大学毕业设计远程智能报警器设计制作.docx

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大学毕业设计远程智能报警器设计制作

远程智能报警器设计制作

摘要

 本文设计的电话远程报警器是基于DTMF（双音双频信号）传输、作为电话的附属物而设计的家庭远程报警系统。

以单片机AT89C51、双音调发生器TCM5087、串行存储器AT24C02及光偶PC817为核心，通过电话线路自动拨号报警的智能电话报警器。

单片机在正常情况下处于等待状态，光偶PC817不工作，从而电话处于挂机状态。

当探头检测有小偷进入时，产生中断信号给单片机，延时10mS后开始执行中断程序，启动拨号电路，送中断信号给单片机，单片机输出高电平，TCM5087的16脚输出高电平，T2立刻进入导通状态，经T2后再由D0~D4转变极性后送到电话线两端，PC817的8脚从高电平跳为低电平，T1导通，继电器闭合，则此时程控交换机认为电话处于摘机状态。

同时单片机从串行存储器AT24C02中读出号码自动拨号，把所有存储的号码都自动拨打一遍后自动挂机。

关键词双音多频，电话报警器，DTMF

Thelongrangeintelligencereporttothepoliceamachine

Abstract

Thetelephonelongrangeof[with]thistextdesignreporttothepoliceamachineisthefamilylongrangeoftheadjunctbutdesignthatdeliverandBeatelephoneaccordingtotheDTMF（doublethesounddual-bandsignal）toreporttothepolicesystem.WiththelistslicethemachineAT89C51,doubletoneoccurrencemachineTCM5087,stringsavingmachineinlineAT24C02andlightaccidentallyPC817forcore,passthetelephonecircuitanautostirnumbertoreporttothepoliceoftheintelligencetelephonereporttothepoliceamachine.Thelistslicethemachinebeplacedintowaitforappearanceunderthenormalcircumstance,lightaccidentallyPC817notwork,thusthetelephonebeplacedintohangmachineappearance.Whilestretchingforwardanexaminationtothereisburglartointo,thecreationbreakoffsignaltogivelistslicemachine,10mSwhilepostponeempressthebeginningperformancebreakoffprocedure,thestartstirthenumberelectriccircuit,sendinginterruptionsignaltogivelistslicemachine,listslicemachineoutputhighelectricityeven,the16feetoftheTCM5087outputhighelectricityeven,theT2entertoleadanappearanceimmediately,afterT2againfromD0~D4transporttothetelephonelinebothendsaftercommutatetheempressconnectbyavoidingapoleanti-ly,8feetofthePC817fromhighelectricityevenjumpforlowelectricityeven,theT1lead,shuttingtomatchaftertheelectricappliances,thedistancecontrolcommutationmachinetothinkatelephonetobeplacedintotakeoffthemachineappearanceatthistime.InthemeantimelistslicethemachinereadanumberanautostirnumberfromthestringthelinesavinglythemachineAT24C02,makingallnumberforsavestirthedozenautoatimeofempressautohangmachine.

Keyword:

DoubleDTMFwithmanysound,thetelephonereporttothepoliceamachine,DTMF

引言

随着人们生活水平的提高和安防意识的增强，特别是近几年，安全防范的迫切需要给家庭防盗报警系统提供了越来越广泛的市场。

急需开发面向大众、价格低廉、运行可靠的自动报警系统。

鉴于住宅电话和移动通信设备的普及，以及电话报警的快捷、有效及价格低廉等优点，公共通信网成了报警系统的最佳传输媒介。

在已普及的公共电话网基础上研制一种新型家用自动报警系统，这对于保障居民的生命财产安全，有着十分重要的意义。

因此设计这个自动报警系统装置系统以单片机AT89C51为核心，结合双音频发生器TCM5087、数据存储器AT24C02及光偶PC817，通过电话线路自动拨号报警的智能电话报警器。

