家用防盜報警系統(tǒng)設計

家用防盜系統(tǒng)的應用設計摘要本文介紹了住宅智能化中的家用防盜報警系統(tǒng)。此系統(tǒng)可全天候自動檢測盜警，當確定警情時自動通過報警。傳感器采用微波探測器，對盜情進行檢測，當有人闖入時，微波探測器檢測到盜情，然后向單片機發(fā)出中斷申請，單片機控制撥號電路，模擬摘機，自動撥打110，并播放預先錄制好的錄音，也可以自行設置所要撥打的號碼，如事主的號碼，錄音需自行錄制。系統(tǒng)采用了美國ATMEL公司生產的AT89C51單片機，美國公司XICOR生產的低功耗CMOS的串行EEPROM-X25045，加拿大Mitel公司生產的DTMF信號編/解碼芯片MT8888，語音模塊采用美國ISD公司的ISD1420語音芯片，整體功耗較小，兼容性好，穩(wěn)定性高。本系統(tǒng)通過密碼來識別主人身份，系統(tǒng)開啟后只有輸入正確的密碼才能關閉系統(tǒng)。系統(tǒng)同時還具有自我診斷功能，出現(xiàn)故障能自動進行處理。系統(tǒng)從硬件和軟件兩方面進行了抗干擾設計，使其具有較好的抗干擾能力，完成系統(tǒng)可靠工作。關鍵詞：家用防盜報警系統(tǒng)；自動撥號；探測器Intelligentfireproofandtheft-proofalarmsystemAbstractThisarticleintroducedinthehousetheft-proofalarmsystem.intelligenttheft-proofalarmsystemsettheft-prooffunctioninabox,Thesensorusesthemicrowavedetectorandthetemperaturedetector,torobsthesentimentandthestateseparatelycarriesontheexamination,whensomepeoplebrokeinto,microwavedetectortodetectunauthorizedsituation,andthensenttotheinterruptionSCMapplications,MCUcontroltelephonedial-upcircuit,Simulatedpick,automaticallydial110,andplaypre-recordedsoundrecording,whenthefireoccurred,thetemperaturedetectortothefiredetection,automaticallydial119andaudiorecordingcanalsosetupbyanumbertodial,suchasthevictimPhonenumber,recordingownrecord.

ThissystemusestheU.S.ATMELcompany'sAT89C51SCM,U.S.companiesXICORproductionoflow-powerCMOSSerialEEPROM-X25045,Canada

Throughthissystemtoidentifytheowneraspassword,thesystemopenedonlyafterenteringthecorrectpasswordtoshutdownthesystem.Thesystemalsofeaturesaself-diagnosis,failurecanbeautomaticallyprocessed.Hardwareandsoftwaresystemsfromtwoaspectsoftheanti-interferencedesign,soastomakeitabetteranti-interferencecapabilities,reliablesystemtocompletethework.Keywords:intelligentfireproofandtheft-proofalarmsystem;automaticDial;detector目錄摘要…………………………1Abstract……………………2第1章………………………1.1序言……………………………………………第2章系統(tǒng)設計方案……………………………2.2報警系統(tǒng)的功能及工作過程…………第3章系統(tǒng)硬件設計……………………3.1防盜探測器電路設計…………………3.2用戶端自動報警器總體設計…………自動報警器電路設計………………3.3自動撥號及語音報警電路設計………撥號電路……………語音電路…………….1ISDI420芯片簡述……………….2芯片工作原理……………………接口電路………………………3.4鍵盤與密碼顯示電路設計……………鍵盤電路……………密碼顯示電路………………………3.5系統(tǒng)電源的設計………………………主電源………………3備用電源……………第4章系統(tǒng)軟件設計……………………4.1控制模塊程序設計……………………4.2撥號模塊程序設計……………………4.3語音模塊程序設計……………………4.4摘掛機模塊程序設計…………………4.5密碼及顯示模塊程序設計……………第5章系統(tǒng)的抗干擾措施………………5.1系統(tǒng)硬件抗干擾措施…………………5.2系統(tǒng)軟件抗干擾措施…………………結束語………………………參考文獻……………………致謝…………………………第1章緒論1.1序言改革開放以來，在城市大開展的過程中，大量外地人口涌入城市，給社會治安帶來很大壓力。