榮浩畢業(yè)設計論文

1、摘 要 隨著人們生活水平的提高和安全防范意識的增強,急需開發(fā)面向普通居民、價格低廉、運行可靠的自動報警系統(tǒng)。鑒于住宅電話和移動通訊設備已相當普及,因此利用公共通訊網(wǎng)作為報警系統(tǒng)的傳輸媒體是最佳的選擇。本文介紹了一種基于公用電話網(wǎng),利用單片機8051、DTMF信號收發(fā)芯片MT8880、集成語音芯片ISD1420, 集成溫度傳感器AD590 和氣體傳感器TGS202等,利用多傳感器信息融合技術,完成語音報警的實用、可靠的單片機語音自動報警系統(tǒng),著重闡述了該系統(tǒng)的組成形式及工作原理?；谠撓到y(tǒng)原理的相關產(chǎn)品已在線使用。實踐表明,單片機技術在系統(tǒng)報警和其它一些自動控制領域中有著廣泛的應用前景。 本文設

2、計了 一個簡單，適用的單片機火警報警系統(tǒng)，該系統(tǒng)能自動完成對布測點檢測，確認火警后能自動報警，并顯示火情點，記錄火災發(fā)生時間。關鍵詞: 單片機；傳感器；數(shù)據(jù)處理 ；報警Abstract Along with people living standard enhancement and safe guard consciousness enhancement, urgently needed development face ordinarily resident, low in price, movement reliable auto alarm system. In view of the

3、 fact that the residence telephone and the two-way charges for cellular phones equipment quite popularized, therefore uses the public communications net to take alarm system's transmission medium is the best choice. This article introduced one kind based on the public telephone network, using mo

4、nolithic integrated circuit 8051, DTMF signal receiving and dispatching chip MT8880, integration speech chip ISD1420, integration temperature sensor AD590 and gas sensor TGS202 and so on, uses the multi-sensor information fusion technology, completes the pronunciation warning practical, the reliable

5、 monolithic integrated circuit pronunciation auto alarm system, elaborated this system's composition form and the principle of work emphatically. Based on this system principle related product already online use. The practice indicated that the monolithic integrated circuit technology has the wi

6、despread application prospect in the system warning and other automatic control domain. This article has designed a simplicity, the suitable monolithic integrated circuit fire-alarm alarm system, this system can complete automatically to the cloth measuring point examination, confirmed after the fir

7、e-alarm, can the auto-alarm, and demonstrates the state spot, the record fire has the time.Key words: Monolithic integrated circuit; Sensor; Data processing; Warning目 錄第1章 緒論- 1 -1.1 研究背景- 1 -1.2 我國的報警系統(tǒng)發(fā)展及現(xiàn)狀- 1 -1.3 研究內(nèi)容- 2 -第2章 火災報警系統(tǒng)- 3 -2.1 火災報警系統(tǒng)介紹- 3 - 系統(tǒng)的原理及功能- 3 -2.1.2 報警系統(tǒng)的特點- 3 -2.2 系統(tǒng)的組成-

8、 4 -2.3 元器件選擇- 4 -第3章 報警系統(tǒng)的硬件設計- 5 -3.1 火情檢測- 5 -3.2 語音錄放電路- 6 -3.2.1 ISD1420各引腳及其功能- 7 -3.2.2 語音段的尋址- 9 -3.3 雙音頻收發(fā)電路- 9 -3.3.1 MT8880介紹- 9 -3.3.2 DTMF信號介紹- 11 -3.3.3 DTMF信號的收發(fā)電路- 12 -3.4 聲光報警模塊- 14 - 聲音報警- 14 -3.4.2 燈光報警- 15 -3.5 振鈴檢測電路- 15 -3.6 信號音檢測電路- 16 -3.7 主備電控制電路- 18 -3.8 AT89C51簡介- 18 -3.8.

9、1 主要特性- 19 -3.8.2 管腳說明- 19 -3.8.3 振蕩器特性- 21 -3.8.4 芯片擦除- 21 -第4章 系統(tǒng)軟件設計- 23 -4.1數(shù)據(jù)采集子程序- 23 -4.2火災判斷程序設計- 24 -4.3 報警程序設計- 25 -電話報警模塊- 25 -MT8880的數(shù)據(jù)發(fā)送程序設計- 27 - MT8880的數(shù)據(jù)接收程序設計- 29 -第5章 結(jié)論- 33 -參考文獻- 35 -致 謝- 37 -第1章 緒論1.1研究背景 在一些學校，工廠，倉庫及公共場所，由于各種原因，存在很多火災隱患，一旦發(fā)生火災，后果不堪設想。而在這些地方，有的沒有任何預警措施，有的也只采用人工巡

