基于单片机的智能报警系统设计

基于单片机的智能报警系统设计内容摘要：

采用数字计数方式检测 DTMF 信号频率，利用复杂的平均算法防止外来的各种干扰。 当检测器识别到有效的 DTMF信号时，预控端 EST 输出高电平。 2）发送部分 DTMF 产生器是发送部分的主体，它产生全部 16 种失真小，精度高的标准双音频信号，这些频率均由 晶体振荡器产生。 电路由数字频率合成器 ， 行 /列 19 可编程分频器，开关电容式 D/A 变换器组成。 行、列单音频正弦波经混合，滤波后产生双音频信号。 DTMF 编解码表把编码数据写入 MT8888 的发送寄存器，产生单独的 fLPW 和 fHIGH ， fLPW 和 fHIGH 输出的幅度之比为 2dB。 写操作时，总线上的 4 位数据被锁存，可编程分频进行 8 中取 2 的编码变换，定时长度确定该信号的频率，当分频器达到由输入编码确定的计数值时，产生复位脉冲，计数器重新计数，改变定时长度可改频率。 3）控制部分 前两部分为模拟信号处理系统，当满 足信号条件时系统有输出。 为了接收可靠，还应有满足识别条件，即检测有效信号的持续时间。 如选择中断模式，当延时标志位置高电平时， IRQ /CP 引脚由高电平变为低电平，为CPU 提供中断请求信号，延时控制电压的跳变沿把数据锁存至输出端。 (3) MT8888寄存器与控制 MT8888 内部有两个数据寄存器，一个是执行读操作的接收数据寄存器 RDR；另一个是只执行写操作的发送数据寄存器 TDR。 另外， MT8888 中还有两个 4 位的收发控制寄存器 CRA 和 CRB。 对 CRB 的操作就是 通过 CRA 的一个特定位来操作的，因此编程中应对此进行初始化； MT8888 通过微处理器接口由 RS0、 WR 、 RD 、 D0~D3选择内部寄存器，以控制电路的工作模式。 控制功能如下表 34 所示 ： 表 34 控制功能表 RS0 WR RD 功能 0 0 1 写发送数据寄存器 0 1 0 读接受数据寄存器 1 0 1 写控制寄存器 1 1 0 读状态寄存器 MT8888 有多种工作方式，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、鉴频与确认，译成相应的 4 比特码，经 RDR 输至数据总线。 20 2）呼叫处理（ CALL）：电路可以检测电话呼叫过程中的各种信号，只需信号的频率落在 320HZ— 510HZ 范围内，片内呼叫处理滤波器便可以滤出。 经限幅得到的方波信号由 IRQ /CP 端输出，用于微处理器对呼叫性质和类别进行判断。 3）（ ST）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51ms+1ms；在 CP 模式下，工作于突发状态，信号突发和暂停时间各为 102ms+2ms，此时电路只可发送 DTMF 信号，但不能接收。 4）单 /双音（ S/D）产生模式：电路可产生单音或 DTMF 信号（由 CRB）控制，用于测试和检测。 5） 测试（ TEST）模式：使电路从 DTMF 接收部分得到延迟检测信号，并从 IRQ /CP端输出。 6）中断模式：此模式下若选择状态，在 DTMF 信号被接收或出现在检测时间内，或准备发送更多数据（突发模式 下）时，则 IRQ /CP 端下降至低电平。 MT8888 在发送信号时可提供三种工作模式，即 DTMF 械、突发模式、 CP 模式。 这三个工作模式均可通过寄存器进行设置，各寄存器功能表见表 3表 36 和表 37。 表 35 控制寄存器（ CRA）功 能 控制位 名称与功能 说明 b0 Tout 音调输出 逻辑 “1”使能音调输出 b1 CP/DTMF 模式。 控制 逻辑 “1”为 CP 模式。 当 b2=1 时，例如输入电话忙音，此脚输出忙音方波 b2 IRQ 中断使能 逻辑 “1”使能中断模式。 