基于单片机的电话自动报警系统.docx
- 文档编号:3721744
- 上传时间:2022-11-24
- 格式:DOCX
- 页数:14
- 大小:193.68KB
基于单片机的电话自动报警系统.docx
《基于单片机的电话自动报警系统.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于单片机的电话自动报警系统.docx(14页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
基于单片机的电话自动报警系统
基于单片机的电话自动报警系统
摘要:
目前国民越来越强调自身的人身安全和财产安全,与此同时各种各样的报警系统也随之而生,但其价格对普通家庭来说还是比较昂贵的。
所以本文介绍了一种经济实惠的多功能电话自动报警系统,它可对多种警情(火警,盗警等)进行识别处理,并自动拨通多个电话进行语音报警。
而且用户还可以对系统进行号码和语音信息的设置。
关键词:
AT89C51单片机;报警系统;DTMF信号芯片;ISD1420语音集成电路
AutomaticWarningSystemofTelephoneontheBasisofthe
One-chipComputer
HeYue-nengTeacher:
LiangJian-chu
(CollegeofPhysicsScience&InformationEngineering,JishouUniversity,Jishou,Hunan,China,416000)
Abstract:
Nowadays,theemphasizationofpeople'sownpersonalsecurityandpropertysafetyisincreasing,meanwhilevariousofwarningsystemsarerawwithit,butitspriceisstillveryexpensiveforordinaryfamily.Sothistexthasintroducedakindofeconomicalandpracticalautomaticwarningsystemofmulti-functionaltelephone,itcanrecognizeanddealwithmanykindsofdangeroussituation(Firealarm,theftalarm,etc.),andphonetoothersautomaticallytomakealert.Userscansettelephonenumbersandpronunciationinformationtothesystem.
Keywords:
AT89C51MCU;alarmsystem;signalchipofDTMF;ISD1420voiceIC
1引言
随着我国国民经济的迅速发展,人民生活水平不断提高,因而对居住环境要求愈来愈高。
除了对房屋结构、小区绿化、周边配套等硬件设施外,对安全设施、管理水平等软件环境尤其重视。
为了确保人民生命财产安全,报警系统在智能小区的作用越来越重要。
在最近的一两年里,国内研究这方面的厂家越来越多,而且投入的人力和物力也在逐年增加,使得这方面的产品在很短的研究周期内就已经问世。
而且产品的种类也很多,无线的,有线的,防盗的,防火的,防煤气泄漏的等都已出现。
但是通过这几天在网上对该产品的搜索和研究,最终发现这些产品都有一个共同的特点:
价格贵,一套产品竟然卖到1500RMB。
从我国大部分人现有的生活水平和购买力来说,在普通家庭要安装这样的一套装置还是比较困难的。
所以该系列产品还没有批量生产,还只处在一个试验和摸索阶段。
本文介绍了一种将AT89C51单片机、DTMF信号收发芯片及集成语音芯片ISD1420等有机的结合在一起,与电话网络相连的自动拨号防盗防火智能报警系统。
本系统在电话机结构基本不变的基础上,增加一定的外围设备,便可以实现各种报警功能。
由于系统使用的都是些性价比高、市面上容易买到的芯片,所以整个系统的花费比较低,约在150-200RMB左右,比起市面上的同类产品要便宜许多。
而且该系统还有使用方便,人机交互功能强等特点。
所以安装此系统对现在的国民来说是很经济实惠的。
本文主要研究电话网络报警这一模块。
外围传感器模块参见本组论文《面向报警系统的传感器网研究》。
2系统的功能和原理
智能电话自动报警系统主要完成的功能是:
