毕业设计说明书
实验室防盗报警系统的设计
学生姓名： 学号： 系 别： 信息与通信工程系 通信工程 专 业： 指导教师：
2010年6月
实验室防盗报警系统
摘 要
随着科学技术的迅猛发展，现代生活水平也随之提高，人们更希望在一种安全、舒适的环境下生活。然而不法分子的手段也在不断进步，传统防盗手段明显不能满足人们的需要。
本文介绍了一种实验室防盗报警系统的设计，该系统是以AT89C51单片机为控制核心，采用热释红外传感器和自动拨号系统实现防盗报警。该系统具有结构简单、价格低廉、易于操作、工作性能可靠、抗干扰能力强、灵敏度高、安全可靠、安装隐蔽等特点，可用于实验室或家庭防盗报警。
关键词：单片机，报警，自动拨号，传感器
The system of laboratory anti-theft alarm
Abstract
With the rapid development of science and technology，the level of people’s life will also be improved in modern time, that people hope live in a safe and comfortable living environment. However, the means of crime elements are also continuously progressing. Obviously, the traditional means of security can not meet people's needs.
The article introduces a design of Laboratory Anti-theft alarm system. The system used AT89C51 microcontroller as the core of control, used heat spread infrared rays sensor as sensor, used automatic dial-up system as alarm. It is simple, inexpensive and easy to be operated, anti-interference capability and secure, and the automatic dial-up alarm function can be used into laboratory and family as the alarm system.
Keywords: microcontroller, alarm, automatic dial-up, sensor
目 录
1 引言 ................................................................... 1 1.1 本课题的研究意义 ..................................................... 1 1.2 防盗报警系统的研究状况以及发展动态 ................................... 1 2 系统总体介绍 ........................................................... 3 2.1 入侵探测器介绍 ....................................................... 3 红外探测器 .............................................................. 3 微波探测器 ............................................................... 5 玻璃破碎探测器 ........................................................... 6 电容变化探测器 .......................................................... 7 2.2 微控制器介绍 ......................................................... 7 AT89C51芯片介绍 ......................................................... 7 51主要特性参数 ........................................................... 8 AT89C51的管脚介绍 ........................................................ 8 AT89C51振荡器特征 ....................................................... 10 AT89C51的时钟特性 ....................................................... 11 AT89C51功能特性概述 ..................................................... 11 2.3 执行电路 ............................................................ 12 3 系统硬件电路设计 ...................................................... 12 3.1 热释电人体红外线传感器 .............................................. 13 热释电人体红外线传感器的工作原理 ....................................... 13 热释电人体红外线传感器的主要性能参数 ................................... 14 3.2 测量及放大电路设计 .................................................. 14 3.3 热释红外传感信号专用集成电路设计 .................................... 15 专用集成电路芯片BISS0001 ............................................... 15 工作原理 ................................................................ 17 BISS0001应用电路设计 ................................................... 18
