单片机的语音数字联网报警器的设计
单片机的语音数字联网报警器的设计[20200128194210]
摘 要
本文设计了一种基于公用电话网,利用单片机8051、DTMF信号收发芯片MT8880、集成语音芯片ISD1420, 集成温度传感器AD590 和气体传感器TGS202等,利用多传感器信息融合技术,完成语音报警的实用、可靠的单片机语音自动报警系统,着重讲述了该系统的组成形式及工作原理。实践表明,单片机技术在系统报警和其它一些自动控制领域中有着广泛的应用前景。
该系统能自动完成对布测点检测，确认火警后能自动报警，并显示火情点，记录火灾发生时间。
摘 要 3
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:单片机传感器数据处理报警
一、引言 4
二、系统硬件设计 5
（一）概述 5
（二）系统芯片和器件的选择 5
1.AT89C51简介 5
2.主要性能 6
（三） 系统的硬件实现 6
1.系统功能及特点 6
2.MT8880接收电路的设计 7
3.发送电路设计 8
4.灯光报警电路 8
（四） 系统总体电路图 10
三、系统软件设计 11
（一）数据采集子程序 11
（二）火灾判断程序 12
（三）电话报警流程设计 12
（四）MT8880的数据发送程序设计 14
四、结论 18
五、致谢 19
六、参考文献 20
一、引言
无线火灾传感器硬件和软件平台的设计对于整个系统的开发与应用至关重要，作为整个系统的底层支持，其必然向微型化、高度集成化、网络化、节能化、智能化的方向发展，近几年，随着计算机成本下降和微处理器体积缩小，开发和构造火灾智能无线报警系统将有广阔的应用前景。工程试验结果充分显示了技术的可行性和实现的有效性。随着智能楼宇技术应用的迅速发展，商业市场对火灾报警器的需求不断增长，目前主要使用的是智能型总线制分布式计算机系统的火灾报警系统，虽然在系统安装方面比过去大大方便，但仍然不能满足现代需要，其安装成本约占设备成本的33%～70%。而无线火灾报警系统能够满足目前要求，它具有安装容易、快捷、便宜、无需布线、对建筑物表面的最小破坏性、对功能变化的易适应性等特点。有关资料统计表明：凡是安装了火灾自动报警系统的场所，发生了火灾一股地说都能及早报警，不会酿成重大火灾。
虽然WSN(Wireless Sensor Networks)正处于完善的迅速发展时期，但并没有妨碍它在各领域的应用。德国、美国等发达国家对无线火灾自动报警系统的研究投入大量人力、财力。无线火灾自动报警系统是典型的多传感器的事件驱动型无线传感器网络WSN，但又具有其特殊要求。无线传感器网络(WSN)综合了微电子技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等先进技术，能够协同地实时监测、感知和采集网络覆盖区域中各种环境或监测对象的信息，并对其进行处理，处理后的信息通过无线方式发送，并以自组多跳(Self Organizing Hop)的网络方式传送给数据处理中心。WSN的应用前景十分广阔，在军事、工农业、环境监测，医疗护理、危险区域远程控制等领域都有潜在的应用价值，已经引起了许多国家学术界和工业界的高度重视。
我国的火灾自动报警控制系统经历了从无到有、从简单到复杂的发展过程, 其智能化程度也越来越高。目前国内厂家多偏重用于大型仓库、商场、高级写字楼、宾馆等场所大型火灾报警系统的研发, 他们采用集中区域报警控制方式, 系统复杂、成本较高。而在居民住宅区、机房、办公室等小型防火单位, 需要设置一种单一或区域联网、廉价实用的火灾自动探测报警装置, 因此,研制一种结构简单、价格低廉的语音数字联网火灾报警器是非常必要的。
