基于单片机的语音警报系统设计

基于单片机的语音警报系统设计内容摘要：

宽带网络、电话网络以及 GSM短信多种通讯手段以确保第一时间报案成功，但技术难度较大，且成本较高，不易实现。 方案选择 为能够适合大多数人的条件，本着简单实用、易操作、成本低，但又有一定准确度的原则，最后决定采用方案二。 第 8 页 3 单元模块设计 本节主要 介绍系统各单元模块的具体功能、电路结构、工作原理、以及各个单元模块之间的联接关系；同时本节也会对相关电路中的参数计算、元器件选择、以及核心器件进行必要说明。 各单元模块功能介绍及电路设计 本系统主要分为四个单元模块，它们分别是：探测器模块、自动报警器模块、通讯模块和电源模块。 各单元模块功能及相关电路的具体说明如下。 探测器模块设计 探测器电路设计是本课题电路设计的重点之一，探测器电路部分包括防盗探测器电路与防火探测器电路两大部分，其中详细设计了红外、微波及光电感烟探测电路。 由多种类型传感器实现多元信号综 合检测是本系统中探测电路部分的基本设计思想，多元信号检测一方面完成盗情与火情的实时监测任务，另一方面大大降低了探测器部分的误报率，提高了整个系统的可靠性和抗干扰性。 防盗探测器是由红外与微波探测器组成的双鉴探测器，较之以往的微波或红外单信号探测器，其误报率明显下降，原理示意图如图 所示。 热 释 电 红 外探 测 器微 波 探 测 器7 4 L S 0 0与 非 门用 户 端 自动 报 警 器A T 8 9 C 5 1 图 双鉴探测器原理示意图 双鉴探测器工作时将探测到的红外和微波两种信号经过与非门处理后送单片机，即只有同时检测到两个探测器输出端口为高电平信号时，自动报警器才会响 应盗情报警信号，否则不报警。 实验发现，在红外探测器中，通过菲涅尔透镜的分割方式的改变可以降低由于小宠物引起的误报，从而弥补了微波探测器监视面积较大的弱点；但红外探测器对环境温度的变化比较敏感，而微波探测器所检测的只是活动的目标，所以对于如果只是温度变化引起的干扰并不会被自动报警器响应。 通过这样双重的检测就进一步减小了外界干扰，降低了报警信号误报的发生率。 第 9 页 热释电红外探测器电路采用的器件包括红外探测器专用芯片 —— 红外传感信号处理器 BISS000热释电红外探头 RE200B(传感器 )及一些外围元件 (电阻电容 )。 它的正常工作电压是 +(工作范围可在 3V到 5V之间 )。 图 所示为红外探测器分立元件电路图。 当热释电红外探头接收到人体发出的红外线后，经过内部转换，输出一个微弱的低频电信号到 BISS0001 芯片的第一级运算放大器 IC1 的同相输入端 (14 脚 )，对信号进行放大预处理，然后由电容耦合给第二级运算放大器 IC2，对信号再次放大，同时将直流电位抬高到 VM。 再经内部的两个电压比较器(IC3, IC4)构成的双向鉴幅器，检出有效触发信号 Vs去启动延迟时间定时器 (只要有触发信号 VS 的上跳沿则可启动延迟时间定 时器 )。 由于 VH=, VL=，所以当 VCC为 + 电压时，可有效地抑制177。 (VHVL)的噪声干扰，提高系统的可靠性。 IC6是一个条件比较器，当输入电压 VCVR 时， IC6 输出为低电平，封锁了与门 IC7,禁止触发信号向下级传递：当 VC VR 时， IC6 输出为高电平，则打开与门 IC7，此时，如果有触发信号 Vs的上跳变沿到来，将启动延迟时间定时器，同时 U0脚 (2 脚 )输出高电平信号，经与门后送单片机进行报警处理，此时探测器进入延时周期，延迟与封锁时间为几秒钟。 该设计输出为脉冲信号 ，当有移动物体进入探测范围以内时，输出端电平由高电平跳变至低电平，可实现检测并报警。 微波探测器电路使用的主要元件是单电源通用四运算放大器 KIA324P、环形天线、微波振荡管 C3355 及一些外围元器件，外接 +6V 电源。 其电路图如 图 所示。 当有人在该微波防护区内移动时，振荡频率和幅度发生相应的变化。 根据多普勒效应，该波动的频率与物体运动的快慢有关，而幅度与距离有关。 混频后高频信号因为过高而失去作用，剩下微弱的低频信号经 U1A 作前级放大， 10μ F电容与 电阻构成充电电路，充电电压作为第一级比较器 U1D 的基准电压，同时实现延时功能，即只有前级放大电压高于该参考电压时，输出才为高电平，此时， C9015 导通，最后信号经 U1B、 U1C构成的窗口比较器比较后输出探测到的信号。 实验过程中报等范围实测约为 78米，探测到有效信号时，有 20 秒的报警信号输出， LED 发光做出预警指示，可有效的进行实时探测。 该电路可以工作在较宽的电压范围内 (标准电压是 32V，但实际可以工作在很宽的电压范围内 )，当检测到异常信号时为高电平。 第 10 页 R1710kC9 100nR1810kC101000uC11100n123R1910kC12R2010kR2110kC13100nC1447uC16100nC17100nR2210kC19100nR2310kR2410k3 218 4IC13 218 4IC43 218 4IC23 218 4IC31 23IC53 218 4IC61 21312IC7AR1 10kC18100nR1 10k状态控制器延迟时间定时器Tx封锁时间定时器Ti 图 红外探测器电路图 第 11 页 R1 3.5kR3 10kR4 10kR7 10kR8 10kR910kR1010kR1110kC1 1000uC2 10uFR1210kR1310kQ1 C3355C3 100nC5 1000uQ2 C9015D1C6 1000uR1410kC7 47uQ4 2N2926R1610kD3 LED321411U1:A324P3 214 11U1:B324P321411U1:C324P3 214 11U1:D324PR2 10kR5 10kR6 10kR1510k 图 微波探测器电路图 第 12 页 防火探测器是由温度探测、光电感烟 探测和一氧化碳探测构成的复合型火灾探测器。 