傳感器，大大簡化了電路原理，更加體現(xiàn)出系統(tǒng)的優(yōu)越性和牢靠性。圖3.8傳感器電路原理3.10報警電路設(shè)計圖3.9聲光報警電路原理4軟件設(shè)計4.1液晶顯示模塊12864軟件編程12864是一種圖形點陣液晶顯示器。它主要采納動態(tài)驅(qū)動原理由行驅(qū)動—限制器和列驅(qū)動器兩部分組成了128(列)×64(行)的全點陣液晶顯示。其引腳特性如圖4.1所示：引腳號引腳名稱級別引腳功能描述1VSS0V電源地2VDD+5V電源電壓3VLCD0～-10VLCD驅(qū)動負電壓，要求VDD-VLCD=13V4RSH/L寄存器選擇信號5R/WH/L讀/寫操作選擇信號6EH/L使能信號7DB0H/L八位三態(tài)并行數(shù)據(jù)總線8DB19DB210DB311DB412DB513DB614DB715CS1H/L16CS2H/L17/RESH/L復(fù)位信號,低有效18VEE-10V輸出-10V的負電壓(單電源供電)19BLA+5V背光電源20BLK0V背光電源圖4.112864引腳功能其指令表如圖4.2所示：指令名稱限制信號控制代碼RSR/W顯示開關(guān)設(shè)置00顯示起始行設(shè)置00頁面地址設(shè)置00列地址設(shè)置00讀取狀態(tài)字01寫顯示數(shù)據(jù)10數(shù)據(jù)讀顯示數(shù)據(jù)11數(shù)據(jù)圖4.212864指令表具體說明各個指令功能（1）讀狀態(tài)字格式BUSY0ON/OFFRESET0000狀態(tài)字是MPU了解LCM（液晶顯示模塊）當(dāng)前狀態(tài)，或LCM向MPU供應(yīng)其內(nèi)部狀態(tài)的唯一的信息渠道。BUSY表示當(dāng)前LCM接口限制電路運行狀態(tài)。BUSY=1表示LCM正在處理MPU發(fā)過來的指令或數(shù)據(jù)。此時接口電路被封鎖，不能接受除讀狀態(tài)字以外的任何操作。BUSY=0表示LCM接口限制電路已外于“打算好”狀態(tài)，等待MPU的訪問。ON/OFF表示當(dāng)前的顯示狀態(tài)。ON/OFF=1表示關(guān)顯示狀態(tài)，ON/OFF=0表示開顯示狀態(tài)。RESET表示當(dāng)前LCM的工作狀態(tài)，即反映/RES端的電平狀態(tài)。當(dāng)/RES為低電平狀態(tài)時，LCM處于復(fù)位工作狀態(tài)，標(biāo)記位RESET=1。當(dāng)/REST為高電平狀態(tài)時，LCM為正常工作狀態(tài)，標(biāo)記位RESET=0。在指令設(shè)置和數(shù)據(jù)讀寫時要留意狀態(tài)字中的BUSY標(biāo)記。只有在BUSY=0時，MPU對LCM的操作才能有效。因此MPU在每次對LCM操作之前，都要讀出狀態(tài)字推斷BUSY是否為“0”。若不為“0”，則MPU須要等待，直至BUSY=0為止。（2）顯示開關(guān)設(shè)置格式0011111D該指令設(shè)置顯示開/關(guān)觸發(fā)器的狀態(tài)，由此限制顯示數(shù)據(jù)鎖存器的工作方式，從而限制顯示屏上的顯示狀態(tài)。D位為顯示開/關(guān)的限制位。當(dāng)D=1為開顯示設(shè)置，顯示數(shù)據(jù)鎖存器正常工作，顯示屏上呈現(xiàn)所需的顯示效果。此時在狀態(tài)字中ON/OFF=0。當(dāng)D=0為關(guān)顯示設(shè)置，顯示數(shù)據(jù)鎖存器被置零，顯示屏呈不顯示狀態(tài)，但顯示存儲器并沒有被破壞，在狀態(tài)字中ON/OFF=1。（3）顯示起始行設(shè)置格式11L5L4L3L2L1L0該指令設(shè)置了顯示起始行寄存器的內(nèi)容。