10、邏，人工報警等方式預防，人為因素較多，而且很難做到24小時全天候監(jiān)測，本文對使用單片機來對火災進行監(jiān)測及報警進行了一些探索，并設計了單片機火警報警系統(tǒng)。給系統(tǒng)能對被測點自動探測，一旦出現(xiàn)火險能立即報警，指出火險地點，為快速而準確的撲滅火災提供有力的前提。1.2 我國的報警系統(tǒng)發(fā)展及現(xiàn)狀 我國的火災自動報警控制系統(tǒng)經(jīng)歷了從無到有、從簡單到復雜的發(fā)展過程，其智能化程度也越來越高。目前國內(nèi)廠家多偏重用于大型倉庫、商場、高級寫字樓、賓館等場所大型火災報警系統(tǒng)的研發(fā)，他們采用集中區(qū)域報警控制方式，其系統(tǒng)復雜、成本較高。而在居民住宅區(qū)、機房、辦公室等小型防火單位，需要設置一種單一或區(qū)域聯(lián)網(wǎng)、廉價實用的火災

11、自動探測報警裝置，因此，研制一種結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉的語音數(shù)字聯(lián)網(wǎng)火災報警器是非常必要的。圖1.1 小型防火單位火災報警系統(tǒng) 一般小型防火單位火災報警系統(tǒng)如圖1.1 所示?，F(xiàn)場火災報警器通過對傳感器火情信息的檢測，使用智能識別算法實現(xiàn)對火災的監(jiān)測。當報警器監(jiān)測到火情信息后，直接通過Modem 經(jīng)公用電話交換網(wǎng)迅速向消防指揮中心報告火情信息（包括火災單位編碼、單位名稱、火情級別以及報警時間等），同時產(chǎn)生聲光報警信號， 并按事先預留的電話號碼自動撥號通知單位有關負責人。消防指揮中心根據(jù)接收到的火警信息，立即在消防信息數(shù)據(jù)庫中查詢單位位置、周圍道路、交通、水源情況等基本信息，根據(jù)所獲得的信息迅速確定最

12、佳救火方案，通過網(wǎng)絡將出警命令直接下達各消防中隊。本文將詳細介紹單片機語音報警器的設計與實現(xiàn)。1.3研究內(nèi)容 本文主要研究了火災報警系統(tǒng)在單片機中的設計及應用。第二章主要介紹了單片機報警系統(tǒng)的組成原理及其結(jié)構(gòu)。本報警器的工作原理是當發(fā)現(xiàn)警情時，探測器將警報信號通過傳感器接口送入單片機,單片機的報警中斷程序開始運行，調(diào)用撥號子程序按照預置號碼進行撥號，發(fā)出報警。第三章主要介紹了報警器的硬件設計，其中包括了報警器各部分的設計過程及其元件的應用和介紹。 第四章主要介紹了系統(tǒng)的軟件部分的設計，主要有數(shù)據(jù)采集軟件設計、火災判斷程序設計、報警程序設計。第2章 火災報警系統(tǒng)2.1 火災報警系統(tǒng)介紹系統(tǒng)的原理

13、及功能 本報警器的工作原理：當發(fā)現(xiàn)警情時，探測器將警報信號通過傳感器接口送入單片機，單片機的報警中斷程序開始運行，調(diào)用撥號子程序按照預置號碼進行撥號。此時單片機控制MT8880 發(fā)送雙音頻信號撥號，并檢測呼叫信號以判定是否可以調(diào)用語音模塊進行語音報警1。當沒有警情時，可以通過另一部話機撥打本機，振鈴檢測電路將振鈴音信號轉(zhuǎn)換成TTL 信號傳送給單片機，由單片機計數(shù);當經(jīng)過預設的振鈴無人摘機時，系統(tǒng)就會自動摘機，調(diào)用遠程設置子程序進行遠程錄音、查詢警情等操作。 語音報警系統(tǒng)主要完成的功能：感溫傳感器和感煙傳感器通過采集現(xiàn)場信號輸入中央處理器，若判斷出兩種傳感器中有一種動作，表明有異?，F(xiàn)象,發(fā)異常語

14、音報警信號“溫度超限”或“煙霧報警”，同時相應的指示燈亮。此時，若另一傳感器也動作，則停止異常報警，而進入火警報警狀態(tài),有現(xiàn)場語音“火警”報警提示，火警指示燈亮。同時系統(tǒng)調(diào)用遠程報警模塊，開始逐個撥叫預設的報警電話，直至有一個報警電話撥通，并收到回碼。在撥號后首先判斷電話線的狀態(tài)是否為回鈴音及對方是否摘機。如是，播放錄制好的語音報警內(nèi)容，如“某某區(qū)某某單元某某樓層某某房間發(fā)生火警”。否則掛機，撥打下一個號碼。 報警系統(tǒng)的特點 本文設計的用于小型防火單位的單片機火災報警系統(tǒng)具有以下特點： (1) 能對室內(nèi)煙霧(CO2, CO) 及溫度突變進行報警(聲光報警)。(2) 如果出現(xiàn)硬件故障(如傳感器遺