3.4 “看门狗”复位电路 .................................................. 19 看门狗”的工作原理 ...................................................... 19 的功能特性 .............................................................. 20 3.5 工作指示及声光报警电路设计 .......................................... 21 3.6 自动拨号系统 ........................................................ 22 的介绍 .................................................................. 22 MT8888的工作原理 ........................................................ 23 的接口 .................................................................. 26 与单片机接口电路设计 .................................................... 26 线接口电路 ........................................................... 27 3.7 语音电路 ............................................................ 28 语音芯片 ................................................................ 29 ISD1420引脚功能描述 ..................................................... 29 地址输入端的工作模式 ................................................... 30 语音电路设计 ............................................................ 30 3.8 显示电路 ............................................................ 31 3.9 电源电路的设计 ...................................................... 33 4 报警系统软件设计 ...................................................... 34 4.1 系统主程序设计 ...................................................... 34 4.2 PROCESS控制模块设计 ................................................. 35 4.3 自动拨号模块程序设计 ................................................ 36 信号检测 ............................................................... 36 DTMF拨号程序设计 ....................................................... 37 5 系统的调试及运行 ...................................................... 38 5.1 系统的硬件电路调试 .................................................. 38 5.2 系统的软件调试 ...................................................... 38 6 结论 .................................................................. 40
附 录 ................................................................... 41 参 考 文 献 ............................................................. 42 致 谢 ................................................................... 44
1 引言
1.1 本课题的研究意义
随着社会的不断进步和科学技术经济的不断发展，人们的安全意识也逐渐加强，但是一些不法分子的手段也在改变，传统防盗手段明显不能满足人们的要求，而大型的监控系统又价格不菲，需专门的技术人员来管理，不适用于普通实验室，中小企业和家庭。针对此类现象，研究设计了一种基于单片机控制的智能防盗报警系统，具有结构简单、价格低廉、易于操作、工作性能可靠，抗干扰能力强，灵敏度高，安全可靠安装隐蔽等特点。它利用AT89C51系列单片机的强大功能和可扩充性为后盾，能够快速报警保护人民生命财产的安全[1]。 1.2 防盗报警系统的研究状况以及发展动态
在国内防盗报警最初被应用于博物馆，20 世纪六十年代主要采用的手段是声音报警，通过罪犯行窃时发出的声音作为报警信号，值班人员听到声音后再采取相应的措施。随着科学技术的发展，1982年公安部和公安部第一研究所，根据当时的防盗报警技术的发展为故宫很多展厅安装了主动红外、被动红外、微波、超声波、声控等防盗探测器，形成了多种探测手段的防盗报警系统，防盗报警技术提高到一个新水平。1984年以后安防事业在中国进入了普及与提高阶段，而且发展迅速。特别是84年为了加强庆祝国庆35周年的安全保卫工作，在天安门广场建立了电视监控工程，从此以后电视监控技术便进入到防盗报警系统中和城市交通安全管制中，提高了系统功能。
在现代计算机技术、自动控制技术和现代通信技术的支持下，电子地图、多媒体操作、管理与控制软件引入到防盗报警系统中。这种新的系统采用多媒体技术同时处理多种信息，并使信息之间、信息与设备之间、设备与设备之间建立逻辑联系，集成为一个交互式的系统，从而达到自动识别、自动预测、自动处理警情，使整个安防系统成为一种具有智能化的“活”的系统，让它发挥巨大、有效、可靠、灵活的系统功能[2]。
目前，国内市场上的防盗报警系统大部分是国外品牌，如:早期的美国安定保、C&K、日本艾礼富、以色列EL等，近几年进入中国市场的加拿大枫叶、德国博世、美国CE等，这些厂商无论是在资金和技术上，都具备很强的优势，对国内厂商的
发展形成巨大的竞争压力;国内防盗报警产品厂商发展时间比较短，真正取得长足发展也是在2000年以后，特别是在2004年国内有些厂商迅速成长，投资规模和企业规模都在迅速发展和扩大。但是与国外厂商相比还有很大差距。
现阶段，大部分工程商安装防盗报警产品时倾向于国外品牌，其中，安装的国外产品主要来自美国、日本和韩国，这三个国家的产品占据我国报警市场的近80%的市场份额。这主要是因为，在产品供给市场上，绝大部分国外品牌来自美国和日韩，防盗报警产品在这些国家的发展已经非常成熟，产品功能稳定、性能完善，再加上进入我国是时间较早，所以在我国市场上占有相当大的份额。
随着现代高新技术的发展和进步，以及安防各行业的共同努力，防盗、防非法入侵报警系统必将为营造安全、舒适的工作和生活环境，为保障公共安全、维护社会稳定、构建和谐社会发挥更大的作用，并从中得到更大的发展[3]。
2 系统总体介绍
本系统主要由入侵探测器、控制器和执行电路组成。探测器主要是对入侵信号的探测，微控制器是系统的核心部分，主要对入侵信号处理并控制执行电路，执行电路是系统的实现部分，包括报警系统、自动拨号系统、语音系统等。系统框图如图2.1。
入侵探测 器 微控制 器 执 行 电 路
图 2.1 系统框图
2.1 入侵探测器介绍
随着不法分子犯罪手段的不断改变，对于报警系统的要求也不断提高，尤其是探测器的准确度、隐蔽性和抗破坏性的提高尤为重要。目前探测器的种类繁多，主要有红外探测器、微波探测器、玻璃破碎探测器、超声波探测器、电容变化探测器等。 红外探测器
它是根据人体红外光谱原理，由发射端主动发射多束红外光线，在接收到红外线射束时，形成红外的网状，并进入防卫状态，当防卫射束被完全阻断超过40毫秒时，接收端的蜂鸣器会产生现场提示音，报警信号输出电路即向主机发出无限报警信号。红外探测器有主动式红外探测器、被动式红外探测器两种。
(1)主动式红外探测器
主动红外探测器由红外发射机、红外接收机和报警控制器组成。分别置于收、发端的光学系统一般采用的是光学透镜，起到将红外光束聚焦成较细的平行光束的作用，以使红外光的能量能够集中传送。红外光在人眼看不见的光谱范围，有人经过这条无形的封锁线，必然全部或部分遮挡红外光束。接收端输出的电信号的强度会因此产生变化，从而启动报警控制器发出报警信号。主动式红外探测器遇到小动物、树叶、沙尘、雨、雪、雾遮挡则不应报警，人或相当体积的物品遮挡将发生报警。由于光束较窄，收发端安装要牢固可靠，不应受地面震动影响，而发生位移引起误报，光学系统要保持清洁，注意维护保养。因此主动式探测器所探测的是点到
