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1、合肥工业大学2006届电气与自动化工程学院校级优秀毕业论文家庭电话报警系统设计学生姓名：徐 专业班级：自动化02-4班指导教师： 指导单位：电气与自动化工程学院摘要：本系统是基于公共电话网设计的一种家用报警装置。系统采用凌阳单片机控制，主要对室内发生盗情、火灾、煤气泄漏等异常情况时通过电话及扬声器发出报警。在异地还可通过电话对该系统进行远程控制，如设防、撤防、报警状态查询、修改电话号码、修改校验密码等。关键词：SPCE061A，MT8888，电话报警，远程控制，AT24C02Abstract: The system is an alarm device based on the public
2、telephone network, which is designed for private family. It is controlled by a single chip computer, SPCE061A . The alarm speech is sent out by telephone network and loudspeaker when something abnormal occurs, such as thief intrusion, fire and coal gas leakage. In addition, the device also can be co
3、ntrolled remotely, such as defence, canceling defence, inquiring alarm status，modifying telephone numbers, changing the password, and so on.Keywords: SPCE061A, MT8888, telephone alarm, remote control, AT24C021 绪 论现代家庭多为三口之家，随着现代生活节奏的加快，家中无人是常见的现象。这将导致诸如失火、煤气泄漏甚至入室盗窃等情况发生时，由于得不到及时处理，给人们的财产安全带来重大损失。人们
4、非常希望有一个报警装置，能够及时地通知或处理家里无人时发生的异常情况，从而将损失减少到最低限度。本设计就是在这种背景下产生的，它以现在普及的固定电话为依托，以单片机为整个系统的监控核心，当室内发生火灾、煤气泄漏、有非法进入等异常情况时通过电话发出语音报警，通知当事人家里发生的情况，使得到及时处理，以减少损失；此外，也通过扬声器在现场发出高音报警。另外，还可以通过拨打电话的方式对该装置进行远程操作。2 系统硬件设计2.1 系统功能系统主要功能如下：（1）报警：当室内发生火灾、煤气泄漏或有非法进入时，相应的检测装置产生一报警脉冲信号传入单片机，单片机立即启动循环拨号程序，从存储装置中取出预先存入的
5、电话号码，通过双音多频信号收发器发出，发送完毕后启动信号音检测程序，检测是否拨通，若未拨通则取下一个号码重新拨打，直到拨通为止。拨通后，等待对方接听，当检测到对方已摘机接听，启动放音程序，播放相应的录音，通知当事人家里发生的情况。（2）远程控制：就是通过拨打电话的方式对系统进行远程操作。拨打并有本系统的电话，响铃六次后若还无人接听，则认为室内无人，系统自动摘机；首先需要进行身份校验，身份校验通过后，就可根据系统的语音提示，通过按下电话按键对系统进行如撤防，设防，报警记录查询，修改电话号码，修改校验密码等操作。（3）报警记忆功能：可通过键盘或拨打电话的方式来查询报警历史记录。（4）身份验证：系统
6、设有校验密码，只有通过了身份验证，才能对系统进行远程操作。（5）密码修改功能。（6）电话号码修改功能。（7）语音提示功能。2.2 硬件设计图2.1 系统硬件框图系统硬件框图如图3.1所示。凌阳单片机SPCE061A是系统的核心，它的作用是通过程序对系统进行控制，另外，还提供了语音播报的功能。DTMF信号收发器选用加拿大Mitel公司的MT8888，它是该公司生产的DTMF信号编/解码系列芯片中较新的一种，该芯片功能强，功耗低，工作稳定可靠。存储装置主要用来存储电话号码和校验密码，采用ATMEL公司出品的AT24C02。系统主要模块功能及其主要元器件如表2.1所示。表2.1 主要模块功能简介系统
7、模块主要构成元件功能简介单片机凌阳SPCE061A及外围电路通过程序对整个系统进行控制，另外还提供语音播报的功能双音多频信号收发器MT8888接收从电话线上来的DTMF信号并将其转换为数字信号，送入单片机处理或将欲拨的电话号码转化为DTMF信号送上电话线，实现拨号功能。在拨号的过程中，还起到电话信号音检测的作用。存储装置AT24C02存储电话号码、校验密码等振铃检测电路电子元件检测振铃的个数自动摘挂机电路电子元件模拟自动摘挂机无线门磁探测器YHAF-T221非法进入检测无线烟雾探测器YHAF-Y281火灾检测无线燃气探测器YHAF-Y282煤气检测凌阳单片机I/O口占用如表2.2所示。表2.2
8、 I/O口占用表I/O引脚说 明IOA15-IOA12输入/输出，接MT8888的数据总线D3-D0IOA9-IOA0输入，数字按键9-0输入IOA10确认键IOB15-IOB13输出，分别与MT8888的、相连，通过程序控制，模拟MT8888的读写时序，以对MT8888进行读写控制IOB11输入，电话号码修改按键IOB10输入，密码修改按键IOB9输出，接AT24C02的串行时钟线SCLIOB8输入/输出，接AT24C02的串行数据线SDAIOB7-IOB5报警信号输入IOB3（EXT2）信号音检测输入IOB2（EXT1）振铃音检测输入IOB4报警状态查询输入IOB1，IOB0输出，音频输出
