智能家居门禁系统的研制项目研究报告文档格式.docx
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语音芯片;
门禁系统
一、研究的要紧意义和目的
众所周知,高科技带给我们生活的不断改善,更为我们提升需求层次,尽快达到马斯洛人类需求理论的第四层次,体验尊贵的价值提供了保证。
如何把高科技尽快转化为产品,是世界各国技术人才追求的目标。
随着社会的进展进步,家居门禁的研制也已成规模。
门禁系统又称出入口操纵系统,是一种高度智能化既可实时操纵又可脱机使用的通道监管、报警安全系统。
它是安全防范系统中专门重要的组成部分。
在家庭防盗和智能操纵中起到专门重要的作用,受到现代家庭的亲睐。
如何使家居的门禁系统设计变的人性化、个性化、趣味化、实现智能性差不多成为家居门禁设计的一个值得研究拓展和有市场价值的方向,本文确实是基于如此的思想,以AT89C51单片机为核心结合一些传感器、其它智能芯片,以模块化、积木式的原那么设计了一种家居门禁系统,其功能性,有用性,价值性都得到相当完善的理论研究。
二、研究的要紧内容、方法及过程
第一节研究要紧内容
单片机是一个集成在一块芯片上的完整运算机系统。
它具有体积小、功耗低、操纵功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点,而且价值不断被扩大,广泛应用于仪器外表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化治理及过程操纵等领域。
我们结合目前所学知识和市场上应用最普遍的AT89C51单片机,集合其他的接口芯片和辅助设备,组成了一个智能智能家居门禁系统。
目前,我们差不多对该系统进行了理论上的可行性分析和一些实验验证,得到了有关老师和专家的指导,同时于2020年四月份在«
科学技术与工程»
杂志社发表有关成果论文一篇。
该门禁系统有五大功能模块组成:
语音提示设计模块、计智能拨号报警设计模块、自动照明设计模块、电子门锁设计模块、设置无人状态设计模块。
构成了一个性能上良好,功能上齐全的家居门禁。
第二节研究方法
我们采纳理论、实验相结合方法,对智能门禁系统各个模块进行了认确实研究。
第三节研究过程
1、实验预备时期〔2007年4月—2007年4月〕——总结体会,调整方向。
我们结合自己的差不多情形以及老师的建议,通过对该项目的内容和原理进行了系统的分析,初步形成了项目研究方案和明确的努力方向。
2、初步实验时期〔2007年5月—2007年7月〕——重点学习,努力提高
完成课题实验的各项预备后,我们对处于核心地位的单片机的有关知识进行了系统学习,努力提高自己的综合能力,为项目的开展和研究做充分的预备。
在此期间我们了解了单片机的硬件结构如定时器/计数器、中断系统、储备器、并行和串行I/O口等,然后是指令和软件编程,关于单片机的一些简单操纵和编程有了一定的把握。
关于实验所用到的各中芯片资料进行大量收集,提取我们所需要的技术性资料。
3、全面研究时期〔2007年8月—2007年10月〕——理论实验,全面推进
具备一定的研究差不多条件,我们进行了有关元器件的购买,进入实验和理论结合的时期。
完成了单片机的焊接和测试,并利用其进行语音操纵的实验等。
4、项目总结时期〔2007年10月—2020年3月〕——提炼精华,成果展现
依照项目研究方案和结题要求,本项目组认真开展了结题工作,对实验过程和要紧内容进行了总结提炼,对该智能门禁系统进行深度的理论分析,以便形成有价值的研究成果。
我们把一些模块的实验验证和理论分析的结果进行了汇总,然后进行了论文的撰写。
于2020年年初在«
三、要紧研究的成果介绍
第一节智能门禁系统概述
