基于ＡＴ８９Ｃ５２的遠(yuǎn)程智能語(yǔ)音防盜報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘 要：主要介紹一種以單片機(jī)AT89C52、ISD1420語(yǔ)音電路、模擬摘機(jī)掛機(jī)電路、撥號(hào)電路為核心的遠(yuǎn)程智能語(yǔ)音防盜報(bào)警系統(tǒng)，并從基本工作原理、電路構(gòu)成等方面對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)闡述。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)撥號(hào)，通過(guò)普通電話(huà)線(xiàn)進(jìn)行告警信號(hào)呼叫，及時(shí)將警情通知事主。系統(tǒng)自動(dòng)化程序度、適用性強(qiáng)、功能靈活多樣，可廣泛應(yīng)用于家庭、商店、銀行等重要場(chǎng)合。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制;自動(dòng)撥號(hào);智能化;防盜報(bào)警系統(tǒng)

Design of Long-distance Intelligent Automatic Telephone Warning System Based on AT89C52

ZHANG Yuanmin

(Xuchang University，Xuchang，461000，China)

Abstract：A long-distance intelligent automatic telephone warning system is introduced in the paper，the system chiefly consists of AT89C52 monolithic processor，ISD1420 speech circuit，dialing circuit and so on.Then it is detailedly introduced from basical working principle and circuit structure.The system can realize automatically dial-up，rapidly calling the interrelated person by means of common telephone line when the warning is finded.The system has high automatization and is very practical and can be easily extended.Itcan be used for many important occasions such as shop，bank and so on.

Keywords：single chip computer control;automatically dialing;intelligence;warning system



現(xiàn)代社會(huì)人們的安全意識(shí)越來(lái)越高，一些重要場(chǎng)所如家庭、銀行、商店等都安裝防盜設(shè)備來(lái)保護(hù)生命及財(cái)產(chǎn)安全。早期的安防設(shè)備一般為機(jī)械式(如防盜門(mén)、防盜窗)，防范系數(shù)低，安全性差，適用空間越來(lái)越小。隨著科技的發(fā)展，人們已經(jīng)研制出如門(mén)磁式、觸摸式、雷達(dá)監(jiān)測(cè)、紅外線(xiàn)監(jiān)測(cè)等一系列自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，這些報(bào)警系統(tǒng)自動(dòng)化程度高，適用性強(qiáng)，具有一定的智能化。然而，大多系統(tǒng)在發(fā)出警報(bào)時(shí)無(wú)法及時(shí)通知事主。針對(duì)這一情況，本文設(shè)計(jì)了一種基于AT89C52的遠(yuǎn)程智能語(yǔ)音防盜報(bào)警系統(tǒng)，該系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)盜情能及時(shí)撥叫號(hào)碼，并能利用普通電話(huà)線(xiàn)進(jìn)行告警信號(hào)呼叫，及時(shí)通知事主。該系統(tǒng)具有智能化程序高、實(shí)用性強(qiáng)、性能可靠穩(wěn)定等特點(diǎn)。

1 基本工作原理

本系統(tǒng)由AT89C52單片微型計(jì)算機(jī)、信號(hào)檢測(cè)電路、復(fù)位電路、電話(huà)號(hào)碼預(yù)設(shè)電路、振鈴檢測(cè)電路、模擬摘機(jī)掛機(jī)電路、撥號(hào)電路以及語(yǔ)音電路組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

DTMF編碼發(fā)送電路送出的是由用戶(hù)經(jīng)電話(huà)號(hào)碼輸入電路預(yù)先設(shè)定好存儲(chǔ)在CPU中的電話(huà)號(hào)碼，該號(hào)碼可隨意設(shè)置，可以是市內(nèi)程控電話(huà)、手機(jī)等。

