单片机——电话报警系统设计.doc

郑州航空工业管理学院

《单片机原理与应用》
课程设计

2009级 电气工程及其自动化 专业 0906073 班级

题 目 电话报警器系统设计
姓 名 张 浩 学 号 090707339
指导教师 王义琴 职 称 讲师

二О 一二 年 六 月 三 日

一、 电话报警器系统的基本原理
1.1电话报警系统介绍
本报警系统是一个基于DTMF的远程控制及电话报警装置，能够远程设/撤防电话报警器以单片机AT89S51、双音多频编解码芯片MT8880为核心，矩阵按键电路以达到对电话机输入相应的按键信号，以驱动电话机拔号。或通过双音多频（DTMF）信号发生器MT8880B产生DTMF音频信号拔号。报警传感外设可以应用不同的传感器，比如气体传感器、红外传感器、磁感应装置、烟雾传感器、温度传感器、热敏传感器等。公共电话网络是整个系统的通讯平台，保证了监控系统与用户间的实时信息交互。通过现有电话网络传递控制、自动拨号报警。实用性较强。该电话报警设备可以可靠安全的用于家室、仓库、车库等场所。家中有人撤防、家中无人布防均可远程通过电话实现。
1.2电话报警器系统的基本原理
由微波感应人体传感器、烟雾嗅探等传感器采集的信号传送到家庭智能报警主机，主机可通过电话网与物管中心和公共电话网相连， 微波感应人体传感器的工作原理是利用发出的微波被人体遮挡反射检测到信号来检测附近是否有人；烟雾嗅探传感器是用于检测着火烟雾散发。门磁传感器是由永磁体和干簧管组成，正常情况下(无震动)干簧管和永磁体相隔很小的距离，有震动时，此距离就会变化，从而产生触发信号。传感器之间用或门连接传送至报警主机。主机根据有无布防判断信号然后摘机将预存的报警电话通过公共电话网拨出去并发出语音呼救。
二、 设计方案
2.1电话报警器总体电路结构
本电话报警器主要是由单片机、DTMF编解码电路MT8880、摘挂机电路、铃声电流检测电路、警情检测电路（微波感应人体传感器、火灾烟雾嗅探器、煤气探嗅感应器门磁开关等组成）和矩阵按键电路、LCD显示电路、EEPROM存储器等组成。其基本组成框图如图2-1所示
LCD显示器
警情检测电路
AT89S51
摘挂机控制
DTMF编解码MT8880
铃流检测电路
接电话线

矩阵按键电路

EEPROM

图2-1报警器原理框图
各电路模块基本功能如下：
1、 警情检测部分主要通过各种探测器完成各种数据采集．通过实时采样数据来检测各种报警信号。
2、 矩阵按键是用来输入所要报警的电话号码和其他信息，为其自动拨号报警提供前提。
3、 EEPROM用于存储电话号码和录音信息。
4、 LCD显示器会将报警所拨出去的号码显示出来。
5、 DTMFMT8880双音多频芯片集成度高，体积小，可将来电信号分频，发出的信号合频。实现信息的发送接收识别。
6、 铃流检测是用来检测铃声电流的脉冲数，超过一定铃声数就会自动发信号给CPU来控制摘挂机控制器摘机读取信息。
2.2单片机选择
采用通用51单片机，51系列单片机是目前使用时间最长、最为成熟的单片机系列，由于51单片机内部有256B的RAM和4K的ROM，考虑到实现本系统不需要大量的数据处理及液晶显示也不需占用大量的ROM资源等，用51单片机就能满足本系统需要的RAM和ROM，其I/O资源相当丰富，ROM用于程序存放及存储预存号码，另外可扩展EEPROM，或者使用内部有EEPROM的STC89C51，为精简硬件系统带来了极大的方便，一片廉价的89S51单片机就可以完成整个系统的主要功能，不仅体积小而且可靠性高。采用通用的51单片机(如AT89S51或STC89C51RC)作为主控制器，完成数据处理，号码的储存、拔号及液晶显示器的显示控制等。基于此，本系统采用AT89S51单片机作为主控制器。
2.3微波感应人体传感器
图2-31是微波人体传感器驱动LED和继电器的电路图。微波感应器工作可靠，一般没有误报，是以红外线、超声波、热释电元件组成的报警电路以及常规微波电路所无法比拟的，是目前用于安全防范和自动监控的最佳产品。所以非常适合在仓库、商场、博物馆或者金融部门使用，具有安装隐蔽、监控范围大、系统成本低的优点。