它可以监测盗贼入室行窃的信号。

由于现代电话网络是由交换机和电话传输线共同组成，所以它的可靠性非常高。

该系统主要通过一个单片机控制中心与电话网相连接。

用户根据需要把自己的手机号码、办公室电话或报警监控中心的电话通过4*4矩阵键盘输入单片机。

单片机控制中心在正常情况下一直处在等待状态，监视是否有盗贼入室行窃发生。

一旦有盗贼入室行窃情况发生，通过发送中断信号驱动单片机，让它从待机状态进入报警状态，从而实现远程报警。

具体工作过程如下：

单片机控制中心在正常情况下一直处在待机状态，当探头检测到有人时，引起单片机产生中断；然后开始执行中断程序，启动拨号电路，模拟摘机，收到了交换机反馈的拨号音后，开始拨打事先设定好的电话号码，若占线则自动重拨；把所有预存的号码都拨一遍，保证了报警的有效性和可靠性。

第一章：

远程智能报警器的功能与方案

1.1总体设计分析

根据远程智能报警器系统的具体设计要求：

⑴通过电话网对家里的安全实现监视；

⑵控制器可以实现自动模拟摘挂机我们设计此系统具有以下单元功能模块；

（1）设置手机号码；

（2）双音频信号编/解码；

（3）输入号码时显示；

（4）自动摘挂机；

（5）中断报警；

（6）状态检测；

   理论上交换机所发出的各种信号音都可以通过软件编程而识别，即通过单片机发出的脉冲信号来检测信号音单位时间内的脉冲个数计算出其频率，从而完成信号音识别。

但是从系统的可靠性和程序的结构设计上分析，我们选择了硬件来解决双音频信号解码等功能模块。

   自动摘挂机和信息检测必须使用具体硬件电路来实现。

    综上所述，我设计的信息检测、自动摘挂机、双音频解码等功能模块使用硬件电路实现。

而信号音计数、密码校验、在线修改密码等功能模块使用软件编程完成。

    下面就硬件以及软件实现的单元电路分别进行具体分析。

1.2硬件模块

 本作品使用了大量的硬件电路完成部分功能模块，其目的就是充分利用硬件电路的可靠性、稳定性，使整体电路达到比较高的稳定性。

1.2.1自动摘挂机

因为程控电话交换机对电话摘机的响应是电话线回路电流突然变大为约30mA的电流，交换机检测到回路电流变大就认为电话机已经摘机。

自动摘挂机电路可以通过单片机控制一个继电器的开关，继电器的控制端连接一个大约300Ω的电阻接入电话线两端，从而完成模拟摘挂机。

1.2.2控制电器

通过AT89C51单片机来控制整个系统的工作，设置时：

单片机通过键盘扫描得到报警号码并存人AT24C02中。

当系统检测到有人进入时，就把存储的报警号码通过P2口送出

1.2.3数据存储模块

此部分是整个系统的关键，它的工作情况直接决定了系统的可靠性。

经过翻阅大量的文献资料，我发现使用电话专用的双音频编解码芯片进行输入双音频信号的解码，是比较常用的一种方法。

使用集成电路不但外围电路简单，而且可靠性强。

经过专用集成电路的解码，信号转换成为不同的码制信号，可以直接被单片机读取。

一般常用的电话双音频编解码集成电路有5087、8870、8880等，由于我们只需发送信号，经过反复论证比较，因此我们决定使用双音调发生器TCM5087来完成此功能模块。

下面是AT24C02与单片机的连接方法。

图2.3

1.3软件模块

 经过比较，我决定使用AT89C51作为控制的单片机芯片作为系统的控制中心。

AT89C51是一种低功耗、高性能的8位单片机，片内有一个4kBFlashPEROM（可编程可擦除的读存储器）。

单片机接收到由探头发送来的信号，转到相应的中断处理过程。

系统中，89C51要控制拨号芯片产生正确的DTMF信号，完成对远处电话机的呼叫。

另外，还要能有效地判断当前线路的状态，如果遇到线路忙等情况时可以有相应的等待机制。

在长时间不通的情况下可以更换不同的号码多次尝试，直到有人获得报警信息为止。

1.3.1密码检测

本单元可以在系统初始化的时候，在单片机内部的存储器的内部开辟一块空间放置密码。

当用户输入密码的时候，单片机把输入的密码写入另外的一块空间，然后利用减法运算比较两者是否相等。

这样就可以实现密码检测的功能。

1.3.2电话报警

 电话报警模块主要通过中断服务程序来实现。

该程序的基本流程是:

报警器摘机,自动拨叫号码簿上相应的报警号码,如,110、119,或一组用户的自己设置的固定电话号码、手机号码。

拨叫时,报警器摘机后先对电话线上的信号进行检测,检测到拨号音就拨号,检测不到拨号音说明电话线已有问题,无法拨号,就自动挂机。

若等待三次后线路仍然不通,就拨叫下一个号码;若遇忙音就先挂机再等待10s,重新拨号,如此三次后仍然拨不通,就拨叫下一个号码,直到将电话簿上的所有号码拨完为止。

第二章总体设计

2.1系统总体结构框图

远程智能报警器由单片机构成主控部分，接口电路提供单片机与电话外线的接口。

其中包括由信号检测电路、显示电路、电话号码输入电路、模拟摘机挂机电路、DTMF编码发送电路等构成。

摘挂机控制远程智能防盗报警装置系统原理框图如图1.1所示。

DTMF编码发送电路送出的是由用户经电话号码输入电路预先设定好并存储在CPU中的电话号码，该号码可随意设置，可以是市内程控电话（如单位电话或110等）、手机或寻呼机等。

显示电路用于状态设置时的显示； 当信号检测电路测到有人闯入时，即发出触发信号作为报警信号，经放大送入CPU。

CPU延时10s，若是主人进入，则可在这10s内利用复位电路使CPU初始化，否则准备报警。

当输出为高电平时，CPU指示模拟摘机电路摘机，发送DTMF电话号码，呼叫预设的受话方。

这时就会有两种情况出现：

受话方占线和受话方振铃。

若出现第一种情况，系统进行模拟挂机、延时后再摘机拨号，当把所有存储的号码都拨打一遍后挂机。

 本装置并联于电话机的两端，不会影响到电话机的正常使用。

接下来就系统的单元电路进行介绍。

第三章硬件单元电路设计

3.1方案论证

3.1.1数据采集

方案一：

开始我们选用P2288热敏传感器来确认是否有人进入房间，当有人进入时，P2288会产生信号，经LM358广大后进入单片机的INT1（P3.3）脚，使单片机程序进入中断系统，将存储的手机号码打出去，实现报警功能。

方案二：

用探头来模拟单片机的中断信号，通过程序比较得到一个有效数字后，程序就假定有人进入房间，从而产生报警信号。

3.1.2数据存储

方案一：

选用AT24C01数据存储芯片，该芯片内存为128个字节，可擦写100万次，但内存较小，不利于系统的扩展。

方案二：

选用AT24C01的延伸芯片AT24C02，该芯片功能与AT24C01基本相同，但该芯片的内存为256个字节，性价比优于AT24C01。

3.1.3拨号芯片

方案一：

可选用MC145436，MC145436是集收发于一体的DTMF专用芯片，集成度高，体积小，搞干扰能力强，并且中间传输的是两个叠加的音频信号，最后输出的是二进制编码，便于控制，但成本高，外围电路较复杂