流程圖如圖2所示，當(dāng)信號(hào)檢測(cè)電路測(cè)到有人闖入時(shí)，即發(fā)出觸發(fā)信號(hào)，該信號(hào)作為報(bào)警信號(hào)，經(jīng)放大送入CPU，CPU經(jīng)一定延時(shí)后，若是主人進(jìn)入，則可在一定時(shí)間內(nèi)利用復(fù)位電路使其初始化，否則準(zhǔn)備報(bào)警，CPU首先檢查鈴流信號(hào)檢測(cè)電路的輸出情況，若輸出為一高電平，則說(shuō)明用戶(hù)電話(huà)機(jī)振鈴，不能摘機(jī)撥號(hào)，需進(jìn)行延時(shí)處理，只有當(dāng)輸出為低電平時(shí)，CPU指示模擬摘機(jī)電路摘機(jī)，發(fā)送DTMF電話(huà)號(hào)碼，呼叫預(yù)設(shè)受話(huà)方，這時(shí)就會(huì)有兩種情況出現(xiàn)：受話(huà)方占線(xiàn)和受話(huà)方振鈴，若出現(xiàn)前一種情況，進(jìn)行模擬掛機(jī)、延時(shí)后再接機(jī)撥號(hào)；如果受話(huà)方振鈴、摘機(jī)，即開(kāi)始送錄制在ISD1420中的信號(hào)音或語(yǔ)音信號(hào)，最后掛機(jī)。

2 主要元器件

此系統(tǒng)用到的元器件包括AT89C52單片微型計(jì)算機(jī)、8255A可編程并行接口芯片、數(shù)字音頻錄放芯片ISD1420、雙音多頻發(fā)送接收器MT8888、DTMF編碼器CSC5087、DTMF譯碼器SC8870、P2288被動(dòng)式熱釋電人體紅外傳感器等。

圖2 系統(tǒng)工作流程圖

2.1 AT89C52單片微型計(jì)算機(jī)

AT89C52系列單片機(jī)具有更大容量的存儲(chǔ)器，其芯片有40個(gè)引腳，其中有2個(gè)專(zhuān)用主電源的引腳，2個(gè)外接晶體的引腳，4個(gè)控制信號(hào)與其他電源復(fù)用的引腳，以及32條輸入輸出I/O引腳。在本系統(tǒng)主要是對(duì)AT89C52的輸入輸出I/O引腳的處理，以及對(duì)4個(gè)控制信號(hào)或與其他電源復(fù)用引腳的應(yīng)用。

AT89C52有4個(gè)8位并行輸入輸出I/O接口：P0口、P1口、P2口、P3口(共32線(xiàn))，用于并行輸入或輸出數(shù)據(jù)。

(1) P0口(32腳~39腳)：P0.0~P0.7統(tǒng)稱(chēng)為P0口。當(dāng)不接外部存儲(chǔ)器與不擴(kuò)展I/O接口時(shí)，P0口為地址/數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用口，它分時(shí)提供8位地址總線(xiàn)和8位雙向數(shù)據(jù)總線(xiàn)。

(2) P1口(1腳~8腳)：P1.0~P1.7統(tǒng)稱(chēng)為P1口，可作為準(zhǔn)雙向I/O接口使用。對(duì)E2PROM編程和進(jìn)行程序驗(yàn)證時(shí)，P1口接收輸入的低8位地址。

(3) P2口(21腳~28腳):P2.0~P2.7統(tǒng)稱(chēng)為P2口，一般作為準(zhǔn)雙向I/O接口。當(dāng)接有外部存儲(chǔ)器或擴(kuò)展I/O接口且尋址范圍超過(guò)256 B時(shí)，P2口用于向高8位地址總線(xiàn)送出高8位地址。

(4) P3口(10腳~17腳)：P3.0~P3.7統(tǒng)稱(chēng)為P3口。它為雙功能口，可作為一般的準(zhǔn)雙向I/O接口，也可以將每1位用于第2功能，而且P3口的每一條引腳均可獨(dú)立定義為第1功能的輸入輸出或第2功能。

在硬件電路設(shè)計(jì)中，因?yàn)橄到y(tǒng)進(jìn)行了I/O接口的擴(kuò)展，即在AT89C52的芯片外擴(kuò)展了可編程并行I/O接口8255A，所以單片機(jī)AT89C52的P0口作為與地址鎖存器74HC373的接口用，P0口分時(shí)用作地址總線(xiàn)或數(shù)據(jù)總線(xiàn)，而P3口則利用了它的第二功能。