15、落、內(nèi)部元器件損壞等) ：能發(fā)出故障報警。(3) 如果只有一種參數(shù)出現(xiàn)異常(如煙霧濃度過大或是溫度較高) ：能發(fā)出異常報警信號，令值班人員到現(xiàn)場處理。(4) 如果煙霧和溫度同時出現(xiàn)異常，則說明有火災,發(fā)出火災警報，并及時將火災信息上報消防指揮中心。(5) 有報警優(yōu)先，對普通電話的強拆功能。既當電話正在使用時發(fā)生火警，系統(tǒng)將強行切斷電話；自動撥打報警電話功能。據(jù)類似本系統(tǒng)的報警器現(xiàn)場模擬實驗表明，本系統(tǒng)安全可靠：誤報率低。且由于其體積小、操作維護方便、成本低廉等, 具有廣闊的應用前景。2.2 系統(tǒng)的組成 硬件電路主要包括單片機電路，2 路傳感器報警信號電路,模數(shù)轉(zhuǎn)換電路， 語音報警電路，震鈴檢測

16、電路、模擬摘機和DTMF 解調(diào)電路，以及主備電控制電路部分。圖2-1 報警系統(tǒng)框圖 如圖2.1所示，報警器硬件由溫度煙霧信號采集模塊、聲光報警模塊以及單片機與收發(fā)碼模塊組成。圖中1，2，3 組成數(shù)據(jù)采集模塊；4，5 組成現(xiàn)場聲光報警模塊；5，6組成遠程報警模塊。其中：1 為傳感器(包括煙感和溫感) ：將現(xiàn)場溫度、煙霧等非電信號轉(zhuǎn)化為電信號；2為信號調(diào)理電路：將傳感器輸出的電信號進行調(diào)理(放大、濾波等)；使之滿足A/D 轉(zhuǎn)換的要求；3為A/D 轉(zhuǎn)換電路，完成將溫度傳感器和煙霧傳感器輸出的模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換。聲光報警模塊由單片機和報警電路組成，由單片機控制實現(xiàn)不同的聲光報警(異常報警、故障報

17、警、火災報警) 功能。單片機與遠程報警模塊由單片機、MT8880收發(fā)碼電路組成，實現(xiàn)遠程報警。2.3 元器件選擇主要芯片：AT89C51 MT8880 ISD1420 74LS373 74LS138 ADC0809 7812 7805LM386三極管：5551 8550 9014二極管：4007 4148第3章 報警系統(tǒng)的硬件設計3.1 火情檢測要準確地進行火災報警，選擇合適的溫度和煙霧傳感器是準確報警的前提。綜合考慮各因素，本文選擇集成溫度傳感器AD590 和氣體傳感器TGS202 用作采集系統(tǒng)的敏感元件。 AD590是美國Analog Devices 公司生產(chǎn)的一種電流型二端溫度傳感器。電

18、路如圖3 所示。由于AD590 是電流型溫度傳感器，他的輸出同絕對溫度成正比，即1A/k,而數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片ADC0809 的輸入要求是電壓量2，所以在AD590 的負極接出一個10k的電阻R 1 和一個100的可調(diào)電阻W，將電流量變?yōu)殡妷毫克腿階DC0809。通過調(diào)節(jié)可調(diào)電阻,便可在輸出端VT 獲得與絕對溫度成正比的電壓量,即10 mV/K。AD590的應用電路如下：圖3-.1 AD590 的應用電路 火災中氣體煙霧主要是CO2 和CO。TGS202氣體傳感器能探測CO2，CO，甲烷、煤氣等多種氣體，他靈敏度高，穩(wěn)定性好，適合于火災中氣體的探測。如圖3.2 所示，當TGS202探測到CO2或CO

19、時，傳感器的內(nèi)阻變小，VA迅速上升。選擇適當?shù)碾娮枳柚?，使得當氣體濃度達到一定程度(如CO濃度達到0.106%)時，VA 端獲得適當?shù)碾妷?設為3V)。 A/D 轉(zhuǎn)換電路采用了常用的8位8通道模數(shù)轉(zhuǎn)換專用芯ADC0809。溫度、煙霧傳感器的輸出分別接到ADC0809的IN0和IN1。ADC0809 的通道選擇地址A，B，C分別由89C51的P2.0P2.2經(jīng)地址鎖存器74LS373輸出提供。為了給OE線分配一個地址，圖中把AT89C51 RD和譯碼器輸出F0H經(jīng)或門M1和OE相連。在相應中斷后，AT89C51執(zhí)行中斷服務程序中如下兩條指令就可以使OE變?yōu)楦唠娖?，從而打開三態(tài)輸出鎖存器，讓CPU

20、提取A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。 圖3-2 TGS202 的應用電路MOV R0, #0F0HMOVX A, R0; OE變?yōu)楦唠娖剑瑪?shù)字量A 圖中ALE 信號與START信號連在一起，在WR信號的前沿寫入地址信號，在其后沿啟動轉(zhuǎn)換。例如，輸出地址7FF8H可選通通道IN0，實現(xiàn)對溫度傳感器輸出的模擬量進行轉(zhuǎn)換； 輸出地址7FF9H可選通通道IN 1，實現(xiàn)對煙霧傳感器輸出的模擬量進行轉(zhuǎn)換。圖中ADC0809 的轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)信號EOC經(jīng)過反向器接到89C51的INT1引腳，當A/D 轉(zhuǎn)換完成后，EOC變?yōu)楦唠娖?，表示轉(zhuǎn)換結(jié)束，產(chǎn)生中斷。在中斷服務程序中，將轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)送到指定的存儲單元3。 ADC08

