家庭智能防盜報警系統(tǒng)

PAGE家庭智能防盜報警系統(tǒng)摘要隨著社會的進步，科學技術的突飛猛進，人們在物質(zhì)文化生活方面的要求越來越高，智能設備的應用非常廣泛而且深受好評。智能化防盜報警系統(tǒng)可全天候自動檢測盜警，當確定警情時自動通過電話報警，這對社會安全有很大的現(xiàn)實意義。本文設計了一種家庭智能防盜報警系統(tǒng)，系統(tǒng)硬件方面包括防盜、防火等檢測電路的設計，軟件方面有控制模塊、撥號模塊、語音模塊等程序的設計。系統(tǒng)從硬件和軟件兩方面進行了抗干擾設計，使其具有較好的抗干擾能力，完成系統(tǒng)可靠工作。關鍵詞：單片機；家庭智能防盜報警系統(tǒng)；自動撥號；探測器

目錄TOC\o"1-3"\h\u20671一、系統(tǒng)硬件設計 18078（一）防盜探測器電路設計 121004（二）防火探測器電路設計 227586（三）用戶端自動報警器總體設計 38513（四）自動撥號及語音報警電路設計 530288（五）鍵盤與密碼顯示電路設計 1224106（六）電源 1323165二、系統(tǒng)軟件設計 1520245（一）控制模塊程序設計 1525865（二）撥號模塊程序設計 1730377（三）語音模塊程序設計 2031555（四）摘掛機模塊程序設計 2125909（五）密碼及顯示模塊程序設計 215011（六）讀寫數(shù)據(jù)模塊程序設計 232439三、系統(tǒng)的抗干擾措施 264976（一）系統(tǒng)硬件抗干擾措施 269626（二）系統(tǒng)軟件抗干擾措施 2717880設計小結(jié) 2828059參考文獻 2930409致謝 30一、系統(tǒng)硬件設計（一）防盜探測器電路設計實際電路中，是由振蕩器電路產(chǎn)生并發(fā)射近微波段電磁波形成微波場，天線把電信號轉(zhuǎn)換為相應的電磁波輻射到周圍空間，輻射半徑可達10m以上（如果想繼續(xù)增大輻射半徑或提高靈敏度可以通過調(diào)整天線的大小和方向來完成）。當有人在場中運動時，反射回去的微波將發(fā)生頻率變化，從而使微波探測器輸出一個與人體運動速度有關的低頻電信號。根據(jù)該特性，也選擇微波探測器用于盜情的檢測。環(huán)形天線和它周圍的電阻、電容和MOS場效應管組成了近微波段高頻自激振蕩電路（它的振蕩頻率在1GHz左右），微波探測器原理如圖1所示，天線天線比較電路微波振蕩電路前級放大兩級放大濾波電路LED電源圖1微波探測器原理框圖當電路接通電源以后，振蕩產(chǎn)生的單頻、等幅信號通過外接天線發(fā)射到空間，產(chǎn)生一個立體空間微波防護區(qū)，天線既發(fā)射振蕩信號，也接收回波。反射回來的微波信號與原信號之間混頻后產(chǎn)生微弱的頻移信號，該信號送入放大器進行放大。放大后的信號送窗口式鑒幅比較輸入端，經(jīng)比較將一定強度的探測信號轉(zhuǎn)換為寬度不同的等幅脈沖輸出。當有人在該微波防護區(qū)內(nèi)移動時，振蕩頻率和幅度發(fā)生相應的變化。根據(jù)多普勒效應，該波動的頻率與物體運動的快慢有關，而幅度與距離有關?；祛l后高頻信號因為過高而失去作用，剩下微弱的低頻信號經(jīng)U1作前級放大，10pF電容與7.5K電阻構(gòu)成充電電路，充電電壓作為第一級比較器U4的基準電壓，同時實現(xiàn)延時功能，即只有前級放大電壓高于該參考電壓時，輸出才為高電平，此時，C9O15導通，最后信號經(jīng)U2、U3構(gòu)成的窗口比較器比較后輸出探測到的信號。實驗過程中報警范圍實測約為7-8米，探測到有效信號時，有20秒的報警信號輸出，LED發(fā)光做出預警指示，可有效的進行實時探測。該電路可以工作在較寬的電壓范圍內(nèi)（標準電壓是32V，但實際可以工作在很寬的電壓范圍內(nèi)），當檢測到異常信號時為高電平。微波探測器電路使用的主要元件是單電源通用四運算放大器KIA324P、環(huán)形天線、微波振蕩管C3355及一些外圍元器件，外接＋6V電源。其電路圖如圖2。（二）防火探測器電路設計圖2微波探測器電路圖溫度探測器使用數(shù)字溫度傳感器DS18B20,5V直流電壓供電。DS18BZO的測溫原理是利用溫敏振蕩器的頻率隨溫度變化的關系，把溫度信號直接轉(zhuǎn)換為串行數(shù)字信號，通過內(nèi)部計數(shù)器對受溫度影響的振蕩器周期的計數(shù)可實現(xiàn)溫度測量。探測器中DS18B20采用寄生電源供電方式，保證在有效的DS18B2O時鐘周期內(nèi)能提供足夠的電流，圖3中采用一個MOSFET管和MCU的I/O口來完成對DS18B2O的總線上拉，然后通過另一I/O對DS18B2O進行控制并取得溫度值。圖3溫度探測器電路（三）用戶端自動報警器總體設計用戶端自動報警器是本課題的設計重點，自動報警器組成框圖如圖4所示，主要包括撥號模塊、語音模塊、電話接口模塊、鍵盤／密碼顯示模塊以及電源模塊。微波防盜探測器微波防盜探測器溫度探測器用戶端自動報警器CPUAT89C51看門狗電路EEPROMDTMF撥號電路語音檢測電路電話接口電路開關電路輸入輸出控制電路備用電源圖4用戶端自動報警器組成框圖1.自動報警器電路設計自動報警器電路見圖5。時鐘電路由兩個30P的電容和12MHz的晶振構(gòu)成。復位電路由電阻、電容、二極管和按鍵開關構(gòu)成，具有上電復位和手動復位的功能。單片機的INTO、INT1分別與盜警、火警傳感器相連，實現(xiàn)各種警情的采集。