当外围传感器网有危险信号传送给单片机的时候,单片机就先控制模拟摘挂机电路进行电话模拟摘机,再控制DTMF电路进行电话自动拨号,拨通后,再控制语音芯片ISD1420播放一段语音进行语音报警。
振铃检测电路对电话线路进行监测,当呼入电话经过一段时间没有人接的时候就启动模拟摘机,按照系统的提示音可以对系统进行设置,系统功能原理图如图1所示,其算法图如图2所示。
开机后,系统就对外围各个传感器进行扫描,查看外界有无信号输入,若无则监听有无电话响起;有外界信号输入,那么单片机就控制外围的模拟摘挂机电路进行模拟摘机。
此时系统开始拨预先设置好的第一组号码,再判断对方是否为忙音,如为忙音,则再判断该号码是否已经拨了3次,少于3次就挂机再拨,等于3次就取下一组号码再拨;如不为忙音则判断对方是否摘起电话接听,接听就播放语音进行报警;在响了6次后还是没有人接听,则再判断该号码是否已经拨了3次。
在语音播放了3次以后,再取下一组号码重复上述操作进行拨号,直到所有号码拨完。
当有振铃信号(有电话呼入)时单片机开始计数,前6次铃声内若有人接电话,则报警器被屏蔽,不影响正常接听电话,若6次铃声后无人接听,单片机就控制自动模拟摘机,并发出提示音“按键1留言,按2键设置”,当用户按了2键后又发出提示音要求用户输入密码,允许3次输入错误,并有2次提示输入错误,若第3次输入错误则自动挂机。
密码输入确认无误后,发出提示音,提示用户输入要求执行任务的代码,代码1关闭防盗探测器,代码2开启防盗探测器等,若同一任务所输入的次数为偶数,表示取消任务。
若两次按键的时间间隔小于100ms,则第2次按键输入无效,以防止抖动。
若前后按键间隔≥10s,则默认为无任务输入,自动挂机。
挂机后单片机把输入任务送对应输出口执行任务,并保持状态直到有新任务输入。
此部分的语音可以在厂家生产产品的时候直接写在ROM芯片里。
其算法图如图3所示。
3探测器的原理
防盗探测器:
凡是存在于自然界的物体都会放射出红外线,只是其发射的红外线的波长不同而已。
人体的温度为36~37℃,可辐射出中心波长为9~10μm的红外线。
在硅片表面上贴上截止波长为7~10μm的滤光片,只允许波长超过7~10μm的红外线通过,而小于7μm的红外线被滤除掉。
热释电红外线传感器便是依照这种原理进行工作的。
微波信号通过外接天线发射到空间,产生一个立体空间微波防护区,当有人或其他物体在该防护区移动时,反射回来的微波信号与原信号之间产生频移,微弱的频移信号经过滤波处理后,再进行多级放大后输出报警信号。
防火探测器:
温度传感器是利用晶体管的b-e结压降的不饱和值VBE与热力学温度T和通过发射极电流I的下述关系实现对温度的检测:
式中,K—波尔兹常数;q—电子电荷绝对值。
其输出电流与检测的绝对温度成正比,灵敏度为1uA/K。
煤气探测器:
气体传感器是一种“气—电”传感器件,它把有关气体成分、浓度等各种物理特性变为电信号,从而使人们能正确有效的控制和应用。
4报警电路
4.1振铃检测电路[3]
电话线振铃信号为25Hz,75~100V。
因此不能直接与IC电路连接,同时为了防雷击,输入端用1uF/160V电容进行隔离。
铃流声经全桥整流后再由光电耦合器4N25耦合并经4046(施密特触发器)整形后送89C51的T0计数器进行振铃次数计数,当TO计数为6次时,按约定为有任务输入,89C51输出模拟摘机信号使线路接通,同时单片机控制语音提示电路“请用户输入密码”并通过电话线路将输入的密码信号送入双音频DTMF解码电路。
其电路图如图4所示。
4.2模拟摘挂机电路[3]
当振铃检测电路检测到有振铃信号输入时,而且在响了6次以后没有人接电话,系统就通过89C51的P2.0控制两片9013晶体管、74LS04反向器(74LS04反向器的作用是给输入端一个噪声容限,所谓的噪声容限是指在保证输出高、低电平基本不变或者说变化的大小不超过允许限度的条件下,输入电平的允许波动范围)和一只继电器实现电话的摘挂机控制。
P2.0置为1后将使两片9013饱和,继电器工作,开关导通,电路摘机。
其电路如图5所示。
4.3DTMF收发电路[4][5]
双音多频信号DTMF(Dual-ToneMulti-Freguency)是由一组低音频信号和一组高音频信号,按一定的组合而构成的。
每组音频信号各有4个音频信号,而每种组合有一个高频信号和一个低频信号,总共有16种组合。
4.3.1管脚及引脚功能
MT8880的管脚排列如图6所示。
IN+:
运放输入。
IN-:
运放输入。
REF:
参考电压。