点，而不是一个面的范围。其特点是探测可靠性非常高。但若对一个空间进行布防，则需有多个主动式探测器，价格昂贵。主动式探测器常用于博物馆中单体贵重文物展品的布防以及工厂仓库的门窗封锁、购物中心的通道封锁、停车场的出口封锁、家居的阳台封锁等等[4]。
主动式红外探测器有单光束、双光束、四光束之分。以发射机与接收机设置的位置不同分为对向型安装方式和反射式安装方式，反射型安装方式的接收机不是直接接收发射机发出的红外光束，而是接收由反射镜或适当的反射物（如石灰墙、门板表面光滑的油漆层）反射回的红外光束。当反射面的位置与方向发生变化或红外发射光束和反射光束之一被阻挡而使接收机无法接收到红外反射光束时发出报警信号。
(2)被动式红外探测器
在室温条件下，任何物品均有辐射。温度越高的物体，红外辐射越强。人是恒温动物，红外辐射也最为稳定。我们之所以称为被动红外，即探测器本身不发射任何能量而只被动接收、探测来自环境的红外辐射。探测器安装后数秒种已适应环境，在无人或动物进入探测区域时，现场的红外辐射稳定不变，一旦有人体红外线辐射进来，经光学系统聚焦就使热释电器件产生突变电信号，而发出警报。被动红外入侵探测器形成的警戒线一般可以达到数十米。
被动式红外探测器主要由光学系统、热传感器（或称为红外传感器）及报警控制器等部分组成。其核心是不见光红外探测器件，通过关学系统的配合作用可以探测到某个立体防范空间内的热辐射的变化。红外传感器的探测波长范围是8～14μm，人体辐射的红外峰值波长约为10μm，正好在范围以内。
被动式红外探测器（Passive Infared Detector，PIR）根据其结构不同、警戒范围及探测距离也有所不同，大致可以分为单波束型和多波束型两种。单波束PIR采用反射聚焦式光学系统，利用曲面反射镜将来自目标的红外辐射汇聚在红外传感器上。这种方式的探测器境界视场角较窄，一般在5°以下，但作用距离较远，可长达百米。因此又称为直线远距离控制型被动红探测器，适合保护狭长的走廊、通道以及封锁门窗和围墙。多波束型采用透镜聚焦式光学系统，目前大都采用红外塑料透镜——多层光束结构的菲涅尔透镜。这种透镜是用特殊塑料一次成型，若干个小透镜排列在一个弧面上。警戒范围在不同方向呈多个单波束状态，组成立体扇形感热
区域，构成立体警戒。菲涅尔透镜自上而下分为几排，上面透镜较多，下边较少。因为人脸部、膝部、手臂红外辐射较强，正好对着上边的透镜。下边透镜较少，一是因为人体下部红外辐射较弱，二是为防止地面小动物红外辐射干扰。多波束型PIR的警戒视场角比单波束型大得多，水平可以大于90°，垂直视场角最大也可以达到90°，但作用距离较近。所有透镜都向内部设置的热释电器件聚焦，因此灵敏度较高，只要有人在透镜视场内走动就会报警。
红外光穿透力差，在防范区内不应有高大物体，否则阴影部分有人走动将不能报警，不要正对热源和强光源，特别是空调和暖气。否则不断变化的热气流将引起误报警。为了解决物品遮挡问题，又发明了吸顶式被动红外入侵探测器。安装在顶棚上向下360°范围内进行警戒，只要在防护范围内，无论从哪个方向入侵都会触发报警，在银行营业大厅，商场的公共活动区等空间较大的地方得到广泛使用[5]。 微波探测器
微波探测器分为雷达式和墙式两种。 (1)雷达式微波探测器
雷达式是一种将微波收、发设备合置的探测器，工作原理基于多普勒效应。微波的波长很短，在1mm~1000mm之间，因此很容易被物体反射。微波信号遇到移动物体反射后会产生多普勒效应，即经反射后的微波信号与发射波信号的频率会产生微小的偏移。此时可认为报警产生。
采用多普勒雷达的原理，将微波发射天线与接收天线装在一起。使用体效应管作微波固态振荡源，通过与波导的组合，形成一个小型的发射微波信号的发射源。探头中的肖基特检波管与同一波导组成单管波导混频器作为接收机与发射源耦合回来的信号混频，从而得到一个频率差，再送到低频放大器处理后控制报警的输出。微波段的电磁波由于波长较短，穿透力强，玻璃、木板、砖墙等非金属材料都可穿透。所以一般安装不能面对室外，以免室外有人通过引起误报。金属物体对微波反射较强，在探测器防范区域内不要有大面积物体存在，如铁柜等。否则在其后的阴影部分会形成探测盲区，造成防范漏洞。多个微波探测器安装在一起时，发射频率应该有所差异，防止交叉干扰产生误报。另外，如日光灯、水银灯等气体放电光源产生的100Hz调制信号由于在闪烁灯内的电离气体容易成为微波的运动反射体而引起误报。探测器对警戒区域内活动的目标的探测范围是一个立体防范空间，范围
比较大，可以覆盖60~90的水平辐射角，控制面积可达几十到几百平方米。雷达式微波探测器的发射能图与所采用的天线结构有关，采用全向天线（如1/4波长的单极天线）可产生圆球形或椭圆形的发射范围，这种能场适合保护大面积的房间或仓库等处。而采用定向天线(如喇叭天线)可以产生宽泪滴形或有窄又长的泪滴形能图，适合保护狭长的地点，如走廊或通道等。
(2)墙式微波探测器
墙式微波探测器利用了场干扰原理或波束阻断式原理，是一种微波收、发分置的探测器。墙式微波探测器由微波发射机、发射天线、微波接收机、接收天线、报警控制器组成。微波指向性天线发射出定向性很好的调制微波束，工作频率通常选择在9至11GHz，微波接收天线与发射天线相对放置。当接收天线与发射天线之间有阻挡物或弹出目标时，由于破坏了微波的正常传播，使接收到的微波信号有所减弱，以此来判断在接收机与发射机之间是否有人侵入。墙式微波探测器在发射机与接收机之间的微波电磁场形成了一道看不见的警戒线，可以长达几百米、宽2到4米、高3到4米，酷似一道围墙，因此称为微波墙式探测器或微波栅栏。 玻璃破碎探测器
利用压电陶瓷片的压电效应（压电陶瓷片在外力作用下产生扭曲、变形时将会在其表面产生电荷），可以制成玻璃破碎入侵探测器。对高频的玻璃破碎声音（10k～15kHZ）进行有效检测，而对10kHZ以下的声音信号（如说话、走路声）有较强的抑制作用。玻璃破碎声发射频率的高低、强度的大小同玻璃厚度、面积有关。
玻璃破碎探测器按照工作原理的不同大致分为两大类。一类是声控型的单技术玻璃破碎探测器，它实际上是一种具有选频作用（带宽10到15KHz）的具有特殊用途（可将玻璃破碎时产生的高频信号驱除）的声控报警探测器。另一类是双技术玻璃破碎探测器，其中包括声控-震动型和次声波-玻璃破碎高频声响型。
声控-震动型是将声控与震动探测两种技术组合在一起，只有同时探测到玻璃破碎时发出的高频声音信号和敲击玻璃引起的震动，才输出报警信号。
次声波-玻璃破碎高频声响双技术探测器是将次声波探测技术和玻璃破碎高频声响探测技术组合到一起，只有同时探测敲击玻璃和玻璃破碎时发出的高频声响信号和引起的次声波信号才触发报警。
玻璃破碎探测器要尽量靠近所要保护的玻璃，尽量远离噪声干扰源，如尖锐的
金属撞击声、铃声、汽笛的啸叫声等，减少误报警。 电容变化探测器
基于电桥测量电容的基础，利用电容的变化触发报警的探测器称为电容变化式报警探测器。由于电桥的平衡状态受桥臂上元器件值的影响，探测灵敏度较高，但受环境（温度、湿度等）影响较大。设计成差分方式工作则可有效地降低因环境影响而造成的误报警。
传感器的平衡电桥伸出的感应线细小、轻便、柔软，安装不受地形限制，安装在入侵者可能翻越、靠近的场所[6]。 2.2 微控制器介绍
MCS-51系列单片机系统结构的完整、特殊功能寄存器的规范化以及指令系统的控制功能等特色，使其成为单片机中的主流机型，确立了单片机作为微控制器（MCU）的地位，引起了微型计算机领域新的变革。在功能相同的基础上，考虑到成本和功能问题，作者在此选用的是ATMEL公司生产的AT89C51单片机为核心，为了理解这些功能是如何实现的，本节主要介绍89C51单片机的特性，功能与结构等。
AT89C51芯片介绍
AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容[7]。下面就是一个AT89C51单片机的外观及引脚图：
图 2.2 AT89C51引脚封装图
