智能安防报警系统设计与实现..

目录

中文摘要 (2)

英文摘要 (3)

1 绪论 (4)

2 智能安防报警系统总体设计 (5)

2．1 系统硬件设计 (5)

2．2 系统软件设计 (6)

3 电话信号识别与电话接口电路 (8)

3．1 振铃检测电路 (8)

3．2 自动摘挂机电路 (9)

4 凌阳音频播放 (10)

4．1 凌阳音频压缩和输出介绍 (10)

4．2 凌阳语音播放编程步骤 (10)

5 DTMF收发器MT8888原理和应用 (16)

5.1 DTMF收发器MT8888简介 (16)

5.2 MT8888引脚排列与功能 (16)

5.3 MT8888的组成 (17)

5.4 MT8888的工作模式 (20)

5.5 MT8888的应用 (22)

5.5.1 与SPCE061A接口 (22)

5.5.2 MT8888初始化 (23)

5.5.3 DTMF信号发送 (24)

5.5.4 电话信号音检测 (25)

6 显示模块 (26)

6.1 凌阳显示模块简介 (26)

6.2 凌阳显示模块原理 (29)

6.3 凌阳显示模块应用 (30)

7 报警探测装置 (36)

结论 (38)

谢辞 (39)

参考文献 (40)

附录1 系统硬件电路图 (42)

附录2 源程序 (45)

智能安防报警系统设计与实现

摘要：本文系统的阐述了集防盗、防火和紧急呼救于一体，功能强大，适合于大众群体的智能安防报警系统的设计。本设计是专门为家庭用户设计的智能

安防报警系统，具有完善的门磁检测、烟雾检测、燃气检测和屏幕显示等

功能。本系统采用凌阳SPCE061A实验仪控制，当室内发生非法侵入时，

无线门磁探测器向系统发送报警信号，系统启动语音播放程序通过喇叭高

声播放预存的相应语音文件报警，实验仪上的LCD显示相应的警报类型，

同时通过MT8888启动拨号程序，拨打预存的电话号码并检测电话信号音，

反复拨打直至电话接通。电话接通后通过凌阳实验仪的另一路音频输出在

电话中播放预存的相应语音文件。当发生火情或燃气泄漏时，无线烟雾探

测器或燃气探测器向系统发送相应的报警信号，系统就会如上进行处理，

播放与之相应的语音文件。

关键词：SPCE061A；MT8888；DTMF；电话报警；LCD

Abstract:This paper described a set of security, fire and emergency SOS integrated, powerful, suitable for public groups Intelligent Alarm System design. The

design is specifically for home users of Intelligent Design Security Alarm

System is the perfect Magnetometer detection, smoke detection, Gas detection

and display, and other functions. The system uses Sunplus SPCE061A

experimental instrument control, when the room is unlawful intrusion,

Magnetometer detectors wireless system to send alarm signals V oice activated

player shouted through loudspeakers to broadcast voice stored in the

corresponding paper reported Experiment on the LCD display alerts

corresponding types, through MT8888 activated dialing procedures, Call the

telephone numbers stored and Telephone Signal Detection and repeatedly call up

telephone access. After the telephone connected through Sunplus experimental

instrument another channel audio output on the phone broadcast stored in the

corresponding sound files. When fires or gas leakage, wireless smoke detectors

or gas detector corresponding to transmit alarm signals As system will be

processed, broadcast speech with the corresponding documents. Keywords:SPCE061A;MT8888;DTMF;telephone alarm；LCD

1 绪论

信息时代的到来，高新技术的迅猛发展，世界正面临由工业经济向知识经济转变的重大历史时期，城市数字化和建筑智能化是历史发展的必然。近些年来，我国智能建筑技术飞速发展，提升了传统建筑产业的科技含量，呈现了巨大的市场潜力。随着社会经济的飞速发展，人们的生活水平有了较大的提高。但与此同时，社会人口的流动性大大增加，社会结构和社会治安也变得日趋复杂，人们对家庭生命财产的安全越来越重视，安全防范意识日益提高，人们对于安防产品的要求也愈来愈高。随着社会的发展，越来越多的家庭会选用智能安防报警系统。