智能家居门禁系统把自动照明、语音提示录音、设置无人状态、智能电子门锁和智能语音拨号报警系统通过AT89C51单片机连接在一起,构成一个智能化、智能的家庭有用型门禁系统。
其系统框图见图1.1。
以单片机AT89C51为核心,把语音芯片ISD2560接口所构成的外设电路以及其他智能设备电路与单片机的数据储备器(RAM)和程序储备器(EPROM)统一编制址的方式把两片器件挂入数据地址总线中,构成了一个智能家居门禁系统。
图1.2给出的是智能门禁系统模块原理。
第二节语音提示模块设计
2.1简述
过去,数码语音的开发设计不但结构设计复杂、编程录制苦恼、开发生产成本高,而且音质欠佳,难以有用。
现在,一切都发生了完全的改变:
单芯片设计、任意语言音乐随录随放、断电语音不丢失、音质接近磁带成效、操纵功能强大、价格低廉……等等,这一切确实是ISD数码语音电路给我们带来的变革。
在多媒体技术广泛应用、市场竞争日益猛烈的今天,几乎所有的产品都更注重人机界面的友好性、易用性和安全性,人性化的语音提示是最自然、最廉价、最有效的手段,它能够为您设计的产品升级换代,让您的新产品〝开口说话〞,使它更具说服力、竞争力。
ISD系列语音电路是美国ISD〔InformationStorageDevice〕公司的专利新产品,它打破了传统的先A/D再D/A的模式,而采纳专门的直截了当储备模拟信号技术,从而大大提高了储备密度,且使模拟信号得到永久储存。
ISD系列电路以其音质自然、使用方便、单片储备、反复录放、低功耗、抗断电等众多优点赶忙在语音应用领域确立了其不可争辩的霸主地位,它在通讯设备、智能外表、治安报警、语音报站、报数报价、语音讲解、语音记录、语音复读、教学仪器、智能玩具、电子礼品等场合获得了广泛的应用。
2.2电路特点与性能
ISD语音电路要紧有1200、1400、2500、3300、4000五大系列产品,它们的要紧存贮时刻及性能如下表2.1所示:
表2.1ISD语音电路要紧存贮时刻及性能
器件型号
储备时刻
采样频率
最大段数
操纵方式
电压
ISD1210
10秒
6.4
80
地址并行
5V
ISD1420
20秒
160
ISD2560/90/120
60/90/120秒
8.0/5.3/4.0
600/600/600
ISD33060/120/240
60/120/240秒
8.0/8.0/4.0
400/800/800
SPI串行
3V
ISD4002-2/3/4
2/3/4分钟
600
ISD4003-4/6/8
4/6/8分钟
1200
ISD4004-8/12/16
8/12/16分钟
2400
表2.2DIP各引线端功能
(1)DIP封装图及各引线端功能
引线端
名称
功能
1~7
AO/MO~A6/M6
地址
8~10
A7~A9
11
AUXIN
辅助输入
12、13
VSSD、VSSA
数字和模拟地
14、15
SP+、SP-
扬声器输出
16、28
VCCA、VCCD
模拟、数字信号电源正极
17、18
MIC、MICREF
麦克风输入与输入参考端
19
AGC
自动增益操纵
20、21
ANAIN、OUT
模拟信号输入和输出
22
溢出
23
片选〔低电平承诺芯片工作〕
24
PD
芯片低功耗状态操纵
25
录放音终止信号输出
26
XCLK
外部时钟
27
P/
录/放操纵选择
如图2.1及表2.2所示。
图2.1DIP封装图
以下图2.2为ISD系列芯片的内部差不多结构框图,由图可知,在这种CMOS器件内部,MIC前置放大器、自动增益操纵电路、抗干扰滤波器、平滑滤波器、扬声器、放大器和振荡器、模拟量储备器等全部集成在该单片内,只要外接MIC、扬声器和几个电阻、电容、开关,再加上电源(电池),这就构成了一个完整的语音录/放系统。
而与此有明显不同的是,前述的T6668等系列语音芯片那么需外接扬声器、放大器、石英晶振、动态储备器等电路。