T89C51主要特性参数
（1）与MCS-51 兼容
（2）4K字节可编程闪烁存储器 （3）寿命：1000写/擦循环 （4）数据保留时间：10年 （5）全静态工作：0Hz-24Hz （6）三级程序存储器锁定 （7）128*8位内部RAM （8）32可编程I/O线 （9）两个16位定时器/计数器 （10）5个中断源 （11）可编程串行通道 （12）低功耗的闲置和掉电模式 （13）片内振荡器和时钟电路 AT89C51的管脚介绍 VCC：供电电压。 GND：接地。
P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FLASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FLASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。
P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如表2.1所示：
表 2.1 部分管脚定义
口管脚 P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7 备选功能 RXD（串行输入口） TXD（串行输出口） /INT0（外部中断0） /INT1（外部中断1） T0（记时器0外部输入） T1（记时器1外部输入） /WR（外部数据存储器写选通） /RD（外部数据存储器读选通） P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间[13]。
ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现[8]。
/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。
XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。 AT89C51振荡器特征
XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入端和输出端，如下图所示。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应悬空。由于输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。
图 2.3 内部振荡电路图 图 2.4 外部时钟驱动电路图
AT89C51的时钟特性
AT89C51的时钟频率可以为零，即具备可用软件设置的睡眠省电功能，系统的唤醒方式有RAM、定时/计数器、串行口和外中断口，系统唤醒后即进入继续工作状态。省电模式中，片内RAM将被冻结，时钟停止振荡，所有功能停止工作，直至系统被硬件复位方可继续运行。 AT89C51功能特性概述
AT89C51提供以下标准功能：4K字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O口线，两个16位定时/计数器，5个中断向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0 HZ的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其他所以部件工作直到下一个硬件复位[9]。
考虑到AT89C51本身固有的特点，设计时需注意以下几点：首先，它的程序存储器空间为2KB，因此所有的跳转和分支转移指令都要限制在这个范围内。其次，它没有MOVX指令，也就是说，它不支持外部存储器操作，这一点设计时一定要考虑到。此外，AT89C51自身还有一些其它特点，譬如：通过使用命令使其工作在低功耗模式等。单片机利用T0定时器和INT0引脚来测量输入方波信号的周期，而使用外部中断0来控制定时器T0是否开始定时。当定时器T0的运行控制位复位时，不管P3.2引脚是何值，定时器都不工作。只有当定时器T0的运行控制位置位后，才能根据P3.2引脚状态来决定定时器是否工作。当P3.2引脚出现高电平时，定时器T0开始定时；而在其出现低电平时，定时器T0停止工作，并将测量信号的周期保存在定时器的存储器中[11]。系统初始化时可通过设置使T0 和T1定时器
工在模式1。 2.3 执行电路
执行电路是本课题设计的重点，是防盗报警系统的重要组成部分，组成框图如图2.5它主要包括报警系统、自动拨号系统、语音电路及显示电路。
报警器 报警显示电 路 控 制 器 摘挂机电路 语音电路 DTMF收发电路 电 话 接 口
图 2.5 执行电路框图
在执行电路中报警器是一种传统的报警方式，当发现警情是报警器受控制器控制发出报警声音，但当用户远离警区时简单的声光报警器就失去了它的作用，因此我们在电路中接入了自动拨号报警系统，自动拨号报警系统是随着科技的发展应人们的需求而发展出来的一种新技术产品，它能在发现警情时通过单片机的控制实现向预存 号码自动拨号，并由语音电路实现语音报警。
3 系统硬件电路设计
热释红外探头 放大电路 BISS0001 AT89C51 单片机 驱 动 电 路 驱 动 电 路 拨号电路 MT8888 语音电路 ISD2500 LED 数码管 声 光 报 警 接口电路 电源 电路 键 盘 看门狗 DS1232
图 3.1 系统硬件结构总图
本设计为单片机应用系统，结构图如图3.1所示。防盗报警电路以AT89C51为主控核心，主体电路由单片机系统基本电路、传感器模块电路、声光报警电路和语音拨号报警电路组成。单片机系统具有看门狗系统监控电路，可以应付大多数的意外干扰和程序错误。输入部分具有多种传感器模块输入接口，可以实现多种场合的防盗检测。输出部分具有声光报警电路和拨号报警电路，可以在警报触发的时候发出声光警告，同时自动拨打预设的 号码报告主人。 3.1 热释电人体红外线传感器
防盗报警器入侵信号的探测是由热释电人体红外线传感器完成的，系统要探测非法入侵信号，用传统的办法目标明显易于被破坏，灵敏度低。因此我们考虑采用热释电人体红外线传感器，它具有反应速度快、准确、稳定性好、不易被破坏安全性好等特点。因此，广泛用于银行、办公楼、实验室、家庭等场合的防盗报警系统中。
3.1.1 热释电人体红外线传感器的工作原理
热释电人体红外线传感器由敏感单元、阻抗变换器和滤光窗等三大部分组成。热释电人体红外线传感器对红外线的敏感程度主要表现在传感器敏感单元的温度所发生的变化，而温度的变化导致电信号的产生。环境与自身的温度变化由其内部结构决定了它不向外输出信号；而传感器的低频响应（一般为0.1~10Hz）和对特定波长红外线（一般为5~15um）的响应决定了传感器只对外界的红外线的辐射而引起传感器的温度的变化而敏感，而这种变化对人体而言就是移动。所以，传感器
对人体的移动或运动敏感，对静止或移动很缓慢的人体不敏感；它可以抗可见光和大部分红外线的干扰[12]。
热释电人体红外线传感器与报警器配套使用，是报警器中的核心探测元件，红外光谱原理，由发射端主动发射多束红外光线，在接收到红外线射束时，形成红外的网状，并进入防卫状态，当防卫射束被完全阻断超过40毫秒时，红外传感器将信号传入专用集成电路并由专用集成电路转换后输入单片机控制系统，由单片机控制系统完成控制报警器报警任务。 热释电人体红外线传感器的主要性能参数
热释电人体红外线传感器的主要性能参数：电源电压 2.2~10.0V源极电压 0.3~2.0V 源极阻抗 47KΩ Id=6~43uA电 平 衡 10%Max） 频率响应0.33~0Hz 12db（Max）响应波长7.5~14um 平均大于70%工作温度-10~50℃。
其输出电压与特性曲线如图3.2所示。
图 3.2 Rv与ω的关系曲线
3.2 测量及放大电路设计
如图3.3所示的电路是由测量元件、补偿元件及电阻组成的测量电路，其中A1为测量元件，A2为补偿元件，R1、R2为纯电阻。在正常情况下，调节A2是电桥输出电压U0=0，当控制区域的探测温度增加时，A1的阻值增加，则输出电压也增加，通过测量输出电压U0即可得探测的温度变化。其中Ui为稳压源，它的稳定性决定了测量的精度。
