基于ＡＴ８９Ｃ５２的遠程智能語音防盜報警系統設計
2008-04-12 00:00:00張元敏
現代電子技術 2008年13期
摘 要：主要介紹一種以單片機AT89C52、ISD1420語音電路、模擬摘機掛機電路、撥號電路為核心的遠程智能語音防盜報警系統，并從基本工作原理、電路構成等方面對其進行詳細闡述。該系統可實現自動撥號，通過普通電話線進行告警信號呼叫，及時將警情通知事主。系統自動化程序度、適用性強、功能靈活多樣，可廣泛應用于家庭、商店、銀行等重要場合。
關鍵詞：單片機控制;自動撥號;智能化;防盜報警系統
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
現代社會人們的安全意識越來越高，一些重要場所如家庭、銀行、商店等都安裝防盜設備來保護生命及財產安全。早期的安防設備一般為機械式(如防盜門、防盜窗)，防范系數低，安全性差，適用空間越來越小。隨著科技的發展，人們已經研制出如門磁式、觸摸式、雷達監測、紅外線監測等一系列自動報警系統，這些報警系統自動化程度高，適用性強，具有一定的智能化。然而，大多系統在發出警報時無法及時通知事主。針對這一情況，本文設計了一種基于AT89C52的遠程智能語音防盜報警系統，該系統發現盜情能及時撥叫號碼，并能利用普通電話線進行告警信號呼叫，及時通知事主。該系統具有智能化程序高、實用性強、性能可靠穩定等特點。
1 基本工作原理
本系統由AT89C52單片微型計算機、信號檢測電路、復位電路、電話號碼預設電路、振鈴檢測電路、模擬摘機掛機電路、撥號電路以及語音電路組成，系統結構框圖如圖1所示。
DTMF編碼發送電路送出的是由用戶經電話號碼輸入電路預先設定好存儲在CPU中的電話號碼，該號碼可隨意設置，可以是市內程控電話、手機等。
流程圖如圖2所示，當信號檢測電路測到有人闖入時，即發出觸發信號，該信號作為報警信號，經放大送入CPU，CPU經一定延時后，若是主人進入，則可在一定時間內利用復位電路使其初始化，否則準備報警，CPU首先檢查鈴流信號檢測電路的輸出情況，若輸出為一高電平，則說明用戶電話機振鈴，不能摘機撥號，需進行延時處理，只有當輸出為低電平時，CPU指示模擬摘機電路摘機，發送DTMF電話號碼，呼叫預設受話方，這時就會有兩種情況出現：受話方占線和受話方振鈴，若出現前一種情況，進行模擬掛機、延時后再接機撥號；如果受話方振鈴、摘機，即開始送錄制在ISD1420中的信號音或語音信號，最后掛機。
2 主要元器件
此系統用到的元器件包括AT89C52單片微型計算機、8255A可編程并行接口芯片、數字音頻錄放芯片ISD1420、雙音多頻發送接收器MT8888、DTMF編碼器CSC5087、DTMF譯碼器SC8870、P2288被動式熱釋電人體紅外傳感器等。
圖2 系統工作流程圖
2.1 AT89C52單片微型計算機
AT89C52系列單片機具有更大容量的存儲器，其芯片有40個引腳，其中有2個專用主電源的引腳，2個外接晶體的引腳，4個控制信號與其他電源復用的引腳，以及32條輸入輸出I/O引腳。在本系統主要是對AT89C52的輸入輸出I/O引腳的處理，以及對4個控制信號或與其他電源復用引腳的應用。
AT89C52有4個8位并行輸入輸出I/O接口：P0口、P1口、P2口、P3口(共32線)，用于并行輸入或輸出數據。
(1) P0口(32腳~39腳)：P0.0~P0.7統稱為P0口。當不接外部存儲器與不擴展I/O接口時，P0口為地址/數據分時復用口，它分時提供8位地址總線和8位雙向數據總線。
(2) P1口(1腳~8腳)：P1.0~P1.7統稱為P1口，可作為準雙向I/O接口使用。對E2PROM編程和進行程序驗證時，P1口接收輸入的低8位地址。
(3) P2口(21腳~28腳):P2.0~P2.7統稱為P2口，一般作為準雙向I/O接口。當接有外部存儲器或擴展I/O接口且尋址范圍超過256 B時，P2口用于向高8位地址總線送出高8位地址。
(4) P3口(10腳~17腳)：P3.0~P3.7統稱為P3口。它為雙功能口，可作為一般的準雙向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立定義為第1功能的輸入輸出或第2功能。