工廠、機關和居家失盜、搶劫事件時有發(fā)生；個別地方尤為嚴重，損失驚人。由此引起公安部門的高度重視和社會各屆人士的普遍關注。有些部門和居民小區(qū)開始派人白天守衛(wèi)、夜間巡邏。為此，政府部門提倡采用高科技手段實現(xiàn)技術防范措施。在社會治安的現(xiàn)實需求和政府部門的推動下，市場上國產和進口的防盜報警應運而生。本文所要介紹的家用防盜報警系統(tǒng)，正是在住宅蓬勃開展的背景下，為了滿足用戶對平安的強烈要求，而設計并開發(fā)的。系統(tǒng)的首要任務是根據(jù)住宅小區(qū)的類型、使用功能及防護風險等要求，為保障小區(qū)人身財產平安，通過運用傳感器探測、雙音多頻遠程數(shù)據(jù)傳輸?shù)燃夹g綜合形成家用報警系統(tǒng)，從而到達保障住宅平安的目的。雙音多頻〔DTMF〕信令的傳輸速度，使得它廣泛應用于各種通信和控制系統(tǒng)中。DTMF信號收發(fā)芯片的發(fā)送局部采用信號失真小、頻率穩(wěn)定性高的開關電容式D/A變換器，可發(fā)出16種雙音多頻DTMF信號：接收局部用于完成DT信號的接收、別離和譯碼，并以4位并行二進制碼的方式輸出。當遇到盜情的時候，該系統(tǒng)可以通過網(wǎng)絡自動向相關部門發(fā)出語音求救信號，從而到達保護用戶生命財產的目的。1.2國內外研究概況小區(qū)管理最為重要的內容之一是確保住宅、住戶平安?，F(xiàn)代居住的格局，鄰里之間的來往越來越少，家庭生活隱密性、封閉性越來越強。所以說，小區(qū)的安防系統(tǒng)和智能管理系統(tǒng)是現(xiàn)代化小區(qū)管理不可缺少的有機組成局部?？紤]設備本錢與集中管理的需要，可將周界報警探測系統(tǒng)、住宅聯(lián)網(wǎng)報警系統(tǒng)加以集成和綜合，構成綜合防范體系。由此，居民住宅應當設置平安防范報警系統(tǒng)，對盜竊、入室搶劫等做到早發(fā)現(xiàn)、早報警，通過社會力量和科技手段來提高家庭抵御各種意外情況的能力。我國家用安防系統(tǒng)相對國外來講，是有較大差距的。現(xiàn)在一般居民住宅的主要防盜措施僅限于防盜窗、防盜門，雖有一定的防盜作用，在災害發(fā)生的情況下，使逃生更加困難。另外，小區(qū)平安措施缺乏；居民平安意識有待增強；平安防范系統(tǒng)也急需普及。1.3我國住宅平安防范系統(tǒng)展望家用防盜系統(tǒng)近幾年來在全球以及在中國的快速開展是信息技術開展尋找更廣闊的市場結合點的必然結果，是IT產業(yè)向傳統(tǒng)住宅產業(yè)以及人們生活滲透的必然結果。家用防盜系統(tǒng)建設目標是向人們提供“方便快捷的信息通信、平安舒適的住宅環(huán)境、高效便利的物業(yè)管理〞。開展家用防盜系統(tǒng)是住宅產業(yè)現(xiàn)代化的必然選擇。家用防盜系統(tǒng)按智能技術開發(fā)的功能和作用的不同，小區(qū)中報警系統(tǒng)應用一般表達在探測智能、監(jiān)控智能和抗干擾智能三個主要方面。目前歐美已有一些國家正在大力研究無線防盜探測報警系統(tǒng)，隨著時間的推移，這種產品在我國也會開展成為主流。如今，人民生活已從溫飽型向小康轉變，大件耐用消費品己經進入尋常百姓家，因此人們會有更強的平安意識，逐漸接受在住宅內裝設質優(yōu)價廉、功能完善的平安防范系統(tǒng)。同時人類已經進入二十一世紀，智能住宅己開始引起人們的關注。作為住宅的一個組成局部，平安防范系統(tǒng)也必將向多功能、全方位、綜合性、智能化方向開展。1.4論文主要工作概述針對國內外的開展情況，可見住宅平安防范系統(tǒng)是我國未來住宅建設的重點開展方向。本課題要設計的家用防盜報警系統(tǒng)是依托公共網(wǎng)做傳輸媒體的報警系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的區(qū)域報警系統(tǒng)相比，它具有傳輸距離遠、硬件簡單、安裝方便的優(yōu)點。本文所介紹的平安報警系統(tǒng)，是用雙絞線連接中央控制器和各用戶端自動報警器，實現(xiàn)前端報警器的報警數(shù)據(jù)采集；利用線，采用單片控制的DTMF通信方式實現(xiàn)自動撥號報警，既可提高信息傳遞速度，又可解決前端報警器之間同時報警爭信道問題。