众所周知，市民对于家庭防盗报警产品一直有着殷切的期望。但是，一般家庭的经济承受能力与他们对防盗报警设备的性能要求之间，始终无法达到平衡，有时甚至存在着矛盾。而且市场现有产品功能不全面，性能不稳，误报率高。传统的机械式(防盗网、防盗窗)家居防卫系统在实际使用中也逐渐暴露出了许多隐患和弊端。近些年来，随着科学技术的飞速发展和电子计算机的广泛普及，家庭安防产品出现了前所未有的新变化。家庭防盗报警系统逐步朝着智能化、数字化、人性化方向发展。防盗报替系统不仅作为报警用，还可以开发出诸如紧急求助、医疗、家政、呼叫等附加功能。本论文所设计的智能安防报警系统就是防盗、防火等功能集于一体的适合于大众群体的综合报警系统。

本系统采用凌阳SPCE061A实验仪控制，当室内发生侵入、火灾、可燃气体等情况时通过电话和喇叭报警。异常情况发生后，相应的检测装置发出信号，单片机启动拨号程序，拨打预存的号码。电话接通后调用语音播放程序播放相应的录音，同时现场也通过喇叭播放报警信号，液晶显示屏上显示险情类型。

本系统均采用技术较为成熟的电子元器件，价格低廉，可靠性高，容易实现，整体价格控制在较低的水平，具有很好的市场前景。

2 智能安防报警系统总体设计

本智能安放报警系统由硬件和软件两大部分组成。下面分别介绍两方面的设计方案。

2．1 系统硬件设计[1，2]

图2.1 系统硬件框图

系统硬件由凌阳实验仪、DTMF信号收发芯片MT8888、自动摘挂机电路、振铃检测电路和各个报警检测装置等组成。系统硬件框图如图2.1所示。

凌阳实验仪是用于初学凌阳16位系列单片机的实验设备和实践手段，能最大程度激发学生的学习兴趣，巩固单片机的知识，从而达到事半功倍的效果。它大致分为软件部分和硬件部分，两者相辅相成，互为补充。软件为硬件提供编译环境、代码下载、通信软件等；硬件是软件代码的实现。实验仪具备如下功能：

1. CPU为凌阳SPCE061A 16位SOC单片机。

2. 采用动态扫描方式驱动1×8矩阵键盘、4位8段数码管、8个LED灯。

3. 提供5V/3.3V可选I/O输出电压。

4. 提供一路0~3.3V可调模拟电压，可方便地完成AD的数据采集实验。

5. 扩展RS232接口，可直接与计算机进行通信，或者进行单片机之间的双机通信。

6. 扩展SIO存储芯片SPR4096A，可选择512K Byte Flash 或者4K Byte SRAM 存储方式。

7. 扩展USB接口，提供完整的单片机通讯程序、上位机驱动程序及应用范例。

8. 扩展带背光的128×64点阵液晶SPG12063YS2， SPG12063YS2自带驱动芯片SPLC501，SPLC501是凌阳的一款LCD驱动芯片，它采用最新的COG技术使驱动和液晶合二为一。

9.扩展了两路音频输出电路，采用凌阳功放芯片SPY0030，通过它可以体验SPCE061A给您带来的听觉效果。

10. 扩展了MIC输入电路，配合SPCE061A内部的AGC和OPI电路，可获得不错的语音数据。

11. 提供PROBE/EZ_PROBE两种在线编程、调试模式。

12. 提供所有外围电路的原理图、IDE环境下的所有实验的源代码(40个)，以及方便快捷的网络支持，使您能快速地掌握各种设计方法。

凌阳单片机I/O口占用如表2.1所示。

表2.1 I/O口占用表

、、相连，通过程序控

DTMF信号收发器选用加拿大Mitel公司的MT8888，它是该公司生产的DTMF信号编/解码系列芯片中较新的一种，该芯片功能强，功耗低，工作稳定可靠。同类产品还有MT8870、MT8880等，MT8870只有接收功能，MT8880虽然也有收发功能，但MT8888与其相比，MT8888能与更多型号的单片机配合，而且外围电路简单。

2．2 系统软件设计

本系统软件设计调试在μ'nSP? IDE 1.8.4开发环境中进行，μ'nSP? IDE 是由

凌阳科技提供的一个集成开发环境它集程序的编辑编译链接调试和仿真等功能为一体具有友好的交互界面下拉菜单快捷键和快速访问命令列表等使程序设计工作更加方便高效此外它的软件仿真功能可以不连接仿真板模拟硬件的部分功能来调试程序。

系统程序主要使用C语言编写，部分使用汇编语言。程序循环查询各个报警输入端口的状态，某报警输入端口有输入时程序即转到相应程序段执行。系统程序流程如图2.2所示。

图2.2 系统程序流程图

3 电话信号识别与电话接口电路

3．1 振铃检测电路[2，3，8，10]