OSC2:
时钟输出。
GS:
GainSlect,运放输出端。
OSC1:
DTMF时钟/振荡器输出,采用3.579545MHz的时钟。
R/W:
读写控制。
CS:
片选。
RSO:
寄存器选择。
CK:
系统时钟输入。
IRQ/CP:
中断请求/呼叫处理,向CPU发中断申请。
当选择了呼叫处理模式时,输入信号线上有呼叫信号时输出就发出与之相应的方波信号。
D0~D3:
数据线。
TONE:
双音频信号输出端。
Est:
Earlysteeringoutput,滞后前输出。
当检测到有效音频对时,就变为高电平,信号条件不满足时又立刻返回低电平。
St/Gt:
SteeringOutput/GuardTimeoutput,滞后输出/保护后输出。
当电压高于VTST时,保存检测到的音频对,同时更新输出锁存器的内容。
当电压低于VTST时,芯片就可以重新接收新的音频,对Gt的输出对滞后时间常数有影响,它的状态是Est和加到St的电压的函数。
4.3.2MT8880的内部结构及工作原理
MT8880的内部结构如图7所示。
MT8880内部有五个不同作用的寄存器:
即发送数据寄存器(TDR)、接收数据寄存器(RDR)、状态寄存器(SR)、控制寄存器(CRA、CRB),它们通过I/O控制电路受单片机控制,例如:
当D1=1时,发送寄存器空,准备发送新数据;当D2=1时,接收寄存器满,接收寄存器的数据有效。
单片机通过对RS0、R/W的操作将数据总线D3~D0上的数据写入CRA、CRB以控制电路的工作模式。
下面介绍MT8880主要的四种工作模式:
(1)DTMF收发模式
A接收模式。
当MT8880作为DTMF接收器时,DTMF信号由IN+和IN-输入,经
运算放大器放大并滤除信号中的拨号音频率,然后送到双音滤波器,分离出低频组和高频组信号。
通过数字计数方式检出DTMF信号的频率,并通过译码器按表1译成四位二进制码。
四位二进制编码被锁存在接收数据寄存器中,此时状态寄存器中的延时控制识别位复位,状态寄存器中的接收数据寄存器满标识位置位,对外来说,当寄存器中的延时控制识别位复位时IRQ/CP由高电平变为低电平。
当需要接收DTMF信号时,首先往控制寄存器CRA和CRB写入相应的控制字,把芯片设置为DTMF模式,通过读取状态寄存器中的D2位,可以判断是否收到一个有效的DTMF信号并已译码。
若已收到则读取内部“接收数据寄存器”的内容(从芯片的D0~D3脚读出)。
B发送模式:
当MT8880作为DTMF发送器时,数据总线D0~D3上四位二进制码被锁存在发送数据寄存器中,发送的DTMF信号频率由3.58MHz的晶振分频产生。
分频器首先从基准频率分离出8个不同频率的正弦波,行列计数器根据发送数据寄存器中的数据,以八取二方式分离出一个高频信号和一个低频信号,经开关电容作D/A转换,在加法器中合成DTMF信号,并从TONE端输出。
当需要发送DTMF信号时,同样应先往控制寄存器CRA和CRB写入相应的控制字,把芯片设置为DTMF模式,通过读取状态寄存器中的D1位,可以判断是否发送完一个DTMF信号。
若已发送完,则把下一个要发送的数字由D0~D3写入到内部“发送数据寄存器”。
(2)突发模式
当选择突发模式后,MT8880发送对称的突发/暂停周期为51ms±1ms,这是自动拨号和中心站应用的标准间隔。
在不需要特定的突发/暂停时间时,不用突发模式发码和暂停,而用软件控制。
(3)中断模式
在该模式下选择DTMF模式时,当在检测时间内收到一个有效的DTMF对,或发送完一个DTMF信号时,
/CP端输出一个低电平。
(4)呼叫模式
该模式下MT8880可检测各种信号音,如拨号音、忙音、回铃音。
只要位于中心频率450Hz、带宽250Hz左右的信号音就可以经滤波器选择、高增益比较器限幅、从施密特触发器得到代表信号音的方波信号,并从
/CP端输出,单片机可通过
/CP端分析呼叫过程。
信号音和DTMF信号共用一个输入端,故在CP模式下,只能发送而不能接收DTMF信号。
4.3.3信号音判断的实现
信号音判断的原理是:
由于电话系统信号音的拨号音、回铃音和忙音的频率均为425~475Hz的正弦波,只是断续比不同且在时间上有明显的差异(拨号音为450Hz±25Hz连续信号,忙音为0.35s通0.35s断,回铃音为1s通4s断)。
要判断信号音,首先应将处理DTMF信号的MT8880芯片设置为呼叫处理模式,当选择呼叫处理模式时,MT8880就不能用于检测DTMF信号了。