当 b1=0 时，接收到 DTMF 信号或准备发送新的双音信号， DTMF/CP 引脚电平由高变低。 b3 RSEL寄存器选择 逻辑 “1”允许选择 CRB 21 表 36 控制寄存器（ CRB）功能 控制位 名称与功能 说 明 b 0 BURST 双音群模式 逻辑 “0”使能双音群模式 b1 TEST 实验模式 逻辑 “1”使能实验模式。 该模式时，IRQ /CP 引脚输出延迟控制信号（ CRA b1=0） b2 S/D 单双音产生 逻辑 “0”允许产生 DTMF，否则，输出单音频 b3 C/R 列 /行音选择 b2=1,”逻辑 “使能产生单音信号 表 37 状态寄存器功能 状态位 名称 状态标志置位 状态标志清除 b0 IRQ 发生中断； b1 或 b2=0 读状态寄存器清除 b1 发送寄存器空（群模式） 暂停结束：准备发送新数据 同上 b2 接收寄存器满 接收寄存器的数据有效 同上 b3 DELAYEDSTEERING 检测不到 DTMF 信号时置位 检测 DTMF 信号 (4) MT8888芯片特点 具有多种工作模式，可由内部控制寄存器选择，所以功能很强。 频率精度高，片内对双音群模式的占空时间精确定时。 (5) MT8888芯片工作原理 MT8888 是一种带呼叫进展过滤器的单片双音多频收发器，通过呼叫进展滤波器来检测特定带通内的信号频率，供微处理器或计数器电路分析，以确定检测到的呼叫进展音的性质。 它包括一个带增益可调放大器的 DTMF 接收器和一个 DTMF 发送器。 接收器采用集频带分离滤波和数字解码为 一体的结构。 其中滤波电路采用高频群和低频群两个六阶开关电容带通滤波器，解码采用数字计数器技术来确定输入的 DTMF音调的频率，并将其译成标准的四位二进制码。 发送器采用开关电容 D/A 变换器。 片内使用了一个脉冲计数器，能合成精确的音调脉冲，保证音调脉冲准确的定时发送。 MT8888 有延时导引输出端 Std，当收到的有效音调已被寄存且相对应的四位二进制码已被锁在接收数据寄存器中时， 片内状态寄存器中的延时控制标志位 b3 复位，同时状态寄存器中的接收数据寄存器满标志位 b2 置位， CPU 可通过查询这些状态标志 22 来了解解码的过程。 如果选中的是中断方式，当延时控制标志位复位时， IRQ /CP 中断请求，当 CPU 响应此中断，读出状态寄存器中的数据后， IRQ /CP 端返回高电平状态。 根据 MT8888 的以上特点，它可以检测出电话振铃音，忙音等信号音。 因此系统可以进行电话线路信号音检测，然后根据振铃情况控制摘挂机，摘机后 MT8888 处于双音解码状态。 DTMF 解码电路的主要作用是接收从电话线输入的双音多频信号并将其转换成二进制编码，然后输至单片机进行数据处理，进而实现 控制功能，发送 DTMF 信号时，信号从 D0~D3 数据总线缓冲器送到发送数据寄存器，控制可编程行列计数器，经 D/A 转换合成 DTMF 信号，在音频突发开门控制和逻辑控制作 用下，从 8 脚发出。 当接收 DTMF 信号时，模拟摘机后从电话线进入的双音多频信号经耦合隔离变压器耦合入 MT8888 的输入脚 IN， DTMF 信号经运算放大器、拨号音滤波器、高频组及低频组分离带通滤波器送到数字算法与编码变换器进行确认，译成相应的 4 位二进制码，存入接收数据寄存器，需要时输出至数据总线，送入 8051 的 P2 口。 其中输入脚IN和增益选择端 CS 之间所接的反馈电阻 R3 可以调节运算放大器的增益， CP 为中断请求或电话信号音检测输出端，它与 8051 的 0INT 引脚相连。 摘挂机控制电路 摘挂机控制电路图如 312所示 ：此电路起着很重要的作用，在拨号电路，语音电路均需要通过它与外界相连，它完成电话线在系统与电话机之间的转换。 根据邮电部门关于电话入网的标准，摘机状态下的直流电阻应该小于等于 300欧， 因此在电话中直接接一个 200 欧的大功率电阻，以模拟摘 机挂机。 当模拟摘机时，用户外线电压降至 10V左右。 