LCM通過/CS的選擇分別具有64行顯示的管理實力，該指令中L5～L0為顯示起始行的地址，取值在0～3FH（1～64行）范圍內(nèi)，它規(guī)定了顯示屏上最頂一行所對應(yīng)的顯示存儲器的行地址。假如定時間隔地，等間距地修改（如加一或減一）顯示起始行寄存器的內(nèi)容，則顯示屏將呈現(xiàn)顯示內(nèi)容向上或向下平滑滾動的顯示效果。（4）頁面地址設(shè)置格式10111P2P1P0該指令設(shè)置了頁面地址—X地址寄存器的內(nèi)容。LCM將顯示存儲器分成8頁，指令代碼中P2～P0就是要確定當(dāng)前所要選擇的頁面地址，取值范圍為0～7H，代表第1～8頁。該指令規(guī)定了以后的讀/寫操作將在哪一個頁面上進行。（5）列地址設(shè)置格式01C5C4C3C2C1C0該指令設(shè)置了Y地址數(shù)計數(shù)器的內(nèi)容，LCM通過/CS的選擇分別具有64列顯示的管理實力，C5～C0=0～3FH（1～64）代表某一頁面上的某一單元地址，隨后的一次讀或?qū)憯?shù)據(jù)將在這個單元上進行。Y地址計數(shù)器具有自動加一功能，在每一次讀/寫數(shù)據(jù)后它將自動加一，所以在連續(xù)進行讀/寫數(shù)據(jù)時，Y地址計數(shù)器不必每次都設(shè)置一次。頁面地址的設(shè)置和列地址的設(shè)置將顯示存儲器單元唯一地確定下來，為后來的顯示數(shù)據(jù)的讀/寫作了地址的選通。（6）寫顯示數(shù)據(jù)格式數(shù)據(jù)該操作將8位數(shù)據(jù)寫入從前已確定的顯示存儲器的單元內(nèi)。操作完成后列地址計數(shù)器自動加一。（7）讀顯示數(shù)據(jù)格式數(shù)據(jù)該操作將LCM接口部的輸出寄存器內(nèi)容讀出，然后列地址計數(shù)器自動加一。（8）限制時序表/CS1/CS2RSR/WEDB7～DB0功能0高阻總線釋放0下降沿輸入寫指令代碼/CS1/CS2RSR/WEDB7～DB0功能011輸出讀狀態(tài)字10下降沿輸入寫顯示數(shù)據(jù)111輸出讀顯示數(shù)據(jù)圖4.312684限制時序表4.2DS1302軟件編程DS1302共有12個寄存器，其中有7個寄存器和日歷、時鐘相關(guān)，存放的數(shù)據(jù)位為BCD碼形式。其日歷、時間寄存器及其限制字如表4.1：表4.1DS1302的日歷、時鐘及其限制字此外，DS1302還有年份寄存器、限制寄存器、充電寄存器、時鐘突發(fā)寄存器及和RAM相關(guān)的寄存器等。時鐘突發(fā)寄存器可一次性依次讀寫除充電寄存器外的全部寄存器內(nèi)容。DS1302和RAM相關(guān)的寄存器分為兩類，一類是單個RAM單元，共31個，每個單元組態(tài)為一個8位的字節(jié)，其吩咐限制字為COH~FDH，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫操作；再一類為突發(fā)方式下的RAM寄存器，此方式下可一次性讀寫全部的RAM的31個字節(jié)，吩咐限制字為FEH（寫）、FFH（讀）。在限制指令字輸入后的下一個SCLK時鐘的上升沿時數(shù)據(jù)被寫入DS1302，數(shù)據(jù)輸入從低位即位0起先。同樣，在緊跟8位的限制指令字后的下一個SCLK脈沖的下降沿讀出DS1302的數(shù)據(jù)，讀出數(shù)據(jù)時從低位0位至高位7，數(shù)據(jù)讀寫時序見圖4.4。 圖4.4DS1302數(shù)據(jù)讀寫時序4.3系統(tǒng)流程圖的設(shè)計YYNNY起先啟動語音報警啟動自動撥號啟動聲光報警檢測并顯示溫度及氣體狀態(tài)顯示歡迎界面系統(tǒng)初始化信號異樣?