本系统采用如图3.1所示的振铃检测电路，全桥整流电路防止电话线正负极反接。电话没有接通时，电话线两端电压只有50V左右。而4759是一个60V的稳压管，此时不会导通，IOB2输出高电平。电话呼叫时线路上的交流信号经过整流后形成脉动电流，其峰值能击穿稳压管，从而形成光耦时断时通，IOB2输出时高时低形成方波。通过对此方波计数就可检测振铃次数。

图3.1 振铃检测电路

电话线路中的信号音有忙音、拥塞音、回铃音和拨号音等几种，如图3.2所示。我国的信号音要满足GB3378-82和GB3380-82标准。

图3.2 电话信号音（450Hz+25Hz）续断时间

当MT8888工作在呼叫处理模式时，若检测到有效信号音，IRQ /CP引脚输出方

波，因此，通过在5s内对此方波计数，可判断出信号音种类，计数值大于1792为拨号音,1024～1791为忙音，256～1023为回铃音,小于255为无效信号音。

3．2 自动摘挂机电路[8，10]

本系统采用如图3.3所示的自动摘挂机电路。单片机控制IOB0输出，IOB0输出为低电平时，光耦P521不通，则三极管C2383也不导通，电话处于挂机状态。而当IOB0输出为高电平时C2383导通，使得电话线两端电压降到10以下，从而是电话处于摘机状态。如此即通过SPCE061A控制IOB0输出来实现摘挂机控制。

图3.3 自动摘挂机电路

4 凌阳音频播放

4．1 凌阳音频压缩和输出介绍[1]

音频质量分为几个不同的等级：

电话质量：200Hz~3.4KHz

AM质量：50Hz~7KHz

FM质量：20Hz~15KHz

CD质量：10Hz~20KHz

凌阳音频压缩方法一般指的是电话质量标准即频率在200Hz～3.4KHz。

压缩分为无损压缩和有损压缩。无损压缩一般指磁盘文件压缩，压缩比低(2：1～4：1)。而有损压缩则是指音／视频文件压缩，压缩比可高达100：1。

凌阳音频压缩算法根据不同的压缩比分为以下几种：

SACM-A2000：压缩比为8：１、8：1.25、8：1.5

SACM-S480：压缩比为80：3、80：4.5

SACM-S240：压缩比为80：1.5

这几种算法的音质是递减的，本系统中的语音播放采用SACM-A2000算法。

凌阳实验仪扩展了两路音频输出电路，采用凌阳功放芯片SPY0030，简化了外围电路的设计和搭建，如图4.1所示。

图4.1 凌阳实验仪音频输出电路

4．2 凌阳语音播放编程步骤[11]

本系统最重要的功能是发生异常情况时自动拨打预存的电话号码，播放相应的语音。所以语音播放功能的实现在整个系统中非常重要。凌阳实验仪本身带有两路音频输出电路，很有利于此功能的实现和完善，一路现场播放，另一路通过电话线送出。

凌阳语音播放编程步骤如下：

（1）新建一个工程文件；

（2）新建一个C文件；

（3）编写语音播放程序；

#define SPEECH_1 0

#define DAC1 1

#define DAC2 2

#define Ramp_UpDn_Off 0

#define Ramp_Up_On 1

#define Ramp_Dn_On 2

#define Ramp_UpDn_On 3

#define Manual 0

#define Auto 1

#define Full 1

#define Empty 2

#define Mode 1

#include "A2000.h"

main()

{

extern long RES_HH_24K_SA,RES_HH_24K_EA;

//定义语音资源的首末地址标号

long int Addr;

//定义地址变量

int Ret = 0;

//定义获取语音数据变量并初始化

if(Mode == 1)

//采用自动方式播放

{

SACM_A2000_Initial(1);

//自动方式播放初始化

SACM_A2000_Play(SPEECH_1,DAC1,Ramp_UpDn_On);

//定义语音索引号、播放通道、允许音量增/减调节

while(1)

SACM_A2000_ServiceLoop();

//获取语音数据，将其填入解码队列

}

if(Mode == 0) //采用手动方式播放

{

addr=RES_HH_24K_SA; //送入语音队列的首址

SACM_A2000_Initial(0); //手动方式播放的初始化

SACM_A2000_InitDecoder(DAC1);