21、09所需時鐘信號由89C51的ALE信號提供.89C51的ALE信號通常是每個機器周期出現(xiàn)兩次，故它的頻率是單片機時鐘頻率的1/6.若89C51主頻是6MHZ，ALE信號頻率為1MHZ，若使ALE上信號經(jīng)觸發(fā)器二分頻接到ADC0809 的 CLOCK輸入端，就可獲得500KHZ的A/D轉(zhuǎn)換脈沖。3.2語音錄放電路圖3-3 ISD1420芯片引腳圖 ISD1420各引腳 電源（VCCA，VCCD） 芯片內(nèi)部的模擬和數(shù)字電路使用不同的電源總線，并且分別引到外封裝上，這樣可使噪聲最小。模擬和數(shù)字電源端最好分別走線，盡可能在靠近供電端處相連，而去耦電容應盡量靠近芯片。 地線（VSSA，VSSD） 芯片

22、內(nèi)部的模擬和數(shù)字電路也使用不同的地線，這兩個腳最好在引腳焊盤上相連。 錄音（/REC） 低電平有效。只要/REC 變低（不管芯片處在節(jié)電狀態(tài)還是正在放音），芯片即開始錄音。錄音期間，/REC 必須保持為低。/REC 變高或內(nèi)存錄滿后，錄音周期結(jié)束，芯片自動寫入一個信息結(jié)束標志（EOM），使以后的重放操作可發(fā)及時停止。之后芯片自動進入節(jié)電狀態(tài)。注：/REC 的上升沿有 50 毫秒防顫，防止芯片自動進入節(jié)電狀態(tài)。 邊沿觸發(fā)放音（/PLAYE） 此端出現(xiàn)下降沿時，芯片開始放音。放音持續(xù)到 EOM 標志或內(nèi)存結(jié)束，之后芯片自動進入節(jié)電狀態(tài)。開始放音后，可以釋放/PLAYE。 電平觸發(fā)放音（/PLAYL

23、） 此端出現(xiàn)下降沿時，芯片開始放音。放音持續(xù)至端回到高電平，遇到 EOM標志，或內(nèi)存結(jié)束。放音結(jié)束后芯片自動進入節(jié)電狀態(tài)。 注：放音過程中當遇到 EOM 或內(nèi)存結(jié)束時，如果/PLAYE 或/PLAYL 仍處在高電平，芯片雖然也進入節(jié)電狀態(tài)（內(nèi)部震蕩器和時鐘停止工作），但是由于芯片沒有對/PLAYE 和/PLAYL 的上升沿進行消顫，隨后在這兩個引腳上出現(xiàn)的下隆沿（例如釋放按鍵時的抖動） 都會觸發(fā)放音。 錄音指示（/RECLED） 處于錄音狀態(tài)時，此端為低，可驅(qū)動 LED。此外，放音遇到 EOM 標志時，此端輸出低電平脈沖。話筒輸入（MIC）此端邊至片內(nèi)前置放大器。片內(nèi)自動增益控制電路（AGC）

24、將前置增益控制在-15至 24dB。外接話筒應通過串聯(lián)電容耦合到此端。耦合電容值和此端的10K輸入阻抗決定了芯 片頻帶的低頻截止點。 話筒參考（MIC REF）此端是前置放大器的反向輸入。當以差分形式連接話筒時，可減小噪聲，提 高共模抑制比。 自動增益控制（AGC） AGC 動態(tài)調(diào)節(jié)器整前置境益以補償話筒輸入電平的寬幅變化，使得錄制變化很大的音量（從耳語到喧嘩囂聲）時失真都能保持最小。響應時間取決于此端的 5K輸入阻抗和外接的對地電容（即線路圖中的 C12）的時間常數(shù)。釋放時間取決于此端外接的并聯(lián)對地電容和電阻（即線路圖中 R9 和 C12）的時間常數(shù)。470K和 4.7uF 的標稱值在絕對大

25、多數(shù)場合 下可獲得滿意的效果。 模擬輸出（ANA OUT） 前置放大器輸出。前置電壓增益取決于AGC 端的電平。 模擬輸入（ANA IN） 此端即芯片錄音的輸入信號。對話筒輸入來說，ANA OUT 端應通過外接電容連至本端。該電容和本端的 3K輸入阻抗給出了芯片頻帶的附加低端截止頻率。其它音源可通過交流耦合直接連至本端。 喇叭輸出（SP+、SP-） 這對輸出端能驅(qū)動16以上的喇叭。單端使用時必須在輸出端和喇叭間接耦合電容：而雙端輸出既不用電容又能將功率提高4倍。錄音時，它們都呈高阻態(tài)；節(jié)電模式下：它們保持為低電平。 外部時鐘（XCLK） 此端內(nèi)部有下拉元件，不用時應接地。芯片內(nèi)部的采樣時鐘在出