本課題所設計的防盜報警系統(tǒng)符合國家建設部對普及型住宅小區(qū)的要求，實現(xiàn)功能包括：盜竊以及入室搶劫實行自動報警；住宅設置緊急呼叫系統(tǒng)；用戶端自動報警器對各傳感器的信號進行檢測和控制；用戶端自動報警裝置對雙音多頻編、譯碼器控制，使住宅通過網(wǎng)實現(xiàn)與相關部門之間的數(shù)據(jù)交換，設置簡潔，操作方便。該防盜報警系統(tǒng)主要包含用戶端電子防盜系統(tǒng)及監(jiān)控管理控制中心兩大局部。用戶端的電子防盜系統(tǒng)又包括探測器、自動報警器及輸出等組成局部，并將模塊化思想引入此系統(tǒng)，從而使整個系統(tǒng)的功能更完善、靈活、可調。在滿足各項性能指標的前提下，不僅要考慮到系統(tǒng)的易用性，還要努力降低本錢，使其經濟實用，在保證靈敏度的情況下，盡量降低誤報率，確保在同類產品中的競爭地位。第2章系統(tǒng)設計方案家用防盜報警系統(tǒng)的總體構成家用防盜報警系統(tǒng)開發(fā)設計方案是參照國內外相關技術的開展狀況，根據(jù)我國住宅建設的實際情況，以及各相關方面的協(xié)調開展狀況，為滿足新時期居民的居住要求，真正實現(xiàn)智能化報警的要求來確定的。本防盜報警系統(tǒng)是一種新型的電子平安報警系統(tǒng)，該系統(tǒng)的設計是將電子探測、智能控制和通訊技術相結合，從而形成一個防盜報警系統(tǒng)[5]。系統(tǒng)總體構成包括防盜探測器、用戶端自動報警器與通訊線路三個模塊，系統(tǒng)組成框圖如圖2.1所示?？撮T狗電路看門狗電路EPROM防盜探測器微波探測器用戶端自動報警器AT89C用戶端自動報警器AT89C51密碼控制電路報警開關機接口電路緊急呼救開關機接口電路撥號電路撥號電路語音檢測與報警電路語音檢測與報警電路指示燈控制輸出/輸入電源電路電源電路家用防盜報警系統(tǒng)組成框圖用戶端自動報警器安裝于居民住宅，用于對居民住宅各個不同部位的不同類型探測器進行監(jiān)測與控制，并對從各個探測器采集來的數(shù)據(jù)進行處理。當出現(xiàn)異常情況時，通過家中的線路自動撥號報警，并與中央控制器建立聯(lián)系。系統(tǒng)不需要另外占用線路，當有報警信號時，報警享有線路的優(yōu)先權。2.2報警系統(tǒng)的功能及工作過程家用防盜報警系統(tǒng)具有以下特點和功能：1.系統(tǒng)采用模塊化設計。前端報警器能夠快速、準確地檢測到現(xiàn)場的異常狀態(tài)，經確認后及時通報給中央控制器。并能夠可靠地進行盜情報警，通過線拔打預先設置的1-6組／號碼〔小區(qū)監(jiān)控管理中心、用戶個人、用戶單位、盜警110、緊急呼救〕，進行語音報警。2.用戶端自動報警器可檢測探測器或傳輸線路發(fā)生的故障〔如探頭斷線或掉電等〕,并可向中央控制器報告故障情況。3.系統(tǒng)開關機采用密碼控制且允許修改密碼，防止誤報同時增加用戶端自動報警器的保密性。4.用戶端自動報警器內提供備用電源，在沒有市電的情況下，交直流供電自動切換，確保系統(tǒng)在停電時能繼續(xù)工作。系統(tǒng)的根本工作過程：用戶端的防范現(xiàn)場，一旦有人入侵時，與之相應的報警探測器那么立即向用戶端自動報警器發(fā)出報警信號。接到警情事件后，自動報警器立即進行確認，假設50s后無人解除警情同時警情確認無誤后，進行事件的現(xiàn)場聲、光報警，同時用戶端自動報警器自動向相關部門撥打預先設置好的報警號碼，進行語音報警。用戶端報警器具有探頭故障報警功能，防止由于探頭掉電而漏報，出現(xiàn)故障時點亮故障燈；如果判斷探頭掉線〔被剪斷〕，那么聲光報警。如果出現(xiàn)誤觸發(fā)而報警時可以通過觸發(fā)延遲時間〔505定時器〕去解除，另外用戶端自動報警器還具備狀態(tài)信息〔如有無交流電、備用電池電量是否缺乏等〕上報的功能，可以對預設的普通、手提實現(xiàn)報警。本章節(jié)主要介紹了系統(tǒng)總體設計方案，確定了原理框圖，對報警系統(tǒng)的運行做了分析，并設計了防盜探測器，為后續(xù)章節(jié)研究防盜報警系統(tǒng)的模塊化設計打下了理論根底。第3章系統(tǒng)硬件設計防盜探測器電路設計微波探測器為空間探測器，用于探測在防范空間內的任何運動物體。微波探測器可靠性強，無光亮和熱源的要求，探測環(huán)境要求低。在微波段，當以一種頻率發(fā)送時，在微波能量覆蓋的范圍內，如果有物體移動，將會以另一種頻率反射，這樣發(fā)射頻率和反射頻率有一個頻率差異產生。這種頻率差異與很多因素有關，其中包括移動物體的速度，與探測器的徑向角度等。實際電路中，是由振蕩器電路產生并發(fā)射近微波段電磁波形成微波場，天線把電信號轉換為相應的電磁波輻射到周圍空間，輻射半徑可達10m以上〔如果想繼續(xù)增大輻射半徑或提高靈敏度可以通過調整天線的大小和方向來完成〕。當有人在場中運動時，反射回去的微波將發(fā)生頻率變化，從而使微波探測器輸出一個與人體運動速度有關的低頻電信號。根據(jù)該特性，也選擇微波探測器用于盜情的檢測。