图2.2ISD2500系列结构图
图2.2中,管脚MIC(17脚)为麦克风输入端。
MICREF(18脚)为麦克风参考输入端。
ANAOUT(21脚)为模拟输出端,ANAIN(20脚)为模拟输入端。
AGC(19脚)为自动增益操纵输入端,SP+、SP-(14、15脚)为扬声器输出端,可接8—16Ω的扬声器。
PD(24脚)为低功耗输入端。
CE(23脚)为片选输入端,低电平有效。
P/R(27脚)为录/放音选端,接高电平常芯片放音,低电平常芯片录音。
XCLK(26脚)为外部时钟输入端。
EOM(25脚)为信息录/放终止输出端,放音终止时自动输出一个负脉冲。
OVF(22脚)为溢出输出端,本管脚可被用来进行器件的串联,以加长录/放音的时限。
AUXIN(11脚)为辅助输入端。
Vcca、Vccd(16、18脚)为电源输入端。
Vssa、Vssd(12、13脚)为地输入端。
A0至A9为地址输入端。
ISD录/放技术与80年代的T6668等语音芯片最大差别在于ISD芯片内不存在A/D和D/A转换器。
其工作原理是采纳直截了当模拟储备技术,把模拟量成功的存入半导体储备器中。
即在对输入的音频模拟量每作一次取样时,电压数据被暂存在芯片内的取样保持电路中并最后被储备在片内的EEPROM储备单元中。
该EEPROM储备单元构成模拟量储备阵列(如图1所示)。
在将模拟量信息写入模拟储备单元EEPROM时,ISD线路采纳闭环方式。
取样保持电路将保持的取样电压值提供给比较器的一个输入端,而模拟量储备单元那么将其电压输入至比较器的另一端。
在多次写入中,电子被〝泵入〞储备单元,并使储备电平反馈到比较器,当模拟储备单元的输出电压等于取样保持电平常,那么停止写入。
(2)操作模式
表2.3
当最高位地址(MSB)A8、A9都为高电平常,地址端就作为操作模式选择端〔高电平有效〕如下表2.3所示。
模式操纵
典型应用
A0/M0
信息检索
快速检索信息
A1/M1
删除EOM标志
在全部语音录放终止时,给出EOM标志
A2/M2
未用
当工作模式操作时,
此端应接低电平
A3/M3
循环放音
从0地址开始连续重复放音
A4/M4
连续寻址
可录放连续的多段信息
A5/M5
CE电平触发
承诺信号中止
A6/M6
按钮操纵
简化器件接口
使用操作模式时需要注意两点:
1、所有操作模式下的操作差不多上从0地址开始,以后的操作依照模式的不同,而从相应的地址开始工作。
当电路中录音转放音或进入省电状态时,地址计数器复位为0。
2、操作模式位不加锁定,能够在MSB〔A8、A9〕地址位为高电平常,CE电平变低的任何时刻执行操作模式操作。
假如下一片选周期MSB〔A8、A9〕地址位中有一个(或两个)变为低电平,那么执行信息地址,即从该地址录音或放音,原先设定的操作模式状态丢失。
3)分段录放音
2500系列最多可分为600段,只要在分段录/放音操作前(许多于300纳秒),给地址A0~A9赋值,录音及放音功能均从设定的起始地址开始,录音终止由停止键操作决定,芯片内部自动在该段的终止位置插入终止标志〔EOM〕;
而放音时芯片遇到EOM标志即自动停止放音。
2500系列地址空间是如此分配的:
地址0~599作为分段用((见下表2.4)),地址600~767未使用,地址768~1023为工作模式选择。
表2.42500系列地址空间分配
十进制
二进制
信息时刻(秒)
A9
A8
A7
A6
A5
A4
A3
A2
A1
A0
2560
2575
2590
50
1
5.0
6.25
7.50
100
10.0
12.5
15.0
250
25.0
31.25
37.5
300
30.0
45.0
400
40.0
50.0
60.0
500
62.5
75.0
599
59.9
74.87
89.85
2.3电路的应用开发
