基于单片机的双音多频解码集成电路mt8888防盗系统设计论文

摘要近些年来，实验室和家庭的失窃事件屡屡发生，有的甚至是在保安人员值班或户主在的情况下发生的，为了减少或者避免这类事情的发生，各类防盗系统就应运而生。而传统的防盗系统只是起到警报或者震慑盗贼的作用，在没有设备通知保安人员的情况下，盗贼却可以继续作案。因此应用范围受到限制。设计是以单片机AT89C51，双音多频解码集成电路MT8888、编码译码器PT2262/2272、F05C/J05C发射接受模块、ISD1420芯片为核心。红外线发光二极管作为信号源，光敏三极管作为信号接收装置。两者分别放置在实验室的门或窗户的两边。当有人经过门或窗的时候，红外线被人挡住，进而单片机执行中断程序，即播放不同的语音，震慑盗贼，使其停止盗窃行为并自动拨打保安人员的手机号码或者办公室号码直到接听，起到防盗的作用。设计对软件和硬件都做了较详细的论述，并对流程图做了简单的介绍。其优点是隐蔽性好、抗干扰能力强、自动化程度高、安装简单、易维修、功能齐全。关键词电话遥控,双音频编解码,单片机控制，自动报警ABSTRACTUNLESSINTHELASTFEWYEARS,ITSUFFERLOSSBYTHEFTLABORATORYANDFAMILYITHAPPENREPEATEDLYINCIDENT,SOMEOREVENNOTATSECURITYPERSONNELONDUTYORHOUSEHOLDERINSITUATIONUNDERTAKEPLACE,INORDERTOREDUCEORAVOIDTHEEMERGENCEOFTHISKINDOFTHING,ALLKINDSOFBURGLARYRESISTINGSYSTEMSARISEATTHEHISTORICMOMENTANDTHETRADITIONALBURGLARYRESISTINGSYSTEMISONLYTHEFUNCTIONOFPLAYINGTHEALARMORFRIGHTENINGTHEROBBER,INASITUATIONTHATTHEREISNOEQUIPMENTTONOTIFYSECURITYPERSONNEL,BUTTHEROBBERCANCONTINUECOMMITTINGACRIMESOTHERANGEOFAPPLICATIONISLIMITEDITISWITHMICROPROCESSORAT89C51THATITSTIMETODESIGN,PAIRSOFSOUNDMANYTODECODEINTEGRATEDCIRCUITMT8888FREQUENTLY,CODEDECODERPT2262/2272,F05C/J05CISITACCEPTMODULETOLAUNCH,ISD1420CHIPTHATSINGLEBLOCKISACOREINFRAREDRAYLED,ASTHESIGNALSOURCE,THEPHOTOSENSITIVETRIODEISREGARDEDASTHESIGNALRECEIVEDEVICETHETWOPUTTHEDOORINTHELABORATORYONORBOTHSIDESOFTHEWINDOWSEPARATELYWHENSOMEONEPASSEDTHEDOORORTHEWINDOW,THEINFRAREDRAYWASBLOCKED,ANDTHENTHEONECHIPCOMPUTERCARRIEDOUTTHEPROCEDUREOFCUTTINGOFFBROADCASTDIFFERENTPRONUNCIATION,FRIGHTENROBBER,MAKEITSTOPBEHAVIOROFSTEALINGANDDIALCELLPHONENUMBEROROFFICENUMBEROFSECURITYPERSONNELUNTILANSWERINGAUTOMATICALLY,PLAYATHEFTPROOFROLEHAVEDESIGNEDANDALLDONEMOREDETAILEDARGUMENTATIONTOTHESOFTWAREANDHARDWARE,ANDHASDONETHESIMPLEINTRODUCTIONTOTHEFLOWCHARTITSADVANTAGEISTHATDISGUISEISGOOD,THESTRONG,AUTOMATICDEGREEOFANTIINTERFERENCEABILITYISHIGH,INSTALLSIMPLY,EASILYTOMAINTAINMULTIPLEFUNCTIONALLYKEYWORDTELEPHONEREMOTECONTROL,APAIROFAUDIOFREQUENCYCOMPILEDCODE,ONECHIPCOMPUTERCONTROL,AUTOALARM目录摘要IABSTRACTII1绪言111课题背景112课题研究的目的和意义113别人研究的概况214各种方案和芯片的比较2141各种方案的比较3142各种芯片的比较32各种芯片的介绍521单片机AT89C51的介绍522双音多频解码集成电路MT8888的介绍623编码译码器2262/2272介绍724ISD1420芯片介绍725F05C/J05C发射接受模块83防盗系统的原理1131系统实现方案分析1232防盗系统原理图12321DTMF收发电路14322语音电路15323编/解码电路1733方案实现原理18331自动摘挂机18332信号分析处理19333模拟摘挂机19334双音频解码20335信号音提示204软件设计过程设计或实验论述2241主程序设计2242密码检测程序2343中断程序2444信号音发声部分2545控制电器部分2646振铃计数部分265联机在线调试286结论和总结307致谢318参考文献329附录软件子程序341绪言11课题背景60年代初，一些发达国家开始研究民用防盗器件，但由于受当时技术条件的限制，发展很缓慢。