26、廠前已調(diào)校，保證了標稱的最小錄音時間。商業(yè)級芯片在整個溫度各電壓范圍內(nèi)，頻率變化在+2.25%內(nèi),并保證最小錄放時間，所以有些芯片的錄放時間比標稱的值稍大。工業(yè)級芯片在整個溫度和電壓范圍內(nèi)， 頻率變化在+5%內(nèi)，建議使用穩(wěn)壓電源。若要求更高精度或系統(tǒng)同步，可從本端輸入外部時鐘。由于內(nèi)部的防混淆及平滑濾波器已設定，幫上述持薦的時鐘頻率不應改變。輸入時鐘的占空比無關緊要，因為內(nèi)部首先進行了分頻。 地址（A0A7） 地址端有兩個作用，取決于最高（MSB）兩位 A7、A6 的狀態(tài)。當 A7 或 A6 有一個為 0 時，所有輸入均釋放為地址位，作為當前錄放操作的起始地址。地址端只用輸入，不輸出操作過程的

27、內(nèi)部地址信息。地址在/PLAYE、/PLAYL、或/REC 的下降沿鎖存。ISD1420在電路圖中的外圍接線圖如圖3-4所示。圖3-4 ISD1420芯片外圍接線圖 語音段的尋址 語音芯片與單片機的連接，常通過串行口來實現(xiàn)，串行口也可以通過輔助電路分時多用。定義好串行口的工作方式（串行口控制寄存器SCON字節(jié)地址為98H，可位尋址），當由按鍵輸入或其它需要語音輸出時，串行口向CPU申請中斷，響應中斷后，CPU便可以從串行數(shù)據(jù)中識別出語音段編號，輸出語音信號。發(fā)送結(jié)束，中斷由軟件清零。3.3 雙音頻收發(fā)電路 由MT8880構(gòu)成,可預先存儲各種電話號碼。我們先了解一下該芯片的基礎知識. MT888

28、0介紹 MT8880C是一個帶有呼叫處理濾波器的單片DTMF信號收發(fā)器。他的制造采用MITEL公司的低功耗、高穩(wěn)定性的ISO-CMOS技術。DTMF信號的接收部分采用DTMF信號接收單片機MT8870的工業(yè)制造標準；發(fā)送部分采用開關電容進行DA轉(zhuǎn)換發(fā)送高精度、低畸變的DTMF5信號。內(nèi)部寄存器提供一個群模式。在雙音頻群模式下DTMF信號可以通過精確的時序被發(fā)送出去?？蛇x擇呼叫處理濾波器讓一個微處理器處理呼叫音頻信號。整合了收發(fā)功能的MT8880C單片機的結(jié)構(gòu)包括一個帶有可變增益的內(nèi)部放大器的高性能接收器和一個帶有脈沖計數(shù)器的發(fā)射器。一個可以訪問MT8880內(nèi)部的寄存器的標準的微處理器接口。MT

29、8880的內(nèi)部寄存器包括1個狀態(tài)寄存器、2個數(shù)據(jù)寄存器和2個控制寄存器，如圖3.5所示。 圖3-5 MT8880C單片機的結(jié)構(gòu)表1 DTMF信號的編碼解碼表FlowFhighDIGITD3D2D1D06971209100016971336200106971477300117701209401007701336501017701477601108521209701118521336810008521477910019411336010109411209*10119411477#11006971633A11017701633B11108521633C11119411633D0000 發(fā)號由單片機的

30、P0.4 控制，將事先存儲的號碼以DTMF 形式通過該片的8 腳送至外線。雙音多頻信號（DTMF）是由一組低音頻信號和一組高音頻信號以一定方式的組合構(gòu)成6，每組音頻信號各有4個音頻信號，而每種組合有一個高音頻信號和一個低音頻信號，共16種組合。過去主要用于電話撥號信息傳輸，具有很強的抗干擾能力。目前市場上銷售的DTMF專用芯片集編解碼于一體，MT8880具有收發(fā)功能。本文通過89C51單片機控制MT8880實現(xiàn)計算機間的遠距離數(shù)據(jù)傳輸。 DTMF信號介紹 DTMF信號的產(chǎn)生原理：雙音頻信號是2個正弦波信號的疊加，選定2個頻率和后可得到這種信號的數(shù)學表達式： 如果用合適的采樣頻率對這個信號進行A

31、D轉(zhuǎn)換，則很容易計算出每一個采樣點的AD值，而如果將這些采樣值形成一張表，在單片機里用同樣的采樣頻率將這張表中的數(shù)值用DA轉(zhuǎn)換器輸出，就是雙音頻信號。在實際應用中常用1 b的DM編碼來實現(xiàn)AD和DA過程，其中AD過程可以在PC機上完成，用程序生成對應每一個DTMF信號的DM編碼表，DA過程在單片機上完成。與單音編碼不同，DTMF信號是采用八中取二的方式來構(gòu)成一個音頻信號7，由虛假信號的干擾，所以應用范圍特別廣泛。對照表1可以發(fā)現(xiàn)DTMF信號由2個不同的頻率信號合成。分為高頻組和低頻組，各包含有4個頻率，可以構(gòu)成16種不同的信號，依次對應著16個不同的BCD碼。 DTMF信號的收發(fā)電路1、 MT