//开始对A2000的语音数据以手动方式解码

while(1)

{

if(SACM_A2000_TestQueue()!=Full)

{

Ret =SP_GetResource(Addr);

SACM_A2000_FillQueue(Ret);

Addr++;

}

if(Addr< RES_HH_24K_EA ) //如果该段语音未播完，即未到达末地址时SACM_A2000_Decoder();

// 获取资源并进行解码，再通过中断服务子程序送入DAC通道播放

else

SACM_A2000_Stop(); //否则，停止播放

（4）新建汇编文件ISR.asm；

.text

.include hardware.inc

.include A2000.inc

.public _FIQ;

_FIQ:

PUSH R1,R4 to [sp];

r1=0x2000;

test r1,[P_INT_Ctrl];

jnz L_FIQ_TimerA;

R1=0x0800;

test r1,[P_INT_Ctrl];

jnz L_FIQ_TimerB;

L_FIQ_PWM:

R1=C_FIQ_PWM;

[P_INT_Clear]=r1;

POP R1,R4 from[sp];

reti;

L_FIQ_TimerA:

[P_INT_Clear]=r1;

//SACM_A2000语音播放

call F_FIQ_Service_SACM_A2000;

pop R1,R4 from[sp];

reti;

L_FIQ_TimerB:

[P_INT_Clear]=r1;

pop R1,R4 from[sp];

RETI;

（5）添加语音资源文件（通过压缩工具压缩后的文件）；

（6）在工程中加入hardware.asm文件；

（7）拷贝所需库文件和头文件到工程文件夹中，所需的库文件为sacmv25.lib,

头文件为a2000.h,a2000.inc,hardware.inc;

（8）连接库文件：点击Project/setting/link,点击library modules的浏览按钮，选中sacmv25.lib；

（9）添加SPEECH表：打开resource.asm文件，在end table后根据工程中的语音资源添加代码，比如：

.public T_SACM_A2000_SpeechTable

T_SACM_A2000_SpeechTable:

.dw _RES_HH_24K_SA

凌阳实验仪语音播放流程如图4.2、4.3和4.4所示

图4.2 手动方式主程序流程图

图4.3 语音播放主程序流程图

图4.4 中断服务子程序流程图

5 DTMF收发器MT8888原理和应用

5.1 DTMF收发器MT8888简介[3，4]

MT8888是采用CMOS 工艺生产的DTMF信号收发一体集成电路，它的发送部分采用信号失真小、频率稳定性高的开关电容式D／A变换器，可发出16种双音多频DTMF 信号。接收部分用于完成DTMF信号的接收、分离和译码，并以4位并行二进制码的方式输出。MT8888芯片集成度高、功耗低，可调整双音频模式的占空比，能自动抑制拨号音和调整信号增益，还带有标准的数据总线，可与TTL电平兼容，并可方便地进行编程控制。

MT8888是一种具有Intel微处理器接口的功能较强的双音多频(DTMF)发送和接收器件。可用于寻呼系统、交换机系统和移动通信、转帐卡系统、互接拨号器、数字通信和计算机等领域。其主要功能有：

(1)完整的DTMF发送和接收功能；

(2)高速Intel微处理器接口；

(3)可工作于自动音频突发模式；

(4)可调整保护时间；

(5)呼叫音检测到-30dBm。

5.2 MT8888引脚排列与功能[5]

MT8888引脚排列如图5.1所示。各个引脚功能为：

IN+、IN-(1，2)—运放的同相和反相输入端；

GS(3)—增益选择端。在该引脚与IN-引脚间接反馈电阻可调节运放增益；

Vref(4)—基准电压输出端。通常为VDD/2，作为运放的偏置电压；

VSS(5)—芯片电源负端，接地；

OSC1、OSC2(6、7)—时钟或振荡器的输入、输出端。两引脚间接 3.579545MHz 晶体与内部电路构成芯片振荡器；若由外部电路提供时钟，则OSC2引脚开路；

TONE(8)—DTMF信号输出端，也可通过编程设置为单音输出；

(9)—微处理器写输入端，低电平有效，与TTL电平兼容；

(10)—片选信号输入端，低电平有效。该引脚可由微处理器的地址锁存信号(ALE)直接提供；

RS0(11)—寄存器选择控制输入端；

(12)—微处理器读输入端，低电平有效，与TTL电平兼容；

IRQ /CP(13)—中断请求信号，为开漏输出。在中断模式下，当一个有效DTMF 信号突发发送或接收时，输出低电平信号。若控制寄存器设定电路工作于呼叫处理(CALL)模式和中断使能，则该端输出代表运放输入的方波信号音，但该信号频率必须落在呼叫处理滤波器的带宽内；