70年代末，随着大规模集成电路和计算机技术的发展，防盗器件和系统才得到快速的发展1。主要向着智能化的方向发展。在我国电子行业起步较晚，发展较快，距发达国家还有一段距离。在防盗方面，针对摩托车和轿车的防盗产品较多，而针对整栋楼的安全系统则较少，存在的一些产品大都采用被动红外线的方式，微机监控。由于被动红外线的方式容易受到温度和电磁波的干扰，故这种方式并不是最好的。主动方式的防盗系统则少之又少，仅有几所高校的老师写过这方面的内容。并没有投入市场。随着社会的进步，单片机的应用范围日益扩大。单片机的应用打破了人们传统设计思想，原来很多用模拟电路、脉冲数字电路和逻辑部件来实现的功能，现在均可以使用单片机，使用软件来实现。使用单片机具有体积小、可靠性高、性能价格比高和容易产品化的优点，所以广泛应用于家用设备。而许多电器装置也纷纷采用单片机控制，因此单片机的发展也将在很大程度促进自动化系统的研制与发展2。12课题研究的目的和意义国民经济的快速发展，许多传统工业系统要进行改造，更新换代，大量的先进的电子技术和设备被采用，不仅对防盗系统提了更高的要求，而且要求防盗系统小型化、智能化、高效率、高可靠等，一些老的配套防盗系统产品不符合要求，逐渐被淘汰。随着国家智能化小区建设的推广，防盗系统已成为必须设备，特别是近几年，安全防范的迫切需要给防盗报警系统留下了越来越广泛的市场。从国内来看，比较高档的一般为进口货，价格昂贵，且多为有线连接方式。国内产品尽管不少，但多为模拟电路形式，且结构和功能简单，可靠性差，难以联网3。本文利用单片机控制技术和无线网络技术，开发一种具有联网功能的智能无线防盗系统，并开发相关的传感器。采用无线数据传输方式，不需重新布线，特别适用于已装修用户，及布线不方便的场合。中国的防盗系统和产品，经过十几年的发展，已有很大的进步。同国外的产品相比虽还有一定的差距，但由于价格上的优势,在东南亚、非洲以及发展中的国家有相当的竞争能力。加入WTO之后，不仅国内市场国际化，国内产品也要国际化。设计不仅在思路上比前人新颖，而且根据实际情况和实际需要对其功能进行选择，是一种简单、可靠、实用的新型的防到系统。设计一种经济实用的防盗系统，既有利于振兴民族工业，又能填补我国在这方面的不足，还能满足人们不断提高的物质文化生活需要。因此不论从国内还是国外看都有着很重要的意义。13别人研究的概况目前市场有很多的防盗系统和防盗器件，包括小区智能系统，红外无线防盗系统，家庭安全系统和摩托车轿车防盗器等。小区系统不只是防盗，而且还装有火，煤气，室温检测等报警装置,功能是很多，实用范围较广，但是其结构复杂。无线防盗系统和家庭安全系统基本都是用被动红外线的方式，有的还能进行拍照，微机监控，实时录音等，有很好的应用前景，但是被动的方式很容易收到温度，电磁等各方面的干扰，所以易产生误拍，有的必须在220V电压支持下方能工作，且需要有一定技术的人员来操纵4。所以在可靠性方面就差了一点，限制了系统的进一步发展，不适合我们实验楼的要求。智能小区的监控需求囊括了视频监控、报警监控（防盗防灾）、可视门禁、警勤巡逻等多种系统。使用起来也比较方便5。摩托车轿车防盗器无一例外的是采用被动红外线，当有人靠近车的时候，报警器就发出警报，引起别人和主人的注意，从而使盗贼不得不停止其盗窃行为。这也是目前市场上最多的防盗器，也是应用最广泛的防盗器。但是这些也都有一个共同的缺点，那就是易受到温度和各个方面的影响，还不能实现遥控报警或用电话通知车的主人，这不是现在智能化发展的方向，可以预见在不久的将来，这种防盗器件将退出历史舞台。14各种方案和芯片的比较作为一个设计人员，用最少的元器件和最低的成本完成理想的设计，是我们的责任和目标。在市场上有很多的芯片和单片能满足设计的需要。既能满足我们设计需要，又能节约成本是一个设计人员所必须考虑的问题，以下就是对各个元器件的比较分析，其中包括了价格、功能、可靠性等各个方面。141各种方案的比较方案1多路语音防盗防火报警系统，阐述了利用编解码器进行无线信号传输，采用单片机8031、编解码器和语音芯片ISD2560进行防盗防火报警的原理和实现过程，其具有报警速度快、报警直观、可靠性好等优点。方案2智能型电话远程遥控器，主要介绍了一种以单片机AT89C51和双音多频解码集成电路MT8870为核心，通过电话线路遥控的远程多路智能控制器。该系统实用、功能灵活多样，可以对被遥控对象的状态进行查询以及控制，可以广泛的应用于家用电器或者其它场所的各种控制设备。分析比较方案1虽有警速度快，报警直观，可靠性好等优点，但是没有远程控制和自动摘挂机等功能。方案2是一种智能型的遥控器件，能控制家用电器，能对被遥控对象的状态进行查询以及控制，但是这种方案却不能实现报警功能，并不是一种很好的防盗系统。而实验室的安全系统则集以上两中方案的优点，既能实现电话通知保安人员语音报警，也能实现电话的摘挂机。