2018年01月02日 | 基于AT89c51单片机为核心的遥控报警系统设计与原理分析

1  引  言  

由于经济的快速发展，人们生活水平得到较大的提高，生活节奏也越来越快，为此家电遥控和家庭安全也为人们所需要和重视。以AT89C51单片机为核心通过电话进行电器遥控和报警装置主要解决这些问题。他的主要功能有：通过电话可以遥控16路电器通断，遥控路数可以根据需要进行扩展；可以实现电器调压调速控制，有密码设定，保密安全性好；有语言提示，避免盲目操作；可以取消已输入的操作命令；当单片机接收到家中天然气泄露、温度超限和失窃信号后会自动拨打预留电话并报告家中发生的情况。

2硬件电路设计    

总体电路设计思路是：电话遥控报警器与家用电话采用并联方式，当有振铃信号时单片机开始记数，前10次铃声内若有人接电话，则遥控报警器被屏蔽，不影响正常接听电话，若10次铃声后无人接听，约定遥控报警器自动模拟挂机，并发出提示音要求用户输入密码，允许3次输入错误，并有2次提示输入错误重新输入，若第3次输入错误则自动挂机。密码输入确认无误后，发出提示音，提示用户输入要求执行任务的电器代码，代码为3位数字加“#”字确认，前2位数字为电器代号，范围为1～16(假定控制电器为16个)，第3位数为调压调速的级数，范围为1～4(档数根据需要确定)，若电器无调压调速，则第3位数无效。若同一任务所输入的次数为偶数，表示取消任务。若2次按键的时间间隔小于100mS，则第2次按键输入无效，以防止抖动。若前次按键后10 s无按键输入，默认为无任务输入，自动挂机。挂机后单片机把输入任务送对应输出口执行任务，并保持状态直到有新任务输入。硬件电路主要包括震铃检测电路、模拟摘机和DTMF解调电路、调速电路、任务执行电路、3路传感器报警信号电路，以及语音电路部分。硬件电路框图如图1所示。

2.1振铃检测电路电路如图2所示。电话线振铃信号为25 Hz，75～100 V。因此不能直接与IC电路连接，同时为了防雷击，输入端用1 μF/160v电容进行隔离。铃流声经全桥整流后再由光电耦合器．4N25耦合并经40106整形后送89C51 TO计数器进行振铃次数记数，当TO记数为10次时，按约定为有任务输入，89C51输出模拟摘机信号使线路接通，同时单片机控制语音提示电路“请用户输入密码”并通过电话线路将输入的密码信号送人双音频DTMF解码电路。

2.2  双音频解码DTMF电路    

DTMF电路采用典型的MF8870芯片作双音频解码电路。当单片机发出模拟摘机信号后使线路接通，在提示音后输入密码，如MF8870，确认有信号输入后，CIO端(15脚)为“1”，更新输出锁存器，并将输入双音频信号解码为4位二进制数送输出锁存器D1～D4端，CIO端电平送EN端(10脚)允许输出。单片机首先进行密码核对，然后将MF8870送入的任务信号送RAM中存储，直到输入任务结束。2.3语音提示及拨号电路    

语音提示电路采用美国ISD公司语音芯片ISD25120，该芯片可录放120 s，由于采用“直接模拟量存储”(DAST)专利技术，信号无需经D／A，A／D转换等处理过程，失真小，音质好。片内含振荡器、话筒前置放大器、自动增益控制、防混淆滤波器、平滑滤波器、扬声器驱动及E2PROM陈列，外围电路简单，体积小，3 V单电源供电，耗电省，维持电流仅1 μA。用该芯片只播放预录好的语句，所以电路只用了放音功能，录／放模式P／R接高电平，节电方式为工作接地。时钟采用外时钟，ISD25120外时钟频率f=512 kHz。ISD25120共有10条地址线，要这样可以实现200 ms的信息分辨率，但由于我们只需要寻找每段录音起始地址，所以可以降低分辨率使用，这里把A3～A0接地。A9和A8决定A7～A0的意义，当A9和A8有一个为“0”时，A7～A0表示为当前录放操作的起始地址，当A9和A8有一不为“0”时，A7～A0表示为不同的操作模式，在此A9和A8接地，表示A7～A0为地址数。当需要放音时，89C51使ISD25120片选端CE=“0”，同时给出A7～A0地址数，在CE的下降沿锁存，A9～A0具体设置如下：