為防止環(huán)境干擾信號對觸發(fā)中斷的影響，當響應中斷后，對中斷信號多次（如3次）巡檢，確認是中斷信號時，才去執(zhí)行中斷處理子程序，否則認為是外界干擾信號不執(zhí)行報警處理，有效降低誤報幾率。圖5自動報警器電路P2.1與語音電路相連，實現(xiàn)語音的回放控制。P2.2接通訊接口轉(zhuǎn)換芯片的數(shù)據(jù)發(fā)送、接收片選端／RE(DE）。P2.3與電話接口電路相連，實現(xiàn)模擬摘掛機的控制。P2.4接探頭掉線檢測端，單片機對該口定時查詢，正常時為高電平，當檢測到低電平即發(fā)出掉線警報。P2.5接交流電源掉電報警信號（交流斷電后由直流電源繼續(xù)供電，直流電源放電低于預警值后向自動報警器發(fā)直流斷電預警信號。P1.0、P1.1、Pl.2為接鍵盤電路的三根I/0口線，Pl.3接緊急呼救按鍵。Pl.5接液晶顯示器的串行時鐘輸入端，Pl.6接液晶顯示器的數(shù)據(jù)輸入端。Pl.7接多路開關CD4O51的片選端INH,PI.4、P2.6分別接多路開關的輸入端A、B。多路開關輸出分別接報警LED、蜂鳴器，有警報發(fā)生時開關的輸出I/O口給出高電平信號。PO.O、P0.1、P0.2和P0.3分別與MT8888的DO、Dl、D2和D3相連，用作數(shù)據(jù)總線。P2.0與MT8888的RSO相連，控制MT8888內(nèi)部寄存器的選擇。P2.7與MT8888的CS相連，控制MT8888的選通。P3.6、P3.7分別與MT8888的WR和RD相連，控制MT8888的讀寫。P0.4、P0.5接EEPROM的串行輸入和串行輸出端，P0.6、PO.7分別接EEPROM的串行時鐘輸入和片選輸入端。（四）自動撥號及語音報警電路設計1.撥號電路本系統(tǒng)設計的自動撥號電路可通過電話網(wǎng)絡實現(xiàn)自動尋呼，對所指定的機構(gòu)或人員發(fā)出求救信號，簡述事故性質(zhì)及地點，使救援人員采取相應措施來制止事故，系統(tǒng)主要功能如下：①報警優(yōu)先功能：主機與用戶電話機共用一條電話線，非報警時，不影響電話的正常使用，電話機的正常使用不影響也不干擾主機報警。主機報警時，優(yōu)先撥打報警電話。②自動撥號功能：可設定1-6組電話或手機號碼，每組不超過15位數(shù)。用戶對自動撥號報警系統(tǒng)可自行設定和修改密碼。③可自行錄制語音：語音播送，由使用者自行錄制，存錄“狀況”（如有人闖入，失火，等），使用者的姓名，地址，電話等。自動探測通話狀態(tài)：報警時自動探測對方電話機的使用狀態(tài)，若對方為占線或響鈴后無人接，則保留跳過，等下一輪續(xù)撥。④記憶儲存功能：本系統(tǒng)采用X25045為記憶元件，電話號碼，報警信息存錄等所有輸入都不會因為電源失去而變動。(1)MT8888芯片簡述加拿大Mitel公司生產(chǎn)的DTMF信號編／解碼芯片MT8888芯片，不僅具有DTMF信號收發(fā)功能，而且具有電話信號音檢測功能。由于是采用CMOS制造工藝，芯片集成度高，功耗低（只有57.8mW)，工作穩(wěn)定可靠，因此在必須同時具備DTMF信號接收和發(fā)送的功能的系統(tǒng)中倍受人們的青睞。另外，MT8888可以方便與MCS51系列單片機接口，外圍電路簡單。因此，MT8888被廣泛應用于信用卡系統(tǒng)、尋呼系統(tǒng)、中繼系統(tǒng)、移動通信、互連撥號以及個人電腦等領域。MT8888芯片特點：①具有多種工作模式，可由內(nèi)部控制寄存器選擇，所以功能很強。如編程選擇雙音群(BURST）發(fā)送模式時，它間歇發(fā)送任意個數(shù)的雙音信號，雙音信號持續(xù)時間精確控制在51ms，符合DTMF信號解碼標準。也可擴充為1O2ms雙音群模式，符合電話自動撥號標準。編程選擇呼叫進程檢測（callprograms）模式時，能檢測電話信號音。②頻率精度高，片內(nèi)對雙音群模式的占空時間精確定時。(2)芯片工作原理MT8888硬件電路由接收、發(fā)送和控制三個主要部分組成。接收電路包括信號放大、撥號音抑制濾波、輸入信號的高低頻帶通濾波、譯碼及鎖存等功能，用于完成DTMF信號的接收、分離和譯碼，并以4位（16個數(shù)字）并行二進制碼的方式輸出。發(fā)送電路包括數(shù)據(jù)鎖存、行列計數(shù)、D/A轉(zhuǎn)換和混頻等功能。MT8888的發(fā)送部分采用信號失真小、頻率穩(wěn)定性高的開關電容式D/A變換器，可發(fā)出16種雙音多頻DTMF信號。MT8888芯片可調(diào)整雙音頻模式的占空比，能自動抑制撥號音和調(diào)整信號增益，還帶有標準的數(shù)據(jù)總線，可與TTL電平兼容，并可方便地進行編程控制。接收部分：前置輸入電路可以有差分輸入和單端輸入兩種形式，如圖2-6所示。差分輸入電壓增益：Avdiff=R5/Rl差分輸入阻抗：單端輸入電壓增益：Av＝-Rf/Rin。元件典型值C1=C2=IOnF、Rl=R4=R5=IOOk、R2=60k、R3=37.5k、R3=（R2*R5)/(R2+R5)DTMF信號經(jīng)運放輸出到兩組6階開關電容式帶通濾波器，分離出低頻組Flow和高頻組Fhigh信號。低頻組中的陷波器把35OHz和440Hz的撥號音濾除，每組濾波器連接一階開關電容式濾波器以提高分離信號的信噪比，由高增益比較器組成的限幅器去除低于檢測門限的弱信號或噪聲。