由于探测电路的输出信号比较弱，必须对信号进行放大，本设计采用由单运放组成的测量放大器，如图3.4所示。电路中，利用三个运放组成了一同相差动放大
电路，其中电路配置时，一般使Rf1=Rf2，通过调整RW，改变放大器的增益。
图 3.3 测量电路 图 3.4 放大电路
3.3 热释红外传感信号专用集成电路设计 3.3.1 专用集成电路芯片BISS0001
根据系统的需要作者在这里选择了BISS0001芯片，其内部原理框图如图3.5。
图 3.5 BISS0001原理
BISS0001 采用CMOS工数模混合、16脚DIP封装、具有独立的高输入阻抗运算放大器、内部的双向鉴幅器可有效抑制干扰、静态电流极小等特点。BISS0001芯片管脚图如图3.6。
图 3.6 BISS0001芯片管脚图
表 3.1 管脚说明
引脚 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 名称 I/O A VO RR1 RC1 RC2 RR2 VSS VRF VC IB VDD I O -- -- -- -- -- I I -- -- 功能说明 可重复触发和不可重复触发选择端。 控制信号输出端。 输出延迟时间Tx的调节端 输出延迟时间Tx的调节端 触发封锁时间Ti的调节端 触发封锁时间Ti的调节端 工作电源负端 参考电压及复位输入端。通常接VDD，当接“0”时可使定时器复位 触发禁止端。当VcVR时允许触发(VR≈0.2VDD) 运算放大器偏置电流设置端 工作电源正端 第二级运算放大器的输出端 第二级运算放大器的反相输入端 第一级运算放大器的同相输入端 第一级运算放大器的反相输入端 第一级运算放大器的输出端 2OUT O 2IN- I 1IN+ I 1IN- I 1OUT O 光控电路由光敏电阻器RG、电阻器Rl和IC第9脚内电路组成。控制执行电路由电阻器Rl0、晶体管V、二极管VD和继电器K组成。
BISS0001工作原理
BISS0001是由运算放大器、电压比较器、状态控制器、延迟时间定时器以及封锁时间定时器等构成的数模混合专用集成电路。
我们以其不可重复触发工作方式下的波形和可重复触发工作方式下的波形，来说明其工作过程。来说明其工作过程。
图 3.7 不可重复触发工作方式下的波形
首先，根据实际需要，利用运算放大器OP1组成传感信号预处理电路，将信号放大。然后耦合给运算放大器OP2，再进行第二级放大，同时将直流电位抬高为VM(≈0.5VDD)后，将输出信号V2送到由比较器COP1和COP2组成的双向鉴幅器，检出有效触发信号Vs。由于VH≈0.7VDD、VL≈0.3VDD，所以，当VDD=5V时，可有效抑制±1V的噪声干扰，提高系统的可靠性。 COP3是一个条件比较器。当输入电压Vc>VR时，COP3输出为高电平，进入延时周期。 当A端接“0”电平时，在Tx时间内任何V2的变化都被忽略，直至Tx时间结束，即所谓不可重复触发工作方式。当Tx时间结束时，Vo下跳回低电平，同时启动封锁时间定时器而进入封锁周期Ti。在Ti时间内，任何V2的变化都不能使Vo跳变为有效状态（高电平），可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰[10]。
图 3.8 可重复触发工作方式下的波形
可重复触发工作方式下的波形在Vc=“0”、A=“0”期间，信号Vs不能触发Vo为有效状态。在Vc=“1”、A=“1”时，Vs可重复触发Vo为有效状态，并可促使Vo在Tx周期内一直保持有效状态。在Tx时间内，只要Vs发生上跳变，则Vo将从Vs上跳变时刻起继续延长一个Tx周期；若Vs保持为“1”状态，则Vo一直保持有效状态；若Vs保持为“0”状态，则在Tx周期结束后Vo恢复为无效状态，并且，同样在封锁时间Ti时间内，任何Vs的变化都不能触发Vo为有效状态。通过以上分析可见BISS0001是一款结构新颖、功能强大的红外信号处理芯片。 3.3.4 BISS0001应用电路设计
红外探测传感模块由热释红外传感器（PIR）、热释电红外专用接口芯片BISS0001和外围电路组成。
图 3.9 专用集成电路应用原理图
热释电红外控制电路由集成电路lC(BISS0001)和电阻器R3-R9、电容器C3-C8组成。BISS0001是热释电红外控制专用集成电路，其内部由输入放大器、双向限幅器、状态控制器、延时定时器、锁存定时器和基准电源等电路组成。 3.4 “看门狗”复位电路
随着计算机技术的发展，单片微型计算机在工业自动化领域和智能化产品中得到了广泛的应用，如何提高单片机产品的抗干扰能力是产品开发和设计人员所面临和必须解决的问题。美国DALLAS公司生产的“看门狗(WATCHDOG)”集成电路DS1232具有性能可靠、使用简单、价格低廉的特点，应用在单片机产品中能够很好的提高硬件的抗干扰能力。 “看门狗”有时又称为定时器，它的作用是强迫单片机（微控制器）进入复位状态，使之从硬件或软件电路故障中解脱出来。 “看门狗”的工作原理
在系统运行以后就启动了“看门狗”计数器，“看门狗”开始自动计数，如果到了一定的时间还不清空“看门狗”定时器，则“看门狗”计数器就会溢出从而引起“看门狗”中断，造成系统复位。所以在使用有“看门狗”芯片时要注意不时的清空“看门狗”定时器。
图 3.10 看门狗电路原理图
DS1232是常用的硬件“看门狗”芯片，其应用电路如图3.10。DS1232的RST端接单片机的复位端，SET端接单片机的输出I/O端。看门狗的实质是一个定时器，当定时器溢出时，就会输出复位信号使单片机强制复位。因此需要在看门狗定时器溢出前，通过单片机I/O端口对看门狗重置，也就是说在主程序的运行过程中，要在定时时间到来之前对定时器进行复位。如果出现死循环，或者PC指针不能返回。则定时时间到后就会使单片机复位。 DS1232的功能特性
(1)电源电压监视
DS1232能够实时监测向微处理器供电的电源电压，当电源电压VCC低于预置值时，DS1232的第5脚和第6脚输出互补复位信号RST和–RST。预置值通过第3脚(TOL)来设定；当TOL接地时，RST 和–RST信号在电源电压跌落至4.75V以下时产生；当TOL与VCC相连时，只有当VCC跌落至4.5V以下时才产生 RST和–RST信号。当电源恢复正常后， RST和RST信号至少保持250ms，以保证微处理器的正常复位。
(2)按键复位
在单片机产品中，最简单的按键复位电路是由电阻和电容构成的，如果系统扩展存在需要和微处理器同时复位的其他接口芯片，这种简单的阻容复位电路往往不能满足整体复位的要求。DS1232提供了可直接连接复位按键的输入端PBRST(第1脚)，在该引脚上输入低电平信号，将在RST和RST端输出至少250ms的复位信号。
(3)“看门狗”定时器
在DS1232内部集成有“看门狗”定时器，当DS1232的ST端在设置的周期时间内没有有效信号到来时，DS1232的RST和–RST端将产生复位信号以强迫微处理器复位。这一功能对于防止由于干扰等原因造成的微处理器死机是非常有效的。“看门狗”定时器的定时时间由DS1232的TD引脚确定。
“看门狗”定时器的周期输入信号ST可以从微处理器的地址信号、数据信号或控制信号中获得，不论哪种信号都必须能够周期性的访问DS1232，对于MCS51系列单片机，推荐使用ALE信号。DS1232曾经应用到“粮食中心库粮仓温度监测系统”、“银行利率显示屏”、“多功能电脑时钟”、“电厂皮带秤测速系统”和“全自动限电计量系统”中，在实际使用中收到了良好的效果。而本文在系统的设计时则是运用了“看门狗”的定时器功能[15]. 3.5 工作指示及声光报警电路设计
工作指示及声光报警电路如图3.11所示，工作指示灯为绿色闪烁灯，其工作状态的控制由P1.3完成。通过软件设置，从P1.3输出一方波来控制三极管Q2的通断，从而控制工作指示灯的闪烁。
图 3.11 报警电路
当传感器探头受到触发时，，此时三级管Q3和Q1均导通，红色报警灯亮，峰鸣器发出报警声。当警报解除后，，此时三极管Q3和Q1截止，红色报警灯灭，峰鸣器关闭，停止报警。
3.6 自动拨号系统