天線天線比擬電路微波振蕩電路前級放大兩級放大濾波電路LED電源圖3.1微波探測器原理框圖環(huán)形天線和它周圍的電阻、電容和MOS場效應管組成了近微波段高頻自激振蕩電路〔它的振蕩頻率在1GHz左右〕，微波探測器原理如下圖，當電路接通電源以后，振蕩產生的單頻、等幅信號通過外接天線發(fā)射到空間，產生一個立體空間微波防護區(qū)，天線既發(fā)射振蕩信號，也接收回波。反射回來的微波信號與原信號之間混頻后產生微弱的頻移信號，該信號送放大器進行放大。放大后的信號送窗口式鑒幅比擬輸入端，經比擬將一定強度的探測信號轉換為寬度不同的等幅脈沖輸出。微波探測器電路使用的主要元件是單電源通用四運算放大器KIA324P、環(huán)形天線、微波振蕩管C3355及一些外圍元器件，外接＋6V電源。其電路圖如圖。當有人在該微波防護區(qū)內移動時，振蕩頻率和幅度發(fā)生相應的變化。根據(jù)多普勒效應，該波動的頻率與物體運動的快慢有關，而幅度與距離有關?；祛l后高頻信號因為過高而失去作用，剩下微弱的低頻信號經U1作前級放大，10pF電容與7.5K電阻構成充電電路，充電電壓作為第一級比擬器U4的基準電壓，同時實現(xiàn)延時功能，即只有前級放大電壓高于該參考電壓時，輸出才為高電平，此時，C9O15導通，最后信號經U2、U3構成的窗口比擬器比擬后輸出探測到的信號[12]。實驗過程中報警范圍實測約為7-8米，探測到有效信號時，有20秒的報警信號輸出，LED發(fā)光做出預警指示，可有效的進行實時探測。該電路可以工作在較寬的電壓范圍內〔標準電壓是32V，但實際可以工作在很寬的電壓范圍內〕，當檢測到異常信號時為高電平。圖3.2微波探測器電路圖3.2用戶端自動報警器總體設計用戶端自動報警器是本課題的設計重點，自動報警器組成框圖如圖3.4所示，主要包括撥號模塊、語音模塊、接口模塊、鍵盤／密碼顯示模塊以及電源模塊。報警器功能已在1.2節(jié)具體描寫過，這里不再詳述，本節(jié)著重介紹與自動撥號功能相關的硬件電路設計。微波防盜探測器用戶端自動報警器CPUAT89C51微波防盜探測器用戶端自動報警器CPUAT89C51看門狗電路EEPROMDTMF撥號電路語音檢測電路接口電路開關電路輸入輸出控制電路備用電源系統(tǒng)微處理器采用美國ATMEL公司生產的AT89C51單片機。AT89C51采用COMS工藝，是一種低功耗、高性能的，與INTEL8051系列單片機完全兼容的8位微控制器。AT89C51內部具有4K字節(jié)的Flash〔閃速〕存儲器，可反復擦寫，在設計程序時可反復修改原程序、編譯、并燒寫到單片機，適合單片機最小系統(tǒng)的開發(fā)與研制。3.2.1自動報警器電路設計自動報警器電路見圖3.5。時鐘電路由兩個30P的電容和12MHz的晶振構成。復位電路由電阻、電容、二極管和按鍵開關構成，具有上電復位和手動復位的功能。單片機的INTO與盜警傳感器相連，實現(xiàn)各種警情的采集。為防止環(huán)境干擾信號對觸發(fā)中斷的影響，當響應中斷后，對中斷信號屢次〔如5次〕巡檢，確認是中斷信號時，才去執(zhí)行中斷處理子程序，否那么認為是外界干擾信號不執(zhí)行報警處理，有效降低誤報幾率。圖3.5自動報警器電路P2.1與語音電路相連，實現(xiàn)語音的回放控制。P2.2接通訊接口轉換芯片的數(shù)據(jù)發(fā)送、接收片選端／RE(DE〕。P2.3與接口電路相連，實現(xiàn)模擬摘掛機的控制。P2.4接探頭掉線檢測端，單片機對該口定時查詢，正常時為高電平，當檢測到低電平即發(fā)出掉線警報。P2.5接交流電源掉電報警信號〔交流斷電后由直流電源繼續(xù)供電，直流電源放電低于預警值后向自動報警器發(fā)直流斷電預警信號。P1.0、P1.1、Pl.2為接鍵盤電路的三根I/0口線，Pl.3接緊急呼救按鍵。Pl.5接液晶顯示器的串行時鐘輸入端，Pl.6接液晶顯示器的數(shù)據(jù)輸入端。Pl.7接多路開關CD4O51的片選端INH,PI.4、P2.6分別接多路開關的輸入端A、B。多路開關輸出分別接報警LED、蜂鳴器，有警報發(fā)生時開關的輸出I/O口給出高電平信號。PO.O、P0.1、P0.2和P0.3分別與MT8888的DO、Dl、D2和D3相連，用作數(shù)據(jù)總線。P2.0與MT8888的RSO相連，控制MT8888內部存放器的選擇。P2.7與MT8888的CS相連，控制MT8888的選通。P3.6、P3.7分別與MT8888的WR和RD相連，控制MT8888的讀寫。P0.4、P0.5接EEPROM的串行輸入和串行輸出端，P0.6、PO.7分別接EEPROM的串行時鐘輸入和片選輸入端。3.3自動撥號及語音報警電路設計3.3.1撥號電路本系統(tǒng)設計的自動撥號電路可通過網(wǎng)絡實現(xiàn)自動尋呼，對所指定的機構或人員發(fā)出求救信號，簡述事故性質及地點，使救援人員采取相應措施來制止事故，系統(tǒng)主要功能如下：1.