解碼器采用數(shù)字計數(shù)方式檢測DTMF信號頻率，利用復雜的平均算法防止外來的各種干擾，當檢測器識別到有效的DTMF信號時，預控端EST輸出高電平。發(fā)送部分：DTMF產(chǎn)生器是發(fā)送部分的主體，它產(chǎn)生全部16種失真小、精度高的標準雙音信號，這些頻率均由3.5795MHz晶體振蕩器產(chǎn)生。電路由數(shù)字頻率合成器、行／列可編程分頻器、開關電容式D/A變換器組成。行和列單音正弦波經(jīng)混合、濾波后產(chǎn)生雙音信號。DTMF編解碼表把編碼數(shù)據(jù)寫入MT8888的發(fā)送寄存器產(chǎn)生單獨的Flow和Fhigh，F(xiàn)high和FlowdB輸出的幅度之比為2dB，目的在于補償高頻組信號經(jīng)通信線路的衰減，即經(jīng)過預加重處理。寫操作時，總線上的4位數(shù)據(jù)被鎖存，可編程分頻器進行8中取2的編碼變換，定時長度確定該信號的頻率，當分頻器達到由輸入編碼確定的計數(shù)值時，產(chǎn)生復位脈沖，計數(shù)器重新計數(shù)，改變定時長度可變頻率。編碼電路由開關電容式D/A變換器組成，得到高精度的量化電平。低噪聲加法放大器完成行和列單音信號的混合。輸出級有帶通濾波器，用來衰減大于8kHz的諧波?？刂撇糠?前兩部分為模擬信號處理系統(tǒng)，當滿足信號條件時系統(tǒng)有輸出。為了接收可靠，還應滿足識別條件，即檢測有效信號的持續(xù)時間，EST型號驅(qū)動外接R1,C1積分電路，如圖6所示。圖6控制電路原理圖C1放電，在有效時間內(nèi)EDT維持高電平，當VC=Vtst時（控制邏輯的門限電平）,GT輸出信號驅(qū)動VC至電源電壓VDD，經(jīng)延時后，控制邏輯把片內(nèi)狀態(tài)寄存器的延遲輸出標志位置提高。如選擇中斷模式，當延遲標志位置高時，IRQ/CP引腳由高電平變?yōu)榈碗娖?，為CPU提供中斷請求信號，延遲控制電壓的跳變沿把數(shù)據(jù)鎖存至輸出端。(3)芯片工作方式MT8888通過微處理器接口由RSO、WR、RD、D0-D3選擇內(nèi)部寄存器，以控制電路的工作模式。它有5個寄存器：發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器（TDR）、接收數(shù)據(jù)寄存器（RDR）、狀態(tài)寄存器（SR）、控制寄存器A(CRA）和控制寄存器B(CRB）。其中CRA和CRB占用同一地址，先寫CRA，后寫CRB，是否寫CRB由CRA的最高位控制。MT8888有多種工作方式，它們分別為：①DTMF模式：發(fā)送與接收DTMF信號。輸入數(shù)據(jù)經(jīng)TDR控制可編程行、列計數(shù)器、D/A變換器，合成需要發(fā)送的DTMF信號?；駾TMF信號經(jīng)撥號音抑制、分離帶通濾波器、監(jiān)頻與確認，譯成相應的4比特碼，經(jīng)RDR輸至數(shù)據(jù)總線。②呼叫處理（CALL）模式：電路可以檢測電話呼叫過程中的各種信號音，只要信號的頻率落在32OHz-51OHz范圍內(nèi)，片內(nèi)呼叫處理濾波器便可濾出。經(jīng)限幅得到的方波信號，由IRQ/CP端輸出，以用于微處理器對呼叫性質(zhì)和類別進行判斷。若無信號濾出，則IRQ/CP端始終保持低電平。③突發(fā)（BURST）模式：在DTMF模式下，工作于突發(fā)狀態(tài)，信號突發(fā)和暫停時間各為51ms；在CP模式下，工作于突發(fā)狀態(tài)，信號突發(fā)和暫停時間各為102ms，此時電路只可發(fā)送DTMF信號，但不能接收。④單/雙音（S/D）產(chǎn)生模式：電路可產(chǎn)生單音或DTMF信號（由CRB控制），用于測試和監(jiān)測。⑤測試（TEST）模式：使電路從DTMF接收部分得到延遲監(jiān)測信號，并從IRQ/CP端輸出。⑥中斷模式：此模式下若選擇狀態(tài)，當DTMF信號被接收或出現(xiàn)在監(jiān)測時間內(nèi)，或準備發(fā)送更多數(shù)據(jù)（突發(fā)模式下）時，則IRQ/CP端下接至低電平。2.語音電路(1)ISDI420芯片簡述ISD1420語音芯片是由美國ISD(InformationStorageDevice）公司開發(fā)的高保真、不怕斷電、錄放一體化的單片固態(tài)語音集成電路。其片內(nèi)設有時鐘振蕩器、128K字節(jié)EEPROM（電可編程可擦除只讀存貯器）、低噪前置放大器、自動增益控制電路、反混疊濾波器、平滑濾波器、模擬轉(zhuǎn)發(fā)器、差動功率放大器等高品質(zhì)語音錄放系統(tǒng)所需的全部基本功能電路。ISD系列語音芯片特點：①所需外圍元件少，電路簡單，操作方便。②采用直接模擬量存貯技術DAST(DirectAnalogsSrorageTechnology)，再現(xiàn)優(yōu)質(zhì)原聲。③零功率信息存貯，省掉備用電源。信息可保存10年以上，可反復錄放達10萬次之多。④易于使用，語音固化無需專用編程或開發(fā)裝置，可隨意改變錄音內(nèi)容。⑤較強的選址能力，可進行分段管理和分段存儲多段信息。⑥具有自動省電模式，錄音和回放后即刻進入等待模式，此時僅需0.5uA的維持電流。⑦自帶時鐘源，高抗干擾性能。⑧可直接驅(qū)動8-16喇叭工作，輸出不失真功率大于50mW。