9、继电器控制和自动摘挂机控制2.2.1 SPCE061A简介凌阳SPCE061A是16位的单片机，内置2K字SRAM和32K字FLASH ROM，32位通用可编程输入/输出端口，2个16位可编程定时器/计数器，14个中断源，具有语音处理功能，能实现放音、录音、语音识别等功能。本系统就是利用凌阳单片机的语音播报功能来实现报警语音和提示语音。2.2.2 自动摘挂机电路自动摘挂机电路如图2.2所示。IOB0为低电平时，挂机；IOB0为高电平时，摘机。图2.2 自动摘挂机电路图2.3 振铃检测电路2.2.3 振铃检测电路振铃检测电路如图2.3所示。当有铃流信号来时，IOB2输出方波，对此方波计数，就可判
10、断振铃的个数。2.2.4 扬声器报警电路采用音频功率放大器LM386对凌阳单片机输出的语音信号进行放大，驱动扬声器报警。扬声器报警电路如图2.4所示。图2.4 扬声器报警电路2.2.5 双音多频信号收发器MT8888及其接口电路双音多频（DTMF）信号收发器MT8888在本系统中的主要功能是自动拨号、电话信号音检测以及DTMF信号的接收。MT8888与凌阳单片机的接口电路如图2.5所示。MT8888输出的DTMF信号还需经过放大再送到电话线上。DTMF信号放大电路如图2.6所示。图2.5 MT8888与凌阳单片机接口电路 图2.6 DTMF信号放大电路图 图2.7 AT24C02与凌阳单片机接
11、口2.2.6 存储装置AT24C02是ATMEL公司出品的具有接口之优秀串行EEPROM器件，容量为2568，它的特点是无需特殊设备，单片机本身就可对它进行读写操作，写入数据在断电情况下可保存十年以上，使用非常方便。3 系统软件设计系统程序包括主程序和中断程序两大部分，主要采用凌阳C语言编程，部分程序采用汇编语言编程，在凌阳单片机“61板”开发系统上调试。3.1 系统主程序主程序的主要功能是实现报警和本地控制功能。采用循环结构，顺序查询各个报警输入端口和控制输入端口，当有某报警信号或控制信号输入时，程序转到相应的程序段运行，运行完毕后又进入循环。主程序流程如图3.1所示。3.2 远程控制中断服
12、务程序远程控制采用中断的方式，因为远程操作是随机的，且不是频繁的，若也采用查询方式，会浪费大量的CPU时间。远程控制中断服务程序如图3.2所示。图3.1 主程序流程图图3.2 远程控制中断服务程序3.3 MT8888软件设计3.3.1 MT8888初始化MT8888在上电100ms内需进行初始化。MT8888初始化要经过：读SR，写CRA=0000B，再写CRA=0000B，写CRA=1000B，写CRB=0000B，读SR。3.3.2 DTMF信号的发送在DTMF发送（即拨号）程序中，把MT8888设定为DTMF模式，并使之工作于突发模式，不允许中断。写发送寄存器TDR后读状态寄存器SR，若
13、SR的b1=1，则表示本次发送结束，可发送下一个号码。3.3.3 电话信号音检测号码拨出以后，还需要进行电话信号音检测，以判断是否拨通。首先，设置MT8888工作模式，写CRA=1110B,再写CRB=0001B，使MT8888工作于呼叫处理（CALL）模式，TONE OUT不能输出，允许中断，非突发模式。信号音检测程序主要是在5s内对输出的方波进行计数，计数值大于1792为拨号音,10241791为忙音，2561023为回铃音,小于255无效信号音。3.3.4 DTMF信号的接收在DTMF接收子程序中，首先，也要设置MT8888的工作模式，写CRA=1000B，使MT8888工作于DTMF模
14、式，不允许中断，再写CRB=0001B，使工作于非突发模式。当检测到SR的b2位为1时，表示接收到一个有效的数据。以“#”为数据的结束标志。3.4 AT24C02的读/写在总线技术规范中，当时钟线SCL为高电平时，数据线SDA由高电平跳变为低电平定义为“开始”信号；当SCL线为高电平时，SDA线发生低电平到高电平的跳变为“结束”信号。开始和结束信号都由主器件（单片机）产生。发送应答位或“0”数据位以及发送反态应答位或“1”数据位的时序如图3.3所示。图3.3 总线数据传送的典型信号时序要求单片机要想与其连接的某一器件进行通信，该器件必须有一个地址。AT24C02的地址是一个8位二进制数，其格式
15、为：高四位为器件类型识别符，AT24C02为1010B；A2、A1、A0为引脚地址，其值由连接电路决定，当接+5V时为1，接地时为0；R/为数据方向位，R/=1时表示从AT24C02中读取数据，R/=0时表示向AT24C02中写入数据。在本系统中，AT24C02与SPCE061A接口如图3.7所示，A2A1A0=000B。总线中，对AT24C02内部存储单元读写时，除了要确定该器件的读写地址（读地址SLAR，写地址SLAW）外，还要指定片内的读写子地址(SUBADR)。由于片内子地址采用8位地址指针寻址，故子地址(SUBADR)为00HFFH。按照AT24C02器件手册，读写N个字节的数据格式
16、如图3.4、图3.5所示。图3.4 写N个字节的操作格式图3.5 读N个字节的操作格式4 结 论本报警系统适用于家里无人时充当“小哨兵”的作用，在发生盗情、火灾及煤气泄漏时发出报警，使得到及时处理，以减少损失。系统主要功能电路及软件经过实验验证，事实证明了该设计方案的可行性。由于本系统采用功能较强的凌阳单片机控制，双音多频信号编解码芯片也选用了功能强大的新产品MT8888，使得本系统结构简单紧凑，在操作的过程中有语音提示，因此操作也很方便。若在本系统的基础上增加一些电路,可以很容易扩展出远程控制家电功能和电话留言功能。参考文献1 张培仁，张志坚，高修峰：十六位单片微处理器原理及应用（第一版）,
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