報警優(yōu)先功能：主機與用戶機共用一條線，非報警時，不影響的正常使用，機的正常使用不影響也不干擾主機報警。主機報警時，優(yōu)先撥打報警。2.自動撥號功能：可設定1-6組或號碼，每組不超過15位數(shù)。3.用戶對自動撥號報警系統(tǒng)可自行設定和修改密碼。4.可自行錄制語音：語音播送，由使用者自行錄制，存錄“狀況〞，使用者的姓名，地址，等。自動探測通話狀態(tài)：報警時自動探測對方機的使用狀態(tài)，假設對方為占線或響鈴后無人接，那么保存跳過，等下一輪續(xù)撥[17]。5.記憶儲存功能：本系統(tǒng)采用X25045為記憶元件，號碼，報警信息存錄等所有輸入都不會因為電源失去而變動。圖3.9撥號電路3.3.ISD1420語音芯片是由美國ISD(InformationStorageDevice〕公司開發(fā)的高保真、不怕斷電、錄放一體化的單片固態(tài)語音集成電路。其片內設有時鐘振蕩器、128K字節(jié)EEPROM〔電可編程可擦除只讀存貯器〕、低噪前置放大器、自動增益控制電路、反混疊濾波器、平滑濾波器、模擬轉發(fā)器、差動功率放大器等高品質語音錄放系統(tǒng)所需的全部根本功能電路[12]。3.錄音過程中，ISD142O在進行存儲操作之前，要分幾個階段對信號進行調整。首先要輸入信號放大到存儲電路動態(tài)范圍的最正確電平，這個階段由前置放大器、放大器和自動增益控制局部來完成。前置放大器通過隔直流電容與麥克風連接，隔直流電容用來去掉交流小信號中的直流成份〔大約2mA〕。信號的放大分兩步完成，先經過輸入前置放大器，然后經過固定增益放大器。完成信號的通路要在模擬輸出端〔ANAOUT〕和模擬輸入端〔ANAIN〕兩個管腳之間連接一個電容器。自動增益控制電路動態(tài)地監(jiān)控放大器輸出的信號電平并發(fā)送增益控制電壓到前置放大器。前置放大器增益自動調節(jié)以便維持進入濾波器的信號為最正確電平，這樣錄音的信號能得到最高電平又使削波減至最小。我們可以通過選擇連接到AGC管腳的電阻和電容值來調節(jié)描述自動增益電路特性的兩個時間常量，即響應時間和釋放時間。下一個階段的信號調整是由輸入濾波器完成的。由于模擬信號的存儲仍然是采用取樣技術，因此還需要一個抗混淆濾波器以去掉〔或至少減到可忽略不計的程度〕取樣頻率1/2以上的輸入頻率分量。這樣就滿足了所有數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)都遵循的奈奎斯特取樣定律。語音的質量要想優(yōu)于的音質，取樣頻率要用8kHz。低通濾波器的高頻頻限選在3.4kHz，可滿足奈奎斯特取樣定律，而且仍有足夠寬的頻帶以得到高音質的語音。濾波器是一個連續(xù)時間五極點低通濾波器，在3.4kHz每個倍頻程衰減40dB。信號的調整完成后，將輸入波形通過模擬收發(fā)器寫入模擬存儲陣列中。由skHz取樣時鐘取樣，并且經過電平移位而產生不揮發(fā)寫入過程所需要的高電壓，取樣時鐘也用于存儲陣列的地址譯碼，以便輸入信號順序的寫入存儲陣列。放音時，錄入的模擬電壓在取樣時鐘的控制下順序地從存儲陣列中讀出，恢復成原來的取樣波形。輸出通道上的平滑濾波器去掉取樣頻率分量并恢復原始波形，平滑濾波器的輸出通過一個模擬多路開關連接到輸出功率放大器，兩個輸出管腳直接驅動揚聲器。圖3.11語音電路3.3.3接口電路接口電路參見圖3.12。此電路起著很重要的作用，撥號電路、語音電路均需要通過它與外界相連，它完成線在系統(tǒng)與機之間的轉換。平時機連在線上，系統(tǒng)與線斷開，不會干擾通信。假設需報警時，系統(tǒng)控制繼電器轉換，系統(tǒng)接上線，機與線隔離，不會影響系統(tǒng)的工作。為了降低系統(tǒng)功耗，繼電器選擇了高靈敏型，工作電壓為＋5V。目前，交換機的工作電壓為直流60V或者48V，通過外線a、b接入用戶話機。為了確保撥號電路的DTMF信號正常發(fā)送和語音電路語音信號的正常播出，須設置極性保護電路，由二極管橋路構成，不管用戶如何將外線接入LINEIN口，都能確保電路內部的2線為正電壓。另外，有的交換機可提供的工作電流為50mA或者12OmA，因此，極性保護電路中的二極管反向耐壓必須大于180V，允許的正相電流必須大于180mA?？梢赃x用IN4004、IN4007等。根據(jù)郵電部關于入網(wǎng)的標準，摘機狀態(tài)下的直流電阻應該小于等于300歐，因此，在極性保護電路后直接接一個200歐的大功率電阻，以模擬摘機掛機。當模擬摘機時，用戶外線電壓降至10V左右[14]。模擬摘掛機由繼電器吸合配合實現(xiàn)，V501與單片機P2.3口相連，模擬掛機時，工作于截止狀態(tài)，當單片機發(fā)出模擬摘機命令時，P2.3變?yōu)榈碗娖?，三機管由截止變?yōu)轱柡?，繼電器工作，觸點閉合，300歐電阻接入網(wǎng)，實現(xiàn)模擬摘機操作。撥號電路、語音電路可通過1:1隔離變壓器與接口電路相連。