也可作激勵信號單端輸出，外接功率放大器，輸出功率為額定輸出功率的1/4，約為12OmW左右。⑨采用總線技術，適于同單片機接口。(2)芯片工作原理錄音過程中，ISD142O在進行存儲操作之前，要分幾個階段對信號進行調(diào)整。首先要輸入信號放大到存儲電路動態(tài)范圍的最佳電平，這個階段由前置放大器、放大器和自動增益控制部分來完成。前置放大器通過隔直流電容與麥克風連接，隔直流電容用來去掉交流小信號中的直流成份（大約2mA）。信號的放大分兩步完成，先經(jīng)過輸入前置放大器，然后經(jīng)過固定增益放大器。完成信號的通路要在模擬輸出端（ANAOUT）和模擬輸入端（ANAIN）兩個管腳之間連接一個電容器。自動增益控制電路動態(tài)地監(jiān)控放大器輸出的信號電平并發(fā)送增益控制電壓到前置放大器。前置放大器增益自動調(diào)節(jié)以便維持進入濾波器的信號為最佳電平，這樣錄音的信號能得到最高電平又使削波減至最小。我們可以通過選擇連接到AGC管腳的電阻和電容值來調(diào)節(jié)描述自動增益電路特性的兩個時間常量，即響應時間和釋放時間。下一個階段的信號調(diào)整是由輸入濾波器完成的。由于模擬信號的存儲仍然是采用取樣技術，因此還需要一個抗混淆濾波器以去掉（或至少減到可忽略不計的程度）取樣頻率1/2以上的輸入頻率分量。這樣就滿足了所有數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)都遵循的奈奎斯特取樣定律。語音的質(zhì)量要想優(yōu)于電話的音質(zhì)，取樣頻率要用8kHz。低通濾波器的高頻頻限選在3.4kHz，可滿足奈奎斯特取樣定律，而且仍有足夠?qū)挼念l帶以得到高音質(zhì)的語音。濾波器是一個連續(xù)時間五極點低通濾波器，在3.4kHz每個倍頻程衰減40dB。信號的調(diào)整完成后，將輸入波形通過模擬收發(fā)器寫入模擬存儲陣列中。由skHz取樣時鐘取樣，并且經(jīng)過電平移位而產(chǎn)生不揮發(fā)寫入過程所需要的高電壓，取樣時鐘也用于存儲陣列的地址譯碼，以便輸入信號順序的寫入存儲陣列。放音時，錄入的模擬電壓在取樣時鐘的控制下順序地從存儲陣列中讀出，恢復成原來的取樣波形。輸出通道上的平滑濾波器去掉取樣頻率分量并恢復原始波形，平滑濾波器的輸出通過一個模擬多路開關連接到輸出功率放大器，兩個輸出管腳直接驅(qū)動揚聲器。(3)芯片工作模式ISD142O具有多種工作模式，其地址輸入端具有雙重功能。它可以根據(jù)地址中的A6,A7的電平狀態(tài)決定AO-A7的功能。如果A6,A7有一個低電平，A0-A7輸入全解釋為地址位，即作為起始地址用，此時地址線僅作為輸入端，在操作過程中不能輸出內(nèi)部地址信息。根據(jù)PLAYE、PLAYL或REC的下降沿信號，地址輸入被鎖定。如果A6、A7同為高電平時，它們即為模式位。操作模式可以方便的與微控制器一起使用，也可通過硬件連線得到所需系統(tǒng)操作。地址0是ISD1420存儲空間的起始端，所有初始操作都是從O地址開始，后面的操作可根據(jù)模擬模式的不同，而從不同的地址開始工作。當電路中的錄、放音轉(zhuǎn)換將進入省電狀態(tài)時，地址計數(shù)器復位為0。當PLAYE、PLAYL或REC變?yōu)榈碗娖?，同時A6、A7為高電平時，執(zhí)行地址線所對應的操作模式。這種操作模式一直執(zhí)行到下一個低電平控制輸入信號出現(xiàn)為止。(4)語音芯片及外圍電路本系統(tǒng)的語音電路如圖7所示，這是應用ISD1420作為基本錄放音圖7語音電路的電路。所有的地址線均設置為“O”，所以放音的起始地址是O。當按下REC鍵后，錄音開始，數(shù)據(jù)從O地址開始存儲，直到存儲器滿或者松開按鍵為止。當按下PLAY鍵后，則開始放音，直到PLAY松開或者存儲器用完為止。LED2為錄音指示燈，當處于錄音狀態(tài)時，ISD1420的25腳被拉成地電平，LED2發(fā)亮。語音信號由駐極體話筒拾取，從MIC和MICREF兩端輸入芯片內(nèi)部的放大器放大，該放大器的輸出信號從ANAOUT端引出，外部使用C3O2藕合至另一個放大器的輸入端ANAIN，做進一步放大，經(jīng)功放后的音頻信號從SP＋和SP-兩端輸出并推動揚聲器發(fā)音。揚聲器的接法也可以一端接地，另一端任意接SP＋或SP-，因此，在此電路里，SP＋被用來與電話接口電路相連，以送出語音信號。C3O5和R3O5為增益調(diào)整電路。3.電話接口電路電話接口電路參見圖8。此電路起著很重要的作用，撥號電路、語圖8電話接口電路音電路均需要通過它與外界相連，它完成電話線在系統(tǒng)與電話機之間的轉(zhuǎn)換。平時電話機連在電話線上，系統(tǒng)與電話線斷開，不會干擾電話通信。若需報警時，系統(tǒng)控制繼電器轉(zhuǎn)換，系統(tǒng)接上電話線，電話機與電話線隔離，不會影響系統(tǒng)的工作。為了降低系統(tǒng)功耗，繼電器選擇了高靈敏型，工作電壓為＋5V。目前，交換機的工作電壓為直流60V或者48V，通過外線a、b接入用戶話機。為了確保撥號電路的DTMF信號正常發(fā)送和語音電路語音信號的正常播出，須設置極性保護電路，由二極管橋路構(gòu)成，不論用戶如何將外線接入LINEIN口，都能確保電路內(nèi)部的2線為正電壓。另外，有的交換機可提供的工作電流為50mA或者12OmA，因此，極性保護電路中的二極管反向耐壓必須大于180V，允許的正相電流必須大于180mA。