對方接通?自動記錄時間及異樣信息延時結(jié)束圖4.5系統(tǒng)總體設(shè)計框圖5系統(tǒng)制作和調(diào)試單片機的應(yīng)用開發(fā)可分為以下五個過程。(1)硬件系統(tǒng)設(shè)計調(diào)試。如電路設(shè)計、PCB印制板繪制等。(2)應(yīng)用程序的設(shè)計。(3)應(yīng)用程序的仿真調(diào)試。指用仿真器對硬件進行在線調(diào)試或軟件仿真調(diào)試，在調(diào)試中不斷修改、完善硬件及軟件。(4)單片機應(yīng)用程序的燒寫。用專用的單片機燒寫器可將編譯過的二進制源程序文件寫入單片機(F1ashROM)芯片內(nèi)。(5)系統(tǒng)脫機運行檢查。進行全面檢查，針對出現(xiàn)的問題修正硬件、軟件或總體設(shè)計方案。5.1系統(tǒng)PCB板的設(shè)計電路設(shè)計好以后，PCB板的設(shè)計也是一個特別重要的內(nèi)容。電路設(shè)計的合理，制成電路板后系統(tǒng)卻工作不正常的事情屢見不鮮，究其緣由，多半是PCB板的設(shè)計存在問題，特殊是頻率較高的電路和數(shù)字模擬混合電路的印刷線路板的設(shè)計。5.1.1確定PCB的大小首先，要考慮PCB尺寸大小。PCB尺寸過大時，印制線條長，阻抗增加，抗噪聲實力下降，成本也增加；過小，則散熱不好，且鄰近線條易受干擾。在確定PCB尺寸后,再確定特殊元件的位置。最終，依據(jù)電路的功能單元，對電路的全部元器件進行布局。布局(1)依據(jù)電路的流程支配各個功能電路單元的位置，使布局便于信號流通，并且使信號盡可能保持一樣的方向。(2)以每個功能電路的核心元件為中心，圍繞它來進行布局。元器件勻稱、整齊、緊湊地排列在PCB上．盡量削減和縮短各元器件之間的引線和連接。(3)盡可能使元器件平行排列。這樣，不但美觀，而且裝焊簡潔。布線(1)輸入輸出端用的導(dǎo)線盡量避開相鄰平行。(2)印制導(dǎo)線拐彎處取圓弧形，因直角或夾角在高頻電路中會影響電氣性能。此外，盡量避開運用大面積銅箔，否則，長時間受熱時，易發(fā)生銅箔膨脹和脫落現(xiàn)象。（3）在布線的過程中特殊要留意，過孔盡量不要布在芯片的下面，特殊是貼片形式的芯片。假如在貼片下有過孔，那么這個布線就是錯誤的。我們在布線的過程中考慮電路的特殊要求，以及為了更好的愛護貼片和電路調(diào)試的便利，我們采納在貼片的地方，自己做一個DIP的封裝，把貼片放在另外一塊小板上，這個小板再通過連接線和大電路板相連。在實際的制作過程中還要考慮焊芯片的便利。這樣我們盡量將芯片的焊線布在底層，這樣焊既便利又美觀。5.2硬件調(diào)試在印制電路板工作完成之后，依據(jù)設(shè)計的步驟要求我對自己的硬件電路板進行了調(diào)試工作，這里將調(diào)試的過程及在調(diào)試的過程中所遇到的問題提出來進行探討，以便能夠進一步的駕馭設(shè)計工作的要領(lǐng)。檢測元器件檢測全部元器件的好壞，是否正常工作，導(dǎo)線是否導(dǎo)通，有無漏焊、虛焊等狀況，跳線是否接通良好等。具體的實現(xiàn)方法是先檢測電容、電阻及導(dǎo)線是否短接，采納的工具是萬用表。檢測各個引腳信號給電路接通電源，也許用手摸一下元器件是否發(fā)熱，有的話，關(guān)掉電源，進行再次檢測；沒有的話，則測試全部芯片的VCC端電壓是否達到要求，接地端是否都接地，無誤后，則起先對電路中所用到的引腳進行信號波形測試，所運用的工具最好是示波器。當(dāng)以上檢測都沒有什么問題的時候，就可以燒寫單片機程序，進行整體調(diào)試了，調(diào)試的結(jié)果能達到設(shè)計的要求數(shù)據(jù)，就算硬件設(shè)計工作完成。5.2.3各單元模塊的調(diào)試給系統(tǒng)上電,電源由外置5V直流電源供應(yīng).對APR9600語音芯片進行調(diào)試,其工作方式如表5.1所示:

APR9600操作模式表MSEL1(24腳MSEL2(25腳/M8(9腳有效鍵/M1-8為段限制鍵/CE多為停止、復(fù)位鍵功能（以60秒計）010/1/M1、/M2、CE并行限制，分二段，每段最大30秒100/1/M1、/M2、/M3、/M4、CE并行限制，分四段，每段最大15秒111/M1～/M8、CE并行限制，分八段，每段最大7.5秒110CE單鍵限制，單段7.5秒循環(huán)。CE為啟動/停止鍵001/M1、CE串行依次限制，可分一至隨意多段000/M1、/M2、CE串行選段限制，/M2系選段快進鍵。（錄音時

/M8=1時可錄一至隨意多段，/M8=0時只能錄兩段。注1、RE=0（置低電平）為錄音狀態(tài)；RE=1（置高電平）為放音狀態(tài)。

注2、/M1～/M8鍵在有效段控放音時，按一下鍵即起先放音一段，放音期間再按一下即停止；如按鍵不放即循環(huán)放音

注3、/M1～/M8鍵在有效段控錄音時，按住不放為錄音，松鍵即停止。表5.1APR9600操作模式依據(jù)給定的工作模式表,對其進行語音錄放,由于調(diào)試時,只是運用一個簡潔的小喇叭進行測試,發(fā)覺聲音很小,但是能夠清晰的進行錄放,符合給定要求。然后對其它外圍的電路進行調(diào)試，發(fā)覺在MT8880和電路途之間的分立電路之間，由于運用的三極管級聯(lián)放大電路不合理，使信號不能順當(dāng)通過級聯(lián)放大部分，經(jīng)過多次試驗修改，并和指導(dǎo)老師探討后，運用單管放大，即簡化了電路，又能使信號得到放大并順當(dāng)傳輸?shù)诫娫捑€上。從而解決了DTMF信號的傳送問題。5.3軟件調(diào)試本設(shè)計系統(tǒng)的限制程序是采納C語言編程，編程所采納的軟件是ICCAVR編程軟件。關(guān)于單片機C語言軟件調(diào)試，在語句中出現(xiàn)的語法錯誤，該軟件會提示出來，以便于更正。因此，軟件調(diào)試主要的工作是檢查頭文件是否正確，是否和單片機的端口地址相匹配。其次，就是檢查初始化程序的正確性，依據(jù)設(shè)計的要求定義正確的初始化程序，為后面程序的執(zhí)行做好鋪墊作用。然后就是依據(jù)軟件實現(xiàn)步驟逐個檢查程序的可行性，以及程序的嵌套性是否都能達到設(shè)計的要求。本系統(tǒng)中首先對要用到的單片機管腳進行宏定義，有利于程序的可讀性；然后進行相關(guān)變量的定義，單片機初始化，液晶顯示器的初始化，溫度傳感器的初始化；語音芯片的初始化；DS1302的初始化；MT8880的初始化；最終就是通過對溫度及煙霧的檢測使系統(tǒng)完成自動撥號并語音報警及計時功能，當(dāng)然還有相關(guān)中斷的程序。對程序反復(fù)調(diào)試，特殊要留意牢靠性，確定無誤后，進行編譯并生成Hex文件，燒到單片機進行實物調(diào)試。6結(jié)論本次設(shè)計的主要內(nèi)容是火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的設(shè)計。通過幾個月來的設(shè)計和學(xué)習(xí)，我覺得自己學(xué)到了許多，從資料的搜集和整理到單片機編程的學(xué)習(xí)；從大致結(jié)構(gòu)的設(shè)計到總體思路的形成；從電路板的繪畫和制作到程序的設(shè)計和調(diào)試，使我深深感受到理論的學(xué)習(xí)和實踐結(jié)合的重要性。