考虑到实验室的实际情况，去掉了用不着的一些功能，如火警。142各种芯片的比较主动红外线方式和被动方式的比较基于设计是安装在门口和窗户的两边，无须全方面的探测，其次是考虑可靠性。本设计采用主动红外线的方式，即用发光二级管发光，光敏三极管接收红外线。这样可以提高可靠性。编码译码器的比较PT2262/2272是一种通用的芯片，很适合多发一收的情况，这也正适合在一个值班室监控多个实验室的情况。而其他的大都是一对一的发射和接受6。在单片机的选择方面本方案先的是通用的AT89C51，这是基于本身的特点的考虑，AT89C51的指令系统和我们学习过的MCS51系列相同，为我们的编程提供了方便，而且能够满足我的需要，有的单片机也有很好的功能，比如凌阳公司最新推出的SPCE061A16位单片机。其主要功能有内置32KFLASH、2KSRAM、工作电压26V36V、可独立编程的32位并行I/O接口、7通道10位A/D、一路语音A/D通路、2路10为D/A通道、16位定时器/计数器、异步串行通行口、串行设备通行口SIO等7。另外，该单片机具有语音记录和语音播报功能。其功能是很适合该系统的，但是该单片机不是很常见，难以买到。而且我们还不熟悉它的指令系统，这也给我们带来了较大的困难。该系统没有选择INTEL公司的2051是因为其输入和输出引脚太少，功能较低，不能满足该设计的需要。双音多频解码集成电路的选择MT8888是采用CMOS工艺生产的DTMF信号收发一体集成电路，它的发送部分采用信号失真小、频率稳定性高的开关电容式D/A转换器，可发出16种双音多频DTMF信号8。接收部分用于完成DTMF信号的接收、分离和译码，并以4位并行二进制码的方式输出。而其他的系列比如MT8870虽然也基本能够满足需要，但是在避免失真和稳定性方面就差了一点。因此系统选择的是MT8888。语音模块的选择ISD1420和APR9600都能实现语音存储和语音播报的功能，但他们各有特点。ISD1420系列单片录放时间8至20秒，音质好。芯片采用CMOS技术，内含震荡器、话筒前置放大、自动增益控制、防混淆滤波器、平滑滤波器、扬声器驱动及EEPROM阵列。最小的录放系统仅需麦克风、喇叭、两个按钮、电源及少数电阻电容，需要的外设少8。APR9600语音录放芯片,是继美国ISD公司以后采用模拟存储技术的又一款音质好、噪音低、不怕断电、可反复录放的新型语音电路，单片电路可录放3260秒，串行控制时可分256段以上，并行控制时最大可分8段。但是需要的外设较多，且有的功能用不着，而且该系统也没有必要采用高档的芯片，普通的ISD1420芯片即可满足要求。2各种芯片的介绍实验楼防盗系统的设计采用的大多都是一些较常见的芯片，例如发射/接收模块和单片机，但是有的也不是很常见，例如语音电路中的ISD1420，因此有必要在这里对各个芯片的引脚和主要的功能作简单的介绍。21单片机AT89C51的介绍单片机AT89C51的介绍如图（211）AT89S51具有如下特点40个引脚，8KBYTESFLASH片内程序存储器，256BYTES的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器10。此外，AT89S51设计和配置了振荡频率可为0HZ并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。主要功能特性1兼容MCS51指令系统8K可反复擦写1000次ISPFLASHROM232个双向I/O口4555V工作电压33个16位可编程定时/计数器时钟频率033MHZ4全双工UART串行中断口线256X8BIT内部RAM52个外部中断源低功耗空闲和省电模式6中断唤醒省电模式3级加密位7看门狗（WDT）电路软件设置空闲和省电功能8灵活的ISP字节和分页编程双数据寄存器指针9图211AT89C51引脚图22双音多频解码集成电路MT8888的介绍本系统要实现电话线远程通信，关键部分为DTMF收发电路，它将实现自动拨号、忙音识别，铃声识别，远程按键数字信号识别等功能。我们选用MT8888双音多频（DTMF）收发器，与单片机及音频放大电路组合，实现各种信号音的检测及DTMF信号的产生，并将DTMF信号送到电话线上，MT8888是采用CMOS工艺生产的DTMF信号收发一体集成电路，它的发送部分采用信号失真小、频率稳定性高的开关电容式D/A变换器，可发出16种双音多频DTMF信号。接收部分用于完成DTMF信号的接收、分离和译码，并以4位并行二进制码的方式输出。选择中断模式时，当接收或发送了有效的音频信号后，IRQ/CP脚输出低电平，产生中断信号供给CPU，在延迟控制电压的跳变缘将数据锁存至输出端；当选择呼叫过程CP方式时，只能接收250550HZ的信号音，在拒收或无输入时，IRQ/CP脚输出低电平。电话信号音格式为忙音450HZ,350MS有,350MS无；拨号音450HZ,持续；回铃音450HZ,1S有,4S无。信号音的判断方法将MT8888的IRQ/CP脚连到AT89S51的T0脚，电话呼叫过程中的各种信号音经MT8880滤波限幅后得到方波，由MT8880的IRQ输出到AT89S52的T0脚。对T0脚信号记数5秒，若计数值位于21752357范围内，则为拨号音；若计数值位于10411212范围内，则为忙音；若计数值位于425475范围内，则为回铃音。