多传感器设计思想解决了传统防火探测器一直存在的误报率高的问题，增强了火灾探测的可靠性。 其中光电感烟探测器为本课题中传感器电路的设计重点。 复合型火灾探测器原理如图。 由于单元探测技术所采用的单一参数火灾探测器 (包括阈值触发式和模拟量式 )对火灾特征信号响应灵敏度的不均匀性，导致它对实际火灾的探测能力受到了限制，尤其是用于对家庭住宅火情的准确探知更是尤为重要。 因此，报警系统中对火灾信号的检测采用多传感器 /多判据的火灾探测技术，将探测器探测到的多元火灾探测信息经单片 机进行综合判断。 图 复合型火灾探测器原理示意图 表 MC34063A的参数表 传感器类型 单传感器元件阈值探测器 多传感元件探测器 试验火类型 光电感烟 探测器 差温探 测器 离子感烟 探测器 光电和差温复合探测器 木材明火 TF1 不适合 最佳 最佳 很适合 木材热解火 TF2 最佳 不适合 适合 最佳 棉绳阴燃火 TF3 最佳 不适合 很适合 最佳 聚胺酷塑料火 TF4 很适合 适合 很适合 很适合 正庚烷火 TF5 很适合 很适合 最佳 最佳 无烟液体火 TF6 不适合 最佳 不适合 很适合 实际上，响应各种不同类型的火灾，通常使用不同类型的火灾传感器，比较实验结果如表 中所示。 光电感烟探测器不仅可探测一般火情，对阴燃火尤其有极好的探测效果，主要用于火情早期各种燃烧的烟雾颗粒进行探测，这一点就弥补了感温探测器对阴燃火不敏感，响应速度慢以及不能区分是火灾的热还是空调或烹饪蒸气的热等缺点；但温度与光电感烟探测器都不能区分有些烟雾究竟是火灾的烟还是烹饪蒸汽或香烟的烟 第 13 页 雾，由此，在设计中增加了 CO探测部分，可以探知早期火灾烟雾中的 CO成分，这样就大大降低了各种环境因素的干扰，提高了报警的 可信度。 在本设计中选用的温度探测器是 DS18B20，光电感烟探测器是 OPTEK 公司的 OP231和 OP801SL 光电组合套件作为发射管和接收管， CO 探测器是 MQ7。 自动报警器模块设计 自动报警器模块框图如图 所示。 自 动报 警 器A T 8 9 C 5 1探 测 器显 示 电 路键 盘 电 路看 门 狗 电路密 码 控 制 电 路拨 号 电 路语 音 检 测与 报 警电 路电 话 机 接口 电 路输 入 输 出控 制 电 路通 讯接 口紧 急 呼 叫蜂 鸣 器L E D 指 示 灯 图 自动报警器框图 自动报警器电路如图 所示。 时钟电路由两个 30P 的电容和 12MHz 的晶振构成。 复位电路由电阻、电容、二极管和按键开关构成，具有上电复位和手动复位的功能。 单片机的 INTO、 INT1 分别与盗警、火警传感器相连，实 现各种警情的采集。 为防止环境干扰信号对触发中断的影响，当响应中断后，对中断信号多次 (如 5 次 )巡检，确认是中断信号时，才去执行中断处理子程序，否则认为是外界干扰信号不执行报警处理，有效降低误报几率。 第 14 页 I /O 1I /O 2I /O 3AP 1 . 5P 1 . 6P 1 . 7RX DT X DP 3 . 4P 3 . 5P 3 . 6P 3 . 7P 0 . 1P 0 . 2P 0 . 3P 0 . 4P 2 . 0V O I CE/RE ( DE )H/ PDE T E CT O N O F FDC O F F P O W E RBP 2 . 7RS TSISOS C KCSHE L PX T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29RS T9P 0 .0 /A D 039P 0 .1 /A D 138P 0 .2 /A D 237P 0 .3 /A D 336P 0 .4 /A D 435P 0 .5 /A D 534P 0 .6 /A D 633P 0 .7 /A D 732P 1 . 01P 1 . 12P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78P 3 .0 /R X D10P 3 .1 /T X D11P 3 .2 /I NT 012P 3 .3 /I NT 113P 3 .4 /T 014P 3 .7 / R D17P 3 . 6 / W R16P 3 .5 /T 115P 2 .7 /A 1 528P 2 .0 / A 821P 2 .1 / A 922P 2 .2 /A 1 023P 2 .3 /A 1 124P 2 .4 /A 1 225P 2 .5 /A 1 326P 2 .6 /A 1 427U1A T 8 9 C5 1V C CR11 0 kC13 0 PC23 0 PX11 2 .0 M H zR21 0 kC31uFD1 图 自动报警器电路 与语音电路相连，实现语音的回放控制。 接通讯接口转换芯片的数据发送、接收片选端 /RE (DE)。 与电话接口电路相连，实现模拟摘挂机的控制。 接探头掉线检测端，单片机对该口定时查询，正常时为高电平，当检测到低电平即发出掉线警报。 P2. 5 接交流电源掉电报警 信号。 ， ， 为接键盘电路的三根 I/0 口线， 接紧急呼救按键。 接液晶显示器的串行时钟输入端， 接液晶显示器的数据输入端。 接多路开关 CD40。