方案二：

选用TCM5087，该芯片外转电路简单，可由对应的行列线产生音频信号，价格低。

综上所述，数据采集部分：

由于这次设计不是面向客户，所以选用方案二。

数据存储部分：

由于AT24C01的内存小，不利于系统扩展，所以选用方案二。

拨号部分：

由于MC145436的外转电路较复杂，且价格昂贵，所以选用方案二。

3.2信号检测电路

原理中，在信号检测电路时，用传感器为P2288被动式热释电人体红外传感器。

它采用平衡检差方式工作，只感应7～14μm波长的活动人体红外辐射线，不会受环境温度及可见光的影响，传感器可感应10m以内的人体辐射红外线。

活动人体辐射的红外线被传感器检测到后，传感器将产生微弱的电信号，经滤波、放大，送给双向比较器。

为防误动作，信号将与门限电平进行比较，产生脉冲信号输出，将高电平作为告警信号，送入CPU。

但我们在这设计中，用探头来代替。

一般情况下，探头处于工作状态。

当探头检测到活动人体辐射的红外线时，探头将产生微弱的电信号，送入8051单片机，使单片机中断响应采取相应的动作。

3.3模拟摘挂机电路

设计主要思路：

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。

 当用户摘机时，电话机通过叉簧接上约300Ω的负载，使整个电话线回路流过约30mA的电流。

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。

因此根据有关技术指标，模拟摘挂机电路设计如图3.1所示：

图3.1

模拟摘挂机电路主要由一个三极管开关电路控制继电器的开关，继电器控制接入电话线两端的180Ω电阻。

当探头检测到有小偷信号时，摘挂机信令由单片机通过使TXD/P3.1口变为低电平实现。

经P2口传输给TCM5087，TCM5087的16号引脚为T2基极提供高电平，T2马上进入导通状态。

然后信号再经过桥堆进行极性校正加到电话线的两端。

同时光偶PC817经R3得到高电平，发光二极管导通，则光电三极管立刻导通，导致T1得到低电平从而导通，继电器马上得到开启，继电器开启则使电阻R3接入电话线两端。

由于R3的电阻为180Ω，使回路电流变大，控制电路向交换机发出模拟摘机的信号，交换机响应摘机信号，完成电话线路接通。

整个电路完成自动模拟摘机过程。

根据设计原理，元器件选取如下：

（1）D0~D4是进行极性校正的全波桥式整流二极管，取1N4007；

（2）T1、T2三极管是起模拟开关控制继电器的作用，取9012；

（3）R4为摘机电阻，取560Ω；

（4）继电器取JRC4001F（DC5V）；

3.4双音调发生电路

原理简介：

双音调DTMF信号发生电路由TCM5087主要承担。

TCM5087的连线如图3.3所示，C1~C4及R1~R4接单片机的P2口。

当单片机从AT4C02读出数据后送入到TCM5087，TCM5087通过C1~C4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TCM5087的特性，因此外围电路非常简单。

图3.2

3.5电话号码输入及存储电路

电话号码存储主要由一种串行EEPROM，可在线电擦除、电写入的AT24C02。

预置联系人的电话号码时，借助电话机键盘，由TCM5087将电话线上的DTMF信号解码送单片机，单片机可判断出是键盘上的哪个键被按下，将此数据由单片机读入，供AT24C02写入。

需要读取联系人的电话号码时，由单片机的p3．6和p3．7读出AT24C02的存储号码，送TCM5087，输出对应的DTMF信号，送到电话线上。

其中TCM5087根据不同的按键产生一组双音频信号，CCITT（国际电报电话咨询委员会）规定了按键与高、低频组的组合。

例如，按下“8”键，发出DTMF信号频率为fL=852Hz、fH=1336Hz。

DTMF译码器同样为TCM5087，它将每一个DTMF信号译成一个4位二进制代码输出，16个DTMF信号分别对应0000～1111共16个二进制代码。

例如，对5087送出的fL=852Hz、fH=1336Hz的DTMF信号，TCM5087译码后输出“1000”代码，对应按键“8”。

具体电路图如下3-4所示。

3.6电源电路

电源变压器将交流电网220V的电压变为所需要的9V电压值，然后通过桥式整流电路交流电压变成脉动的直流电压。

再通过滤波电路将此脉动电压的纹波加以滤除，从而得到平滑的直流电压后接入稳压电路避免这样的电压随电网电压的波动（一般有正负10%左右的波动）、负载和温度的变化而变化整流、滤波。

由于单片机需要的电压值为5V，因而我们使用的三端固定式稳压器7805。

电源电路图如下所示。

3.6.1、滤波电路和稳压电路

由于整流电路输出电压都含有较大的脉动成分,因此将其通过滤波电路。

滤波器一般由电容以及电阻等元件组成.在这我们利用电容两端电压不能突变只能充放电的特性来达到平滑脉冲的电压的目的. 在正半周桥堆导通时分两个电流:

一是电流IL向负载供电,二是IC向电容充电;如忽略桥堆的压降则在电容上的电压等于U2,当U2达到最大的峰值后开始下降,此时电容C上的电压UC也将由于放电而逐渐下降,当U2UC时二极管再导通,再次循环下去.从而使负载电压中的脉动的成分降低了许多和负载电压的平均值有所提高。

在负载一定时滤波电容越大，UL越大。

设计时可估算：

滤波电容：

RL*C>=（3--5）T/2;其中T为交流电的周期.（220交流电的频率为50HZ;即T=1/50）。

稳压电路我们采用7805给单片机供电。

为了抑制芯片的自激振荡和压窄芯片高频带，减小高频噪声，因此早芯片输入端与输出端之间接大量滤波电容外，再在芯片引出脚根部接小容量（0.1μF~10μF）电容C1和C2接地。

