基于AT89c51單片機(jī)為核心的遙控報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)與原理分析

1 引 言

由于經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們生活水平得到較大的提高，生活節(jié)奏也越來(lái)越快，為此家電遙控和家庭安全也為人們所需要和重視。以AT89C51單片機(jī)為核心通過(guò)電話(huà)進(jìn)行電器遙控和報(bào)警裝置主要解決這些問(wèn)題。他的主要功能有：通過(guò)電話(huà)可以遙控16路電器通斷，遙控路數(shù)可以根據(jù)需要進(jìn)行擴(kuò)展；可以實(shí)現(xiàn)電器調(diào)壓調(diào)速控制，有密碼設(shè)定，保密安全性好；有語(yǔ)言提示，避免盲目操作；可以取消已輸入的操作命令；當(dāng)單片機(jī)接收到家中天然氣泄露、溫度超限和失竊信號(hào)后會(huì)自動(dòng)撥打預(yù)留電話(huà)并報(bào)告家中發(fā)生的情況。

2硬件電路設(shè)計(jì)

總體電路設(shè)計(jì)思路是：電話(huà)遙控報(bào)警器與家用電話(huà)采用并聯(lián)方式，當(dāng)有振鈴信號(hào)時(shí)單片機(jī)開(kāi)始記數(shù)，前10次鈴聲內(nèi)若有人接電話(huà)，則遙控報(bào)警器被屏蔽，不影響正常接聽(tīng)電話(huà)，若10次鈴聲后無(wú)人接聽(tīng)，約定遙控報(bào)警器自動(dòng)模擬掛機(jī)，并發(fā)出提示音要求用戶(hù)輸入密碼，允許3次輸入錯(cuò)誤，并有2次提示輸入錯(cuò)誤重新輸入，若第3次輸入錯(cuò)誤則自動(dòng)掛機(jī)。密碼輸入確認(rèn)無(wú)誤后，發(fā)出提示音，提示用戶(hù)輸入要求執(zhí)行任務(wù)的電器代碼，代碼為3位數(shù)字加“#”字確認(rèn)，前2位數(shù)字為電器代號(hào)，范圍為1～16(假定控制電器為16個(gè))，第3位數(shù)為調(diào)壓調(diào)速的級(jí)數(shù)，范圍為1～4(檔數(shù)根據(jù)需要確定)，若電器無(wú)調(diào)壓調(diào)速，則第3位數(shù)無(wú)效。若同一任務(wù)所輸入的次數(shù)為偶數(shù)，表示取消任務(wù)。若2次按鍵的時(shí)間間隔小于100mS，則第2次按鍵輸入無(wú)效，以防止抖動(dòng)。若前次按鍵后10 s無(wú)按鍵輸入，默認(rèn)為無(wú)任務(wù)輸入，自動(dòng)掛機(jī)。掛機(jī)后單片機(jī)把輸入任務(wù)送對(duì)應(yīng)輸出口執(zhí)行任務(wù)，并保持狀態(tài)直到有新任務(wù)輸入。硬件電路主要包括震鈴檢測(cè)電路、模擬摘機(jī)和DTMF解調(diào)電路、調(diào)速電路、任務(wù)執(zhí)行電路、3路傳感器報(bào)警信號(hào)電路，以及語(yǔ)音電路部分。硬件電路框圖如圖1所示。

2.1振鈴檢測(cè)電路電路如圖2所示。電話(huà)線(xiàn)振鈴信號(hào)為25Hz，75～100 V。因此不能直接與IC電路連接，同時(shí)為了防雷擊，輸入端用1 μF/160v電容進(jìn)行隔離。鈴流聲經(jīng)全橋整流后再由光電耦合器．4N25耦合并經(jīng)40106整形后送89C51 TO計(jì)數(shù)器進(jìn)行振鈴次數(shù)記數(shù)，當(dāng)TO記數(shù)為10次時(shí)，按約定為有任務(wù)輸入，89C51輸出模擬摘機(jī)信號(hào)使線(xiàn)路接通，同時(shí)單片機(jī)控制語(yǔ)音提示電路“請(qǐng)用戶(hù)輸入密碼”并通過(guò)電話(huà)線(xiàn)路將輸入的密碼信號(hào)送人雙音頻DTMF解碼電路。