本设计利用单片机8051和多传感器信息融合技术,完成语音报警的实用、可靠的单片机语音自动报警系统,着重讲述了该系统的组成形式及工作原理。本系统能自动完成对布测点检测，确认火警后能自动报警，并显示火情点，记录火灾发生时间。
二、系统硬件设计
（一）概述
硬件电路主要包括单片机电路，2路传感器报警信号电路,模数转换电路， 语音报警电路，震铃检测电路、模拟摘机和DTMF解调电路，以及主备电控制电路部分。
图1报警电路方框图
如图1所示, 报警器硬件由温度烟雾信号采集模块、声光报警模块以及单片机与收发码模块组成。图中1, 2, 3 组成数据采集模块, 4, 5 组成现场声光报警模块, 5,6组成远程报警模块。其中, 1 为传感器(包括烟感和温感) , 将现场温度、烟雾等非电信号转化为电信号；2为信号调理电路, 将传感器输出的电信号进行调理(放大、滤波等), 使之满足A/D 转换的要求； 3为A/D 转换电路, 完成将温度传感器和烟雾传感器输出的模拟信号到数字信号的转换。声光报警模块由单片机和报警电路组成, 由单片机控制实现不同的声光报警(异常报警、故障报警、火灾报警) 功能。单片机与远程报警模块由单片机、MT8880收发码电路组成, 实现远程报警。
（二）系统芯片和器件的选择
1.AT89C51简介
AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
AT89C51 引脚配置
2.主要性能
·4K字节可编程闪烁存储器
·全静态工作：0Hz-24Hz
·三级程序存储器锁定
·128*8位内部RAM
·32可编程I/O线
·两个16位定时器/计数器
·5个中断源·可编程串行通道
·与MCS-51 兼容
（三） 系统的硬件实现
1.系统功能及特点
本报警器的工作原理:当发现警情时,探测器将警报信号通过传感器接口送入单片机,单片机的报警中断程序开始运行,调用拨号子程序按照预置号码进行拨号。此时单片机控制MT8880 发送双音频信号拨号,并检测呼叫信号以判定是否可以调用语音模块进行语音报警。当没有警情时,可以通过另一部话机拨打本机,振铃检测电路将振铃音信号转换成TTL 信号传送给单片机,由单片机计数；当经过预设的振铃无人摘机时,系统就会自动摘机,调用远程设置子程序进行远程录音、查询警情等操作。
语音报警系统主要完成的功能：感温传感器和感烟传感器通过采集现场信号输入中央处理器,若判断出两种传感器中有一种动作, 表明有异常现象,发异常语音报警信号“温度超限”或“烟雾报警”,同时相应的指示灯亮。此时,若另一传感器也动作,则停止异常报警,而进入火警报警状态,有现场语音“火警”报警提示,火警指示灯亮。同时系统调用远程报警模块,开始逐个拨叫预设的报警电话,直至有一个报警电话拨通,并收到回码。在拨号后首先判断电话线的状态是否为回铃音及对方是否摘机。如是,播放录制好的语音报警内容,如“某某区某某单元某某楼层某某房间发生火警”。否则挂机,拨打下一个号码。
2.MT8880接收电路的设计
图2 MT8880接收电路连线图
当MT8880作为DTMF接收器的时候，DTMF信号经由IN＋和IN－输入，经过运算放大滤除信号中的拨号音频率，然后发送到双音频滤波器，分离出低频组和高频组信号，通过数字计数的方式检出DTMF信号的频率，并且通过译码器译成4位二进制码。4位二进制编码被锁存在接收数据寄存器中，此时状态寄存器中的延时控制识别位复位，状态寄存器中的接收数据寄存器满标识位置位，对外而言，当寄存器中的延时控制识别位复位时，IRQL/CP由高电平变为低电平。如果用IRQL／CP作为单片机的中断信号，IRQL由高电平变为低电平，向CPU发出中断请求，当CPU响应中断，读出寄存器中的数据后，IRQL返回高电平。MT8880的D0～D3与单片机的P1.0～P1.3相连，P1.4～P1.7分别与CK，RSO，CSL，R/WL相连。