MT8880的呼叫处理滤波器是一个带通滤波器,通频带为300~510Hz,当信号输入端有信号音输入时,如果MT8880工作在CP模式,在IRQ/CP就输出一高电平。
使电话呼叫过程中的各种信号音经MT8880滤波、限幅后得到方波,并由MT8880的IRQ端输出。
然后对MT8880输出的IRQ信号计数5秒,拨号音的计数下限为(450-25)×5=2125,计数上限为(450+25)×5=2375,即计数范围为2125~2375。
同理,忙音的计数范围为1041~1212,回铃音的计数范围为425~475,无信号音的计数应为零。
但在实际编程中,需要考虑一定的计时计数误差,并且使程序简化,因此采用不同信号音相邻计数界限的中间值为区分不同的信号音。
同时,为合理利用硬件资源,中间值应尽量选为2的n次方(整数)。
最后设定为计数值大于1792为拨号音,在1024~1791之间的忙音,在256~1023之间的回铃音,小于255为无信号音。
4.3.4DTMF收发电路
发DTMF信号:
单片机经MT8880的D0~D3,引脚向其数据发送寄存器写入要发送的数字信息(以二进制数写入),则MT8880产生相应的DTMF信号并从TONE引脚输出,并经R3,C2,R5到达三极管T1放大,放大后的DTMF信号从T1的集电极经R8,C4到达外线——电话线。
收DTMF信号:
信号经C4,R8,R1进入MT8880,通过其内部的译码器把DTMF信号译成四位二进制码并锁存在接收数据寄存器中,再通过D0~D3把数据送给单片机。
其电路图如图8所示。
4.4语音电路[6][7][8]
语音电路是本系统一个很重要的环节,当自动拨号成功后,DTMF编码报警的同时就会出现语音提示,大大增强了系统的友好性和易用性。
本文采用的是ISD1420语音芯片。
4.4.1ISD1420的工作原理
ISD1420是采用模拟存取技术集成的可反复录放的20秒语音芯片,掉电语音不丢失,最大可分160段,最小每段语音长度为125ms,每段语音都可由地址线控制输出,每125ms为一个地址,由A0~A7八根地址线控制。
用户录制的语音每一段结束后芯片自动设有段结束标志(EOM),芯片录满后设有溢出标志(OVF)。
如果用单片机等控制电路按某一段的起始地址进行放音操作,遇到段结束标志(EOM)即自动停止放音,单片机收到段结束标志(EOM)就开始触发下一段语音的起始地址,如此控制,即可以将很多、不同段的语音组合在一起成一句话放音出来,实现语音的自动组合。
4.4.2ISD1420的管脚及引脚功能
ISD1420的管脚排列如图9所示。
各引脚的功能如下。
:
录音
REC输入是低电平有效录音信号。
在录音过程中REC必须保持为低电平。
REC信号优先于放音信号PLAYE和PLAYL。
:
边沿触发放音
当此管脚上检测到低电平跳变时,将开始放音操作,遇到结束标志(EOM)或存储器的尾部放音将停止。
结束放音后,器件自动进入掉电等待模式。
在放音过程中将PLAYE变高不会终止当前的放音操作。
:
电平触发放音
当此管脚的信号由高变为0时,将开始放音操作。
PLAYL变为高电平,遇到结束标志(EOM)或存储器的尾部放音将停止。
结束放音
后,器件自动进入掉电等待模式。
:
录音LED输出
VCCA,VCCD:
电源输入VSSA,VSSD:
地输入
MIC:
麦克输入MICREF:
麦克基准
ANAOUT:
模拟输出XCLK:
外部时钟输入
SP+SP-:
喇叭输出A0~A7:
地址输入
AGC:
自动增益控制:
AGC电路能以很小的失真记录宽范围的声音。
ANAIN:
模拟输入:
ANAIN将输入的信号传送到录音电路。
根据A6,A7的电平不同,电路可以进入两种不同的工作模式:
地址模式和操作模式。
如果A7,A6至少有一位为低电平,则电路认为A0~A7全部为地址位,A0~A7的数值将作为本次录音或放音操作的起始地址。
A0~A7全部为纯输入引脚,不会象操作模式中A0~A7还可能输出内部地址信息输入的A0~A7的信息在PALYE,PLAYL或REC的下降沿被电路锁存到内部使用。
4.4.3操作模式
ISD142操作模式的选择使用地址管脚来实现。
当地址的最高两位A7,A6为高电平时,其余的地址位将被成为状态标志位而不再是地址位。
因此,操作模式和寻址模式不能兼容,也就是说不能同时使用。
在使用操作模式时必须注意两点。
第一,所有的操作开始于地址0,也就是ISD1420的起始地址。
以后的操作根据操作模式的不同可以从其它地址开始。