图2-3-1 微波控制器 图2-3-2 微波传感器外形图
微波传感器外形如图2-32所示，侧面蓝色的是灵敏度调整孔，可以使监控距离在1-7m范围内可调，顺时针转动距离变远，逆时针转动距离变近，红色的LED指示灯用于指示工作状态，1.2M长的双芯屏蔽线用于连接电源和负载，其中红色用来接正电源，蓝色输出，铜网屏蔽层黑线接电源负极。供电电压12V。
2.4 DTMF MT8880
DTMF技术广泛应用于通信网中。利用MT8880这种DTMF专用芯片可实现计算机间的简单的数据传输，MT8880具有收发功能。其特点是利用单片机的I／O口模拟产生MT8880的接口信号时序。双音多频信号（DTMF）是由一组低音频信号和一组高音频信号以一定方式的组合构成，每组音频信号各有4个音频信号，而每种组合有一个高音频信号和一个低音频信号，共16种组合。过去主要用于电话拨号信息传输，具有很强的抗干扰能力。
2.41　DTMF信号介绍

　　DTMF信号的产生原理：双音频信号是2个正弦波信号的叠加。 如果用合适的采样频率对这个信号进行A／D转换，则很容易计算出每一个采样点的A／D值，而如果将这些采样值形成一张表，在单片机里用同样的采样频率将这张表中的数值用D／A转换器输出，就是双音频信号。在实际应用中常用1 b的DM编码来实现A／D和D／A过程，其中A／D过程可以在PC机上完成，用程序生成对应每一个 DTMF信号的DM编码表，D／A过程在单片机上完成。与单音编码不同，DTMF信号是采用八中取二的方式来构成一个音频信号，由虚假信号的干扰，所以应用范围特别广泛。
　　对照图2-41可以发现DTMF信号由2个不同的频率信号合成。分为高频组和低频组，包各含有4个频率，可以构成16种不同的信号，依次对应着16个不同的BCD码。

图2-4-1 DTMF信号编码解码表
2.42 MT8880介绍
MT8880是一个带有呼叫处理滤波器的单片DTMF信号收发器。他的制造采用MITEL公司的低功耗、高稳定性的ISO-CMOS技术。DTMF信号的接收部分采用DTMF信号接收单片机MT8870的工业制造标准；发送部分采用开关电容进行D／A转换发送高精度、低畸变的DTMF信号。内部寄存器提供一个群模式。在双音频群模式下DTMF信号可以通过精确的时序被发送出去。可选择呼叫处理滤波器让一个微处理器处理呼叫音频信号。整合了收发功能的MT8880单片机的结构包括一个带有可变增益的内部放大器的高性能接收器和一个带有脉冲计数器的发射器。一个可以访问MT8880内部的寄存器的标准的微处理器接口。MT8880的内部寄存器包括1个状态寄存器、2个数据寄存器和2个控制寄存器。如图2-42所示。

图2-4-2 MT8880内部结构

三、硬件设计
3.1硬件原理
在正常情况下，中央处理器89S51单片机不断以程序查询方式查询89S51的P1．0，P1.1,P1.2口以及中断源，当有意外事件发生时发生源执行相关程序。nRF401发出地址码和数据码，并一直发送。通过数据总线送人单片机。同时会通过输出口发信号到P1.2口，检测P1.2 口有信号时马上通过程序对照是哪一种意外的事件，确定后进行延迟I当连续三次收到相同的数据码后表示不是干扰．立即转向相应的子程序：置P1.0口为低电平,然后继电器J1用台完成模拟摘机。延时几秒后设置Modem为DTMF发送方式，然后拨号，然后马上开始检测DR检测寄存器看是否有应答音；当对方摘机后应答音传送过来．检测DR有应答音后重新设置Modem为数据通信方式始发模式，马上通过片选信号选定语音芯片，使其开始工作，按照其同步串行传输协议和指令格式通过串行口发送指令．指令顺序为：给ISD4004语音芯片传送上电指令——从某段起始位定点放音指令——当前位置放音指令。这时ISD4004语音芯片开始输出事先录好的语音，然后通过Modem传送出去；当播放三遍后，中断输出脚(INT)会由高电平转为低电平并保持，单片机检测到后，对该芯片发送停止放音指令，同时置P1.0为高电平，继电器J1断开，完成自动挂机，然后马上再置PI.0为低电平，重复上述步骤给主人打电话报告主人。