圖3.12接口電路3.4鍵盤與密碼顯示電路設計鍵盤與密碼顯示電路負責系統(tǒng)與外界的聯(lián)系，數(shù)據(jù)或命令的顯示，包括：密碼輸入、修改密碼輸入、號碼設置、緊急呼叫、錄音、放音等功能。3.4.1鍵盤電路按鍵在單片機應用系統(tǒng)中是一個關鍵部件，它用來實現(xiàn)向單片機輸入數(shù)據(jù)，傳送命令等功能，是屬于人機通道電路。這里采用節(jié)省單片機I/0端口的鍵盤電路，只用到3根I/0口線，普通接法只能接3個鍵，我們在常規(guī)接法的根底上增加了3個二極管，并采用了新的接法。其軟件處理使用了端口訪問和掃描檢測兩種方法，從而使按鍵數(shù)可到達16個，同時由于采用了組合邏輯來直接對端口進行讀取，因此極大的簡化了程序的處理過程，也節(jié)省了珍貴的存儲器和CPU資源。該電路在程序處理時，由AT89C51首先向I/01-I/03寫高電平，然后讀入[17]。如果非全1，說明KO-K6中有鍵按下，此時可根據(jù)讀入的端口狀態(tài)來判斷鍵的狀態(tài)：如果讀入的結果為全1，那么I/01-I/03輪流輸出低電平，再讀入，這樣就可以根據(jù)另外兩根I/0線的狀態(tài)來判別是K7-K15中的哪一個鍵被按下。重復調用鍵盤處理子程序可將讀取的鍵值與上次的值進行比擬，直至兩次讀數(shù)相同為止，這樣即可消除按鍵抖動所造成的誤讀。IO1、IO2、IO3分別接AT89C51的P1.O、Pl.1、Pl.2口。K0-K9分別代表十個數(shù)字鍵，K1O為清屏鍵，K11為密碼確認鍵，K12密碼修改鍵，K13為錄音鍵、K14為放音鍵，K15為緊急呼救鍵。3.4.2密碼顯示電路當探測器檢測到異常信號傳給自動報警器時，只有解碼正確時才會有開鎖電平輸出給單片機，控制關閉中斷，解除用戶端自動報警器的監(jiān)測報警狀態(tài)。此時，自動報警器對這個異常信號不做出任何響應，直到被復位后，自動報警器才重新開始工作。如果六次誤碼輸入，那么產生報警信號電平，觸發(fā)報警器中斷響應，此時報警器進入報警狀態(tài)，自動撥號發(fā)出報警信號。密碼電路中設有50秒定時中斷輸出控制信號，防止長時間無效操作。當有超過50秒的無效操作時，中斷開啟，發(fā)出報警信號[21]。密碼由用戶端自動報警器設定，并可隨時更改，由鍵盤可輸入用戶新密碼。用戶不小心輸入錯誤時，在規(guī)定時間內更正密碼即可解除報警，有效的預防了誤報。輸入密碼時的按鍵有效提示由綠色發(fā)光二極管來實現(xiàn)，即密碼輸入正確時發(fā)光二極管被點亮；密碼輸入錯誤警告由紅色發(fā)光二極管來實現(xiàn)，當輸入密碼錯誤時紅色發(fā)光二極管被點亮。顯示模塊選用EDM-CO02八位串行輸入段碼式LCD模塊，是由八位的七段型液晶顯示器件與顯示驅動器HD44100構成，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時顯示功能。HD44100接收來自顯示控制器的時序信號和串行數(shù)據(jù)，并把它們轉換成相應的液晶驅動波形輸出。3.5系統(tǒng)電源的設計3.5.1主電源本系統(tǒng)主電源采用直流電源5V和6V供電，原理圖如圖3.13所示。電源局部電路為典型的7805/7806應用電路，具有兩路電源輸出。該電路具有短路保護功能，變壓器輸出7V交流電，經橋路整流，電容濾波，送入7805/7806輸入端，最后輸出SV/6V直流電。電阻與紅色LED構成電源工作指示電路，綠色LED和蜂鳴器用于短路報警指示。圖3.13主電源原理圖3.5.2備用電源探測器應實現(xiàn)24小時不間斷監(jiān)控，不允許出現(xiàn)停電故障，這就需要使用備用電源。用備用電源作為主電源對單片機系統(tǒng)供電的補充，可以使單片機系統(tǒng)在工作期間，不致因電網(wǎng)突然斷電，導致計算機系統(tǒng)RAM中的數(shù)據(jù)喪失而中斷工作，更主要的是它可以防止因電源中斷造成整個計算機系統(tǒng)的癱瘓[9]。備用電源的主要作用是在輸入回路斷電時，將電池的電能供應負載，當電源恢復正常后，輸入回路既負責向負載提供電源還要負責向電池充電。圖3.14為在線式備用電源工作原理圖，是可以實現(xiàn)及時、正確、可靠地產生交/直流掉電預警信號的直流在線式備用電源。ICL8212是一種高性能可編程的電壓檢測器，它能在供電電壓低〔l.8V〕、寬范圍(1.8-30V〕條件下正常工作，其性能受環(huán)境溫度的影響極小，在整個供電電壓范圍內也不受供電電壓變化的影響。當輸入到3腳THRE〔預置門限輸入〕端的被檢測電壓高于1.15V時，ICL8212為一飽和晶體管輸出，即3腳OUT端輸出低電平；而當3腳低于1.15V時，4腳輸出高電平，而且這一高電平直到供電電源降到0V時仍有效，2腳HYST端為磁滯電壓設置端，磁滯電壓的設置可防止THRE端的被檢測電壓在1.15V附近時，使OUT輸出端處于不穩(wěn)定態(tài)。