2.2 雙音頻解碼DTMF電路

DTMF電路采用典型的MF8870芯片作雙音頻解碼電路。當(dāng)單片機(jī)發(fā)出模擬摘機(jī)信號(hào)后使線(xiàn)路接通，在提示音后輸入密碼，如MF8870，確認(rèn)有信號(hào)輸入后，CIO端(15腳)為“1”，更新輸出鎖存器，并將輸入雙音頻信號(hào)解碼為4位二進(jìn)制數(shù)送輸出鎖存器D1～D4端，CIO端電平送EN端(10腳)允許輸出。單片機(jī)首先進(jìn)行密碼核對(duì)，然后將MF8870送入的任務(wù)信號(hào)送RAM中存儲(chǔ)，直到輸入任務(wù)結(jié)束。2.3語(yǔ)音提示及撥號(hào)電路

語(yǔ)音提示電路采用美國(guó)ISD公司語(yǔ)音芯片ISD25120，該芯片可錄放120 s，由于采用“直接模擬量存儲(chǔ)”(DAST)專(zhuān)利技術(shù)，信號(hào)無(wú)需經(jīng)D／A，A／D轉(zhuǎn)換等處理過(guò)程，失真小，音質(zhì)好。片內(nèi)含振蕩器、話(huà)筒前置放大器、自動(dòng)增益控制、防混淆濾波器、平滑濾波器、揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)及E2PROM陳列，外圍電路簡(jiǎn)單，體積小，3 V單電源供電，耗電省，維持電流僅1 μA。用該芯片只播放預(yù)錄好的語(yǔ)句，所以電路只用了放音功能，錄／放模式P／R接高電平，節(jié)電方式為工作接地。時(shí)鐘采用外時(shí)鐘，ISD25120外時(shí)鐘頻率f=512 kHz。ISD25120共有10條地址線(xiàn)，要這樣可以實(shí)現(xiàn)200 ms的信息分辨率，但由于我們只需要尋找每段錄音起始地址，所以可以降低分辨率使用，這里把A3～A0接地。A9和A8決定A7～A0的意義，當(dāng)A9和A8有一個(gè)為“0”時(shí)，A7～A0表示為當(dāng)前錄放操作的起始地址，當(dāng)A9和A8有一不為“0”時(shí)，A7～A0表示為不同的操作模式，在此A9和A8接地，表示A7～A0為地址數(shù)。當(dāng)需要放音時(shí)，89C51使ISD25120片選端CE=“0”，同時(shí)給出A7～A0地址數(shù)，在CE的下降沿鎖存，A9～A0具體設(shè)置如下：

這樣由A7～A4四條地址線(xiàn)可以最大尋址數(shù)為16個(gè)，每段時(shí)間長(zhǎng)短可以由設(shè)計(jì)者根據(jù)需要決定。錄音段起始時(shí)間和此段起始地址數(shù)關(guān)系如下：時(shí)間=某段起始地址數(shù)(十進(jìn)制)×分辨率不同芯片分辨率不同，具體可查閱有關(guān)手冊(cè)。ISD25120分辨率為200 ms，本裝置1～7段為6 s，輸入有關(guān)的提示語(yǔ)。第8段為預(yù)留電話(huà)號(hào)碼，9～11段為15 s，用于撥號(hào)報(bào)警，12～16段共27 s備用。語(yǔ)音提示及撥號(hào)電路圖如圖3所示。

當(dāng)89C51收到由天然氣、溫度和失竊報(bào)警器送來(lái)信號(hào)后，89C51采用將預(yù)錄在ISD25120語(yǔ)音芯片中的雙音頻電話(huà)號(hào)碼及報(bào)警語(yǔ)音播出的方式進(jìn)行報(bào)警。由于DTMF雙音多頻數(shù)字信號(hào)和ISD語(yǔ)音芯片在電話(huà)和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)恼Z(yǔ)音信號(hào)頻率范圍相同，所以此方案可行。但要注意以下問(wèn)題：貝爾電話(huà)DTMF、信號(hào)標(biāo)稱(chēng)誤差是±1.5％，當(dāng)電話(huà)晶體為3.579 45 MHz時(shí)，產(chǎn)生的音調(diào)誤差范圍為+0.74％～-0.54％。而大部分ISD器件內(nèi)部振蕩器在全電壓和全溫度范圍內(nèi)誤差為2.25％，即：ISD器件誤差大于DTMF、標(biāo)準(zhǔn)誤差，如圖4所示。所以不能用ISD內(nèi)部振蕩器，而必須用外部晶體振蕩輸入信號(hào)。從圖4可以看出，最壞錄放音情況時(shí)，提供給ISD器件的外部時(shí)鐘要求誤差小于0.75％，他可以是TTL或CMOS電平。對(duì)于ISD25120采樣速率為4 kHz，提供的時(shí)鐘頻率為512 kHz，單片機(jī)為6 MHz晶體，工作頻率為1 MHz，外加二分頻電路提供給ISD25120的頻率為5 kHz，與要求的512 kHz很接近，使用中不會(huì)造成任何問(wèn)題。這里要求頻率變化誤差要小，而并不要求非常準(zhǔn)確的頻率值。