以前的學(xué)習(xí)過程中大多以理論為主，對于一個設(shè)計系統(tǒng)來說，理論學(xué)問是進行設(shè)計的重要前提保證，實際制作和調(diào)試才是使系統(tǒng)能夠得到廣泛應(yīng)的核心工作。對于一個設(shè)計電路在理論上成立,卻不知它在實際應(yīng)用中還存在許多問題。假如無法使軟件和硬件實現(xiàn)有機的結(jié)合，那么再好的程序也只是一堆廢字符。本次設(shè)計過程可分為三個部分：總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計、軟件編程以及制作調(diào)試。最重點的工作即是總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計。在設(shè)計時，首先考慮的是各元器件的選擇。在能夠?qū)崿F(xiàn)功能的前提下，通過對相同種類的元器件之間特點、性能、適用條件及價格等方面的比較，確定最佳限制芯片。其次通過資料的整理和學(xué)習(xí)，設(shè)計完成各模塊的相應(yīng)單元電路。最為關(guān)鍵的是各個單元模塊之間的連接，比如在將撥號模塊單元電路和電話線相連時，由于電話線上存在的36V空載電壓，MT8880的DTMF引腳輸出的信號不能干脆發(fā)送到電話線上，那樣會使芯片干脆被燒壞。如何使DTMF信號能順當(dāng)輸送到電話線上，這是本系統(tǒng)設(shè)計的難點之一。通過探討HT9302A等相關(guān)電話內(nèi)部芯片應(yīng)用電路，在撥號電路模塊和電話線之間增加由分立元件和構(gòu)成的放大電路和開關(guān)電路。當(dāng)系統(tǒng)工作時開關(guān)電路處于開工作狀態(tài)，信號經(jīng)放大后干脆傳送至電話線；當(dāng)系統(tǒng)不工作時，開關(guān)電路切斷電話線和撥號電路模塊之間的連接，從而使問題得到解決。在進行程序的編寫時，各個單元模塊的程序如何通過單片機有機的相結(jié)合從而實現(xiàn)系統(tǒng)功能是本系統(tǒng)設(shè)計的又一難點。各個模塊的初始化工作及程序間的合理調(diào)用是進行程序設(shè)計時的重點工作。在嫻熟駕馭系統(tǒng)工作原理及工作過程后，經(jīng)過反復(fù)的修改和調(diào)試，使系統(tǒng)硬件和軟件完備結(jié)合從而實現(xiàn)了對信號的檢測及自動撥號報警功能。制作電路板時，各元器件的焊接是本次系統(tǒng)設(shè)計的又一個重點，焊接的技術(shù)和系統(tǒng)能否調(diào)試勝利有特別大的聯(lián)系，芯片不能干脆焊在電路板上，運用腳座進行焊接以便利調(diào)試。系統(tǒng)的調(diào)試是系統(tǒng)設(shè)計的另一個難點，運用萬用表檢測各線路的通斷，元器件的連接狀況，再用示波器視察信號的流淌狀況，通過多次的修改和調(diào)試，最終使DTMF信號能夠順當(dāng)傳送到電話線上。本系統(tǒng)可以廣泛應(yīng)用于工業(yè)和民用建筑、賓館、酒店、圖書館、科研以及商場等眾多場所,可以剛好有效的預(yù)防火災(zāi)的突發(fā)事故，對這些建筑場所起著極其重要的平安保障作用。隨著人們平安意識的提高，信任這種新型好用的火災(zāi)自動報警系統(tǒng)將會得到越來越多的人的觀注和運用。由于設(shè)計時運用模塊化設(shè)計，使得系統(tǒng)中部分模塊可以移植到其它類似系統(tǒng)中，拓展了系統(tǒng)的好用性。和其它火災(zāi)自動報警系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)具有面對大眾、牢靠性高、價格低廉、好用性強等優(yōu)點。謝辭在論文完成之際，我要向我的導(dǎo)師劉東東老師表示深深的謝意！