论文红外语音报警系统大学毕设论文.docx

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论文红外语音报警系统大学毕设论文

摘要

在科学技术迅速发展的现代社会，世界各种领域都得到了前所未有的提高，电子信息技术显得尤为突出。

这些电子技术都投入到了生产中和生活中，提高人们的生活质量。

随着集成电路技术的高速发展，近年来开发了许多的单片机产品。

单片机使用在越来越多的电子产品中，投入到工业和生活中。

近年来，电子电器飞速的发展，人们的生活水品有很大的提高，为人们提供了舒适与方便，但不法分子的有段也越来越高端，以前的老式防盗手段已经无法防御现代化的高科技产物。

如何保护自身的财产安全受到了广大人名的关注。

于是出现防盗报警系统，应用在了人们的生活中为人们提供了安全。

在该论文中我们将介绍一款基于STC89C51的红外线语音报警系统。

接下来我们将阐述此红外语音报警系统的设计方案。

并介绍各个模块的的电路组成、工作原理及各个模块用到的相关芯片特性。

详细讨论其中的串口通信模块的控制与组成。

最后介绍该系统的硬件测试和软件的调试方法。

关键字：

STC89C51，串口通信模块，红外线防盗报警器

ABSTRACT

Inmodernsociety,therapiddevelopmentofscienceandtechnology,theworldinvariousfieldshavebeenanunprecedentedincreaseofelectronicinformationtechnologyisparticularlyprominent.Theseelectronictechnologiesintotheproductionandlife,improvethequalityofpeople'slives.Withtherapiddevelopmentofintegratedcircuittechnologyinrecentyearsdevelopedanumberofsingle-chipproducts.SCMusingmoreandmoreelectronicproducts,intotheindustrialandlife.

Inrecentyears,therapiddevelopmentofelectronicandelectricalappliances,waterforpeople'sliveshavegreatlyimproved,providingpeoplewithacomfortableandconvenient,butcriminalsareincreasinglyhigh-endsegment,old-fashionedanti-theftmeanspreviouslybeenunabletodefensemodernizationhigh-techproduct.Howtoprotecttheirpropertybythemajorityofthenamesofattention.Sothereburglaralarmsystem,usedinpeople'slivestoprovidepeoplewithasafe.

Inthispaper,wewillintroduceaninfrared-basedSTC89C51voicealarmsystem.Nextwewillexplainthisinfraredvoicealarmsystemdesign.Anddescribeseachmodulecircuitcomposition,workingprincipleandcharacteristicsrelatedtothechipusedineachmodule.Controllingthecompositionofwhichisdiscussedindetailwiththeserialcommunicationmodule.Finally,themethodofthesystemhardwaredebuggingandsoftwaretesting.

KeyWords:

STC89C51,serialcommunicationmodule,infraredburglaralarm

目录

第1章引言1

1.1选题背景1

1.2课题内容1

第2章系统程序设计2

2.1系统设计方案2

2.2各个功能模块介绍3

2.2.1单片机最小系统3

2.2.2串口通信模块5

2.2.3语音模块6

2.2.4键盘蜂鸣器模块8

2.2.5温度采集模块10

2.2.6继电器控制模块12

2.2.7信号采集模块14

2.2.812864液晶显示模块16

第3章信号采集模块的硬件和软件的设计18

3.1信号发射模块的硬件设计18

3.1.1器件和原理19

3.1.2应用实例19

3.2信号发射模块的软件设计21

3.2.1程序功能21

3.2.2系统程序流程图21

3.2.3主要函数说明22

第4章整体系统调试23

4.1整个系统的静态测试23

4.2通电测试：

对每个模块所产生的信号做测试23

第5章总结26

5.1设计总结26

5.2心得体会26

参考文献28

致谢29

附录30

附录一：

系统电路图和实物图30

附录二：

部分系统程序32

第1章引言

1.1选题背景

随着现代科学技术的进步与发展，现代化高可以产品越来越越多，电子电器产品也越来越好，人们的生活水平也有了很大的提高，许多的家庭都有许多的贵重物品。

这些物品很容易成为不法分子的偷窃对象，为了保护人民的财产安全，从而开发了红外线语音报警系统，许多家庭和大商城都安装了红外线语音报警系统，有效的防止了不法分子的不良居心，为人民解决了许多的麻烦。