该系统主要通过一个单片机控制中心与 网相连接。在正常情况下一直处在等待状态，监视是否有紧急情况发生。一旦有意外情况发生，通过发送中断信号驱动单片机，让它从等待状态进入报警过程，从而实现远程报警。 MT8888的介绍
DTMF控制芯片为常用的MT8888，MT8888是一种具有Intel微处理器接口的功能较强的双音多频(DTMF)发送和接收器件。可用于寻呼系统、交换机系统和移动通信、转帐卡系统、互接拨号器、数字通信和计算机等领域。其主要功能有：(1)完整的DTMF发送和接收功能；(2)高速Intel微处理器接口；(3)可工作于自动音频突发模式；(4)可调整保护时间；(5)呼叫音检测到-30dBm。 MT8888引脚排列如图3.12所示。各引脚功能如下：
图 3.12 MT8888引脚定义
IN+、IN-(1，2)—运放的同相和反相输入端；GS(3)—增益选择端。在该引脚与IN-引脚间接反馈电阻可调节运放增益；Vref(4)—基准电压输出端。通常为VDD/2，作为运放的偏置电压；VSS(5)—芯片电源负端，接地；OSC1、OSC2(6、7)—时钟或振荡器的输入、输出端。两引脚间接3.579545MHz晶体与内部电路构成芯片振荡器；若由外部电路提供时钟，则OSC2引脚开路；TONE(8)—DTMF信号输出端，也可通过编程设置为单音输出；(9)—微处理器写输入端，低电平有效，与TTL电平兼
容；(10)—片选信号输入端，低电平有效。该引脚可由微处理器的地址锁存信号(ALE)直接提供；RS0(11)—寄存器选择控制输入端；(12)—微处理器读输入端，低电平有效，与TTL电平兼容；/CP(13)—中断请求信号，为开漏输出。在中断模式下，当一个有效DTMF信号突发发送或接收时，输出低电平信号。若控制寄存器设定电路工作于呼叫处理(CALL)模式和中断使能，则该端输出代表运放输入的方波信号音，但该信号频率必须落在呼叫处理滤波器的带宽内；D0~D3(14-17)—数据总线，与TTL电平兼容。输入需发送的DTMF编码或输出译码的DTMF信号数据。当CS=1时呈高阻状态；Est(18)—初始控制输出。若电路检测到一种有效的单音对时，Est为高电平；若信号丢失，则Est返回低电平；St/GT(19)—控制输入/时间监测输出。若St电压大于门限VTSt，电路寄存被检测的DTMF单音对，并更新输出锁存器内容。若St电压低于VTSt，则电路不接收一新单音对，GT输出的作用是设置外部时间监测常数；VDD(20)—芯片电源正端，典型值为+5V。 MT8888的工作原理
MT8888是集DTMF发送和接收功能的器件，内带呼叫处理滤波器。接收部分与DTMF接收器件MT8870类似，发送部分包括行、列计数器和D/A变换器，另外增加了一些控制寄存器和接口、数据总线缓冲器，很容易实现与微处理器的直接接口，其功能框图如图5所示。MT8888通过微处理器接口可以由RS0、、、D0~D3等信号选择与设定内部寄存器，并控制电路的工作状态或工作模式。它共有5个不同作用的寄存器：发送数据寄存器(TDR)、接收数据寄存器(RDR)、状态寄存器(SR)、控制寄存器A(CRA)和控制寄存器B(CRB)，其控制关系如表3.2所示。
表 3.2 内部寄存器控制关系
RS0 0 0 1 1 /WR 0 1 0 1 /RD 1 0 1 0 功能 写数据发送寄存器 读数据接收寄存器 写控制寄存器 读状态寄存器
图 3.13 MT8888内部功能框图
MT8888共有6种工作模式，它们分别为：
(1)DTMF模式：发送与接收DTMF信号。输入数据经TDR控制可编程行、列计数器、D/A变换器，合成需要发送的DTMF信号。或DTMF信号经拨号音抑制、分离带通滤波器、监频与确认，译成相应的4比特码，经RDR输至数据总线。
(2)呼叫处理(CALL)模式：电路可以检测 呼叫过程中的各种信号音，只要信号的频率落在320Hz-510Hz范围内，片内呼叫处理滤波器便可滤出。经限幅得到的方波信号，由/CP端输出，以用于微处理器对呼叫性质和类别进行判断。若无信号滤出，则/CP端始终保持低电平。
(3)突发(BURST)模式：在DTMF模式下，工作于突发状态，信号突发和暂停时间各为51±1ms;在CALL模式下，工作于突发状态，信号突发和暂停时间各为102±2ms，此时电路只可发送DTMF信号，但不能接收。
(4)单/双音(S/)产生模式：电路可产生单音或DTMF信号(由CRB控制)，用于测试和监测。
(5)测试(TEST)模式：使电路从DTMF接收部分得到延迟监测信号，并从/CP端输出。
(6)中断模式：此模式下若选择DTMF状态，当DTMF信号被接收或出现在监测时间内，或准备发送更多数据(突发模式下)时，则/CP端下接至低电平。各种模式的选择由控制寄存器(CRA和CRB)的相应位完成，如表3.3和表3.4所示。状态寄存器SR各位所表示的关系如表3.5所示。
表 3.3 控制寄存器A(CRA)的功能
控制寄存器 控制位 B0 名称 Tout 制 逻辑“1”为CP模式，逻辑“0”为DTMFB1 CAR B2 IRQ 中断使能 CP/DTMF 模式控制 模式 逻辑“1”使能中断模式，当b0=1时，接收到DTMF信号或发送完一DTMF双音信号，DTMF/CP引脚电平由高变低 逻辑“1”下次访问寄存器CRB，访问结束B3 B0 B1 RSEL BURST TEST 寄存器选择 转回寄存器CRA 双音突发模式 测试模式 脚输出延迟控制信号 逻辑“0”允许产生DTMF信号，否则输出CAB B2 S/D 单双音产生 单音频 B2=1时，逻辑“0”使能产生行单音信号b 3 C/R 列、行音选择 逻辑，逻辑B2=1时，逻辑“1”使能产生列单音信号
逻辑“0”使能双音频突发模式 逻辑“1”使能测试模式，以在IRQ/CP引功能 信号音输出控逻辑“1”使能信号音输出 说明 表 3.4 状态寄存器(SR)的功能
状态位 B0 B1 名称 IRQ 发送寄存器空（突发模式） B2 B3 接收寄存器满 DTMF信号标志位 接收寄存器的数据有效 检测不到DTMF信号时置位 读状态寄存器清除 检测DTMF信号已清除 状态标志置位 发生中断：b1或b2=0 暂停结束：准备发送新数据 状态标志清零 读状态寄存器清除 读状态寄存器清除
MT8888的接口
MT8888提供了与微处理器相连的接口，以对其发送、接收和工作模式进行控制。MT8888可与Intel微处理器直接接口，即使使用16MHz的单片机80C51，也无需插入等待周期。与其它微处理器接口时，则必须通过转换构造MT8888所需的时序。图3.14为MT8888的控制时序图。
图 3.14 MT8888的控制时序
MT8888与单片机接口电路设计
MT8888与单片机接口电路如图3.15。
图 3.15 MT8888与单片机接口电路
R4为输入信号增益调整电阻，晶体的频率是3.59454MHz，和单片机的接口为4位的并行接口，在MT8888输出DTMF信号的同时也会在IRQ引脚产生中断请求信号，这个功能可以在MT8888的控制寄存器A中设置，也可以在单片机程序中，发送的时候关闭外部中断，以避免出现中断紊乱。 线接口电路
线接口有3处隔离电路，目的是将 线路和控制电路在电气上隔离，信号为绝缘式的耦合。隔离电路见图3.16。
图 3.16 隔离电路
摘机继电器的作用是模拟摘机和挂机，其控制部分和受控部分是绝缘的。光耦的作用是检测铃流信号，当有 打入时，光耦发送端会有电流，感受端则接单片机的外部中断，这样就可以实现接收控制的功能。语音隔离互感器的作用是绝缘耦
合DTMF音频信号和语音信号，只有在扩展了语音提醒功能的设计中将会用到语音信号的处理。 3.7 语音电路
语音处理合成芯片在单片机系统中的应用越来越广。国内许多生产语音芯片的厂家，大多数是以ISD系列芯片为核心制作的。本文分析了ISD系列芯片的引脚功能以及与PIC单片机的硬件连接方法，叙述了ISD芯片与PIC单片机连接时，录音和播放软件的编写方法。
近几年语音电路发展极为迅速，在单片机系统中的应用越来越广。语音处理合成芯片品种很多，大多数品种是先将语音经A/D转换后存入存贮器中，放音时取出，再经D/A转换输出。美国信息存贮器件公司推出的ISD系列语音电路采用直接模拟存贮技术，不需要专用开发工具、编程器。ISD系列语音电路操作简单，接口灵活，因此深受广大单片机应用人员的欢迎。国内许多厂家生产的语音板，大多数是以该公司ISD系列芯片为核心制作的。