本設(shè)計是在劉老師的悉心指導(dǎo)下完成的，再次感謝劉老師在設(shè)計期間對我的指導(dǎo)，以及在我制作過程中，遇到困難時對我的幫助。使我在學(xué)到了好多學(xué)問，學(xué)會了能夠透徹的分析問題解決實力的實力同時，感謝在我高校期間給和我?guī)椭娜坷蠋煟嘤宋铱釔蹖W(xué)習(xí)、勤學(xué)好問、創(chuàng)新探究的實力，讓我學(xué)到了不少的學(xué)問，使我受益匪淺，還培育了我解決問題和處理問題的實力，為我在今后的工作和生活中打下了基礎(chǔ)。再者，我們要感謝各種課本及參考書的編寫者，正是讀了凝合著他們的汗水和才智的著作，才使我對電子世界的認知有了更深的了解，并激發(fā)了我對電子科學(xué)的深厚愛好。感謝本班同學(xué)在我遇到問題的時候?qū)ξ业募毿闹v解，以及在生活中對我的幫助，賜予我的關(guān)懷。參考文獻[1]黃賢武,鄭筱霞.傳感器原理和應(yīng)用[其次版][M].北京:高等教化出版社.2004.[2]康華光,陳大欽.電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分(第四版)[M].北京:高等教化出版社.1999.[3]王珺艷,徐玉峰,柴新禹.智能語音撥號報警系統(tǒng)[J].電子技術(shù)應(yīng)用,2006(3):114-117.[4]王芳，林蔚，王長清，平萍，吳東芳.住宅防盜防火智能電話報警系統(tǒng)設(shè)計[J].河南師范高校學(xué)報：自然科學(xué)版,2004,32(3):121-123.[5]王琴放,張凡.單片機原理及應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社：1997.8：3-03.[6]邱關(guān)源.電路（第四版）[M].北京：高等教化出版社：2000.8.[7]沙占友.集成化智能傳感器原理和應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社.2004.1：198-222.[8]李群芳，黃建.單片微型計算機和接口技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社.2002.[9]DavidE.Johnson.etal.Electriccircuitanalysis[M].PrenticeHall/c,1997.[10]何希才，薛永毅編著.傳感器及其應(yīng)用實例[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004.[11]張金泉.一種新型民用防火防盜報警器的研制[J]燕山高校學(xué)報,2000,24(01):71-73,77.[12]周潤景,張麗娜.基于proteus的AVR單片機設(shè)計和仿真[M].北京:北京航空航天高校出版社.2007.[13]沈文,詹衛(wèi)前.AVR單片機C語言開發(fā)入門指導(dǎo)[M].北京:清華高校出版社.2003.[14]丁化成,耿德根,李君凱.AVR單片機應(yīng)用設(shè)計[M].北京:北京航空航天高校出版社.2002.[15]謝劍英，賈青.微型計算機限制技術(shù)[其次版][M].北京:國防工業(yè)出版社.2001.[16]周航慈.單片機程序設(shè)計基礎(chǔ)[M].北京：北京航空航天高校出版社.2003.附錄1系統(tǒng)電路原理圖 附錄2系統(tǒng)電路PCB圖 附錄3系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖電話線電話線AVRMega16DS18B20溫度檢測MQ-7煙霧傳感器DS1302自動計