2.2 可編程并行I/O接口芯片8255A

8255A有3個(gè)8位數(shù)據(jù)端口，即端口A、端口B和端口C，三個(gè)端口在不同的工作方式下有不同的功能。

8255A有3種工作方式:方式0、方式1和方式2，這些工作方式可用軟件編程來(lái)指定。在本系統(tǒng)中，采用8255A在0方式下的工作方式。方式0是“基本輸入輸出方式”，這種工作方式不需要任何選通信號(hào)，A口、B口及C口的高4位和低4位都可設(shè)定為輸入或輸出。作為輸出口時(shí)，輸出的數(shù)據(jù)均被鎖存，作為輸入口時(shí)，A口的數(shù)據(jù)能鎖存，B口與C口的數(shù)據(jù)不能鎖存。在方式0下，外設(shè)隨時(shí)可提供數(shù)據(jù)給微處理器，而外設(shè)也隨時(shí)可接受微處理器送出的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳送前無(wú)需“選通”和“狀態(tài)”信號(hào)，只要RD或WR信號(hào)有效，就能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。另外C口的上4位、下4位在工作方式控制字中可以分別編程。但應(yīng)注意C口數(shù)據(jù)的傳送是以字節(jié)為單位進(jìn)行的，不能單獨(dú)地讀寫(xiě)上4位或下4位。

2.3 數(shù)字音頻錄放芯片ISD1420

數(shù)字音頻錄放芯片ISD1420是美國(guó)ISD公司出品的新型單片優(yōu)質(zhì)語(yǔ)音錄放電路，它具有專(zhuān)利技術(shù)的模擬處理存儲(chǔ)方式，使錄放音質(zhì)極佳，沒(méi)有常見(jiàn)的背景噪音，且電路斷電后語(yǔ)音內(nèi)容仍不丟失。ISD系列語(yǔ)音錄放組件內(nèi)含64 kB/128 kB E2PROM存儲(chǔ)器、消除噪聲的話(huà)筒前置放大器和自動(dòng)增益調(diào)節(jié)AGC電路、適合語(yǔ)音的專(zhuān)用濾波電路、具有極高溫度穩(wěn)定性能的時(shí)鐘振蕩電路及全部語(yǔ)音處理電路。它具有全貼片微型化、使用方便、語(yǔ)音任意錄抹放、斷電語(yǔ)音保存、微功耗、直推喇叭、音質(zhì)與磁帶效果相當(dāng)?shù)忍攸c(diǎn)。這種電路還提供了多種應(yīng)用方式選擇和接口，并可方便地應(yīng)用于各種集成化電子語(yǔ)音系統(tǒng)。

3 電路設(shè)計(jì)

3.1 信號(hào)檢測(cè)電路

圖3中傳感器為P2288被動(dòng)式熱釋電人體紅外傳感器。它采用平衡檢差方式工作，只感應(yīng)7～14 μm波長(zhǎng)的活動(dòng)人體紅外輻射線(xiàn)，不會(huì)受環(huán)境溫度及可見(jiàn)光的影響。活動(dòng)人體輻射的紅外線(xiàn)被傳感器檢測(cè)到后，傳感器將產(chǎn)生微弱的電信號(hào)，經(jīng)濾波、放大，送給雙向比較器。為防誤動(dòng)作，信號(hào)將與門(mén)限電平進(jìn)行比較，產(chǎn)生脈沖信號(hào)輸出，將高電平作為告警信號(hào)，送入CPU。

圖3 信號(hào)檢測(cè)工作電路框圖

3.2 復(fù)位電路

本系統(tǒng)采用的是RC復(fù)位方式，RC復(fù)位電路如圖4所示。系統(tǒng)上電時(shí)，該電路提供有效的復(fù)位信號(hào)RST(高電平)直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后撤銷(xiāo)復(fù)位信號(hào)(低電平)。實(shí)際設(shè)計(jì)中，通常C1取值為10 μF以上，R1通常取值10 kΩ左右。如果取值太小，則會(huì)導(dǎo)致RST信號(hào)驅(qū)動(dòng)能力變差而無(wú)法使系統(tǒng)可靠復(fù)位。另外，圖中的虛線(xiàn)所接的續(xù)流二極管VD1對(duì)于改善復(fù)位性能起到了重要作用。它的作用是在電源電壓瞬間下降時(shí)使電容迅速放電。圖中接按鍵是為了方便主人使電路復(fù)位。