整个电源电路图如下所示。

图3.4电源电路原理图

3.7行列式键盘

3.7.1输入原理

行列式键盘的键识别方法有：

行扫描法，线翻转法和利用８２７９急键盘接口的中断法，键盘原理图如下

图3.5

行扫描法：

将全部行线Ｙ０－Ｙ３置低电平，然后检测列线的状态。

只要有一列的电平为低，则表示键盘中有键被按下，而且闭合的急需位于低电平线与４根行线相交叉的４个按键之中。

若所有列线均为高电平，则键盘中无键按下。

判断闭合键所在的位置。

在确认有键按下后，即可进入确定具体闭合键的过程。

其方法是：

依次将行线置为低电平，即在置某根行线为低电平时，其线为高电平。

在确定某根行位置为低电平后，再逐行检测各列线的电平状态。

若某列为低，则该列线与置为低电平的行线交叉处的按键就是闭合的按键。

第四章软件设计单元

本系统由键盘扫描程序，号码存储程序，显示程序和拨号程序几个部分组成。

下面分别对这几个部分进行分析。

4.1键盘扫描程序的分析

4.1.1单片机识别按键

在本例中采用的是线翻转法，即通过单片机的程序实现对按键键码的识别。

键盘上有很多键，每一个键对应一个键码，以便根据键码转到相应的键处理子程序，进一步实现数据输入命令处理的功能。

键盘识别的流程如下图所示。

⊙判断是否有键按下

设置列线输出方式，行线输入方式。

向所有列线输出低电平。

读取Ｐ１口状态，并从Ｐ１口状态中分离出行线状态，若行线状态皆为高电平，则无键按下；若有低电平状态，则有键按下。

当有键按下时，保留此时的行线状态。

⊙去抖动

　按键本身是机械开关，在触点闭合或断开的瞬间会出现电压抖动的现象，必须去除抖动的影响，才能正确识别被按下的键。

为简单起见，使用软件方法消抖。

延时１０ms，读取所有列线输出低电平情况下的行线状态，若两次的行线状态相同，说明信号稳定，可以继续确定按键的物理位置。

⊙确定物理位置得到键码

改变行线和列线的工作方式，由行线输出，列线输入。

行线输出前次读取的行线状态，由列线读取相应的列线状态。

闭合键对应的行线和列线的状态均为低电平，其他键均为高电平状态。

将此行线和列线状态组合即可得到该闭合键对应的键码。

⊙等待键释放

得到闭合键对应的键码以后，继续延时并判断按键状态，直到闭合的按键被释放，再根据键码转到响应的键处理了程序中。

在设计中我采用的是4*4的键盘，直接接在AT89C51的I/O口P1口上，因此，通过扫描P1口的状态来判断键值，如当键盘上的1键闭合时，单片机通过指令L1:

MOVA,P1

MOVB,A

LCALLDALAYTENMS

MOVA,P1

SUBBA,B

JNZLI

XRLA,#7EH

JNZTWO

当1键按下时，P1口的状态为01111110即#7EH，在A读取P1口的状态时，将累加器A的值与#7EH异或运算，A=0，则键值为1，如果A不等于零。

跳到TWO再次进行判断。

流程图如下

图4.1.2

从流程图中我们可以知道，程序通过不断的扫描来将报警号码存入单片机，并且通过数据比较来确定设置是否完成。

4.2号码存储程序的分析

由于AT89C51没有掉电后的数据存储功能,所以在AT89C51的P3.6口扩展一片数据存储芯片AT24C02，该芯片内存为256个字节，00--FFH对于普通的报警器而言，256个字节的内存是足够的。

SCL为串行时钟线,SDA为串行数据线。

在这次设计中，SCL接在P3.6上，SDL接在P3.7管脚上,当要传送数据时，只能一个字节一个字节地传送，例如传送数据1时，MOVR0，#08H

MOVA，P3，7

L1：

JBACC，7，L1

MOVA，#01H

MOVP3.7，ACC.7

MOVA，P3.7

L2：

JNBACC，7，L2

``````

如此循环8次以后延时10MS，然后送其他的数据。

流程图如下

图4.2

4.3显示程序的分析

显示模块用的是DM-1062液晶，程序通过读取液晶的状态值来判定是否发送数据当BF=1时，显示模块忙，CPU不送数据给显示模块，当BF=0时显示模块准备好，CPU将要显示的数据通过P0口送给显示模块。

1PR1：

PUSHDPH

PUSHDPL

PUS