可以選用IN4004、IN4007等。根據(jù)郵電部關于電話入網(wǎng)的標準，摘機狀態(tài)下的直流電阻應該小于等于300歐，因此，在極性保護電路后直接連一個200歐的電阻，以模擬摘機掛機。當模擬摘機時，用戶外線電壓降至10V左右。模擬摘掛機由繼電器吸合配合實現(xiàn)，V501與單片機P2.3口相連，模擬掛機時，工作于截止狀態(tài)，當單片機發(fā)出模擬摘機命令時，P2.3變?yōu)榈碗娖?，三機管由截止變?yōu)轱柡?，繼電器工作，觸點閉合，300歐電阻接入電話網(wǎng)，實現(xiàn)模擬摘機操作。撥號電路、語音電路可通過1:1隔離變壓器與電話接口電路相連。（五）鍵盤與密碼顯示電路設計鍵盤與密碼顯示電路負責系統(tǒng)與外界的聯(lián)系，數(shù)據(jù)或命令的顯示，包括：密碼輸入、修改密碼輸入、電話號碼設置、緊急呼叫、錄音、放音等功能。1.鍵盤電路按鍵在單片機應用系統(tǒng)中是一個關鍵部件，它用來實現(xiàn)向單片機輸入數(shù)據(jù)，傳送命令等功能，是屬于人機通道電路。這里采用節(jié)省單片機I/0端口的鍵盤電路，只用到3根I/0口線，普通接法只能接3個鍵。我們在常規(guī)接法的基礎上增加了3個二極管，并采用了新的接法。其軟件處理使用了端口訪問和掃描檢測兩種方法，從而使按鍵數(shù)可達到16個，同時由于采用了組合邏輯來直接對端口進行讀取，因此極大的簡化了程序的處理過程，也節(jié)省了寶貴的存儲器和CPU資源。該電路在程序處理時，由AT89C51首先向I/01-I/03寫高電平，然后讀入。如果非全1，說明KO-K6中有鍵按下，此時可根據(jù)讀入的端口狀態(tài)來判斷鍵的狀態(tài)：如果讀入的結(jié)果為全1，則I/01-I/03輪流輸出低電平，再讀入，這樣就可以根據(jù)另外兩根I/0線的狀態(tài)來判別是K7-K15中的哪一個鍵被按下。重復調(diào)用鍵盤處理子程序可將讀取的鍵值與上次的值進行比較，直至兩次讀數(shù)相同為止，這樣即可消除按鍵抖動所造成的誤讀。IO1、IO2、IO3分別接AT89C51的P1.O、Pl.1、Pl.2口。K0-K9分別代表十個數(shù)字鍵，K1O為清屏鍵，K11為密碼確認鍵，K12密碼修改鍵，K13為錄音鍵、K14為放音鍵，K15為緊急呼救鍵。2.密碼顯示電路當探測器檢測到異常信號傳給自動報警器時，只有解碼正確時才會有開鎖電平輸出給單片機，控制關閉中斷，解除用戶端自動報警器的監(jiān)測報警狀態(tài)。此時，自動報警器對這個異常信號不做出任何響應，直到被復位后，自動報警器才重新開始工作。如果六次誤碼輸入，則產(chǎn)生報警信號電平，觸發(fā)報警器中斷響應，此時報警器進入報警狀態(tài)，自動撥號發(fā)出報警信號。密碼電路中設有50秒定時中斷輸出控制信號，防止長時間無效操作。當有超過50秒的無效操作時，中斷開啟，發(fā)出報警信號。密碼由用戶端自動報警器設定，并可隨時更改，由鍵盤可輸入用戶新密碼。用戶不小心輸入錯誤時，在規(guī)定時間內(nèi)更正密碼即可解除報警，有效的預防了誤報。輸入密碼時的按鍵有效提示由綠色發(fā)光二極管來實現(xiàn)，即密碼輸入正確時發(fā)光二極管被點亮；密碼輸入錯誤警告由紅色發(fā)光二極管來實現(xiàn)，當輸入密碼錯誤時紅色發(fā)光二極管被點亮。顯示模塊選用EDM-CO02八位串行輸入段碼式LCD模塊，是由八位的七段型液晶顯示器件與顯示驅(qū)動器HD44100構(gòu)成，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時顯示功能。HD44100接收來自顯示控制器的時序信號和串行數(shù)據(jù)，并把它們轉(zhuǎn)換成相應的液晶驅(qū)動波形輸出。（六）電源本系統(tǒng)主電源采用直流電源5V和6V供電，原理圖如圖9所示。圖9電源原理圖電源部分電路為典型的7805/7806應用電路，具有兩路電源輸出。該電路具有短路保護功能，變壓器輸出7V交流電，經(jīng)橋路整流，送入7805/7806輸入端，最后輸出SV/6V直流電。電阻與紅色LED構(gòu)成電源工作指示電路，綠色LED和蜂鳴器用于短路報警指示。本章節(jié)重點介紹了報警系統(tǒng)的硬件設計，對探測器電路、單片機模塊、EEPROM模塊及撥號電路、語音電路和電話接口電路進行了詳細的說明，給出了各模塊連接方法，及分析了各模塊的功能和原理進行了詳細說明，最后設計了主電源和備用電源電路，防止因為停電造成的系統(tǒng)癱瘓。