在硬件電路設計中，因為系統進行了I/O接口的擴展，即在AT89C52的芯片外擴展了可編程并行I/O接口8255A，所以單片機AT89C52的P0口作為與地址鎖存器74HC373的接口用，P0口分時用作地址總線或數據總線，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8位數據端口，即端口A、端口B和端口C，三個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指定。在本系統中，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，A口、B口及C口的高4位和低4位都可設定為輸入或輸出。作為輸出口時，輸出的數據均被鎖存，作為輸入口時，A口的數據能鎖存，B口與C口的數據不能鎖存。在方式0下，外設隨時可提供數據給微處理器，而外設也隨時可接受微處理器送出的數據。數據傳送前無需“選通”和“狀態”信號，只要RD或WR信號有效，就能進行數據傳送。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。但應注意C口數據的傳送是以字節為單位進行的，不能單獨地讀寫上4位或下4位。
2.3 數字音頻錄放芯片ISD1420
數字音頻錄放芯片ISD1420是美國ISD公司出品的新型單片優質語音錄放電路，它具有專利技術的模擬處理存儲方式，使錄放音質極佳，沒有常見的背景噪音，且電路斷電后語音內容仍不丟失。ISD系列語音錄放組件內含64 kB/128 kB E2PROM存儲器、消除噪聲的話筒前置放大器和自動增益調節AGC電路、適合語音的專用濾波電路、具有極高溫度穩定性能的時鐘振蕩電路及全部語音處理電路。它具有全貼片微型化、使用方便、語音任意錄抹放、斷電語音保存、微功耗、直推喇叭、音質與磁帶效果相當等特點。這種電路還提供了多種應用方式選擇和接口，并可方便地應用于各種集成化電子語音系統。
3 電路設計
3.1 信號檢測電路
圖3中傳感器為P2288被動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7～14 μm波長的活動人體紅外輻射線，不會受環境溫度及可見光的影響。活動人體輻射的紅外線被傳感器檢測到后，傳感器將產生微弱的電信號，經濾波、放大，送給雙向比較器。為防誤動作，信號將與門限電平進行比較，產生脈沖信號輸出，將高電平作為告警信號，送入CPU。
圖3 信號檢測工作電路框圖
3.2 復位電路
本系統采用的是RC復位方式，RC復位電路如圖4所示。系統上電時，該電路提供有效的復位信號RST(高電平)直至系統電源穩定后撤銷復位信號(低電平)。實際設計中，通常C1取值為10 μF以上，R1通常取值10 kΩ左右。如果取值太小，則會導致RST信號驅動能力變差而無法使系統可靠復位。另外，圖中的虛線所接的續流二極管VD1對于改善復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使電容迅速放電。圖中接按鍵是為了方便主人使電路復位。
圖4 復位電路
3.3 電話號碼預設電路
該部分電路的設計是為了方便用戶錄入電話號碼。當出現警情時，系統將撥打事先錄入的電話號碼進行遠程報警，此處要設計一個4行4列的鍵盤，為了軟件設計的方便，可通過兩個74HC245連接16個鍵，通過簡單的查詢程序即可錄入鍵盤輸入值。
圖5 電話號碼預設電路工作框圖
圖中DTMF編碼器采用CSC5087，它根據不同的按鍵產生一組雙音頻信號，CCITT(國際電報電話咨詢委員會)規定了按鍵與高、低頻組的組合。例如，按下“8”鍵，發出DTMF信號頻率為fL=852 Hz、fH=1 336 Hz。DTMF譯碼器為SC8870解碼器，它將每一個DTMF信號譯成一個4位二進制代碼輸出，16個DTMF信號分別對應0000～1111共16個二進制代碼。例如，對CSC5087送出的fL=852 Hz、fH=1 336 Hz的DTMF信號，SC8870譯碼后輸出“1000”代碼，對應按鍵“8”。