在实际编程中，考虑到记数的误差以及程序的简化可将范围适当放宽，但不能重叠10。23编码译码器2262/2272介绍PT2262/2272是台湾普城公司生产的一种CMOS工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路，PT2262/2272最多可有12位A0A11三态地址端管脚悬空,接高电平,接低电平,任意组合可提供531441地址码。PT2262最多可有6位D0D5数据端管脚,设定的地址码和数据码从17脚串行输出,编码芯片PT2262发出的编码信号由地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，地址码必须与家庭控制主机内解码芯片PT2272编址相同，以区分家庭控制器，数据码可用于区分传感器类型。当有报警信号时，PT2262的14脚为低电平，使PT2262能从17脚输出编码信号，通过射频模块发射出去。解码芯片PT2272接收到信号后，其地址码经过两次比较核对，VT脚才输出高电平，输送到89S52的INT1,触发中断处理程序，以读取D0D3的数据码，得知报警传感器状态和报警类型11。24ISD1420芯片介绍使用方便的单片8至20秒语音录放,高质量、自然的语音还原技术,边沿/电平触发放音,自动节电，维持电流05UA,不耗电信息保存100年典型值,100000次录音周期（典型值）,多段信息处理，可分1至80/160段,片内免调整时钟，可选用外部时钟,无需开发系统,5V单电源工作,COB，DIP，SOIC封装及工业级ISD1420系列单片录放时间8至20秒，音质好。芯片采用CMOS技术，内含震荡器、话筒前置放大、自动增益控制、防混淆滤波器、平滑滤波器、扬声器驱动及EEPROM阵列。最小的录放系统仅需麦克风、喇叭、两个按钮、电源及少数电阻电容。在录放操作结束后，芯片自动进入低功耗节电模式、功耗仅05UA。ISD1420系列有唯一的录音控制和边缘/电平触发两种放音控制。不分段时外围线路最简，也可按最小段长为单位任意组合分段，参见表11“最大段数”芯片提供若干操作模式，大大提高了控制的灵活性。芯片采用多电平直接模拟量存储专利技术，每个采样直接存储在片内单个EEPROM单元中，因此能够非常真实、自然地再现语音、音乐、音调各效果，避免了一般固体录音电路因量化和压缩造成的量化噪声和“金属声”。采样频率从53，64到80KHZ，对音质仅有轻微影响。片内信息可保存100年（无需后备电源），EEPROM单片可反复录音十万次12。25F05C/J05C发射接受模块射频发射模块J05CFO5C系列采用声表谐振器稳频，SMT树脂封装，频率一致性较好，免调试，F05具有较宽的工作电压范围及低功耗特性，当发射电压为3V时，发射电流约2MA，发射功率较小，12V为最佳工作电压，具有较好的发射效果，发射电流约58MA，大于L2V直流功耗增大，有效发射功率不再明显提高。FO5系列采用AM方式调制以降低功耗，数据信号停止，发射电流降为零，数据信号与FO5用电阻而不能用电容耦合，否则FO5将不能正常工作。数据电平应接近F05的实际工作电压以获得较高的调制效果，FO5对过宽的调制信号易引起调制效率下降，收发距离变近。当高电平脉冲宽度在0081MS时发射效果较好，大于1MS后效率开始下降；当低电平区大于10MS，接收到的数据第一位极易被干扰（即零电平干扰）而引起不解码。如采用CPU编译码可在数据识别位前加一些乱码以抑制零电平干扰，若是通用编解码器，可调整振荡电阻使每组码中间的低电平区小于10MS。FO5输入端平时应处于低电平状态，输入的数据信号应是正逻辑电平，幅度最高不应超过FO5的工作电压。F05C天线长度可从0250MM选用，也可无天线发射，但发射效率下降。F05C为改进型,体积更小,內含隔离调制电路消除输入信号对射频电路的影响,信号直接耦合,性能更加稳定。FO5C应垂直安装在印板边部，应离开周围器件5MM以上，以免受分布参数影晌而停振。FO5发射距离与调制信号頻率幅度，发射电压及电池容量，发射天线，接收机灵敏度及收发环境有关。FO5用PT2262编码器加240MM小拉杆天线在开阔区最大发射距离约250米配套接收电路J05及J04。图215发射模块F05C图射频接收模块J05C05系列采用超外差,二次变频结构,所有的射频接收,混频,滤波,数据解调,放大整形全部在芯片内完成，接收功能高度集成化,免去令人头痛的射频频率调试及超再生接收电路的不稳定性,具有体积小可靠性高频率稳定接收频率免调试安装使用极为方便。引脚功能见图1。J05C具有二种工作方式选择,以适合解调不同的数据速率,第3脚悬空射频接收带宽较宽,可适应发射频率精度误差较大的声表谐振器稳频的发射机及般的LC发射机。第3脚接地,射频接收带宽较窄,解调滤波器带宽较大,但要求配套的发射机必须具有较高的频率精度及稳定度,发射频率必须由晶体或精度较高的声表谐振器稳频。多次试验结果发射PT2262振荡电阻用12M,第3脚悬空接收效果较好,同时对配套发射频点精度放宽可降低发射成本,抗干扰性也好,推荐使用。若是用于单片机数据传输,12002400波特合适,否则J05B无信号输出或接收距离很近。J05C具有与标准解码器及单片机的5V逻辑电平接口。