3.2 硬件电路原理图
DTMF编码电路以MT8880为核心构成。主要有两个方面的作用：1、接收时，电话线上的双音频信号经音频变压器T21耦合后，有MT8880的2脚输入，经过运算放大和拨号音滤波器，滤除信号中的拨号音频率，然后发送到双音频滤波器，分理出高频组合低频组信号，通过数字检验算法电路，检出DTMF信号的频率，并且通过译码器译成4位二进制码。2、发送时、单片机的P10-P13脚输出4位的数字信号D0-D3，送到MT8880的14-17脚，并被锁存在发送数据寄存器中，发送的DTMF信号频率由MT8880 6、7引脚外接的3.58MHZ晶振分频产生。 MT8880的连线如图3-2-1所示，D0-D3及R1-R4接单片机的P2口。当单片机从24C04读出数据后送入到MT8880，MT8880通过D0-D3及R1-R4的组合，将接收来的信号进行DTMF转换后，由16脚输出。由于MT8880的特性，因此外围电路非常简单。电路原理图如图3-2-1。

图3-2-1 MT8880的连线图
铃流检测的作用是检测电话线上的铃流信号，以便让单片机统计电话铃响的次数或振铃的持续时间。检测铃响次数（比如6次）以后如果仍然没有人接听电话，就默认家里没有人，此时才允许远程控制报警器摘机应答响应进行设/撤防. 铃流检测电路主要实现的是将输入的正弦波转换成方波送入单片机的INT1中断口。这样单片机就可以通过测量方波的脉宽来进行对各种信号音的判断检测。铃流检测电路主要由C40、DZ1、R30、U4、Q28等组成，如图3-2-2所示。由于电容C40不能通过直流，因此在待机状态下，铃流检测电路不工作。在该块电路将检测程控交换机过来的信号。正弦波信号经过信号放大，滤去谐波，使正弦波信号转换成方波信号。该方波信号将被送入单片机的INT1中断口。

图3-2-2铃流检测电路图
模拟摘挂机电路，根据国家有关标准规定：不论任何电话机，摘机状态的直流电阻应≤300Ω,有“R”键的电子电话机的摘机状态直流电阻应≤350Ω。在挂机状态下，其漏电流≤5μA。交换机检测到该电流后便停止铃流发送，并将线路电压变为十几伏的直流，完成接续。 摘挂机电路主要是由Q30和继电器REY2等组成。摘挂机由单片机的P27脚进行控制，当P27脚为高电平时，晶体管Q30截止，其集电极是低电平，继电器REY2线圈失电，REY2的开关不动作，此时，电话线L1断开，电路处于挂机状态。当P27为低电平时，晶体管Q30导通，其集电极是高电平，继电器REY2线圈得电。REY2的常开触点闭合，于是，电话线L1、L2形成通路，电路处于摘机状态。电路原理图如图图3-2-3

图3-2-3 摘挂机电路
整体电路连接原理图如图3-2-4,3-2-5所示，单片机采用了AT89S51，主要进行接收、发送控制数据处理，存储器的读写、显示处理、警情处理。

图3-2-4电路原理图（1）

图3-2-5电路原理图（2）
四、软件设计
本系统的软件设计主要分为以下部分：流程图，主程序，电话号码输入部分，电话号码存储到EEPROM24C04部分，及从24C04读出电话号码部分，拨号部分，在设计中主要注意的问题是各部分之间的衔接以及是否冲突等，由于本次设计P口不够用所以按键KEY端改接在外部中断INT0，采用中断方式读键值。