32、8880接收電路設計 當MT8880作為DTMF接收器的時候，DTMF信號經(jīng)由IN和IN輸入，經(jīng)過運算放大濾除信號中的撥號音頻率，然后發(fā)送到雙音頻濾波器，分離出低頻組和高頻組信號，通過數(shù)字計數(shù)的方式檢出DTMF信號的頻率，并且通過譯碼器譯成4位二進制碼。4位二進制編碼被鎖存在接收數(shù)據(jù)寄存器中，此時狀態(tài)寄存器中的延時控制識別位復位，狀態(tài)寄存器中的接收數(shù)據(jù)寄存器滿標識位置位，對外而言，當寄存器中的延時控制識別位復位時，IRQLCP由高電平變?yōu)榈碗娖?。如果用IRQLCP作為單片機的中斷信號，IRQL由高電平變?yōu)榈碗娖?，向CPU發(fā)出中斷請求，當CPU響應中斷，讀出寄存器中的數(shù)據(jù)后，IRQL返回高電平。

33、MT8880的D0D3與單片機的P1.0P1.3相連，P1.4-P1.7分別與CK，RSO，CSL，R/WL相連。圖 3.6 接收電路接線圖2、發(fā)送電路設計 圖3.7 發(fā)送電路接線圖當MT8880作為發(fā)送器時數(shù)據(jù)總線上D0D3四位二進制碼被鎖存在發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器中8，發(fā)送的DTMF信號頻率由3.58 MHz的晶振分頻產(chǎn)生。分頻器首先從基準頻率分離出8個不同頻率的正弦波，行列計數(shù)器根據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器中的數(shù)據(jù)，以八取二方式分離出一個高頻信號和一個低頻信號，經(jīng)開關電容做DA轉(zhuǎn)換，在加法器中合成DTMF信號，并從TONE端輸出，電路圖如圖3.7所示。 應用MT8880使DTMF信號的收發(fā)功能于一體，完成

34、DTMF信號的編碼與解碼，達到數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪康?。大大簡化了設計的復雜性，可以降低成本，減少體積。3.4 聲光報警模塊 聲光報警電路在單片機P1 口的控制下，可以根據(jù)不同情況(火災、異常、故障) 發(fā)出不同的聲光報警信號。聲音報警 聲音信號由專用語音芯片提供9。通過給語音芯片的D0，D1，D2，D3端輸入不同的地址，便可以獲得各種不同的聲音信號。由單片機的P1.0，P1.2，P1.3 和P1.4 控制。另外該芯片還需要一個放音控制信號，由P0.4口 提供。只有當該信號為高電平時，芯片才會根據(jù)地址端提供的地址尋找到不同的語音信息，發(fā)出不同的報警聲，否則不會發(fā)聲報警。圖 3.8 功放電路 ISD1420

35、的驅(qū)動能力有限(0.5W)，直接接到揚聲器上效果不是太理想，若接1W以上的揚聲器將發(fā)生失真現(xiàn)象，通常1W以下的揚聲器可用LM386，D2283，D2822，MC34119，TA7368等芯片驅(qū)動如圖3.8所示， 1W-10W的揚聲器用TDA2003，LA4440芯片驅(qū)動，如圖3.9所示：圖3.9 功放電路 燈光報警 圖3.10 光報警電路 由AT89C51 P0 口的P0.0P0.3 分別控制4 個發(fā)光二極管，予以光報警。如圖3.10 所示。P114P117 控制的燈依次為綠色(正常信號燈)、黃色(故障信號燈)、紅色(異常信號燈)和紅色(火災信號燈)。當這些輸出端輸出低電平時，對應的信號燈便會

36、發(fā)光報警。3.5 振鈴檢測電路 由繼電器J、整流橋等組成,單片機P1.4和P3.5 控制整流橋，使繼電器J 吸合或斷開，從而完成摘掛機。電路如圖3.11所示。電話線振鈴信號25Hz，75100V。因此不能直接與IC電路連接，同時為了防雷擊，輸入端用 1F/160 V 電容進行隔離或并聯(lián)防雷管4148。鈴流聲經(jīng)全橋整流后再由光電耦合器4N25耦合整形后送AT89C51 T0計數(shù)器進行振鈴次數(shù)記數(shù),當T0記數(shù)為n次時，按約定為有任務輸入，AT89C51輸出模擬摘機信號使線路接通，同時單片機控制語音提示電路“請用戶輸入密碼，并通過電話線路將輸入的密碼信號送入雙音頻DTMF解碼電路。圖3.11 振鈴檢

37、測電路3.6 信號音檢測電路 本文介紹利用單片機定時/計數(shù)功能檢測電話信號音的原理及方法。該方法簡單，使用鎖相放大器，成本低、可靠性高，當信號音頻率偏離450Hz較大或線路存在干擾時，依然能夠正確識別無聲(線路故障)、撥號音、忙音、空號音、擁塞音、回鈴音、被叫用戶摘機等狀態(tài)；占用單片機資源少，僅需要1個定時器和1個計數(shù)器；檢測程序結(jié)構(gòu)簡潔，代碼短。話線信號通過音頻變壓器T1耦合到電容C2負極，經(jīng)MC4558 放大4倍后，送LM339比較器，回差電壓由R7控制，這樣就實現(xiàn)正弦波到方波的轉(zhuǎn)換，從LM339輸出的方波信號送AT89C51單片機計數(shù)器T0輸入端P3.4引腳。圖3.12 信號音檢測電路