我们这次研究的报警器是以单片机为核心的简单红外线语音报警系统，它组要由信号采集系统和控制系统组成。

材料便宜结构简单，适于私家使用。

1.2课题内容

在特定区域范围内，当有人闯入防区，改变了红外线的反射,红外线接收管就会把接收到的异常情况转化外电压信号的变化输入到单片机里面去，此时单片机通过判断，若有异常情况发生以后，立即驱动语音芯片和继电器所控制的扬声器电路和报警电路，点亮报警灯，发出人的声音，震慑不法份子，于此同时通过串口通信，把发生异常情况的地址发到监控室里的液晶屏幕上报警，待到异常情况解除以后，监控室又可以通过4×4的键盘解除报警状态,同时使用DS18B20温度传感器，测量现场环境温度，也通过串口通信，将实时数据传送到屏幕上。

第2章系统程序设计

2.1系统设计方案

本系统由两个子系统组成，分别是信号采集子系统和控制子系统，如图2-1所示。

信号采集子系统包含串口通信模块、信号采集模块和ISD1700语音报警模块；控制子系统包含继电器模块、键盘蜂鸣器模块、温度采集模块、12864液晶显示模块和串口通信模块。

在信号采集子系统当中，由信号采集模块检测到有异常情况发生后，将信号传递给信号采集系统的主机，经过主机二次判断后，如果真有异常情况，则立即驱动语音芯片发出人的报警声，再驱动继电器模块启动报警指示灯。

将此时的情况和温度采集数据通过串口传递给控制子系统。

控制子系统的主机接受信号后进行处理并发出指令让蜂鸣器发声并在主机的液晶屏上显示异常发生的地址。

在没有异常情况发生时，控制人员可以通过键盘查询每个地址的情况。

如发生报警后，控制人员也可通过键盘取消报警。

图2-1红外线语音报警系统结构图

2.2各个功能模块介绍

2.2.1单片机最小系统

此模块在系统中的功能：

单片机是整个系统的核心，要系统正常工作就必须要满足单片机的运行的基本条件。

最小系统的构成：

它包括基本的电源的输入、接地、复位电路以及时钟电路如图2-2所示：

图2-2复位及时钟电路

图2-3信号采集子系统的单片机最小系统

图2-4信号采集模块原理图

工作原理：

构成最小系统的要素：

1、图中单片机第20脚和第40脚分别是单片机的接地端和提供单片机系统正常工作的基本电压5V的输入端。

2、复位电路：

在单片机系统中，一般需要一个硬件复位电路用于手动复位。

如上图所示，常用的复位电路由一个10KΩ电阻、一个10uf的电解电容和一个按钮组成，并接在单片机的RET引脚（即9号引脚）处。

3、时钟电路：

在单片机系统中，一般在单片机的引脚XTAL1（即18号引脚）和XTAL2（即19号引脚）之间接一个晶振和两个瓷片电容，这样就构成了内部震荡方式。

它能为单片机提供正常工作的时钟信号。

在本系统中，信号采集子系统和控制子系统均采用11.0592MHz的晶振和33pf的瓷片电容。

在本系统中使用的单片机是STC89C52。

STC89C52是具有MCS-51内核的单片机，有32个I/O口，3个定时器计数器，8KFlashROM，256B片内RAM。

其封装图如2-5所示：

图2-5STC89C52封装图

2.2.2串口通信模块

此模块在系统中的功能：

串口通信模块在整个红外线语音报警系统中充当桥梁的作用，它的职责主要是：

1、将信号采集子系统中采集的信号通过串口通知控制子系统。

2、将控制子系统的指令通过串口传给信号采集子系统，以达到远程控制作用。

串口通信模块的构成：

在本系统中串行通信模块的原理如图2-6所示：

图2-6信号采集模块原理图

MAX232芯片是MAXIN公司生产的、包括两路接收器和驱动器的IC芯片。

它的内部有一个电源变压器，可用把输入的+5V电源电压变成为RS-232输出电平所输出电平所需要的+10V电压。

所以，采用此芯片接口的串行通信系统只需单一的+5V电源就可以了。

MAX232芯片封装图和引脚图如2-7所示：

图2-7MAX232芯片封装图和引脚图

工作原理：

MAX232的10脚T2IN接单片机TXD端P3.1，TTL电平从单片机的TXD端发出，经过MAX232转换为RS-232电平后从MAX232的第7脚T2OUT发出，再接到串口座的第3脚，再经过交叉线后，接入另一端串口座第2脚RXD端。