J05B在无信号状态下输出为片随机噪声,虽然在接收到数据信号时噪声被抑制,但在信号较弱（远距）时这种随机噪声极易影响到数据的起止位而导致数据错误而不解码。解决的办法是连发几次或在起止位前加一些乱码以抑制零电平状态干扰,若是标准编解码器可调整振荡电阻使每组码中间的零电平区干扰最小,同时应兼顾J05B解调滤波器带宽及发射效率,因为太低的调制频率会使发射效率下降而影响收发距离13。215接受模块图3防盗系统的原理实验楼由各个实验室组成，相应的整栋楼的安全系统由各个实验室的安全系统组成，其连接方式是采用多发一收的编解码电路来实现，即每间实验室都有一个编码模块和一个发射模块，而整个安全系统只有一组接收模块和解码模块。由编码模块对每间实验室进行编号，当信号采集异常时启动发射模块发出对应微波信号，接收模块接收到此微波信号后，解码电路对其进行解码，然后传给单片机，单片机根据编号来判断是哪个实验室出现了异常。在没有盗贼的情况下，单片机并不需要分时的处理各路信号；当只有一间实验室出现盗贼的时候，单片机接收到信号后会立即响应；当几间实验室同时出现盗贼的时候，单片机会逐一处理各路信号。整栋楼的安全系统方框图如图31所示。图31实验楼安全系统方框图由于每个实验室的系统是实验楼总系统的分支，因此在设计的时候只需要取其中的一间实验室进行分析。每间教室的无线防盗系统主要由七个部分组成，各个模块的功能和作用如图32所示。射频发射模块发射信号，而射频接收模块接受信号，然后将信号传给单片机。音频放大信号负责将语音信号放大，最后信号从喇叭输出。语音电路传送语音信号到电话线，DTMF的作用是双向传输语音信号。图32实验室安全系统方框图31系统实现方案分析如图32所示，主机电路由发射接收模块接收传感器发来的报警信号，通过解码器（PT2272）解码后得到报警传感器的地址和数据类型，只有主机和传感器地址相同时才能被主机接收，解码输出的数字代表传感器类型。解码输出信号进入CPU的INT1，触发中断处理程序，中断处理程序通过DTMF收发电路拨打用户预先设好的电话号码（如手机号码，办公室号码）进行远程拨号报警；同时，启动语音电路，将预先录制好的语音信号通过电话线传给主人，实现语音提示通信功能。CPU输出警笛触发信号，经放大后驱动警笛或喇叭，以驱赶和震慑盗贼。32防盗系统原理图电路图主要由七个模块组成，红外线发射/接收模块（F05C/J05C），编/解码模块（PT2262/2272），单片机AT89C51，语音芯片ISD1420，双音多频（DTMF）收发器MT8888。在没有盗贼非法入侵的情况下，放在窗户左侧的红外发光二极管发出红外线经透镜聚光后，射向窗户右侧的光敏三极管，在热效应的作用下，三极管正常工作，向PT2262输出高电平，即异常信号发送模块不向PT2262芯片传送异常信号。如果有盗贼入侵，即通过门或者窗户进入实验室的时候，红外发光二极管所发出的光被盗贼挡住，光敏三极管因为热效应消失而改变工作状态，向PT2262输出低电平，PT2262经过编码后向发射模块F05C输出数据，继而发射模块发射出数据。在PT2272与PT2262的地址码相同的时候，PT2272就能接收到J05C所发出的数据类型及编码。在接收到信号后，PT2272通过VT端向单片机发送中断请求信号，在接收到这个信号后，单片机马上执行中断服务程序，一方面双音多频（DTMF）收发器MT8888拨打保安人员的电话号码并检测保安人员电话的状态，同时启动语音模块ISD1420，进而语音模块ISD1420开始播放语音，以震慑盗贼。在拨打号码的时候，如果没有人接电话，系统将自动转为另外的号码，如此循环，直到有人接电话。语音模块ISD1420有话筒输入和喇叭输出，如需要改变语音信号的内容，可以用话筒输入语音信号，而输出的语音信号，一方面传到电话线上，以便让保安人员了解情况，另外一方面将为喇叭输出提供信号。图33防盗系统原理图321DTMF收发电路电话传来的信号经过隔直流电容C1后传到MT8888的反向输入端IN，此信号也将作为保安人员的控制信号或者振铃的记数信号。放大过后的信号经过信号输出端GS传到电话线上，即C1、R3、R4组成的电路完成接收电话信号并放大和输出信号。TONE为信号输出端，MT8888要输出语音信号的时候从这个引脚输出，经过偏置电阻R2后到达语音放大三极管C2482，放大后的语音信号被传到电话线上完成语音的传输。R1为下拉电阻，在取值的时候一般都较大，在这里取200K，Y1为石英晶体振荡器，为MT8888提供振荡频率，在此取359454MHZ，EST初始控制输出端；ST/GT为控制输入/时间检测输出；在这个电路里只需要将两者相连即可。IQR引脚为中断信号请求端一般接在单片机的T0引脚上，高电平有效，如果T0为高电平的时候，就向MT8888提出中断请求。C2、C3为滤波电容，在VCC有交流成分或者由于电磁影响而产生高频成分的时候，这些成分就可以经过C2、C3而接入地。信号音的判断方法将MT8888的IRQ/CP脚连到AT89C51的T0脚，电话呼叫过程中的各种信号音经MT8888滤波限幅后得到方波，由MT8888的IRQ输出到AT89S51的T0脚。对T0脚信号记数5秒，若计数值位于21752357范围内，则为拨号音；若计数值位于10411212范围内，则为忙音；若计数值位于425475范围内，则为回铃音。