摘 要
本文设计了一种基于公用电话网,利用单片机8051、DTMF信号收发芯片MT8880、集成语音芯片ISD1420, 集成温度传感器AD590 和气体传感器TGS202等,利用多传感器信息融合技术,完成语音报警的实用、可靠的单片机语音自动报警系统,着重讲述了该系统的组成形式及工作原理。实践表明,单片机技术在系统报警和其它一些自动控制领域中有着广泛的应用前景。
该系统能自动完成对布测点检测，确认火警后能自动报警，并显示火情点，记录火灾发生时间。
摘 要 3
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:单片机传感器数据处理报警
一、引言 4
二、系统硬件设计 5
（一）概述 5
（二）系统芯片和器件的选择 5
1.AT89C51简介 5
2.主要性能 6
（三） 系统的硬件实现 6
1.系统功能及特点 6
2.MT8880接收电路的设计 7
3.发送电路设计 8
4.灯光报警电路 8
（四） 系统总体电路图 10
三、系统软件设计 11
（一）数据采集子程序 11
（二）火灾判断程序 12
（三）电话报警流程设计 12
（四）MT8880的数据发送程序设计 14
四、结论 18
五、致谢 19
六、参考文献 20
一、引言
无线火灾传感器硬件和软件平台的设计对于整个系统的开发与应用至关重要，作为整个系统的底层支持，其必然向微型化、高度集成化、网络化、节能化、智能化的方向发展，近几年，随着计算机成本下降和微处理器体积缩小，开发和构造火灾智能无线报警系统将有广阔的应用前景。工程试验结果充分显示了技术的可行性和实现的有效性。随着智能楼宇技术应用的迅速发展，商业市场对火灾报警器的需求不断增长，目前主要使用的是智能型总线制分布式计算机系统的火灾报警系统，虽然在系统安装方面比过去大大方便，但仍然不能满足现代需要，其安装成本约占设备成本的33%～70%。而无线火灾报警系统能够满足目前要求，它具有安装容易、快捷、便宜、无需布线、对建筑物表面的最小破坏性、对功能变化的易适应性等特点。有关资料统计表明：凡是安装了火灾自动报警系统的场所，发生了火灾一股地说都能及早报警，不会酿成重大火灾。
虽然WSN(Wireless Sensor Networks)正处于完善的迅速发展时期，但并没有妨碍它在各领域的应用。德国、美国等发达国家对无线火灾自动报警系统的研究投入大量人力、财力。无线火灾自动报警系统是典型的多传感器的事件驱动型无线传感器网络WSN，但又具有其特殊要求。无线传感器网络(WSN)综合了微电子技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等先进技术，能够协同地实时监测、感知和采集网络覆盖区域中各种环境或监测对象的信息，并对其进行处理，处理后的信息通过无线方式发送，并以自组多跳(Self Organizing Hop)的网络方式传送给数据处理中心。WSN的应用前景十分广阔，在军事、工农业、环境监测，医疗护理、危险区域远程控制等领域都有潜在的应用价值，已经引起了许多国家学术界和工业界的高度重视。
我国的火灾自动报警控制系统经历了从无到有、从简单到复杂的发展过程, 其智能化程度也越来越高。目前国内厂家多偏重用于大型仓库、商场、高级写字楼、宾馆等场所大型火灾报警系统的研发, 他们采用集中区域报警控制方式, 系统复杂、成本较高。而在居民住宅区、机房、办公室等小型防火单位, 需要设置一种单一或区域联网、廉价实用的火灾自动探测报警装置, 因此,研制一种结构简单、价格低廉的语音数字联网火灾报警器是非常必要的。
本设计利用单片机8051和多传感器信息融合技术,完成语音报警的实用、可靠的单片机语音自动报警系统,着重讲述了该系统的组成形式及工作原理。本系统能自动完成对布测点检测，确认火警后能自动报警，并显示火情点，记录火灾发生时间。