3.4 振鈴檢測電路、模擬摘機掛機電路
振鈴檢測電路：當有電話打入時，系統判斷振鈴的次數，達到預定的次數而電話仍沒摘機系統將自動摘機。將電話振鈴信號通過光電耦合器TP521輸入到AT89C52的T0腳，進行計數，接到振鈴信號時，若連續振鈴10次后，用戶還沒有摘機，則自動轉到遠程語音報警系統，CPU置“1”相應引腳輸出信號實現自動摘機功能。若在10次振鈴中，主人接通電話，則控制器不響應，這樣，就使得控制器與電話互不干擾。摘機后，檢測MT8888輸出的雙音多頻信號，以讀出用戶發來的遠程信息，實現遠程通信與控制功能。
圖6 振鈴檢測與模擬摘機掛機電路
自動摘機掛機：自動摘機是遠程報警和接收電話的前提。程控電話交換機判斷電話線路是否摘機的根據是回路電流突然增大到30 A左右則認為電話已經摘機，本電路就是據此而設計的。當有報警信號或者外界有電話打入，需要系統摘機接通電話時，單片機P1.7口變高電平，使NPN三極管5551導通，繼而5041接通，從而電話回路被接通，實現了自動摘機。當P1.7口變低電平時系統實現掛機。
3.5 撥號電路
撥號電路是利用MT8888可實現DTMF的收發和信號音的判斷功能。當要發送DTMF信號時，將MT8888設為DTMF發送模式，單片機會把電話號碼的每一位發送給MT8888，轉變成對應的DTMF信號發送到電話線上，實現自動撥號。各數字對應的雙音多頻信號如表1所示。
表1 數字-信號頻率對照表
在選擇突發模式的情況下，每發送一個電話號碼，MT8888都可以給單片機產生一個中斷信號。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應的方波，記方波的個數即可判斷各種信號音。當判斷信號音時，MT8888設置為信號音判斷模式(CALL模式)，然后啟動T0計數器對IRQ/CP端輸出的信號進行計數，因為回鈴音為1 s通4 s斷的信號，所以記數時間為5 s，又因為撥號音為450 Hz連續信號，忙音為0.35 s通0.35 s斷，如果計數值為350～550(450*1=450)則為回鈴音，2 150～2 350(450*5=2 250)為撥號音，計數值1 025～1 225(450*5/2=1 125)為忙音，催掛音為連續的950 Hz的正弦波，所以記數值大于4 000。記數值的范圍可以適當調整，本文采用了上下100個誤差。
圖7 撥號電路原理圖
3.6 語音電路
語音電路在報警系統中錄制和播放用戶所要報警的語音信號，這些語音信號可由用戶自己預先錄制并能隨時修改。語音電路主要由單片機89C52和數字音頻錄放芯片ISD1420構成，原理圖如圖8所示。
工作原理為當遠程語音智能防盜報警系統檢測到有人非法闖入時，報警系統發出報警信號，同時單片機通過串行通信數據總線P3.0、P3.1與語音合成芯片ISD1420進行串行通信，控制ISD1420的語音合成(把
事先已從外部人為錄入的相關單字進行組合)并輸出，經三極管放大并經橋式電橋整流后送到電話線上，經交換機交換轉接后送至指定話機或手機。
圖8 語音電路原理圖
4 結 語
本文所設計的基于AT89C52的遠程智能語音防盜報警系統利用程控電話網做傳輸媒體，在出現緊急情況時能及時通知當事人，即便其不在現場附近，也能自動呼叫報警。相比普通的報警系統，本系統將重點放在遠程智能語音防盜報警上。另外，通過對其輸入端口的擴展，可以組成火災報警、煤氣泄露報警等多功能報警系統，具有重要的現實意義和推廣價值。
參 考 文 獻
［1］梁柏華，杜旭燦，楊瓊濤，等.電話語音智能自動報警系統［J］.武漢科技大學學報:自然科學版，2006，29(2):148-150.
［2］滕志軍，滕志華，張淑艷.一種遠程智能防盜報警裝置的研制［J］.東北電力學院學報:自然科學版，2006，21(4):78-80.
［3］沈紅衛.基于單片機的智能系統設計與實現［M］.北京:電子工業出版社，2005.
作者簡介 張元敏 男，1963年出生，副教授。主要從事電力電子方面的研究與教學工作。