在实际编程中，考虑到记数的误差以及程序的简化可将范围适当放宽，但不能重叠。自动摘机控制器与家用电话并接在一条电话线上，为了实现报警和打电话共用一条线，摘机电路按如下设置，接到振铃信号时，若连续振铃10次后，用户还没有摘机，则自动转到家庭智能报警器，CPU置“1”P15脚，使继电器K1吸合，实现自动摘机功能。若在这10次振铃过程中，主人接通了电话，则控制器不响应，这样，使得控制器与电话不互相干扰。摘机后，检测MT8888输出的双音多频信号，以读出用户发来的远程信息，实现远程通信与控制功能。自动报警当接收到无线报警信号后，CPU立即发出报警信号，通过电话线传到远程用户。报警方式如下首先，用户可通过面板设置10个报警电话，将它们存入24C04存储器中，当接到警情后，从第一个电话开始拨号，一直拨到第十个，来回拨三遍，如果任意一个电话回送了“”键确认信号，即意味着报警已收到，不再继续拨号。每个号码需拨号时间100MS,号码之间留500MS间隔，拨号时，先检测24C04中存储的电话号码，若为空，即未设此电话，跳过不拨，而去继续拨下一个电话号码。这样用户可随意设置数个报警电话号码，我们规定号码长度最多不超过14位，以便于存在24C04中14。电路图如图321所示IN1IN2GS3VEF4VSS5OSC16OSC27TONE8/WR9/CS10RS011/RD12IRQ13D014D115D216D317EST18STGT19VDD20U9M8888C1104R3100KR4500KY1359454MHZQ2C2482C7103C8103R15200R21KVCCC2104R6374KC3104D0D1D2D3/RD/WRP22P21R533KT0VCCR35510TELEPHONE图321DTMF收发电路322语音电路ISD1420是一种既能电平触发PLAYL和边缘触发PLAYE的一种芯片，电平触发PLAYL引脚接P14,当这个引脚的电平为高的时候，ISD1420开始输出语音信号。边缘触发PLAYE引脚接单片机的P13，当这个引脚在下降沿的时候，ISD1420也开始输出语音信号。录音信号引脚在一般的情况下接下拉电阻R21成高电平，在单片机的P12引脚为低电平的时候，ISD1420开始录音直到存储器满，RECLED为录音指示端，接发光二极管，在录音的时候，二极管发光，在存储器满时，RECLED输出低电平脉冲。SP为喇叭输出端，输出的语音信号经过语音放大三极管后输出到电话线上。实现语音提示和远程控制。AGC为自动增益控制端，在接下拉电阻的情况下，可以自动补偿话筒输入电平宽幅的变化，使得录制变化很大的音量能保持最小的失真，响应时间取决于下拉电阻和旁路电容的值，在这里取R24为47K、C16为47F。话筒输入的语音信号经耦和电容C17和C18到达话筒输入端MIC和话筒输入参考端MICREF，从而完成语音信号的输入。其他引脚的接线都比较简单，在这里就不作介绍。为了便于通信，采用了语音芯片，实现语音提示和报警功能。ISD1420芯片为单片语音记录、回放一体化芯片，记录时长为20秒，它可被划分为160小段，每段125MS。当REC脚为低电平时，进行录音，PLAYE或PLAYL为低时进行放音。ISD1420可进行连续录音，也可进行分段录音。分段录音方法先从单片机输出停止录放音码P12P14000,再送录音首地址A7A0，P12为低电平（REC）时开始录音，最后送停止录放音码P12P14000，完成本段录音。重复上述过程，可录制数段语音。分段放音方法先送停止录放音码P12P14000,再送放音首地址A7A0，P13或P14为低电平（PLAYE或PLAYL）开始放音，最后送停止录放音码P12P14000，完成本段放音。重复上述过程，可分段放出数段语音。电路图的说明语音电路的主要功能是完成语音信号的输入和语音信号的输出，输出的时候信号经SP引脚输出，经过偏置电阻R18和R28后到语音放大三极管，放大后的信号接在电话线上或者接一个喇叭，完成语音的输出。输入的时候，话筒输入的语音信号经耦合电容后传到话筒输入端MIC和话筒输入参考端MICREF。在这两个过程中，都必须要一定的辅助电路。即自动增益调节AGC等。语音电路原理图如图322所示A01A12A23A34A45A56A69A710/PLAYL23/PLAYE24REC27RECLED25XCLK26AGC19MIC17MICREF18VCCD28VCCA16VSSD12VSSA13SP14SP15ANAIN20ANAOUT21U8ISD1420R20100KR21100KR22100KR231KD6LEDVCCC150001UC1647UFR2447KR2610KR2510KC1701UFC1801UFC19220UFMK1MICC1001UFR1751KVCCC11104R271KVCCP14P12P13Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7Q3C2482C21103C20103R28200R181KTELEPHONEVCCVCC图322语音电路原理图323编/解码电路电路由PT2262/2272组成，A0A7为地址线，以实现发射和接收模块的对应关系，只有在发射和接收模块的地址码相同的时候，接收模块才能接收数据，D0D3是数据线，有很多的情况下，可以对各个实验室进行编码，每一个编码对应一个实验室，PT2272在接收到发射过来的信号后，通过响应外部中断，从而把数据线上的值传给单片机。