38、檢測方法：話線信號在傳輸過程中可能受到較嚴重的干擾，例如在話線信號持續(xù)期內(nèi)缺少數(shù)個甚至數(shù)十個信號周期以及在話線信號間歇期內(nèi)存在高頻干擾。為此，可利用單片機定時中斷(例如MCS-51的定時/ 計數(shù)器T2)功能，每隔20ms對話線信號周期進行計數(shù)(可使用定時/ 計數(shù)器T0或T1作為話線信號周期計數(shù)器)。當話線信號頻率為450Hz±10 %時，20ms 內(nèi)應檢測到810個話線信號周期。由于T0開啟時間與話線信號不一定同步，可能存在1個字的誤差，這樣，20ms內(nèi)實際檢測到的話線信號周期為711個。為了提高判別的準確性，簡化判別步驟；縮短檢測程序代碼，使用一個內(nèi)部RAM單元b2b0位作為狀態(tài)寄

39、存器，其中b2b0位分別記錄最近3個20ms內(nèi)計數(shù)器T0的取值范圍。再用2個內(nèi)部RAM 單元分別記錄話線信號續(xù)、斷時間.這樣，根據(jù)續(xù)、斷時間的長短就可以判別出話線狀態(tài)。具體做法如下：狀態(tài)寄存器b2b0位初始化為“000”；20 ms 定時時間到時，保存計數(shù)器T0后清計數(shù)器T0；然后將狀態(tài)寄存器左移,亦即使b2b1，b1b0；而b0 位內(nèi)容由計數(shù)器T0決定：如果計數(shù)器T0在711之間，則表明這20 ms內(nèi)存在450 Hz話線信號音，b0位取“1”；如果計數(shù)器T0在06 之間，表明在20ms內(nèi)450Hz話線信號音未出現(xiàn)或只檢測到話線信號音持續(xù)期的一小部分，b0位取“0”；如果計數(shù)器T0大于12 ，

40、則表明計數(shù)信號頻率太高(大于600 Hz，不屬于話線信號音，重新初始化狀態(tài)寄存器b2b0為000。對于忙音、撥號音、回鈴音等話線信號(如圖15所示) 。在沒有干擾情況下，狀態(tài)寄存器沿000001(表示前2個20 ms 內(nèi)未檢測到話線信號音，當前20ms內(nèi)檢測到話線信號音，話線信號持續(xù)時間+1)011(已連續(xù)在相鄰的2 個20ms內(nèi)檢測到話線信號，是話線信號持續(xù)期開始標志，話線信號持續(xù)時間+1)111(在相鄰的3個20ms內(nèi)檢測到話線信號，是話線信號持續(xù)期，話線信號持續(xù)時間+1)110(前2個20 ms內(nèi)檢測到話線信號,當前20ms內(nèi)檢測不到話線信號時，可能是話線信號持續(xù)期后沿，間歇期時間+1)

41、100(已連續(xù)在相鄰的2個20ms內(nèi)檢測不到話線信號，是話線信號持續(xù)期結(jié)束標志，間歇期時間+1)000(已連續(xù)3個20ms檢測不到話線信號，是話線信號間歇期)轉(zhuǎn)換。圖3.13電話線鈴音持續(xù)時間圖3.7 主備電控制電路 主電路接線圖如下：圖3.14 主備電接線圖 電路主要由7805和7812穩(wěn)壓芯片及外圍電路組成，供電電源有備電和主電之分。其中主電由220V電源經(jīng)過變壓器變壓后供給，經(jīng)整流橋整流后由穩(wěn)壓芯片穩(wěn)壓供給系統(tǒng)電路。主電檢測由單片機P0.7口輸入檢測信號，當主電故障時，該腳輸入為高電平，AT89C51的P0.5口輸出高電平，控制備電供電。備電由12V備用電池供給,當電池電量不足時，由89

42、C51的P0.6口輸出高電平，控制備用電池充電。本系統(tǒng)的主備電結(jié)構(gòu)使系統(tǒng)即使在主電故障情況下仍可工作，但時間不可過長，以免損壞備用電池.3.8 AT89C51簡介 AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)

43、提供了一種靈活性高且價廉的方案。圖3.15 AT89C51引腳圖 主要特性·與MCS-51 兼容·4K字節(jié)可編程閃爍存儲器·全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz·三級程序存儲器鎖定·128*8位內(nèi)部RAM·32可編程I/O線·兩個16位定時器/計數(shù)器·5個中斷源·可編程串行通道·低功耗的閑置和掉電模式·片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 管腳說明 VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠

44、用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的低八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為低八位地址接收。P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口

45、的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故. P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下所示： 口管腳

46、備選功能P3.0 RXD（串行輸入口）P3.1 TXD（串行輸出口）P3.2 /INT0（外部中斷0）P3.3 /INT1（外部中斷1）P3.4 T0（記時器0外部輸入）P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的