美国ISD系列根据内存EEPROM容量和录放音时间的长短有很多品种，主要有ISD1400系列、ISD2500系列、ISD33000系列、ISD4002系列、ISD4003系列、ISD4004系列等。每种系列根据录放音时间的长短有不同的型号，如ISD1400系列的型号有ISD1408、ISD1410、ISD1412、ISD1416、ISD1420，录放音时间分别为：8秒、10秒、12秒、16秒、20秒。这些系列都可方便的进行级联。目前国内普遍使用COB包装，其型号规格与ISD1400系列相对应，分别为HY408、HY410、HY412、HY416、HY420。硬封装与ISD芯片兼容的有：SR9F26—ISD1020A、SR9G16/SR9G26—ISD1416/ISD1420等。
目前在国内最常见的语音芯片就是ISD系列语音芯片，它的主要特点是（1）应用模拟数据存储技术，将功模拟语音信息直接在FLASHRAM中进行存储，二不需要经过A/D或D/A电路转换。（2）零功率存储数据，长久完整无损保存不挥发；录放周期结束自动进入节电状态，维持电流极低；录放音寿命长达10万次。（3）高度集成化的单片机电路结构，外部只需配置话筒、扬声器、开关和少数阻容器件等，再配备3~5V直流电源，就可以构成完整的最小语音录放系统。（4）功能上，ISD系列可分为三类1）直接段工作模式；2）选址分段工作模式；3）SPI串行通讯接口工作模式。
ISD1420语音芯片
ISD1420芯片的工作电源：＋5V；静态电流：＜10μA；工作电流：15mA；信噪比：S/N=43db；录音时间长度：20s；每基本段时间长度：20 s/160段=0.125 s/段，ISD1420 DIP硬封装和COB软封装均为28管脚器件，其引脚名称如图3.17。
图 3.17 ISD1420语音芯片引脚图
ISD1420引脚功能描述
表 3.5 ISD1420引脚功能描述
引脚名称 VCC 功能 电源 引脚名称 MIC MIC REF AGC SP+、SP- ROSC FT /CE /EOM AX/MX 功能 话筒输入 话筒参考 自动增益控制 扬声器输出 振荡电阻 直通模式 片选 信息结尾标志 地址、模式输入 VSSA，VSSD 地线 REC PLAYE PLSYL /RECLED PD P/R /OVF 录音 边沿触发放音 电平触发放音 录音指示 节电控制 录放模式 溢出标志 地址输入端的工作模式
ISD1420地址输入端具有双重功能，根据地址中的A6、A7的电平状态决定A0～A7的功能。当/PLAYE、/PLAYL或/REC变为低电平，同时A6、A7为高电平时，执行地址线所对应的操作模式。这种操作模式一直执行到下一个低电平控制输入信号出现为止。使用操作模式所有操作最初都是从0 地址开始。后续操作根据所选用的模式可以从其它的地址开始，操作模式中的连续寻址，当电路由录音转为放音时地址计数器复位为0，而由放音转为录音时则不复位。
操作模式地址输入的含义如下：
A0：信息检索（仅用于放音工作状态）。不知道每个信息的实际地址，A0使操作者快速检索每条信息，A0每输入一个低脉冲，可使内部地址计数器跳到下一个信息。这种模式仅用于放音工作，通常与A4操作同时应用。
A1：用于删除EOM标志（仅用于录音工作状态）。A1可使录入的分段信息成为连续的信息，使用A1可以删除每段中间信息的EOM标志，仅在所有信息后保留一个EOM标志。当这个操作模式完成时，录放的所有信息就作为一个连续的信息放出。
A3：用于循环重放信息（仅用于放音工作状态）。A3可使存于存储空间开始端的信息自动地连续重放。一条信息可以完全占满存储空间，那么循环就可以从头至尾进行工作，并由始至终反复重放。
A4：连续寻址。在正常操作中，当一个信息播放完，遇到一个EOM标志时，地址计数器就会复位。A4可防止地址计数器复位，使得信息连续不断地放出。 3.7.4 ISD1420语音电路设计
ISDl420语音芯片采用直接模拟存储技术，且录放音质极好，并有一定的混响效果；它的外围元件简单，仅需简单的阻、容器件即可组成简单的录、放音电路；无需后备电源，信息存储时间长，不需要专用的编程器及语音开发器；具有较强的选址能力，可把存储器分成160段来管理，形成最小的录放时间为125ms[17]。其接口电路图如图3.18所示。
图 3.18 语音电路原理图
语音分段方法：地址输入端AO~A7由低位向高位排列，每位地址代表125ms的寻址，160个地址覆盖20s的语音范围(160×0.125s=20s)，录音及放音功能均从设定的起始地址开始，录音结束由停止操作决定．芯片内部在该段的结束位置自动插入结束标志(EOM)；而放音时遇到EOM标志即自动停止放音。在本设计中，因需要四段报警提示语音，因此在设计时均将每段语音设为5s，其起始地址分别为00000000B、00101000B、01010000B、01111000B，由这四段起始地址可以看出A7、A2、Al和AO均为0，因此将其接地。 3.8 显示电路
常用的显示器件有辉光数码管，荧光数码管（VFD），液晶显示管（LCD），发光二极管数码显示器（LED），CMOS-LED光电组合器件（CL），LED点阵显示器。在各种显示器中以LCD的功耗为最低，而LED的发光时间最短，寿命最长。因此目前的数字电压表大多采用LED或LCD显示器，二者均可由集成电路直接驱动。
显示屏的主要特征是控制LED点阵中各发光器件的通断（发光或熄灭），而不控制LED的发光强弱。在电子电路的显示部分里，发光二极管（LED），液晶显示器（LCD）都是十分常见的，通常点亮一个LED，所需要的电流是5到15mA，通过的电流越大，LED的亮度也愈高，相对的也会使寿命缩短。一般以10mA的导通电流来估算它所必须串接的电阻值[13]。
本文所设计的家用智能防盗报警器选用的显示器件为七段共阴LED数码管，它可以等效成8个LED的连接电路。因此，若是要点亮七段显示器并显示一个3的数字符号且不电亮P点LED，则输入七段显示码将是“01001111”。
通过显示电路，实现电压和电流的显示功能，有直观方便的特点。本课题采用的是LED七段码动态显示：位选信号经3/8译码器驱动数码管的位选；段选信号经串入并出的74LS164实现数码管的段选功能，实现电压或电流的动态显示。其中74LS164是一个串入并出的移位寄存器，在此处的功能是将51单片机串行口以移位寄存器方式（串口方式0）输出的串行数据译码并在其并口线上输出，从而驱动LED数码管。74LS138是一个3-8译码器，它将单片机输出的地址信号译码后动态驱动LED。但74LS138电流驱动能力较小，使用了8位达林顿驱动器ULN2803作为LED的位驱动，将LED的段位连在一起，它们的公共端则由74LS138分时选通，这样任何一个时刻，都只有一位LED在电亮，也即实现了动态扫描显示[17]。
图 3.19 LED显示电路
如图3.19，本系统的串行动态显示电路是通过74LS164驱动LED段码，通过单片机动态扫描LED各位数码管，实现了动态显示。
3.9 电源电路的设计
图 3.20 220V转5V电源原理图
220V/5V电路是将220V、50Hz的交流市电转换成幅值稳定的直流电压。在本系统中，需要的直流电压为5V，所以上面的电路将220V交流电压转换为5V的直流电压，供系统中的有源器件使用。具体到每一个元器件的作用[19]：
(1) 电源变压器T0：其作用是将220V交流电源的电压变换为9Ｖ交流电压，提供给后级电路。
(2) 整流电路D0：利用半导体二极管，将低压的交流电压变为单向脉冲电压该脉冲电压为非正弦周期电压，本电路使用的是桥式整流电路。
(3) 滤波电路：利用滤波电容、电感等电路元件的频率特性，直流脉动中的谐波成分滤掉，是输出电压成为比较平滑的直流电压。本电路使用了1000uF和0.1uF两种电容器，容量较大的电容器可以滤掉低频脉动，容量较小的电容器高频特性好，用来滤掉高频杂波。
(4) 稳压电路：当电网电压波动或负载变动时，经滤波后的直流电压大小还会变动。稳压电路的作用是使直流输出电压基本不受上述因素的影响。在本电路中使用的是LM7805T三端集成稳压芯片，将经整流出来的9.5V电压稳压到5V的电压。