圖3.14在線式備用電源工作原理圖IC1、IC2兩片ICL8212構成窗口電壓檢測器，正常工作時，即交流電壓在正常的工作范圍時，合理設置上、下兩個檢測閩值，由IC1、IC2構成的窗口電壓檢測器IC2的4端輸出高電平，三極管Ql導通，K1繼電器吸合，穩(wěn)壓電源正常工作，未經穩(wěn)壓的直流一路經D3、R9給可充電電池浮充電，另一路經穩(wěn)壓后給系統(tǒng)提供穩(wěn)定的直流電壓。一旦交流掉電，窗口電壓檢測器的輸出IC2的4端輸出為低電平，它一路將掉電信息存儲在自動報警器EEPROM中，另一路控制三極管Ql，經繼電器Kl使交流回路與穩(wěn)壓器斷開，改由可充電電池繼續(xù)維持向系統(tǒng)供電一定時間〔時間的長短由選擇的可充電電池的容量定〕，實現(xiàn)了直流在線式不間斷供電[12]。此后，當可充電電池供電到一定時間，電壓降到一定值〔不得放電至很低〕時，由IC3構成的直流欠壓/掉電檢測器，通過三極管Q2、繼電器K2使可充電電池停止向系統(tǒng)供電。S1為手動開關，自動報警器運行時關上，平時處于翻開狀態(tài)。本章節(jié)重點介紹了報警系統(tǒng)的硬件設計，對探測器電路、單片機模塊、EEPROM模塊及撥號電路、語音電路和接口電路進行了詳細的說明，給出了各模塊連接方法，及分析了各模塊的功能和原理進行了詳細說明，最后設計了主電源和備用電源電路，防止因為停電造成的系統(tǒng)癱瘓。與上一章節(jié)的探測器端進行連接，便是整個智能化防盜報警系統(tǒng)。第4章系統(tǒng)軟件設計4.1控制模塊程序設計由于單片機的P3.2腳和防盜傳感器相連，因此，一旦發(fā)生險情，轉密碼子程序，假設解碼正確那么取消報警，否那么將產生中斷，在中斷效勞子程序里，位地址7FH被置1，證明發(fā)生險情，然后根據(jù)險情類別，將7EH置1，7EH為盜警標志位。主程序在運行期間首先檢測探頭與電源狀態(tài)，一切正常后等待中斷的發(fā)生。當檢測到7FH被置1后，調密碼顯示子程序，密碼正確系統(tǒng)重新檢測中斷信號，密碼有誤那么主程序首先判斷7EH的情況，如果被置1，那么調用控制模塊PROCESS完成后續(xù)處理，處理完成后記錄報警信息。開始開始延遲100ms撥號初始化探頭掉線檢測電源狀態(tài)檢測有險情密碼及顯示盜警調用PROCESS記錄盜警信息圖4.20主程序流程圖開始開始調用摘機子程序調用檢測子程序調用判斷子程序有撥號音調用撥號子程序調用檢測子程序調用判斷子程序有忙音有回鈴音定時50S到調用掛機子程序延時5S調用語音子程序調用摘機子程序調用延時子程序返回圖4.21控制模塊PROCESS流程圖圖4.21為控制模塊PROCESS流程圖，它是整個系統(tǒng)軟件的核心，控制整個系統(tǒng)完成摘機，信號音判斷、撥號，發(fā)出語音求救信號，最后掛機。由于考慮到撥號音、忙音、回鈴音的存在，因此這個模塊較主程序復雜一些。4.2撥號模塊程序設計信號音檢測與判斷開始開始置MT8888為CP模式置T0定時，T1計數(shù)T0、T1賦初值定時、計數(shù)開始R2=1005秒定時到返回圖4.22檢測子程序流程圖開始開始R2R3=1600調用MINUS子程序C置位R2R3=800調用MINUS子程序C置位置撥號音標志位返回R2R3=50調用MINUS子程序C置位返回置忙音標志位返回置回鈴音標志位返回圖4.23判斷子程序流程圖檢測子程序流程圖如圖3.22。首先將MT8888設置為呼叫處理模式，接著將單片機的TO設置成定時方式，T1設置成計數(shù)方式，由于需要定時5s，而選擇定時方式1，晶體振蕩器選擇12MHz，那么最大定時時長為65.53ms，所以，需要用軟件擴展定時。計時開始后，計數(shù)也即開始。在定時中斷效勞子程序里，判斷5s定時時間是否到，如果時間到，那么從檢測子程序里跳出，否那么，繼續(xù)計數(shù)。最后，計數(shù)值高八位存儲到THI中，低八位存儲到TL1中，供判斷子程序進行判斷。判斷子程序流程圖見圖3.23。在此子程序里，將計數(shù)值分別與2000、900、250這三個數(shù)進行比擬，即調用MINUS子程序，將計數(shù)值與上述比擬值做雙字節(jié)的無符號減法，然后根據(jù)存放器C被置位情況，對撥號音標志位7CH、忙音標志位7BH、回鈴音標志位7AH進行置位或清零，然后返回。4.3語音模塊程序設計語音子程序流程圖參見圖4.25。單片機P2.1口由高電平變?yōu)榈碗娖?，觸動ISD142O的放音腳，放音開始，因為ISD1420最長錄音時間為20秒，所以，延時23秒后，單片機P2.1腳由低電平變?yōu)楦唠娖?，放音結束，然后進入下一次放音狀態(tài)，直至三次放音結束，去除警情標志位7EH后，程序返回。開始置MT8888為BURST模式開始置MT8888為BURST模式是盜情讀X25045防盜撥用戶返回開始回放開始延時23秒回放結束回放3次返回圖4.24撥號子程序流程圖圖4.25語音子程序流程圖4.4摘掛機模塊程序設計單片機P2.3口為高電平時，三極管處于截止狀態(tài)，繼電器沒有動作，系統(tǒng)掛機。