模拟摘机挂机由继电器吸合 配合实现， Q1 与单片机 口相连，在模拟挂机时，工作于截止状态，当单片机发出模拟摘机命令时， 变为低电平，三极管由截止变为饱和，继电器工作，触点闭合， 300 欧电阻接入电话网，实现模拟摘机操作。 拨号电路，语音电路可通过 1： 1 隔离变压器与自动摘挂机电路相连。 由于语音信号和双音频信号电压远低于振铃信号电压，所以该电路不会产生误 23 操作。 图 312 摘挂机控制电路 语音电路 语音电路图如下 313 所示 : S P +14V C C D28S P 15V S S A13M I C I N17V C C A16V S S D12BE11B U S Y10M89M66M55A G C19M I C R E F18A N A O U T21A N A I N20M78O S C R7CE23S P R O B E22M33M S E L 124M44M S E L 225M22E X T C L K26M11RE27A2A P R 9 6 0 0S6S3S7S4S8S5S9S1S2R 2 04 4 KR 1 94 .7 KR21 0 KR 2 12KR31 0 KR41 0 KD1L E DD2L E DC51 0 0 N FC41 0 0 N FC61 0 0 N FL S 11 0 m m+5R71 0 KC 1 11 0 4M K 1M I CR61 0 K 图 313 语音电路 本电路采用台湾公司最新推出的语音录放芯片 APR9600。 24 1) APR9600芯片的引脚排列及各引脚功能 1） 1M ：第一段控制及连续录放（低电平有效 ） 2） 2M ：第二段控制及连续录放（低电平有效） 3） 3M ：第三段控制及连续录放（低电平有效） 4） 4M ：第四段控制及连续录放（低电平有效） 5） 5M ：第五段控制及连续录放（低电平有效） 6） 6M ：第六段控制及连续录放（低电平有效） 7） OSCR：振荡电阻 8） 7M ：第七段控制及片溢出指示（低电平有效）控制及连续录放（低电平有效） 9） 8M ：第八段控制（低电平有效）及操作模式选项 10） BUSY ：忙状态标志位（工作时为 0，平时为 1） 11） BE：键声选择（ 1 为有键声， 0 为无键声 ） 12） VSSD： 数字信号电源地 13） VSSA： 模拟信号电源地 14） SP＋ ：外接喇叭正端 15） SP－ ：外接喇叭负端 16） VCCA：模拟信号电源正端 17） MICIN：话筒输入端 18） MICREF：话筒输入基准端 19） AGC：自动增益控制 20） ANAIN： 线路输入端 21） ANAOUT： 线路输出端（话筒放大器输出端） 22） SPROBE ：工作指示输出端（低电平有效） 23） CE：复位 /停止或启动 /停止（高电平有效） 24） MSEL1：模式设置端 25 25） MSEL2： 模式设置端 26） EXTCLK：外接振荡频率端（用内部时钟时接地） 27） RE ：录放选择端 （录音为 0，放音为 1） 28） VCCD：数字电源正端。 引脚图如 下 314 图 所示： 图 314 APR9600 引脚图 2) APR9600的工作模式 ARP9600 录放控制有多种模式，为普通用户使用提供了极大的方便，总的来说分为串行和并行控制两种模式，由芯片 MSEL MSEL2 及 /M8 的设置来实现，对应关系如下表 38 所示： 表 38 APR9600 操作模式 26 MSEL1 MSEL2 8M 1M 8M 为段控制键， CE 为停止复位键 功能（以 60s 计） 0 1 0/1 1M ， 2M ， CE 并行控制，分两段，每段最大 30s 1 0 0/1 M1， 2M ， 3M ， 4M ， CE 并行控制，分四段，每段最大 15s 1 1 1 1M 8M ， CE 并行控制，分 8 段，每段最大 1 1 0 CE 串行控制，每段循环 0 0 1 1M ， CE 串行顺序。