二、系統(tǒng)軟件設計自動報警器軟件部分采用模塊化設計，分為主控模塊、摘掛機模塊、撥號模塊、語音模塊、顯示模塊及讀寫數(shù)據(jù)模塊。應用匯編語言編程，在KeiluVISion2環(huán)境里，使用Top2000-B型編程器將程序?qū)懭雴纹瑱C。編程語言的軟件設計采用MCS-51匯編語言編寫自動報警器中相關程序（如撥號、語音、讀寫X25045等）。（一）控制模塊程序設計圖10為控制模塊PROCESS流程圖，它是整個系統(tǒng)軟件的核心，控制整個系統(tǒng)完成摘機，信號音判斷、撥號，發(fā)出語音求救信號，最后掛機。由于考慮到撥號音、忙音、回鈴音的存在，因此這個模塊較主程序復雜一些。首先，調(diào)用摘機子程序模擬摘機，再調(diào)用檢測和判斷子程序判別是否有撥號音，如果沒有，則跳轉(zhuǎn)到ERROR，調(diào)用掛機子程序，延時后重新調(diào)用摘機子程序；如果檢測到撥號音，則接下來調(diào)用撥號子程序，在撥號子程序里，將根據(jù)7EH、7DH被置位情況撥相關部門的電話，如管理中心電話或戶主電話等。撥號完畢后，重新調(diào)用檢測和判斷子程序，判別此時是忙音還是回鈴音，如果是忙音，則跳轉(zhuǎn)到ERROR，調(diào)用掛機子程序，延時后重新調(diào)用摘機子程序：如果是回鈴音，則重新調(diào)用檢測和判斷子程序，判別此時對方是否摘機，如果仍然是回鈴音，則繼續(xù)調(diào)用檢測、判斷子程序，直到505計時時間到，則調(diào)用掛機子程序，延時后，再重新調(diào)用摘機子程序；如果不是回鈴音，則調(diào)用語音程序，將事先錄制好的報警語音回放出來，最后調(diào)用掛機子程序，結(jié)束process模塊的執(zhí)行，返回主程序，等待再次被調(diào)用。圖10制模塊PROCESS流程圖（二）撥號模塊程序設計信號音檢測與判斷，首先將MT8888設置為呼叫處理模式，接著將單片機的TO設置成定時方式，T1設置成計數(shù)方式，由于需要定時5s，而選擇定時方式1，晶體振蕩器選擇12MHz，則最大定時時長為65.53ms，所以，需要用軟件擴展定時。計時開始后，計數(shù)也即開始。在定時中斷服務子程序里，判斷5s定時時間是否到，如果時間到，則從檢測子程序里跳出，否則，繼續(xù)計數(shù)。最后，計數(shù)值高八位存儲到THI中，低八位存儲到TL1中，供判斷子程序進行判斷。檢測子程序流程圖如圖11。圖11子程序流程圖判斷子程序流程圖見圖12。在此子程序里，將計數(shù)值分別與2000、圖12判斷子程序流程圖900、250這三個數(shù)進行比較，即調(diào)用MINUS子程序，將計數(shù)值與上述比較值做雙字節(jié)的無符號減法，然后根據(jù)寄存器C被置位情況，對撥號音標志位7CH、忙音標志位7BH、回鈴音標志位7AH進行置位或清零，然后返回。DTMF撥號程序設計：MT8888在自動撥號應用里，應將工作方式設置為突發(fā)方式，在此種情況下，雙音頻信號持續(xù)和暫停時間為5lms，符合自動撥號要求。在將MT8888設置為突發(fā)模式的時候，需要進行如下步驟：寫控制寄存器A、寫控制寄存器B、寫發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器、等待中斷或讀狀態(tài)寄存器。撥號子程序流程圖見圖13。開始開始置MT8888為BURST盜情讀X25045防盜電話讀X25045防火電話撥用戶電話撥中心電話返回返回圖13撥號子程序流程圖首先將MT8888設置為突發(fā)方式，然后判斷是否為盜情，即7EH是否被置位，如果沒有，則跳轉(zhuǎn)到撥管理中心電話號碼部分；如果被置位，則撥打用戶電話號碼，最后，該程序返回。（三）語音模塊程序設計語音子程序流程圖參見圖14。單片機P2.1口由高電平變?yōu)榈碗娖?，觸動ISD142O的放音腳，放音開始，因為ISD1420最長錄音時間為20秒，所以，延時23秒后，單片機P2.1腳由低電平變?yōu)楦唠娖剑乓艚Y(jié)束，然后進入下一次放音狀態(tài)，直至三次放音結(jié)束，清除警情標志位7EH后，程序返回。開始開始回放開始延時23秒回放結(jié)束回放3次返回圖14語音子程序流程圖（四）摘掛機模塊程序設計單片機P2.3口為高電平時，三極管處于截止狀態(tài)，繼電器沒有動作，系統(tǒng)掛機。當單片機P2.3口為低電平時，三極管處于飽和狀態(tài)，繼電器動作，系統(tǒng)摘機。（五）密碼及顯示模塊程序設計密碼及顯示子程序流程圖如圖15所示，用于控制報警器外部輸入。開始開始N=0解碼輸入正確輸錯告警N=N+1N>650秒定時中斷返回改密輸入新密碼掉線檢測圖15密碼及顯示子程序流程圖（六）讀寫數(shù)據(jù)模塊程序設計本系統(tǒng)中對X25045的編程包括上電初始化、系統(tǒng)工作時對X25045的讀寫以及看門狗的訪問。上電初始化包含看門狗定時器的啟動設置、X25045中數(shù)據(jù)的有效性檢查、以及必要的數(shù)據(jù)塊保護設置等。對于自動報警器，因為X25045中只保存報警及探測器正常與否等關鍵信息，因此可將其固定在所希望的電平上。寫數(shù)據(jù)子程序流程圖如圖16所示。圖16寫數(shù)據(jù)子程序流程圖使用X25045時需要注意的幾點問題：①上電以后，在任何操作開始以前，需要在／CS引腳上有一個從高電平至低電平的跳變。②要向EEPROM寫數(shù)據(jù)，引腳／WP必須為高電平，并先要用WREN指令將寫使能鎖存器置位。執(zhí)行WREN指令后，引腳/CS必須置為高電平，否則WREN指令被忽略。當WREN指令的所有8位發(fā)送之后，必須將／CS變?yōu)楦唠娖?。如果這時／CS仍然為低電平，隨后的寫操作將會被忽略。③向EEPROM寫入數(shù)據(jù)前，需要判斷WIP位是否為“0”。WIP位為“1”表示上一批數(shù)據(jù)寫入過程尚未結(jié)束，必須等到該位為“O”時才能寫新數(shù)據(jù)，每一批可寫入1-4字節(jié)數(shù)據(jù)。④為了結(jié)束寫操作（寫字節(jié)或頁），只能在第24、第32、第40或第48個時鐘之后把/CS變?yōu)楦唠娖?。在其它時鐘時間使／CS變?yōu)楦唠娖剑荒芙Y(jié)束寫操作。本章節(jié)分析了智能防火防盜報警系統(tǒng)的軟件設計，對單片機的工作流程做了詳細的說明，并分析了MT8888、ISD1420、X25045芯片的工作流程，采用匯編語言編程，以及模塊化設計，使得程序便于差錯，系統(tǒng)設計側(cè)重了實用性，使用戶可自行設置電話號碼和系統(tǒng)密碼并有探頭掉線檢測，充分體現(xiàn)了系統(tǒng)的實用性。