4．1主程序流程图
程序初始化
有报警信号？吗？
21H=1（拨号组拨完毕？）
有开始修改键按下吗？
有报警信号吗？
继续输入号码
是停止输入键吗？
电话号码存入
24C04
从24C04读出电话号码存入内存单元
摘机
显示用户的电话号码并拨号，且延时等待对方应答
显示警请对应电话号码并拨号，且延时等待对方应答
挂机
21H位置1
开始
Y
Y
Y
Y
Y
N
N
N
N
N

图4-1 主程序流程图

4．2 存储器分配
00H为拔号用的号码个数
01H-0FH为拔号用的号码存放区域
10H为修改号码个数
11H-1FH为修改号码存放区域
R0为号码缓存区
R1为地址低字节缓存区
R2为号码个数缓存区
4．4 系统主程序

在执行完初始化程序后，首先判断有无报警信号，若没有报警信号（报警信号检测端P1.4为高），则判断用户是否按下修改键准备修改报警电话号码，若用户没有按下修改键则继续判断有无报警信号，若用户按下了修改键则需要用户继续输入报警时拨打的电话号码，以停止键判断是否输完，若没输完继续输，输完后存入EEPROM存储器24C04中，若有报警信号（报警信号检测端P1.4为低），首先判断设置的标志位是否为1，若不为1，则单片机立刻控制P口，令P1.5为低，执行摘机后从24C04中读取报警电话号码，并显示要拨打的电话号码，最后把电话号码发送到MT8880拨打报警电话号码。
程序初始化和主程序如下：
ORG 2000H
CS BIT P1.0
CLK BIT P1.1
DAT BIT P1.2
RSO BIT P1.3 ;MT8880内部寄存器控制端
TC BIT P1.4 ;微波报警检测端
ZJ BIT P1.5 ;摘机端
SCL BIT P1.6 ;24C04串行时钟端
SDA BIT P1.7 ;24C04数据/地址输入/输出端
HAOMA DATA 40H;输入电话号码后电话号码内存单元存放首址
HAOMA1 DATA 30H;从24C04读出电话号码后内存单元存放首址
EEPARS DATA 3BH;24C04片内电话号码存贮单元首址
N DATA 50H ;电话号码位数的存储单元
LJMP MAIN
ORG 2003H
LJMP INT0_KEY
ORG 200BH
LJMP T0_DINGSHI