D0～D3(14-17)—数据总线，与TTL电平兼容。输入需发送的DTMF编码或输出译码的DTMF信号数据。当CS=1时呈高阻状态；

Est(18)—初始控制输出。若电路检测到一种有效的单音对时，Est为高电平；若信号丢失，则Est返回低电平；

St/GT(19)—控制输入/时间监测输出。若St电压大于门限VTSt，电路寄存被检测的DTMF单音对，并更新输出锁存器内容。若St电压低于VTSt，则电路不接收一新单音对，GT输出的作用是设置外部时间监测常数；

VDD(20)—芯片电源正端，典型值为+5V。

图5.1 MT8888引脚图

5.3 MT8888的组成[3，6]

MT8888的内部结构图如图5.2所示，具有信号放大、拨号抑制滤波、输入信号的高低频带通滤波、译码、锁存、D/A转换和混频等功能。其硬件电路由接收、发送

和控制三个部分组成。

接收部分的前置输入电路可以有单端输入和差分输入两中形式，如图5.3所示。 单端输入电压增益/V F IN A R R =

差分输入电压增益51/Vdiff A R R =

差分输入阻抗INdiff Z =

元件典型值12C =C =0.01F μ，145R R R 100k ===Ω，

2332525R 60,R 37.5,R =(R R )/(R +R )k k =Ω=Ω

图5.2 MT8888内部结构图

(a) 差分输入

(b) 单端输入

图5.3 输入电路原理图

DTMF产生器是发送部分的主体,它产生全部16种失真小、精度高的标准双音信号,这些频率均由3.5795MHz晶体振荡器产生。电路由数字频率合成器、行/列可编程分频器、开关电容式D/A变换器组成。行和列单音正弦波经混合、滤波后产生双音信号。

写操作时,总线上的4位数据被锁存,可编程分频器进行8中取2的编码变换,定时长度确定该信号的频率,当分频器达到由输入编码确定的计数值时,产生复位脉冲,计数器重新计数,改变定时长度可变频率。编码电路由开关电容式D/A变换器组成,得到高精度的量化电平。低噪声加法放大器完成行和列单音信号的混合。输出级有带通滤波器,用来衰减大于8kHz的谐波。

此外,发送部分还包括单音信号产生器,能产生高频组和低频组的任一单音正弦波。该功能亦需编程选择。

图5.4 控制电路原理图

MT8888的控制电路如图5.4所示，C1放电,在有效时间GTP t 内Est 维持高平,当C TSt V =V 时(控制逻辑的门限电平),GT 输出信号驱动C V 至电源电压VDD,经延时后,控

制逻辑把片内状态寄存器的延迟输出标志位置提高,如选择中断模式,当延迟标志位置高时,IRQ/CP 引脚由高电平变为低电平,为CPU 提供中断请求信号。延迟控制电压的跳变沿把数据锁存至输出端。

5.4 MT8888的工作模式[2，6]

MT8888是集DTMF 发送和接收功能的器件，内带呼叫处理滤波器。接收部分与DTMF 接收器件MT8870类似，发送部分包括行、列计数器和D/A 变换器，另外增加了一些控制寄存器和接口、数据总线缓冲器，很容易实现与微处理器的直接接口，其功能框图如图5.2所示。MT8888通过微处理器接口可以由RS0、、、D0～D3等信号选择与设定内部寄存器，并控制电路的工作状态或工作模式。它共有5个不同作用的寄存器：发送数据寄存器(TDR)、接收数据寄存器(RDR)、状态寄存器(SR)、控制寄存器A(CRA)和控制寄存器B(CRB)，其控制关系如表5.1所示。

表5.1 内部寄存器控制关系

MT8888共有6种工作模式，它们分别为：

(1)DTMF 模式：发送与接收DTMF 信号。输入数据经TDR 控制可编程行、列计数器、D/A 变换器，合成需要发送的DTMF 信号。或DTMF 信号经拨号音抑制、分离带通滤波器、监频与确认，译成相应的4比特码，经RDR 输至数据总线。DTMF 编译码对应关系如表5.2所示。

表5.2 DTMF 编译码对应关系表

(2)呼叫处理(CALL)模式：电路可以检测电话呼叫过程中的各种信号音，只要信