ISD系列单片语音录放电路中,目前使用最广泛的是ISD1420、ISD2560/90/120、ISD4002/4003/4004三大类芯片,大多数的应用系统或OEM差不多上由它们构成的,那个地点对ISD2500常用电路的应用开发进行说明。
ISD2500系列芯片按录放时刻60秒、75秒、90秒和120秒分成ISD2560、2575、2590和25120四个品种。
ISD2500系列和1400系列语音电路一样,具有抗断电、音质好,使用方便,无需专用的语音开发系统等相同优点。
它的最大特点在于片内E2PROM容量为480K(1400系列为128K),因此录放时刻长;
有10个地址输入端(1400系列仅为8个),寻址能力可达1024位;
最多能分600段;
设有OVF〔溢出〕端,便于多个器件级联。
1、典型应用电路:
图2.3典型应用电路
图2.4按键模式应用电路
3、和微处理器配合使用电路
图2.5和微处理器配合使用电路
ISD2560/90/120P地址功能表如下表2.5所示。
地址状态
功能状态
DIP开关
2
3
4
5
6
7
8
9
10
12
〔ON=0,OFF=1〕
地址位
P/R
CE
〔1为高电平,0为低电平,*为高或低电平〕
一段式最长60秒录放音,从首地址开始。
以十位二进制表示地址,每个地址代表100毫秒。
地址模式
一段从A6地址开始的12秒录放音。
*
只要A8、A9有一位是0,就处于地址模式。
循环放音操作,按住CE键不放循环放音第一段。
操作模式
按顺序连续分段录放音,录音时压住CE键不放,放音时每触发一次CE键即放音一段,按PD键复位。
每段语音长度不限。
按钮模式
表2.5ISD2560/90/120P地址功能表
以上给出的只是ISD的差不多电路,因ISD的功能较强,假如需要应用ISD的更多功能,可在此基础上加以改进。
例如,在对单独ISD芯片使用时,还可选择ISD所特有的工作模式来实现信息提示、循环或连续放音操纵、按键模式等多项功能。
总之,ISD系列芯片是功能强,专门有有用价值的语音芯片。
由该芯片组成的语音电路系统保真、可靠、简易。
适合在智能测控系统中应用推广。
2.4本系统中的应用
在对ISD的开发应用中,可分两类电路。
一类是只单独应用ISD芯片进行语音录/放。
另一类是ISD与微机相接合电路,用微机操纵ISD进行录/放。
我们现提出三种单独应用ISD的差不多电路。
因此,依照需要也能够在该三种电路的基础上设计出更完美的电路。
(1)单放电路
该电路仅有放音功能。
电路专门简单,只要将图2.2中的A0至A9及PD、CE等相连一起接地,再在SP+、SP-接扬声器,即可进行放音,当电源接通时,即放音。
当电源关断时,即停止放音,使用者可依照需要,预先将该芯片放入图2.6所示的电路中进行录音储存,然后取出,再进行单放。
图2.6最简单的录/放电路
(2)录/放电路
图2.6为最差不多的录/放电路,在这种电路中,只是执行录音和放音功能,没有地址的分段应用。
芯片工作时,CE信号开始为高电平,在录音时,将P/R-脚通过开关S时接高电平,将CE开关瞬时接地再放开,那么已录制的内容将回放。
(3)分段录/放电路可将ISD划分为几段,录进不同的内容,然后依照需要播放某段内容。
图2.7分段录/放电路
图2.7即为分段录/放电路,该电路的功能是用一片录/放时刻为20S的ISD1020A芯片储备4段(每段5S长)的语音信息。
每一段用一个按钮操纵。
用该芯片的8位地址线确定每段录/放的起始位置。
该芯片共有160个有效地址(即:
A0—A7的有效分段范畴为00000000—10011111)。
由于该芯片录放时刻为20S,每个地址语音辨论率为0.125S。
这确实是说,每8个地址计数等于1S的录/放时刻。