另外,在操作模式中当A4=1,从录音变换到放音而不是从放音到录音,器件地址指针复位到0。
第二,操作模式的执行必须是A7,A6为高电平,在PALYL、PLAYE或REC变为低电平时开始执行。
当前的操作模式将一致有效,直到下一次的控制信号变低,并取样地址线上的信息开始新的操作。
在放音期间REC必须保持为高电平,RECLED在放音期间有结束标志EOM的功能。
表2操作模式表
其操作模式表如表2所示。
模式
功能
典型应用
可组合使用的模式
A0
信息检索
快进信息
A4
A1
删除EOM
要最后一条信息的结束处放置EOM
A3、A4
A3
循环
从0地址循环放音
A1
A4
连续寻址
录放连续的多段信息
A0、A1
4.4.4语音分段方法及应用电路图
ISD1420的“PLAYL”、“PLAYE”键只需选接一个即可,地址输入端A0~A7有效值范围为00000000~10011111。
A0~A7决定了每段语音的起始地址,而起始地址又直接反映了录放的起始时间。
其关系见公式:
TQ=0.125s×(128A7+64A6+32A5+16A4+8A3+4A2+2A1+0)
ISD1420与单片机89C51接口电路如图10所示。
SP+、SP-和MICREF、MIC都与电话机的通话电路的某芯片相接。
以HA908(Ⅶ)P/TS[9]型按键电话机为例,其芯片为图11中的U3,连接图如图11所示。
SP+和SP-分别接在图11中U3芯片的7脚的1和2处(图中写着“放”的地方)。
MIC和MICREF分别接在图11中U3芯片的4脚的1和2处(图中写着“录”的地方)。
5软件设计
根据以上分析,算法图如图2,图3所示。
图12是发号子程序流程图,图13是收号子程序流程图。
发号子程序:
首先检查状态寄存器的D1位是否为1,为1则表明有有效数据要发送,再判断发送数据寄存器是否为空,为空则发送数据,否则等待。
收号子程序:
因为检测到有效音频对,并要保存当前有效音频对,所以给EST,ST/GT置1。
再读状态寄存器,看其D2位是否为0,为0则没有收到有效数据,返回;为1则表示收到有效数据,接着就读取数据并延时20ms后再判断EST是否为0,为0表明没有检测到有效音频对则返回。
6结论
本文介绍一种用单片机控制的电话智能报警系统。
其中使用了多功能DTMF收发集成芯片MT8880,语音集成芯片ISD1420,从而大大减少了外围的设备,简化了电路。
如果在此基础上再接一个并行接口(如:
8255),那么该系统可以扩展出更多的功能。
因为本系统成本低,功能比较完善,所以特别适合于普通家庭。
但是也存在着一些不足之处,第一:
因为系统所使用的都是一些较为便宜的芯片,所以在性能上会存在着一些缺陷。
第二:
ISD1420的录放时间只有20s,所以在系统设置的时候会有一些麻烦。
虽然存在一定问题,但对整个系统的性能不会有什么太大的影响。
参考文献:
[1]廉保旺,李勇.智能火灾报警控制系统设计与实现[J].西北工业大学学报,1999
[2]何立民.单片机应用技术选编[M].北京航空航天大学出版社,1999
[3]才滢,李莉.家用智能电话报警器的设计和应用[J].仪器仪表与分析监测,2001年第1期
[4]江世明.8051系列单片机与MT8880收发器接口技术[J].电子技术,2002年第4期
[5]张常年,王振红,李洋.双音多频收发器MT8880在智能通讯预警系统中的技术应用[J].现代电子技术,2002年第2期总第133期
[6]广州周立功单片机发展有限公司.ISD1400系列单片20秒周期录/放音语音电路.
[7]王南阳.ISD1420系列单片永久性语音录放电路[J].国外电子元器件
[8]周湘峻.新型ISD语音组合电路设计与应用[J].电子世界,1999年第4期
[9]韩永庆.HA908(Ⅷ)PTS型电话机原理及故障检修[J].电信技术,1998年第7期
致谢
在此感谢学校、学院给予的各种支持,并特别感谢指导老师梁俭初在课题研究过程中给予的精心指导,老师严谨的治学态度和对工作认真负责的精神使我受益匪浅。
在论文初步完成阶段,老师不厌其烦的指出论文不足之处并对论文的思路进行修正,在此论文完成之际,谨向老师表示最诚挚的感谢和敬意。
在资料收集过程中,学校的图书馆和电子图书馆给予了极大的支持和帮助,在此,一并向图书馆的工作人员表示衷心的感谢。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 单片机 电话 自动 报警 系统