图中的LED为芯片PT2262正常工作时的指示信号。而74HC02为一个二输入的与非门，在这里将两个输入端接在一起，实现的是非门的功能。PT2262最多可有6位D0D5数据端管脚，设定的地址码和数据码从17脚串行输出，编码芯片PT2262发出的编码信号由地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，地址码必须与家庭控制主机内解码芯片PT2272编址相同，以区分家庭控制器；数据码可用于区分传感器类型。当有报警信号时，PT2262的14脚为低电平，使能PT2262,从17脚输出编码信号，通过射频模块发射出去；同步码15。解码芯片PT2272接收到信号后，其地址码经过两次比较核对，VT脚才输出高电平，送到89C51的INT1，触发中断处理程序，以读取D0D3的数据码，得知报警传感器状态和报警类型。以下为编/解码电路原理图323VCCA01A12A23A34A45A56A67A78VSS9D310D211D112D013DIN14OSC215OSC116VT17VCC18U10PT2272M4L4R29820KD0D1D3INT1A00A01A02A03A04A05A06A07123U4A74HC021234MODULERFRECEIVEVCCD2A01A12A23A34A45A56A6/D57A7/D48VSS9A8/D310A9/D211A10/D112A11/D013TE14OSC115OSC216DOUT17VDD18U2PT2262R1047MVCCFA0FA1FA2FA3FA4FA5FA6FA7DATAVCCD1LEDR111K1234MODULERFTRANSMITTERT_ANTR_ATN图323编/解码电路原理图33方案实现原理由于设计的功能比较多，其中信号的准确采集、无失真传输。是设计成功的前提。程序的正确编写也是其中的重要一环，每一个功能能够准确无误的执行才是我们设计的最终目的。下面就各个功能模块的具体工作原理作充分的说明。331自动摘挂机因为程控电话交换机对电话摘机的响应是电话线回路电流突然变大为约30MA的电流，交换机检测到回路电流变大就认为电话机已经摘机。自动摘挂机电路可以通过单片机控制一个继电器的开关，继电器的控制端连接一个大约300的电阻接入电话线两端，从而完成模拟摘挂机16。振铃音的检测当用户被呼叫时，电话交换机发来铃流信号。振铃为253伏的正弦波，谐铃失真不大于10，电压有效值9015V。振铃以5秒为周期，即1秒送，4秒断。根据振铃信号电压比较高的特点，可以先使用高压稳压二极管进行降压，然后输入至光电耦合器。经过光耦的隔离转换，从光电耦合器输出的波形是时通时断的正弦波，经过RC回路进行滤波输出很标准的方波。方波信号就可以直接输出至单片机的中断计数器输入口，完成整个振铃音检测和计数的过程。控制电器此部分比较简单，通过单片机控制多路继电器的开关即可，常用的电路已经很成熟，在此就不累述了。双音频解码此部分是整个系统的关键，它的工作情况直接决定了系统的可靠性。经过翻阅大量的文献资料，我发现使用电话专用的双音频编解码芯片进行输入双音频信号的解码，是比较常用的一种方法。使用集成电路不但外围电路简单，而且可靠性强。经过专用集成电路的解码，信号转换成为不同的码制信号，可以直接被单片机读取。一般常用的电话双音频编解码集成电路有8870、8880、8888等，经过反复论证比较，我决定使用双音频解码集成片MT8888来完成此功能模块。有关MT8888的详细介绍请参阅本报告的前面部分。经过比较，我决定使用AT89C51作为控制的单片机芯片，具体有关AT89C51的介绍不在这里累述。信号音计数本单元可以使用AT89C51的两个计数器的外部中断方式来实现对不同信号音的计数。332信号分析处理本单元可以利用查表方式，也可以用简单的语句，稍微长一点的语句实现，例如CASE语句等。振铃检测电路在电话线路未来铃流前，电话线路由电话交换机提供大约48V的直流电压。当用户被呼叫时，电话交换机发来铃流信号。振铃信号为253伏的正弦波，谐铃失真不大于10，电压有效值9015V。振铃以5秒为周期，即1秒送，4秒断。在本电路检测铃流信号时，以五次铃响为准，即五次振铃后无人摘机，便由单片机控制自动模拟摘机17。333模拟摘挂机设计主要思路根据国家有关标准规定不论任何电话机，摘机状态的直流电阻应300，有“键的电子电话机的摘机状态直流电阻应35018。在挂机状态下，其漏电流5A。当用户摘机时，电话机通过叉簧接上约300的负载，使整个电话线回路流过约30MA的电流。交换机检测到该电流后便停止铃流发送，并将线路电压变为十几伏的直流，完成接续。根据有关技术指标，模拟摘挂机电路设计模拟摘挂机电路主要由一个三极管开关电路控制继电器的开关，继电器控制接入电话线两端的200电阻。摘挂机信令由单片机通过使TXD/P31口变为高电平实现。经过两个反向器驱动发光二极管D1指示摘机，同时改变三极管T1的基极电压，使T1处于导通状态，从而开启继电器J1，J1使电阻R3接入电话线两端。因为R3的电阻为200，使回路电流变大，控制电路向交换机发出模拟摘机的信号，交换机响应摘机信号，完成电话线路接通。