圖4 復(fù)位電路

3.3 電話(huà)號(hào)碼預(yù)設(shè)電路

該部分電路的設(shè)計(jì)是為了方便用戶(hù)錄入電話(huà)號(hào)碼。當(dāng)出現(xiàn)警情時(shí)，系統(tǒng)將撥打事先錄入的電話(huà)號(hào)碼進(jìn)行遠(yuǎn)程報(bào)警，此處要設(shè)計(jì)一個(gè)4行4列的鍵盤(pán)，為了軟件設(shè)計(jì)的方便，可通過(guò)兩個(gè)74HC245連接16個(gè)鍵，通過(guò)簡(jiǎn)單的查詢(xún)程序即可錄入鍵盤(pán)輸入值。

圖5 電話(huà)號(hào)碼預(yù)設(shè)電路工作框圖

圖中DTMF編碼器采用CSC5087，它根據(jù)不同的按鍵產(chǎn)生一組雙音頻信號(hào)，CCITT(國(guó)際電報(bào)電話(huà)咨詢(xún)委員會(huì))規(guī)定了按鍵與高、低頻組的組合。例如，按下“8”鍵，發(fā)出DTMF信號(hào)頻率為fL=852 Hz、fH=1 336 Hz。DTMF譯碼器為SC8870解碼器，它將每一個(gè)DTMF信號(hào)譯成一個(gè)4位二進(jìn)制代碼輸出，16個(gè)DTMF信號(hào)分別對(duì)應(yīng)0000～1111共16個(gè)二進(jìn)制代碼。例如，對(duì)CSC5087送出的fL=852 Hz、fH=1 336 Hz的DTMF信號(hào)，SC8870譯碼后輸出“1000”代碼，對(duì)應(yīng)按鍵“8”。

3.4 振鈴檢測(cè)電路、模擬摘機(jī)掛機(jī)電路

振鈴檢測(cè)電路：當(dāng)有電話(huà)打入時(shí)，系統(tǒng)判斷振鈴的次數(shù)，達(dá)到預(yù)定的次數(shù)而電話(huà)仍沒(méi)摘機(jī)系統(tǒng)將自動(dòng)摘機(jī)。將電話(huà)振鈴信號(hào)通過(guò)光電耦合器TP521輸入到AT89C52的T0腳，進(jìn)行計(jì)數(shù)，接到振鈴信號(hào)時(shí)，若連續(xù)振鈴10次后，用戶(hù)還沒(méi)有摘機(jī)，則自動(dòng)轉(zhuǎn)到遠(yuǎn)程語(yǔ)音報(bào)警系統(tǒng)，CPU置“1”相應(yīng)引腳輸出信號(hào)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)摘機(jī)功能。若在10次振鈴中，主人接通電話(huà)，則控制器不響應(yīng)，這樣，就使得控制器與電話(huà)互不干擾。摘機(jī)后，檢測(cè)MT8888輸出的雙音多頻信號(hào)，以讀出用戶(hù)發(fā)來(lái)的遠(yuǎn)程信息，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信與控制功能。

圖6 振鈴檢測(cè)與模擬摘機(jī)掛機(jī)電路

自動(dòng)摘機(jī)掛機(jī)：自動(dòng)摘機(jī)是遠(yuǎn)程報(bào)警和接收電話(huà)的前提。程控電話(huà)交換機(jī)判斷電話(huà)線(xiàn)路是否摘機(jī)的根據(jù)是回路電流突然增大到30 A左右則認(rèn)為電話(huà)已經(jīng)摘機(jī)，本電路就是據(jù)此而設(shè)計(jì)的。當(dāng)有報(bào)警信號(hào)或者外界有電話(huà)打入，需要系統(tǒng)摘機(jī)接通電話(huà)時(shí)，單片機(jī)P1.7口變高電平，使NPN三極管5551導(dǎo)通，繼而5041接通，從而電話(huà)回路被接通，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)摘機(jī)。當(dāng)P1.7口變低電平時(shí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)掛機(jī)。

3.5 撥號(hào)電路

撥號(hào)電路是利用MT8888可實(shí)現(xiàn)DTMF的收發(fā)和信號(hào)音的判斷功能。當(dāng)要發(fā)送DTMF信號(hào)時(shí)，將MT8888設(shè)為DTMF發(fā)送模式，單片機(jī)會(huì)把電話(huà)號(hào)碼的每一位發(fā)送給MT8888，轉(zhuǎn)變成對(duì)應(yīng)的DTMF信號(hào)發(fā)送到電話(huà)線(xiàn)上，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)撥號(hào)。各數(shù)字對(duì)應(yīng)的雙音多頻信號(hào)如表1所示。