由于8个计数等于1S,8又是二进制的偶次倍率,小于8的数可忽略不计,如此就可把A0、A1和A2都接地,用剩余的A3—A7来编程。
用按钮和二极管,我们能够在第1S和第19S之间选择任一间隔启动语音录/放。
在图3电路中,4个启动信息的位置是第0S(储备列阵的起点)、5S、10S和15S,每个信息长度为5S。
表2给出了上述时刻间隔的二进制起始地址。
例如当按下第二段的按钮时,该段语音信息的起始地址为00101000。
明显,能够用改变二极管的连线来选择不同的地址。
二、ISD与微机接口电路当今,以语音芯片为核心的语音系统正为运算机所采纳,逐步形成运算机的一个功能接口系统,如同运算机的常用外围设备如键盘、打印机等一样,正成为运算机的一个重要外围设备,实现真正的〝人—机〞语音对话。
专门是以微电脑为核心的智能测控外表,如配接上ISD等语音系统,可实现测控参数的〝视—听〞成效一体化,即仪器可视、听并用,成效十分精妙。
下面我们提出ISD1020A与单片微机8031的连接电路。
单片微机与ISD芯片的电路连接十分简单而且调试方便。
其优点是:
(1)可专门方便的用单片机的I/O口线对ISD地址线编程分段,省略了如图3所示的机械开关S1—S4和众多的分段二极管。
(2)可专门方便地用软件实现一次、多次、循环和定时放音,代替了人工对ISD工作模式的选择。
(3)ISD的分段编码电平及操纵信号与微机总线的TTL电平完全兼容,而且两者均使用同一电源。
将ISD1020A的A0—A2接地,A3—A7和CE端分别与8031的I/O接口P1.0-P1.5相接。
因此,ISD1020A被分为20个语音段,每段时刻长度为1S。
由单片机操纵ISD的录/放,可用同一个录放子程序实现,将录/放开关S拨至相应位置,然后运行录/放子程序,就可将分段或全程段随意录/放。
我们正是采纳ISD2560芯片,通过程序将ISD2560分成5段每段8秒,分别录入三段代表不同状态的话。
正常工作时,单片机依照各个传感器和内部定时的状态,操作ISD2560调出不同的声音段播放。
其它语音地址留给来访者按键录音,单片机采纳自动加一方式,最多可有2段留言。
当没有按下〝无人〞时,单片机依照红外传感器判定是否有人。
自动调用不同的语音、提示、警告或致欢迎辞。
原理图见图2.8。
图2.8录/放原理图
第三节智能拨号报警
3.1简述
随着人们生活水平的提高和安防意识的增强,急需开发面向大众、价格低廉、运行可靠的自动报警系统。
鉴于住宅和移动通信设备的普及,以及语音报警的快捷、有效及价格低廉等优点,公共通信网成了报警系统的最正确传输媒介。
本文介绍的报警系统确实是在此基础上进展起来的一种智能语音拨号报警系统,该系统可广泛用于各种对安防要求较高的场合,如智能楼宇、商场、银行和工厂等。
自动报警的要紧功能为:
用户依照需要把自己的手机号码、办公室或报警监控中心的预存入报警主机。
报警主机不断地对所监控的设备(门禁、烟雾探测器、窗磁、摄像头等)状况进行巡检,当有不安全情形(如火灾、非法入室、视频丢失等)发生时,报警主机拨通预先存入的号码,播放相应的警情语音。
假设占线或者无人接听,可拨下一个预存的号码,假如所有预存的都占线或者无人接听,那么会自动把所有的预存重拨一遍,保证了报警的有效性和可靠性。
3.2系统组成和工作原理
系统组成框图如图3.l所示。
采纳AT89C51单片机作为操纵核心,外接E2PROM用于储备号码、设置参数(定时布/撤防、联动、视频等)以及警情信息等。
当AT89C51单片机实时巡检到新的警情信号(防区故障、视频丢失、主电断电或上位机死机)时,报警主机就会自动进行警情处理(声光报警、启动相应联动、记录警情以及拨号报警等)。
拨号报警的工作原理如下:
系统自动地操纵摘/挂机电
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