当有数据传来时，从串口座的第2脚传入，最后流向单片机的RXD端P3.0接收数据。

2.2.3语音模块

此模块在系统中的功能：

当信号采集子系统中的51单片机确认有异常情况发生后，驱动语音芯片，在其内部找出相对应的语音地址，通过扬声器发出人声用以告警。

语音模块的构成：

语音模块原理图如图2-8所示：

图2-8

（1）语音模块原理图

图2-8

（2）语音模块原理图

在此模块中，ISD1700为核心器件。

ISD1700是一种高集成度，高性能芯片。

它可以多段录音，采样率在4K至12K间调节，供电范围可以在2.4V至5.5V之间。

ISD1700芯片可工作于独立按键模式和SPI控制模式。

ISD1700引脚封装图及引脚图如图2-9所示：

图2-9ISD1700封装图和管脚图

工作原理：

之前我们通过录音把要用的声音提前储存在语音芯片里，当信号采集子系统的CPU检测到某个红外线接收端有异常情况时，立即驱动语音芯片，寻找对应的地址，再通过扬声器发出人的声音，震慑不法份子。

2.2.4键盘蜂鸣器模块

此模块在系统中的功能：

当异常情况解除以后，我们可以通过4×4的键盘解除报警状态，使12864液晶显示显示内容、语音芯片和扬声器等元器件恢复正常状态。

蜂鸣器的功能是当出现异常情况后，控制子系统的CPU会驱动蜂鸣器，使其工作，发出蜂鸣，提醒监控人员有异常情况出现。

也可以通过键盘解除蜂鸣。

键盘蜂鸣器模块的构成：

其原理图如图2-10所示：

图2-10键盘蜂鸣器模块原理图

键盘是数字视频监控录像系统中最重要的输入设备之一，是人机接口的重要组成部分。

4×4矩阵键盘又称为行列式键盘，它是用4条I/O线作为行线，4条I/O线作为列线组成的键盘。

在行线和列线的每一个交叉点上，设置在一个按键。

这样键盘中按键的个数是4×4个。

这种行列式键盘结构能够有效地提高单片机系统中I/O的利用率。

由于键盘输入是异步的，且具有实时性，所以主机系统以中断方式支持键符的随机输入。

每当键盘接口接收完从键盘送来的串行扫描码时，即向中断系统发出一个键盘中断，若CPU响应该中断，则由键盘中断程序读取此扫描码，经转换后成为系统扫描码，存到键盘缓冲区。

键盘发送数据时，数据线和时钟线都由键盘控制。

蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于各种电子产品中作发声器件。

蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器。

蜂鸣器在电路中用字母“H”或“HA”（旧标准用“FM”、“LB”、“JD”等）表示。

电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。

接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场。

振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性地振动发声。

其封装图如图2-11所示：

图2-11蜂鸣器封装图

工作原理：

键盘：

当异常情况解除以后，通过4×4的键盘向中断系统发出一个中断，若CPU响应该中断，则对应执行相应的中断程序，解除报警状态。

如使12864液晶显示显示内容、语音芯片和扬声器等元器件恢复正常状态。

蜂鸣器：

如图2-12当控制子系统CPU的P34端口输出高电平（即表示有异常情况时，系统给蜂鸣器的驱动信号），Q1三极管处于导通状态，使蜂鸣器工作，发出蜂鸣声。

当P34端口输出低电平（即异常情况解除后，键盘控制CPU给蜂鸣器一个关闭信号），Q1三极管处于断开状态，蜂鸣器停止工作。

2.2.5温度采集模块

此模块在系统中的功能：

使用DS18B20温度传感器，实时监控现场的温度，并把采集到的温度数据通过串口通信，传送到监控室，并显示在屏幕上。

温度采集模块的构成：

其原理图如图2-12所示：

图2-12信号采集模块原理图

Dallas半导体公司的数字化温度传感器DS18B20是一种“一线总线”接口的温度传感器，一线总线独特而经济的特点，是用户可以轻松地组建传感器网络，为测试系统的构建引入全新的概念。