2.4電器控制電路

任務(wù)輸入后首先存放在存儲(chǔ)器中，當(dāng)任務(wù)輸入結(jié)束后，軟件首先刪除輸入偶次數(shù)的任務(wù)項(xiàng)，然后將任務(wù)送相應(yīng)口線(xiàn)。若單片機(jī)口線(xiàn)夠用，則可以直接由口線(xiàn)送外電路執(zhí)行，軟件只需進(jìn)行任務(wù)口線(xiàn)狀態(tài)取反即可。若單片口線(xiàn)不夠用，則可以外加CD4514芯片進(jìn)行4～16線(xiàn)解碼的擴(kuò)展，但每路需加雙穩(wěn)態(tài)電路保持，并進(jìn)行電流放大，執(zhí)行的器件一般采用繼電器，繼電器觸頭容量應(yīng)根據(jù)用電器的功率大小決定，并留一定的余量。2.5調(diào)速調(diào)壓電路

調(diào)速調(diào)壓電路執(zhí)行器件選用雙向可控硅，單片機(jī)根據(jù)任務(wù)送不同脈沖個(gè)數(shù)，則BT33馳張振蕩器沖放電時(shí)間不同，使雙向可控硅導(dǎo)通角大小不同而輸出電壓不同。3軟件設(shè)計(jì) 根據(jù)以上分析，軟件主流程圖如圖5所示。

除主程序外，子程序包括6位密碼核對(duì)子程序、(3位數(shù)+#)任務(wù)輸入核對(duì)子程序、提示音子程序、報(bào)警子程序、任務(wù)排除偶次輸入子程序、對(duì)方回鈴聲和忙音區(qū)分子程序以及10 ms，10 s，60 s延時(shí)子程序，編寫(xiě)程序時(shí)注意二次按鍵時(shí)間小于10 ms時(shí)第2次按鍵無(wú)效，以防止抖動(dòng)。當(dāng)上次按鍵后連續(xù)10 s無(wú)按鍵輸入信號(hào)，則默認(rèn)可以自動(dòng)掛機(jī)。報(bào)警撥號(hào)后對(duì)方回鈴音和忙音的區(qū)別：按規(guī)定回鈴音為1 s高電平4 s低電平方波信號(hào)，忙音為高電平和低電平均為0.35 s方波信號(hào)，回鈴音和忙音呼叫時(shí)間60 s，60 s后自動(dòng)掛機(jī)。當(dāng)有報(bào)警信號(hào)送單片機(jī)時(shí)，通過(guò)軟件模擬摘機(jī)，預(yù)留電話(huà)撥號(hào)輸出后，在接到第一聲回鈴音或忙音時(shí)，定時(shí)器開(kāi)始定時(shí)，計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)輸入的回鈴音或忙音的個(gè)數(shù)。然后判別在60 s內(nèi)，若計(jì)數(shù)值>15個(gè)脈沖(這時(shí)無(wú)論60 s定時(shí)到否)則表示對(duì)方為忙音，應(yīng)掛機(jī)，延時(shí)60 s后重?fù)芴?hào)呼叫。若在60 s內(nèi)計(jì)數(shù)<14個(gè)脈沖，則表示為回鈴音。若在少于12個(gè)脈沖中間回鈴音中斷表示對(duì)方有人接聽(tīng)，可以播放報(bào)警信號(hào)對(duì)應(yīng)的報(bào)警語(yǔ)音。若60 s內(nèi)一直有回鈴音，且定時(shí)到，表示對(duì)方無(wú)人接聽(tīng)，則掛機(jī)延時(shí)后重?fù)?，直到電?huà)報(bào)警完成。

4結(jié) 語(yǔ)

該裝置是現(xiàn)代家庭中一項(xiàng)十分有用的技術(shù)，對(duì)裝有無(wú)線(xiàn)控制裝置的家庭，只需將執(zhí)行任務(wù)部分改為無(wú)線(xiàn)遙控發(fā)射即可。隨著可視電話(huà)的發(fā)展，安裝一個(gè)微型攝像頭，出差在外也可以對(duì)家中的情況一目了然。