三、系統(tǒng)的抗干擾措施（一）系統(tǒng)硬件抗干擾措施用戶端自動報警器工作環(huán)境較惡劣，易受到各種干擾的侵犯。根據(jù)其來源不同，主要有空間干擾（通過電磁輻射進入）、過程通道干擾（通過與自動報警器及中央控制器相連的前向和后向通道進入）、供電系統(tǒng)干擾以及印制板與電路間產(chǎn)生的相互干擾。所以在設計上，應該采取必要的軟硬件措施，免除和減小各種不良因素對系統(tǒng)的影響和損害，從而提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。本系統(tǒng)在硬件設計過程中，主要采取以下幾個方面的措施來提高系統(tǒng)的抗干擾能力：①對于空間輻射干擾的抑制，主要解決辦法是屏蔽。靜電屏蔽使用導體材料即可。為達到電磁屏蔽的目的，可以把控制系統(tǒng)安裝在用鐵板做成的封閉機箱內(nèi)，來屏蔽外部靜電和電磁場的干擾。②設計印制電路板時，合理布線，力求將系統(tǒng)中個元件之間、電路之間可能產(chǎn)生的不利影響限制在最低程度。元件排列及信號走線盡量有序，短直，簡潔，避免相鄰電路相互影響了盡量避免過長的平行走線，減少布線的分布電容。接地線盡量加寬以減少接地電阻，并解決好接地點問題。避免印制電路形成環(huán)路接受噪聲形成干擾。按鈕等在操作時會產(chǎn)生火花，必須利用RC電路加以吸收。③電源的設計將強弱電嚴格分開，不把它們設計在一塊電路板上，電源線的走向盡量與數(shù)據(jù)傳遞的方向一致。在印制電路板的各個關鍵部位配置去藕電容，電源輸入端跨接10協(xié)F的電解電容。每片集成電路電源的引腳上并接0.01協(xié)F高頻電容。對于抗噪聲能力弱、關斷時電流變化大的器件和ROM、RAM存儲器件（集成塊），應在芯片的電源線（VCC）和地線（GND）間直接接入0.01UF去藕電容。④CMOS芯片的阻抗很高，易受外界的干擾，故電路中不使用的輸入端不允許懸空，否則會引起邏輯電平不正常。根據(jù)實際情況，將多余的輸入端與正電源或地相接。實踐表明，元器件的質(zhì)量對系統(tǒng)影響很大。應選擇正品元器件。使用前還要進行必要的篩選。對于接插件，應選擇抗震性能好，接合可靠，防松的接插件。傳輸電纜應具有良好的屏蔽層，耐老化，抗損傷，不易斷線。⑤電阻系統(tǒng)本身對靜電的防護也是至關重要的。靜電產(chǎn)生的原因主要有兩種模式：人體帶電和電場感應帶電?？紤]人體帶電模式，鑒于人主要接觸開關機控制CPU模塊，且主要是鍵盤。為防止靜電危害，在鍵盤的3個引線上對地分別串上3個防靜電電容，本系統(tǒng)采用0.01uF的電容。⑥無論系統(tǒng)采取什么樣的抗干擾措施，系統(tǒng)總會受到一些干擾使系統(tǒng)中的單片機的程序跑飛。為了使程序跑飛后，系統(tǒng)能恢復正常運行，本系統(tǒng)采用硬件看門狗X25045。（二）系統(tǒng)軟件抗干擾措施在單片機應用系統(tǒng)中，由于程序及一些重要常數(shù)都存儲在ROM中，這就為軟件的抗干擾創(chuàng)造了良好的前提條件?？刂葡到y(tǒng)受干擾后反應在單片機上就是所謂的“沖程序”,即程序指針亂跳，出現(xiàn)程序跑飛和非法死循環(huán)，導致程序失控。因此，需對單片機系統(tǒng)采取一些有效措施，這里主要采取了以下幾種措施。1.數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟铄e控制本系統(tǒng)采用檢錯重發(fā)。首先對所發(fā)送的數(shù)據(jù)進行異或操作，把最后的結(jié)果也發(fā)送出去。接收端對接收到的所有數(shù)據(jù)進行異或操作。若結(jié)果為零，則傳輸正確，否則傳輸錯誤，通知發(fā)送端重發(fā)。2.對重要數(shù)據(jù)進行程序復核在程序的執(zhí)行中對重要數(shù)據(jù)進行復核，本系統(tǒng)主要對輸入的鍵值進行復核，看是否正確，若正確則進行處理，否則忽略。3.指令冗余當CPU受到干擾后，往往將一些操作數(shù)當作指令碼來執(zhí)行，引起程序混亂。本系統(tǒng)的軟件設計中，在一些對程序流向起決定作用的指令之間插入兩條NOP指令，保證彈飛的程序迅速納入正確的控制軌道。此類指令有：RET、RETI、ACALL、AJMP、JZ、JNZ、JC、JB、JNB、等。在某些對系統(tǒng)工作狀態(tài)至關重要的指令（如SETBEA之類）前也可插入兩條NOP指令，以保證被正確執(zhí)行。一些關系系統(tǒng)能否正常運行的重要指令，如中斷操作，系統(tǒng)開關機標志設定等，必須在程序中多寫一些，這樣可以保證系統(tǒng)即使受到干擾越過一條指令，還會遇到其它相同的指令，系統(tǒng)仍能正常運行。