DS18B20具有微型化，低功耗，高性能，抗干扰能力强等优点，适合于各种温度测控系统。

前面以对其基本的性能参数做了说明，此处再补充一点。

由于其具有的“一线总线”接口。

测试现场可以直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。

适合于恶劣环境的现场温度测量，如：

环境控制，设备或过程控制，测温类消费电子产品等。

DS18B20可以程序设定9~12位的分辨率，精度为±0.1℃。

可选更小的封装方式，更宽的电压适用范围，分辨率设定及用户设定的报警温度存储在EEPROM中，掉电后仍然保存。

DS18B20的性能是新一代产品中最好的~性能价格比也非常出色。

该器件将半导体温敏器件，A/D转化器，存储器等集成在一个很小的芯片上，传感器直接输出温度信号数值。

以及其一线总线的结构，简化了信号采集系统的电路结构。

其封装图如图2-13所示：

图2-13DS18B20封装图

工作原理：

DS18B20温度传感器与信号采集子系统里的51单片机P10口连接。

当采集到现场温度以后，通过串口通信，把数据传送到控制子系统，显示在12864液晶屏上。

2.2.6继电器控制模块

此模块在系统中的功能：

当出现异常情况后，单片机给继电器一个控制信号，继电器里面的开关打开，LED报警灯亮。

当异常情况结束后。

单片机又给继电器一个控制信号，关闭开关，LED报警灯灭。

继电器控制模块的构成：

其原理图如图2-14所示：

图2-14继电器控制模块原理图

继电器是具有隔离功能的自动开关元件，广泛应用于遥控、遥测、通讯、自动控制、机电一体化及电力电子设备中，是最重要的控制元件之一。

电磁继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。

只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。

当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）释放。

这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。

对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：

继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。

继电器一般有两股电路，为低压控制电路和高压工作电路。

其封装图如图2-15所示：

图2-15继电器控制模块封装图

工作原理：

如图2-16所示当控制子系统CPU的P11端口输出高电平（即表示有异常情况时，系统给继电器一个驱动信号），使与继电器输出端相连接的LED报警灯工作。

当P11端口输出低电平（即异常情况解除后，键盘控制CPU给继电器一个关闭信号），使继电器停止工作，相应的LED报警灯也会熄灭。

2.2.7信号采集模块

此模块在系统中的功能：

红外线的信号频率是由555振荡器提供的38KHZ，人移动的频率是6HZ，远小555振荡器提供的，所以只要有人进入红外线的发射端区域，红外线的接受端就会将信号向74HC21双输入端与门送去，经过与门再将信号传到单片机，最后由单片机去处理这些信号，判断哪个发射端出现问题了

信号采集模块的主要职责是将红外线接收端收集的信号经过初步判断，若端口有确有异常，将信息反馈给采集子系统的单片机。

信号采集模块的构成：

红外探头的时钟电路由555电路独立产生红外探头的时钟信号。

把红外线接收头输出端AM_P1、AM_P2、AM_P3除了分别接分别接在信号采集子系统的单片机P2.0、P2.1、P2.2口外，还要再把它们接在一个与门上，再把与门的输出接在信号采集模块的单片机的外部中断INT0上。

如图2-17所示：

图2-17信号采集模块原理图

工作原理：

红外线探头采用反射式接法，555电路的使能端接信号采集系统单片机的P3.7脚。

P3.7脚持续向外输出30Hz的方，其占空比为9:

1（低9高1）波以驱动555电路间歇性工作，保障红外线探头的探测距离（因为红外线发送端的工作效率是随时间的增长而降低）。

当红外探头无异常情况发生时，红外接收管向外输出高电平，通过一个4输出入与门后，输出仍然是高电平，因为本系统中外部中断采用的是下降沿触发方式，所以单片机无外部中断；当红外探头有异常情况时，它向外部输出低电平，通过与门后，输出即为低电平，这时通知单片机产生一个外部中断，然后单片机再扫描连接AMP_1（P20）、AMP_2（P21）、AMP_3（P22）的3个引脚，以确定到底是哪个地址出现异常情况，即为两次判断，准确的找出有异常情况的红外探头地址。