47、是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲

48、器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 振蕩器特性 XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 芯片擦除 整個PEROM陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms 來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫

49、“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復編程以前，該操作必須被執(zhí)行此外，AT89C51設有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM，定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復位為止。第4章 系統(tǒng)軟件設計為了便于系統(tǒng)維護和功能擴充，采用了模塊化程序設計方法，系統(tǒng)各個模塊的具體功能都是通過子程序調(diào)用實現(xiàn)的。本系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集子程序、火災判斷與報警子程序以及通訊子程序等。4.1數(shù)據(jù)采集子程序 數(shù)據(jù)采集部分的程序設計包括： 驅(qū)動ADC0809 的IN0和I

50、N1進行A/D 轉(zhuǎn)換，分別由子程序ADC1 (溫度轉(zhuǎn)換) 和ADC2 (煙霧濃度轉(zhuǎn)換) 完成；單片機接收轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)，存入指定內(nèi)存單元，由INT1 中斷服務程序完成。每次驅(qū)動A/D轉(zhuǎn)換后等待外部中斷，中斷到來說明A/D 轉(zhuǎn)換已經(jīng)完成，通過中斷服務程序讀取轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。 A/ D 采樣程序如下： 本程序分住程序和中斷服務程序兩部分。主程序用來對中斷初始化，給ADC0809發(fā)起動脈沖和送模擬量路數(shù)地址等。中斷服務程序用來從ADC 接受A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量和判斷一遍采集完否。程序如下：主程序： ORG 0A00H MOV R1, #30H /輸入數(shù)據(jù)區(qū)始址送R1 MOV R4, #2 /模擬量總路

51、數(shù)送R4 MOV R2, #00H /IN0地址送R2 SETB EA /開CPU中斷 SETB EX1 /允許INT1L中斷 SETB IT1 /即INT1L為邊沿觸發(fā) MOV R0, #0F0H /送端口地址F0H到R0 MOV A, R2 /IN0地址送A MOVX R0, A /送IN0地址并啟A/D SJMP $ /等待中斷或其它中斷服務程序： ORG 0013H AJMP CINT1 /轉(zhuǎn)中斷服務程序 ORG 0100HCINT1: MOV R0, #0F0H /端口地址送R0MOVX A, R0 /輸入數(shù)字量送AMOV R1, A /存入輸入數(shù)據(jù)區(qū)INC R1 /輸入數(shù)據(jù)區(qū)指針加

52、1INC R2 /修改模擬量路數(shù)地址MOV A, R2 /下個模擬量路數(shù)地址送AMOVX R0, A /送下路模擬量路數(shù)地址,并啟A/DDJNZ R4, LOOP /若未采集完2路,則LOOPCLR EX1 /若已采集完2路,則關INT1L中斷LOOP:RETI /中斷返回END4.2火災判斷程序設計 為了降低誤報率，系統(tǒng)采用了多次采集、多次判斷的方法。每次數(shù)據(jù)采集后根據(jù)得到的數(shù)據(jù)對現(xiàn)場情況進行判斷：00H 表示正常；01H 表示異常；02H 表示火災； 然后綜合多次判斷結(jié)果做出最終的火情判斷。數(shù)據(jù)在內(nèi)部RAM 存儲單元中的存放情況如表2 所示。具體判斷方法如下：(1) 對溫度和煙霧進行了兩次

53、數(shù)據(jù)采集與判斷溫度100 , 溫度異常， 置標志位為1，否則為0；煙霧(CO, CO2) 濃度0.106% ，煙霧濃度異常，置標志位為1，否則為0。(2) 根據(jù)溫度和煙霧的異常標志位判斷現(xiàn)場情況2 個標志位均為0，表示情況正常，給53H 或56H 單元送00H；2 個中僅有1 個為1，表示情況異常，送01H；2 個均為1，表示有火災發(fā)生，送02H。(3) 綜合兩次情況做最后判斷，并予以報警若53H 和56H 中數(shù)據(jù)不相同，說明是誤報；調(diào)故障報警子程序；否則按該單元中的數(shù)據(jù)調(diào)相應的報警子程序。00H 為情況正常： 返回。01H 為情況異常：調(diào)異常報警子程序。02H 為現(xiàn)場有火災，調(diào)火災報警子程序：并向消防中心報告火情。表2數(shù)據(jù)在RAM 的存放第一次數(shù)據(jù)采集第二次數(shù)據(jù)采集51H 溫度數(shù)據(jù)54H 溫度數(shù)據(jù)52H 煙霧數(shù)據(jù)55H 煙霧數(shù)據(jù)53H 現(xiàn)場情況56H 現(xiàn)場情況4.3 報警程序設計4.3.1電話報警模塊 電話報警模塊主要通過中斷服務程序來實現(xiàn)。該程序的基本流程是：報警器摘機，自動撥叫號碼簿上相應的報警號碼，如，110、119，或一組用戶的自己設置的固定電話號碼、手機號碼。撥叫時，報警器摘機后先對電話線上的信號進行檢測，檢測到撥號音就撥號，檢測不到撥號音說明電話線已有問題，無法撥號，就自動