設計小結(jié)本課題的研究開發(fā)工作經(jīng)過三個多月的不懈努力，目前基本達到了預期的要求，通過對多元探測器與自動撥號報警系統(tǒng)的調(diào)試，可得到如下結(jié)論：1.智能住宅防盜防火報警系統(tǒng)的總體方案設計基本正確、可行，其主要功能基本得以實現(xiàn)。盜警、火警檢測有效，自動撥號具有較強的抗干擾性能和自我保護功能，為將來系統(tǒng)產(chǎn)品化打下了良好的基礎。2.對于區(qū)域聯(lián)網(wǎng)式報警系統(tǒng)，其大部分時間處于警戒狀態(tài)，傳送數(shù)據(jù)量較小，若采用通常的微機加MODEM進行通信，勢必造成浪費。采用單片機控制下的DTMF撥號方式，準確、及時發(fā)送報警信息，在簡化設備的條件下，可滿足聯(lián)網(wǎng)報警系統(tǒng)的技術要求。3.防火防盜報警系統(tǒng)所有探測器的輸出信號都是開關量，有無警情很容易識別。但由于信號線上受到空間電磁波的干擾，例如附近手機、電焊機等的工作，會導致誤報。因此實際電路中考慮到了對信號進行特殊的處理：如在硬件上設置濾波電路、信號的上拉或下拉處理電路，或采用比較器進行處理。同時在軟件上設計多次檢測程序，以確保既不誤報，也不漏報，以提高系統(tǒng)的可靠性。在軟件中按程序執(zhí)行的時間段，每0.2S左右，編入一段喂狗語句。硬件看門狗的等待時間為0.6S。這些時間段，是根據(jù)防火防盜的需要設置的，對不同的系統(tǒng)，這個時間段并不相同。4.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，成本低，實用效果良好。本課題作為智能住宅安防系統(tǒng)中防盜防火報警方面開發(fā)的一個嘗試，離最后的實用化、產(chǎn)品化還有相當?shù)木嚯x。隨著微電子技術、自動控制技術和傳感器技術發(fā)展，還將會得到更大的發(fā)展空間。住宅小區(qū)安防報警系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)形式未來有三個主要發(fā)展趨勢。利用電話網(wǎng)形成的報警系統(tǒng)是通過各種傳感器自動采集報警信號，經(jīng)專用報警控制箱及電話網(wǎng)傳送到接／處警中心進行接／處警。該聯(lián)網(wǎng)方式技術先進、質(zhì)量可靠、功能多、價格適宜、使用操作方便，符合安防系統(tǒng)的要求。這類報警系統(tǒng)通常不需要特種業(yè)務號碼，其特點是組網(wǎng)靈活、覆蓋面廣。防范的區(qū)域可以包括一個城市，也可通過長途電話網(wǎng)將其他城市連接起來共同防范。

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目錄TOC\o"1-3"\h\z前言 11城市現(xiàn)狀 21.1自然狀況 21.2社會經(jīng)濟發(fā)展現(xiàn)狀 51.3城市結(jié)構(gòu)與人口 61.4城市能源供應及消費狀況 71.5環(huán)境狀況 71.6交通條件 82設計依據(jù)、設計原則及規(guī)范與標準 92.1設計依據(jù) 92.2編制原則 92.3編制應遵循的規(guī)范、標準 113我國城鎮(zhèn)燃氣概況與發(fā)展燃氣政策 123.1我國能源 123.2城鎮(zhèn)燃氣概況 143.3我國發(fā)展城鎮(zhèn)燃氣政策 194氣源確定與氣源基本參數(shù) 194.1氣源條件 194.2CNG與LNG氣源選擇 224.3CNG供氣及供氣基本參數(shù) 235工程項目范圍、供氣規(guī)模及主要工程量 245.1工程項目建設的必要性 245.2工程項目范圍 255.3供氣原則 255.4供氣對象與供氣范圍 265.5氣化人口與氣化率的確定 265.6工程分期 275.7各類用戶耗熱定額 275.8居民與商業(yè)用戶高峰系數(shù)的確定 285.9供氣比例與供氣規(guī)模 305.10各類用戶耗氣量平衡與高峰流量 315.11儲氣與調(diào)峰 346CNG氣源站 386.1站址選擇 386.2建站規(guī)模及占地面積 396.3總圖布置 396.4CNG氣源站豎向設計 406.5交通運輸及道路 416.6綠化 416.7用地指標 416.8工藝設計與主要設備 426.9管材選擇及防腐 476.10公用工程 487中壓管網(wǎng)輸配系統(tǒng) 537.1中壓輸配系統(tǒng)壓力級制確定 537.2城區(qū)中壓管網(wǎng)布置原則 557.3中壓管網(wǎng)布置 567.4中壓管網(wǎng)的敷設和特殊地段的處理 577.5管材選擇與防腐 587.6管道水力計算 598、組織機構(gòu)及勞動定員 619環(huán)境保護專篇 629.1設計采用規(guī)范及標準 639.2污染物及治理措施 639.3綠化設計 6410消防專篇 6510.1設計采用規(guī)范和標準 6510.2工程項目火災危險性分析 6510.3消防措施 6610.4建立健全各種規(guī)章制度 6711勞動保護、職業(yè)安全與工業(yè)衛(wèi)生 6811.1設計依據(jù)及遵循的標準和規(guī)范 6811.2安全措施 6811.3勞動保護與工業(yè)衛(wèi)生 7012各類用戶對燃氣價格承受能力分析 7112.1居民用戶對燃氣價格承受能力分析 7112.2商業(yè)用戶對天然氣價格承受能力分析 7213節(jié)能 7313.1能耗分析