當單片機P2.3口為低電平時，三極管處于飽和狀態(tài)，繼電器動作，系統(tǒng)摘機。4.5密碼及顯示模塊程序設計密碼及顯示子程序流程圖如圖4.26所示，用于控制報警器外部輸入。開始開始N=0解碼輸入密碼正確錯誤輸入告警N=N+1N>6？50秒定時中斷返回修改密碼輸入新密碼探頭掉線檢測圖4.26密碼及顯示子程序流程圖本章節(jié)分析了家用防盜報警系統(tǒng)的軟件設計，對單片機的工作流程做了詳細的說明，并分析了MT8888、ISD1420、X25045芯片的工作流程，采用匯編語言編程，以及模塊化設計，使得程序便于過失，系統(tǒng)設計側重了實用性，使用戶可自行設置號碼和系統(tǒng)密碼并有探頭掉線檢測，充分表達了系統(tǒng)的實用性。第5章系統(tǒng)的抗干擾措施5.1系統(tǒng)硬件抗干擾措施用戶端自動報警器工作環(huán)境較惡劣，易受到各種干擾的侵犯。根據(jù)其來源不同，主要有空間干擾〔通過電磁輻射進入〕、過程通道干擾〔通過與自動報警器及中央控制器相連的前向和后向通道進入〕、供電系統(tǒng)干擾以及印制板與電路間產生的相互干擾。所以在設計上，應該采取必要的軟硬件措施，免除和減小各種不良因素對系統(tǒng)的影響和損害，從而提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性[14]。本系統(tǒng)在硬件設計過程中，主要采取以下幾個方面的措施來提高系統(tǒng)的抗干擾能力：1.對于空間輻射干擾的抑制，主要解決方法是屏蔽。靜電屏蔽使用導體材料即可。為到達電磁屏蔽的目的，可以把控制系統(tǒng)安裝在用鐵板做成的封閉機箱內，來屏蔽外部靜電和電磁場的干擾。2.設計印制電路板時，合理布線，力求將系統(tǒng)中個元件之間、電路之間可能產生的不利影響限制在最低程度。元件排列及信號走線盡量有序，短直，簡潔，防止相鄰電路相互影響了盡量防止過長的平行走線，減少布線的分布電容。接地線盡量加寬以減少接地電阻，并解決好接地點問題。防止印制電路形成環(huán)路接受噪聲形成干擾。按鈕等在操作時會產生火花，必須利用RC電路加以吸收。3.電源的設計將強弱電嚴格分開，不把它們設計在一塊電路板上，電源線的走向盡量與數(shù)據(jù)傳遞的方向一致。在印制電路板的各個關鍵部位配置去藕電容，電源輸入端跨接10協(xié)F的電解電容。每片集成電路電源的引腳上并接0.01協(xié)F高頻電容。對于抗噪聲能力弱、關斷時電流變化大的器件和ROM、RAM存儲器件〔集成塊〕，應在芯片的電源線〔VCC〕和地線〔GND〕間直接接入0.01uF去耦電容。4.CMOS芯片的阻抗很高，易受外界的干擾，故電路中不使用的輸入端不允許懸空，否那么會引起邏輯電平不正常。根據(jù)實際情況，將多余的輸入端與正電源或地相接。實踐說明，元器件的質量對系統(tǒng)影響很大。應選擇正品元器件。使用前還要進行必要的篩選。對于接插件，應選擇抗震性能好，接合可靠，防松的接插件。傳輸電纜應具有良好的屏蔽層，耐老化，抗損傷，不易斷線。5.電阻系統(tǒng)本身對靜電的防護也是至關重要的。靜電產生的原因主要有兩種模式：人體帶電和電場感應帶電?？紤]人體帶電模式，鑒于人主要接觸開關機控制CPU模塊，且主要是鍵盤。為防止靜電危害，在鍵盤的3個引線上對地分別串上3個防靜電電容，本系統(tǒng)采用0.01uF的電容。6.無論系統(tǒng)采取什么樣的抗干擾措施，系統(tǒng)總會受到一些干擾使系統(tǒng)中的單片機的程序跑飛。為了使程序跑飛后，系統(tǒng)能恢復正常運行，本系統(tǒng)采用硬件看門狗X25045。5.2系統(tǒng)軟件抗干擾措施在單片機應用系統(tǒng)中，由于程序及一些重要常數(shù)都存儲在ROM中，這就為軟件的抗干擾創(chuàng)造了良好的前提條件?？刂葡到y(tǒng)受干擾后反響在單片機上就是所謂的“沖程序，',即程序指針亂跳，出現(xiàn)程序跑飛和非法死循環(huán)，導致程序失控[17]。因此，需對單片機系統(tǒng)采取一些有效措施，這里主要采取了以下幾種措施。1.數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^失控制本系統(tǒng)采用檢錯重發(fā)。首先對所發(fā)送的數(shù)據(jù)進行異或操作，把最后的結果也發(fā)送出去。接收端對接收到的所有數(shù)據(jù)進行異或操作。假設結果為零，那么傳輸正確，否那么傳輸錯誤，通知發(fā)送端重發(fā)。2.對重要數(shù)據(jù)進行程序復核在程序的執(zhí)行中對重要數(shù)據(jù)進行復核，本系統(tǒng)主要對輸入的鍵值進行復核，看是否正確，假設正確那么進行處理，否那么忽略。3.指令冗余當cPU受到干擾后，往往將一些操作數(shù)當作指令碼來執(zhí)行，引起程序混亂。本系統(tǒng)的軟件設計中，在一些對程序流向起決定作用的指令之間插入兩條NOP指令，保證彈飛的程序迅速納入正確的控制軌道。此類指令有：RET、RETI、ACALL