主程序：
ORG 2100H
MAIN: MOV SP,#67H
MOV P1,#00110000B;P1口初始化
LCALL DEL25ms
MOV A,#0A4H
LCALL FS
SETB CS
MOV R2,#0CH ;开始时显示P
LCALL DTR
MOV TMOD,#01H;设置为16位定时器0
MOV TH0,#3CH ;定时初值为100ms
MOV TL0,#0B0H
MOV 52H,#00H;赋计数初值
SETB IT0 ;外部中断为边沿触发
MOV IE,#83H ;中断允许
MOV IP,#02H ;设定时中断为高级中断
SETB TR0 ;开定时器
MOV 4CH,#01H;将电话号码110存储在EEPROM中
MOV 4DH,#01H
MOV 4EH,#00H
MOV EEPARS,#10H
MOV R0,#4CH
MOV 22,03H
LCALL WRITE
LCALL DEL1s
MOV N,#00H
MOV R0,#HAOMA
MOV R7,#97H
SETB 20H ;建立标志
CLR 21H
SETB TC
LCALL DEL1s ;开始监控
BB: JNB TC,ZJ1 ;检测有无报警信号
CJNE R2,#0BH,ST0
LJMP ST1
ST0: LJMP BB
ST1: JNB 20H,BB ;开始修改键已按下,循环等待电话号码输入
MOV 22H,N ;停止输入键已按下
MOV R0,#HAOMA
MOV EEPARS,#13H
LCALL WRITE ;将输入的电话号码写入24C04中
MOV N,#00H ;重新赋值，以便下一次的修改
MOV R0,#HAOMA
MOV R7,#97H
LJMP BB
ZJ1: JB 21H,ZJ2
MOV EEPARS,#1FH
MOV R1,#3FH
MOV 23H,#01H
LCALL READ ;从24C04中读出输入的电话号码位数
LCALL DEL1s
MOV A,@R1
MOV N,A
MOV R2,A
LCALL DTR ;显示电话号码位数
LCALL DEL1s
MOV 23H,N
MOV EEPARS,#13H
MOV R1,#HAOMA1
LCALL READ ;从24C04中读出输入的N位电话号码
LCALL DEL1s
CLR ZJ ;摘机
LCALL BOHAO ;调用拨号子程序
LCALL DEL8s
MOV 23H,#03H
MOV EEPARS,#10H
MOV R1,#3CH
LCALL READ ;从24C04中读出电话号码110
LCALL BOHAO1 ;调用拨号子程序
LCALL DEL8s
SETB 21H
SETB ZJ ;拨号完,挂机
ZJ2:LJMP BB
五、结论
本设计整个系统由一片AT89S51单片机控制，内部含2KEEPROM，使用方便，加设1602LCD，使系统更加人性化，便于用户修改号码红外触发电路抗一无干扰能力强，性能稳定，本系统除了用红外触发以外，还能根据用户需要扩展触发电路，如如气体传感器、红外传感器、磁感应装置、烟雾传感器、温度传感器、热敏传感器等，以适应不同的用户需求，使其用途可延伸到安全监控以及其它领域。通过此次设计使我掌握了电话报警器系统的工作原理及系统的设计，系统实现了报警、接受信号、判断处理过程，实话了语音通信功能。该设计利用电话网传输数字和语音信息，大大提高了人们的生活高科技化程度。
六、参考资料
【1】 李华. S—51系列单片机实用接口技术.北京.北京航天航空大学出版社, 2002
【2】 张培仁.基于汇编语言编程MCS—51单片机原理与应用.清华大学出版社, 2003
【3】 王涌.电话报警系统的设计. 单片机与嵌入式系统应用. 2004.3
【4】 杜恩祥、左宪章.电话联网报警系统的设计. Radio EngineeringVol 29 No 5
【5】 张福学.现代实用传感器技术.中国计量出版社,1997
【6】 刘建清.轻松玩转51单片机.北京.北京航空航天大学出版社,2011.3
【7】 张洪润等.单片机应用设计200例.北京.北京航空航天大学出版社，2006.7
【8】 顾光旭. 智能电话报警系统设计. 盐城工学院学报（自然科学版）, 2006,19(3)
【9】 宋仁鉴， 吴玲玉. 防盗自动电话语音报警器. 桂林市远征电子研究所
【10】 才滢， 李莉. 家用智能电话报警器的设计和应用. 仪器仪表与分析监测,2001(1)

设计总结：
在做本次课程设计的过程中，我感触最深的当属查阅大量的设计资料了。为了让自己的设计更加完善，查阅这方面的设计资料是十分必要的，同时也是必不可少的。一切都要有据可依，有理可寻，不切实际的构想永远只能是构想，永远无法升级为设计。
其次，在这次课程设计中，我们运用到了以前所学的专业课知识，如：CAD制图、汇编语言、模拟和数字电路知识等。虽然过去从未独立应用过它们，但在学习的过程中带着问题去学我发现效率很高，这是我做这次课程设计的又一收获。后，要做好一个课程设计，就必须做到：在设计程序之前，对所用单片机的内部结构有一个系统的了解，知道该单片机内有哪些资源；要有一个清晰的思路和一个完整的的软件流程图；在设计程序时，不能妄想一次就将整个程序设计好，反复修改、不断改进是程序设计的必经之路；
通过这次课程设计我也发现了自身存在的不足之处，虽然感觉理论上已经掌握，但在运用到实践的过程中仍有意想不到的困惑，经过一番努力才得以解决。这也激发了我今后努力学习的兴趣，我懂得了学习的重要性，如何把自己平时所学的东西应用到实际中是很重要的。这将对我以后的学习产生积极的影响。了解到理论知识与实践相结合的重要意义，学会了坚持、耐心和努力，这将为自己今后的学习和工作产生深远的影响。

指导教师评语：

课程设计成绩： 指导教师签名：
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