2.2.812864液晶显示模块

此模块在系统中的功能：

当信号通过串口通信模块送给控制子系统的单片机，在通过单片机把信号送给12864液晶显示器，显示出现异常情况的地址。

12864液晶显示模块的构成：

其原理图如图2-18所示：

图2-1812864液晶显示模块原理图

此模块的核心器件是12864液晶屏幕。

FYD12864-0402B是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为128×64，内置8192个16×16点汉字，和128个16×8点ASCII字符集。

利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。

可以显示8×4行16×16点阵的汉字，也可完成图形显示。

低电压低功耗是其又一显著特点。

由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。

当信号通过串口通信模块送给控制子系统的单片机后，在通过单片机部分P3口送指令和P2口送要显示的数据给12864液晶显示器，显示出对应出现异常情况的地址。

第3章信号采集模块的硬件和软件的设计

3.1信号发射模块的硬件设计

发射模块的硬件电路图如图3-1所示：

图3-1信号发射模块

3.1.1器件和原理

当有异物闯入红外线探测的特定范围内，改变了红外线的发射线路，红外线发射管就会把收到的信号转化为电信号输入到单片机内，单片机通过判断后，若判定有异常情况发生后，便会立即驱动语音芯片和继电器发出声音，同时串口通信把异常情况发射到液晶显视屏上报警。

红外线发射与接收方式分为两种，一种是直射式，是指发光管和接收管相对安放在发射与受控物的两端，中间有一定距离。

另一种是反射式（注：

此毕业设计采用反射式），是指发光管与接收管并列摆放如图3-2：

图3-2反射式发射接收实例

3.1.2应用实例

555定时器：

内部构图如3-3：

图3-3555定时器内部结构图

555定时器是一种模拟电路和数字电路相结合的中规模集成器件，它性能优良，适用范围很广，外部加接少量的阻容元件可以很方便地组成单稳态触发器和多谐振荡器，如图3-4所示，以及不需外接元件就可组成施密特触发器。

图3-4555组件组成的多谐振荡器电路

工作原理：

此次的设计主要采用红外线探头采用反射式接法，555电路的使能端接信号采集系统单片机的P3.7脚。

P3.7脚持续向外输出30Hz的方，它的占空比是9:

1（低9高1）波，以用来驱动555电路间歇性工作，借此保障红外线探头的探测距离（因为红外线发送端的工作效率是随时间的增长而降低的）。

当红外探头无异常情况发生时，红外接收管向外输出高电平，通过一个4输出入与门后，输出仍然是高电平，因为该系统中外部中断采用的是下降沿的触发方式，所以单片机并没有外部中断；而当红外探头存在异常情况时，它就会向外部输出低电平，通过与门后，输出就是低电平了，这时通知单片机产生一个外部中断，然后单片机再扫描连接AMP_1（P20）、AMP_2（P21）、AMP_3（P22）的3个引脚，以此来确定到底是哪个地址出现了异常情况，存在问题，即为两次判断，可以准确的找出有异常情况的红外探头地址。

红外线发射装置如图3-5所示：

图3-5红外发射探

除此以外，我们还根据红外线发射管芯片特性，当它的波长不同时，还可以有不同的用处，如表3-1所。

表3-1不同波长的用处

波长

应用

808nm

适用于医疗器具，空间光通信，红外照明

830nm

适用于高速路自动刷卡系统

840nm

适用于摄像机彩色变倍红外防水

850nm

适用于摄像头，摄像监控，防盗报警，红外防水

870nm

适用于商场，十字路口的摄像头

940nm

适用于遥控器（如电视遥控器）

3.2信号发射模块的软件设计

3.2.1程序功能

程序功能是指将红外线接收端收集的信号经过初步的判断，如果端口确实存在异常，就会将信息反馈给采集子系统的单片机。

3.2.2系统程序流程图

程序的主流程图如图3-6，3-7所示：

图3-6信号采集

图3-7控制子系统程序流程图

3.2.3主要函数说明

本次设计中主要运用的函数说明如下表3-2所示：

表3-2函数说明

函数

说明

charAM_EN

监视端口使能寄存器

bitAM_SP_