二、系统硬件设计
（一）概述
硬件电路主要包括单片机电路，2路传感器报警信号电路,模数转换电路， 语音报警电路，震铃检测电路、模拟摘机和DTMF解调电路，以及主备电控制电路部分。
图1报警电路方框图
如图1所示, 报警器硬件由温度烟雾信号采集模块、声光报警模块以及单片机与收发码模块组成。图中1, 2, 3 组成数据采集模块, 4, 5 组成现场声光报警模块, 5,6组成远程报警模块。其中, 1 为传感器(包括烟感和温感) , 将现场温度、烟雾等非电信号转化为电信号；2为信号调理电路, 将传感器输出的电信号进行调理(放大、滤波等), 使之满足A/D 转换的要求； 3为A/D 转换电路, 完成将温度传感器和烟雾传感器输出的模拟信号到数字信号的转换。声光报警模块由单片机和报警电路组成, 由单片机控制实现不同的声光报警(异常报警、故障报警、火灾报警) 功能。单片机与远程报警模块由单片机、MT8880收发码电路组成, 实现远程报警。
（二）系统芯片和器件的选择
1.AT89C51简介
AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
AT89C51 引脚配置
2.主要性能
·4K字节可编程闪烁存储器
·全静态工作：0Hz-24Hz
·三级程序存储器锁定
·128*8位内部RAM
·32可编程I/O线
·两个16位定时器/计数器
·5个中断源·可编程串行通道
·与MCS-51 兼容
（三） 系统的硬件实现
1.系统功能及特点
本报警器的工作原理:当发现警情时,探测器将警报信号通过传感器接口送入单片机,单片机的报警中断程序开始运行,调用拨号子程序按照预置号码进行拨号。此时单片机控制MT8880 发送双音频信号拨号,并检测呼叫信号以判定是否可以调用语音模块进行语音报警。当没有警情时,可以通过另一部话机拨打本机,振铃检测电路将振铃音信号转换成TTL 信号传送给单片机,由单片机计数；当经过预设的振铃无人摘机时,系统就会自动摘机,调用远程设置子程序进行远程录音、查询警情等操作。
语音报警系统主要完成的功能：感温传感器和感烟传感器通过采集现场信号输入中央处理器,若判断出两种传感器中有一种动作, 表明有异常现象,发异常语音报警信号“温度超限”或“烟雾报警”,同时相应的指示灯亮。此时,若另一传感器也动作,则停止异常报警,而进入火警报警状态,有现场语音“火警”报警提示,火警指示灯亮。同时系统调用远程报警模块,开始逐个拨叫预设的报警电话,直至有一个报警电话拨通,并收到回码。在拨号后首先判断电话线的状态是否为回铃音及对方是否摘机。如是,播放录制好的语音报警内容,如“某某区某某单元某某楼层某某房间发生火警”。否则挂机,拨打下一个号码。
2.MT8880接收电路的设计
图2 MT8880接收电路连线图
当MT8880作为DTMF接收器的时候，DTMF信号经由IN＋和IN－输入，经过运算放大滤除信号中的拨号音频率，然后发送到双音频滤波器，分离出低频组和高频组信号，通过数字计数的方式检出DTMF信号的频率，并且通过译码器译成4位二进制码。4位二进制编码被锁存在接收数据寄存器中，此时状态寄存器中的延时控制识别位复位，状态寄存器中的接收数据寄存器满标识位置位，对外而言，当寄存器中的延时控制识别位复位时，IRQL/CP由高电平变为低电平。如果用IRQL／CP作为单片机的中断信号，IRQL由高电平变为低电平，向CPU发出中断请求，当CPU响应中断，读出寄存器中的数据后，IRQL返回高电平。MT8880的D0～D3与单片机的P1.0～P1.3相连，P1.4～P1.7分别与CK，RSO，CSL，R/WL相连。
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