表1 數(shù)字-信號(hào)頻率對(duì)照表

在選擇突發(fā)模式的情況下，每發(fā)送一個(gè)電話(huà)號(hào)碼，MT8888都可以給單片機(jī)產(chǎn)生一個(gè)中斷信號(hào)。圖7中的D0～D3接AT89C52的P1.0～P1.3。MT8888的IRQ/CP端與AT89C52的T0連接，IRQ/CP端輸出同TONE端輸入的正弦波一一對(duì)應(yīng)的方波，記方波的個(gè)數(shù)即可判斷各種信號(hào)音。當(dāng)判斷信號(hào)音時(shí)，MT8888設(shè)置為信號(hào)音判斷模式(CALL模式)，然后啟動(dòng)T0計(jì)數(shù)器對(duì)IRQ/CP端輸出的信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，因?yàn)榛剽徱魹楠? s通4 s斷的信號(hào)，所以記數(shù)時(shí)間為5 s，又因?yàn)閾芴?hào)音為450 Hz連續(xù)信號(hào)，忙音為0.35 s通0.35 s斷，如果計(jì)數(shù)值為350～550(450*1=450)則為回鈴音，2 150～2 350(450*5=2 250)為撥號(hào)音，計(jì)數(shù)值1 025～1 225(450*5/2=1 125)為忙音，催掛音為連續(xù)的950 Hz的正弦波，所以記數(shù)值大于4 000。記數(shù)值的范圍可以適當(dāng)調(diào)整，本文采用了上下100個(gè)誤差。

圖7 撥號(hào)電路原理圖

3.6 語(yǔ)音電路

語(yǔ)音電路在報(bào)警系統(tǒng)中錄制和播放用戶(hù)所要報(bào)警的語(yǔ)音信號(hào)，這些語(yǔ)音信號(hào)可由用戶(hù)自己預(yù)先錄制并能隨時(shí)修改。語(yǔ)音電路主要由單片機(jī)89C52和數(shù)字音頻錄放芯片ISD1420構(gòu)成，原理圖如圖8所示。

工作原理為當(dāng)遠(yuǎn)程語(yǔ)音智能防盜報(bào)警系統(tǒng)檢測(cè)到有人非法闖入時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，同時(shí)單片機(jī)通過(guò)串行通信數(shù)據(jù)總線(xiàn)P3.0、P3.1與語(yǔ)音合成芯片ISD1420進(jìn)行串行通信，控制ISD1420的語(yǔ)音合成(把

事先已從外部人為錄入的相關(guān)單字進(jìn)行組合)并輸出，經(jīng)三極管放大并經(jīng)橋式電橋整流后送到電話(huà)線(xiàn)上，經(jīng)交換機(jī)交換轉(zhuǎn)接后送至指定話(huà)機(jī)或手機(jī)。

圖8 語(yǔ)音電路原理圖

4 結(jié) 語(yǔ)

本文所設(shè)計(jì)的基于AT89C52的遠(yuǎn)程智能語(yǔ)音防盜報(bào)警系統(tǒng)利用程控電話(huà)網(wǎng)做傳輸媒體，在出現(xiàn)緊急情況時(shí)能及時(shí)通知當(dāng)事人，即便其不在現(xiàn)場(chǎng)附近，也能自動(dòng)呼叫報(bào)警。相比普通的報(bào)警系統(tǒng)，本系統(tǒng)將重點(diǎn)放在遠(yuǎn)程智能語(yǔ)音防盜報(bào)警上。另外，通過(guò)對(duì)其輸入端口的擴(kuò)展，可以組成火災(zāi)報(bào)警、煤氣泄露報(bào)警等多功能報(bào)警系統(tǒng)，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和推廣價(jià)值。

參 考 文 獻(xiàn)

［1］梁柏華，杜旭燦，楊瓊濤，等.電話(huà)語(yǔ)音智能自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)［J］.武漢科技大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2006，29(2):148-150.

［2］滕志軍，滕志華，張淑艷.一種遠(yuǎn)程智能防盜報(bào)警裝置的研制［J］.東北電力學(xué)院學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2006，21(4):78-80.

［3］沈紅衛(wèi).基于單片機(jī)的智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2005.

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作者簡(jiǎn)介 張?jiān)?男，1963年出生，副教授。主要從事電力電子方面的研究與教學(xué)工作。