这样由A7～A4四条地址线可以最大寻址数为16个，每段时间长短可以由设计者根据需要决定。录音段起始时间和此段起始地址数关系如下：时间=某段起始地址数(十进制)×分辨率不同芯片分辨率不同，具体可查阅有关手册。ISD25120分辨率为200 ms，本装置1～7段为6 s，输入有关的提示语。第8段为预留电话号码，9～11段为15 s，用于拨号报警，12～16段共27 s备用。语音提示及拨号电路图如图3所示。

当89C51收到由天然气、温度和失窃报警器送来信号后，89C51采用将预录在ISD25120语音芯片中的双音频电话号码及报警语音播出的方式进行报警。由于DTMF双音多频数字信号和ISD语音芯片在电话和无线网络传输的语音信号频率范围相同，所以此方案可行。但要注意以下问题：贝尔电话DTMF、信号标称误差是±1.5％，当电话晶体为3.579 45 MHz时，产生的音调误差范围为+0.74％～-0.54％。而大部分ISD器件内部振荡器在全电压和全温度范围内误差为2.25％，即：ISD器件误差大于DTMF、标准误差，如图4所示。所以不能用ISD内部振荡器，而必须用外部晶体振荡输入信号。从图4可以看出，最坏录放音情况时，提供给ISD器件的外部时钟要求误差小于0.75％，他可以是TTL或CMOS电平。对于ISD25120采样速率为4 kHz，提供的时钟频率为512 kHz，单片机为6 MHz晶体，工作频率为1 MHz，外加二分频电路提供给ISD25120的频率为5 kHz，与要求的512 kHz很接近，使用中不会造成任何问题。这里要求频率变化误差要小，而并不要求非常准确的频率值。

2.4电器控制电路    

任务输入后首先存放在存储器中，当任务输入结束后，软件首先删除输入偶次数的任务项，然后将任务送相应口线。若单片机口线够用，则可以直接由口线送外电路执行，软件只需进行任务口线状态取反即可。若单片口线不够用，则可以外加CD4514芯片进行4～16线解码的扩展，但每路需加双稳态电路保持，并进行电流放大，执行的器件一般采用继电器，继电器触头容量应根据用电器的功率大小决定，并留一定的余量。2.5调速调压电路    

调速调压电路执行器件选用双向可控硅，单片机根据任务送不同脉冲个数，则BT33驰张振荡器冲放电时间不同，使双向可控硅导通角大小不同而输出电压不同。3软件设计    根据以上分析，软件主流程图如图5所示。    

除主程序外，子程序包括6位密码核对子程序、(3位数+#)任务输入核对子程序、提示音子程序、报警子程序、任务排除偶次输入子程序、对方回铃声和忙音区分子程序以及10 ms，10 s，60 s延时子程序，编写程序时注意二次按键时间小于10 ms时第2次按键无效，以防止抖动。当上次按键后连续10 s无按键输入信号，则默认可以自动挂机。报警拨号后对方回铃音和忙音的区别：按规定回铃音为1 s高电平4 s低电平方波信号，忙音为高电平和低电平均为0.35 s方波信号，回铃音和忙音呼叫时间60 s，60 s后自动挂机。当有报警信号送单片机时，通过软件模拟摘机，预留电话拨号输出后，在接到第一声回铃音或忙音时，定时器开始定时，计数器开始计输入的回铃音或忙音的个数。然后判别在60 s内，若计数值>15个脉冲(这时无论60 s定时到否)则表示对方为忙音，应挂机，延时60 s后重拨号呼叫。若在60 s内计数<14个脉冲，则表示为回铃音。若在少于12个脉冲中间回铃音中断表示对方有人接听，可以播放报警信号对应的报警语音。若60 s内一直有回铃音，且定时到，表示对方无人接听，则挂机延时后重拨，直到电话报警完成。

4结  语    

该装置是现代家庭中一项十分有用的技术，对装有无线控制装置的家庭，只需将执行任务部分改为无线遥控发射即可。随着可视电话的发展，安装一个微型摄像头，出差在外也可以对家中的情况一目了然。