4 报警系统软件设计
为使程序清晰可读且运行速率高，本系统软件采用模块化结构设计，分为主控模块、摘挂机模块、拨号模块及显示模块。 4.1 系统主程序设计
由于单片机的外部中断1和防盗探测器解码后的输出引脚相连，因此，一旦发生险情，转密码子程序，若解码正确则取消报警，否则将产生中断，在中断服务子程序里，位地址7FH(中断标志)被置1，证明发生警情。主程序在运行期间首先检测探头与电源状态，一切正常后等待中断的发生。当检测到7FH被置1后，调密码显示子程序，密码正确系统重新检测中断信号，密码有误则主程序判断7EH 的情况，如果被置1，则调用控制模块PROCESS完成后续处理，处理完成后记录报警信息。控制模块PROCESS完成后续处理。
图 4.1 系统主程序流程图
4.2 PROCESS控制模块设计
PROCESS控制模块是整个系统软件的核心，控制整个系统完成摘机，信号音判别、拨号、发出语音报警信号、最后挂机。由于考虑到拨号音、忙音、回铃音的存在，因此这个模块较主程序复杂一些
图 4.2 PROCESS控制模块流程图
首先调用摘机子程序模拟摘机，再调用检测和判别子程序判别是否有拨号音，如果没有则跳转到ERROR，调用挂机子程序，延时后重新调用摘机子程序；如果检测到拨号音，则接下来调用拨号子程序，拨号完毕后，重新调用检测和判别子程序，判别此时是忙音还是回铃音，如果是忙音，则跳转到ERROR，调用挂机子程序，延时后重新调用摘机子程序；如果是回铃音，则重新调用检测和判别子程序，判别此时对方是否摘机，如果仍然是回铃音，则继续调用检测判别子程序，知道50s计时时间到，则调用挂机子程序，延时后重新调用摘机子程序；如果不是回铃音，则调用语音程序，将事先录制好的语音回放出来，最后调用挂机子程序，结束PROCESS模块的执行，返回主程序，等待再次被调用[22]。 4.3 自动拨号模块程序设计 4.3.1 信号检测
MT8888在工作之前要进行初始化，为了检测信号音，应将MT8888设置为呼叫处理模式，即CP模式。该模式下MT8888可检测各种信号音，如拨号音、忙音、回铃音。
检测子系统流程图如图4.3，首先将MT8888设置为呼叫处理模式，接着将单片机的TO设置成定时方式，T1设置成计数方式，由于需要定时5s，而选择定时方式1，晶体振荡器选择12MHz，则最大定时时长为65.53ms所以，需要用软件扩展定时。计时开始后，计数也即开始。在定时中断服务子程序里，判别5s定时时间是否到，如果时间到，则从检测子程序里跳出，否则，继续计数。
图 4.3 检测子系统流程图
DTMF拨号程序设计
MT8888在自动拨号应用里，应将工作方式设置为突发方式，在次中情况下，双音频信号持续和短暂时间为51ms，符合自动拨号要求。
拨号子程序流程图如图4.4.首先将MT8888设置为突发方式，然后判别是否有警情如果被置位，则拨打用户 号码，最后，该程序返回。
图 4.4 拨号子程序流程图
5 系统的调试及运行
由于用户端自动报警器是本课题的设计重点，所以本文主要针对用户端自动报警器系统的硬件和软件调试，通讯模块的测试和系统的抗干扰测试情况。 5.1 系统的硬件电路调试
系统的硬件调试主要是检测系统硬件是否正常。首先是检查报警系统的供电系统，此供电系统是否能够给报警器提供合适的电压，经检查此电路只要调整两个电位器 R38，R41的值，合理设置上、下检测阅值，就能够得到系统所需的电压。其次探测器的可靠性与正确性也是事先检测的重点。如何模拟 摘机，就是如何设计 接口的问题了。通过查阅资料和反复实验，最好在 接口电路里加入了极性保护电路，提机电阻用2000，考虑到常用电阻的 功率不够大，还采用了用电阻网络分流、分压，用1:1隔离变压器将MT8888的DTMF OUT，DTMFIN与 接口电路相连，有效解决了 模拟摘机的问题. 手动触发中断，继电器吸合，然后拿起并联的话机听筒，不久就听到了MT8888 发出的双音频拨号音，但由于DTMF信号幅度不够大，此时没有切断交换机送来的拨 号音，也就是说MT8888发出的DTMF信号没有被交换机检测到，此时，为了提高信号 幅度，将DTMFOUT脚端的电阻去掉，最终切断了拨号音。另外用于拨号的16个DTMF 的编码在表1中有详细规定，和常用的8421BCD码不完全相同，这一点很容易被忽略。语音电路为ISD1420的典型应用电路，在与 接口连接时，如果用电容直接祸合，将对DTMFIN影响很大，以至无法检测到信号音，因此，二者之间加入了开关电路，当只有准备送出语音的时候，才将语音芯片接通并送出。 5.2 系统的软件调试
系统的软件调试主要检测各功能模块是否有效的工作对于用户端自动报警器的检测是通过人为设置报警信号后探测器的识别状况是否正确无误来判别;对于控制器主要是检查控制器和用户端自动拨号报警系统的通讯、数据处理显示等是否正常;对于中央控制器而言主要是检查其在通讯前后对数据的存储处理等是否正常;对自动报警器进行检查，首先是检查单片机是否运行正常，如果报警器单片机运行不正常，那么整个系统都是无法正常运行的，给单片机写入程序通过检查Pl. 0口的波形来判断单片机是否运行正常。然后是检查键盘显示运行是否正常，在正常情况
下，数码管上是否显示当时的时间，如果有报警时，锁定报警产生的时间，刚开始当有按键按下的时候，由于抖动的存在，很容易产生误按，所以最后在程序中加入去抖动程序，才避免了这种情况的产生。接下来要检查的是通讯是否正常，当有警情产生时，是否能够准确及时的拨打 号码[23]。
6 结论
本课题结合智能元器件及大规模集成电路技术的发展，设计一个基于MCS-51单片机的智能防盗报警系统，该系统可以实现对人体入侵信号的采集、处理、远程通信及报警功能。
本文所完成的主要工作如下：
(1) 查阅了大量的文献，总结和分析了常用入侵探测器种类及其原理； (2) 应用MCS-51系列中的AT89C51作为系统的核心，在满足系统要求的前提下，最大限度地利用了单片机的资源；
(3) 运用了MT8888芯片实现了系统的自动拨号远程通讯； (4) 运用Protel 99SE软件进行系统电路原理图及PCB图的绘制；
(5) 进行了软件的设计，包括主程序、PROCESS控制模块设计、自动拨号系统的设计。
同时，由于时间和精力有限，以及理论知识的不丰富，有些技术问题只是做了初步的研究，更深层次的问题还有待进一步研究和解决。例如：未对电路进行仿真，只是从理论上进行论述，缺乏实践的检验，对许多细节问题做的不是太到位，对芯片整体的认识还不是太深刻，有待于以后努力更进一步的研究，敬请各位老师对文中出现的问题和错误进行批评指正。
附 录
参 考 文 献
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致 谢
经过几个月的忙碌和工作，本次毕业设计已经接近尾声，作为一个本科生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有导师的督促指导，身边同学们的热情帮助，在短时间内想要完成设计是有困难的。
在这里首先要感谢我的导师时允田老师。导师在整个课题研究和论文撰写的过程中倾注了大量心血，各项工作在时老师的悉心指导和关怀下得以顺利进行，并达到预期效果。毕业设计阶段，导师为我提供了良好的学习和工作环境。特别是他严谨的治学态度、一丝不苟的工作精神、颇具创造性的思维，以及对学生的严格要求，使我受益匪浅，也必将对我今后的学习和工作产生深远的影响。在时老师指导下，自己不仅圆满完成了设计任务，而且对大学四年所学专业知识有了系统的概括，建立起了设计和研究的概念。在此谨向时老师表达最诚挚的敬意和感谢！
然后还要感谢大学四年来所有的老师，为我打下专业知识的基础,同时向所有关心、支持和帮助过我的同学和朋友们表达我最诚挚的谢意和感激之情，正是因为有了你们的支持和鼓励，此次毕业设计才会顺利完成，大学四年的大学生活才变得丰富多彩。
最后感谢我的母校中北大学和信息商务学院北京实训基地对我的大力栽培！
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