整个电路完成自动模拟摘机19。334双音频解码选择中断模式时，当接收或发送了有效的音频信号后，IRQ/CP脚输出低电平，产生中断信号供给CPU，在延迟控制电压的跳变缘将数据锁存至输出端；当选择呼叫过程CP方式时，只能接收250550HZ的信号音，在拒收或无输入时，IRQ/CP脚输出低电平。电话信号音格式为忙音450HZ,350MS有,350MS无；拨号音450HZ,持续；回铃音450HZ,1S有,4S无。信号音的判断方法将MT8888的IRQ/CP脚连到AT89S51的T0脚，电话呼叫过程中的各种信号音经MT8888滤波限幅后得到方波，由MT8888的IRQ输出到AT89S51的T0脚。对T0脚信号记数5秒，若计数值位于21752357范围内，则为拨号音；若计数值位于10411212范围内，则为忙音；若计数值位于425475范围内，则为回铃音。在实际编程中，考虑到记数的误差以及程序的简化可将范围适当放宽，但不能重叠。当接到警情后，从第一个电话开始拨号，一直拨到第十个，来回拨三遍，如果任意一个电话回送了“”键确认信号，即意味着报警已收到19。335信号音提示为了方便本系统的使用者，本人设计了信号音提示音电路，首先我规定了信号音的规范以及其对应含义2响2声，频率为500HZ请输入需要控制的电器号；3响3声，频率为500HZ请输入控制开/关；4响1声，频率为1000HZ完成操作；信号音从单片机89C51的输出口输出，先经过一组反向器进行整流、隔离，从反向器输出的是频率一定，时通时断的方波，提示信号经过隔直电容C1输入到音频放大集成电路输入端。这些都会影响到语音信号加载到电话线上，因此本装置使用一个耦合变压器作为隔离器件20。这个耦合变压器的阻抗匹配问题是设计的难点，设计初我查阅有关资料并没发现具体参数。后来看到可以邮购这种电话语音专用耦合变压器，其具体性能都很优秀，但是价格太高，不符合我的设计原则（元器件便宜），因此弃置不用。4软件设计过程设计或实验论述对于本系统而言，软件程序所实现的功能比较多，系统的软件设计主要分为系统初始化、振铃检测计数、控制摘挂机、双音频信号分析处理、控制电器、密码检测等部分。每个功能模块对于整体设计都是非常重要的，单片机T89C51通过软件程序才能很好的对外部的信息进行采集、分析和决策。下面就整体设计以及每个单元功能模块分别进行说明。41主程序设计系统的主程序是设置系统的初始状态、定义单片机的工作方式、中断方式和定义各个寄存器工作状态和工作方式的程序，其中包括用户设置子程序，远程控制子程序、自动报警子程序等对整个系统有着很重要的作用，其主程序见附录。系统的主程序流程图如图所示检测振玲子程序标志1系统初始化自动报警子程序标志用户设置子程序远程控制子程序图41系统的主程序流程图42密码检测程序进入90年代，公用系统的安全性问题成了一个不可回避的现实问题。一些以往在军事和外交场合才会出现的“防君子也防小人”的加密编解码方式开始被应用于民用系统中去21。在这类系统中，真正意义上的加密编解码方式其代表作有以下几种1以加密算法为核心的编解码方式。2复合加密编解码方式如双向编解码一种需要二次确认合法身份的加密编码方式等，由于该类方式形式较多，这里不作讨论。本系统密码校验的基本原理是在系统初始化的时候把原始密码写入地址为30H开始的存储空间内，密码的位数“5”赋给R7。当系统摘机时，要求输入密码，单片机把解码后的数据（使用者输入的密码）存储在38H开始的存储空间内。然后单片机对进行两个存储地址的内容逐位进行比较，直到完全相等才能转到下一进程，有一位不同，程序就转到出错程序22。子程序代码见附录而在该系统中采用的是一种较为简单的密码检测方式，即只需要一个密码即可。为了限制别人多次试的情况，连续输入三次不正确的密码系统将被所定21。流程图42所示，程序见附录。43中断程序中断系统是计算机的重要组成部分，实时控制、故障自动处理往往用到中断系统，计算机与外围设备间传送数据及实现人机联系也常常采用中断方式，MCS51中断系统的功能为5个中断源，2个中断优先级，从而可以实现二级中断嵌套，每一个中断源的优先级可以用程序设定，与中断系统有关的特殊寄存器中有中断允许寄存器IE，中断优先级控制寄存器IP及定时/记数控制寄存器TCON，设计采用的是外部中断，从而进入中断系统23。流程图如图42所示其中断程序见附录。44信号音发声部分本功能模块主要是产生信号提示音，方便不同的使用者。根据普通人耳的反应频率为20HZ至20KHZ的范围，和CCITT规定的电话话音信号的频率范围是300HZ至3400HZ，我在本功能单元的发声频率定为500HZ和1000HZ两种。主要分为五种提示音241、低音，表示装置已经摘机，请输入密码，其参数频率F500HZ，延时T05秒/声；2、两声低音，表示密码已经通过，请选择电器，其参数频率F500HZ，延时T05秒/声；3、三声低音，表示电器已经选定，请控制（开/关），其参数频率F500HZ，延时T05秒/声；4、三声高音，表示密码输入错误，其参数频率F1000HZ，延时T03秒/声；5、一声高音，表示控制已经完成，其参数频率F1000HZ，延时T03秒/声；提示音发生是使用有限循环，反复使单片机的RXD口的电平反转，从而形成方波信号。子程序代码见附录45控制电器部分本系统首先通过外围双音频解码电路解码的信