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2.1单片机控制系统原理……………………………………………………5
2.2单片机主机系统电路……………………………………………………5
2.2.1时钟及复位电路……………………………………………………6
2.3警情采集电路……………………………………………………………7
2.3.1防区信号采集电路…………………………………………………7
2.3.2视频信号采集电路…………………………………………………7
2.4DTMF发送接收电路MT8880………………………………………………8
2.5MT8880与语音电路的接口………………………………………………9
第3节系统软件设计……………………………………………………………11
3.1信号音的识别方法………………………………………………………11
3.2主程序流程………………………………………………………………12
3.3自动拨号部分程序………………………………………………………13
第4节结束语……………………………………………………………………15
参考文献……………………………………………………………………………16
基于单片机的智能语音报警系统
数理信息与工程学院06电子信息工程干一润
指导教师：
余水宝
第1节引言
随着经济的日益发展，社会也一步步朝着多元化和多样化发展，当然，随之也会产生一系列的问题，其中一个就是安全问题。
由单片机控制的智能语音报警系统，该系统可对多路视频，声、光等传感器进行监控，并根据不同的具体情况，采集各路敏感器件产生电路的变化，发出不同的报警信号，并能自动拨号到110，119等相应的机构。
其核心是由单片机构成的控制部分，主要对视频，声、光等信号变化时信号的采集，和对采集到信号的分析和处理，通过设计硬件、软件编程对各个部分进行操作和实现。
智能语音报警系统的核心是AT89C51单片机，主要由E2PROM，视频选通/检测电路，声光报警电路，联动报警电路，语音录/放音电路等部分组成。
编程软件选用汇编语言。
当AT89C51单片机实时巡检到新的警情信号，如：
防区故障、视频丢失、主电断电或上位机死机时,报警主机就会自动进行警情处理（声光报警、启动相应联动、记录警情以及拨号报警等等）。
该系统快捷、有效，可靠性高，易于操作，发展前景比较广阔。
1.1智能语音报警系统概述
随着人们生活水平的提高，整个社会的发展也变得越来越复杂和多样化。
随着人们安全防范意识的增强，安全问题已经经常的被人们提起了。
为此，我们急需开发一种面向大众、价格低廉、运行可靠的自动报警系统。
鉴于最近几年我们国家的经济迅速崛起，人们生活逐渐富裕，住宅电话和移动通信设备已经十分普及,另外，由于电话语音报警有着快捷、有效、价格低廉等优点，公共通信网络成了报警系统的最佳传输媒介。
因为公共通信网络能覆盖最广大的人群，而且一般来说公共通信网络的传输速度以及可靠性都是勿需质疑的。
因此，在这里我们选择公共通信网络作为我们智能语音报警系统的传输媒介。
智能语音报警系统是进行无人报警和智能报警的有效手段和工具，它可以大大提高在无人情况下的安全系数，减少某些需要监控区域的人力资源。
本智能系统自动化程度比较高，可以降低对操作者本身素质的要求。
除了能减少劳动资源意外，在处理突发事件和意外上，它有着和人一样的能力，甚至比人更有优势。
比如智能系统的声、光传感器能检测到声、光的细微变化带来的不同，而如果是人值班的话，可能值班人员的耳朵和眼睛等五官可能不够灵敏，察觉不到这一变化；
甚至，当有歹徒进入时，视频检测器又能轻易地捕获的样貌，并且发出警报，这样一来，既不用人冒着危险发出警报并和歹徒搏斗，又可以为日后公安机关破获案件提供线索，一举两得。
因此，对于本系统的设计就是往这样一个集方便、快捷，可靠性和安全性与一身的方面而进行考虑和设计的。
1.2本设计任务和主要内容
本论文主要研究单片机控制的智能语音报警系统，分别对视频，声、光等变化是产生的电信号进行采集，并对采集信号进行分析和处理的一些研究。
主要内容如下：
①根据人们日常对于安全的需求，对整个系统进行整体化的设计和研究。
②从人性化角度出发，使整个系统尽可能的减少操作，尽可能的达到智能化，尽可能的达到全自动
3从快捷、有效入手，让报警系统可以适用于尽可能多的人群和范围。
④使检测手段多样化，覆盖面广，通过不同的现代化手段来避免和减少意外和突发事件给人们带来的伤害。
第二节系统主要硬件电路设计
2.1单片机控制系统原理
图2-1系统原理框图
2.2单片机主机系统电路
AT89C51单片机是51系列单片机的一个成员，是8051单片机的简化版。
内部自带2K字节可编程FLASH存储器的低电压、高性能COMS八位微处理器，与IntelMCS-51系列单片机的指令和输出管脚相兼容。
由于将多功能八位CPU和闪速存储器结合在单个芯片中，因此，AT89C2051构成的单片机系统是具有结构最简单、造价最低廉、效率最高的微控制系统，省去了外部的RAM、ROM和接口器件，减少了硬件开销，节省了成本，提高了系统的性价比。
而且通过I/O口的扩展，可以在外部有存储器，并行I/O口，时钟芯片，系统监控芯片，总线接口等一系列的扩展。
图2-2单片机主机系统图
2.2.1单片机时钟及复位电路
单片机的时钟信号用来提供单片机片内各种微操作的时间基准，时钟信号通常用两种电路形式得到:
内部振荡和外部振荡。
MCS-51单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反向放大器，引脚XTALl和XTAL2分别是此放大电器的输入端和输出端，由于采用内部方式时，电路简单，所得的时钟信号比较稳定，实际使用中常采用这种方式，如图2-2所示在其外接晶体振荡器（简称晶振）或陶瓷谐振器就构成了内部振荡方式，片内高增益反向放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起可构成一个自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。
图2-2中外接晶体以及电容C2和C1构成并联谐振电路，它们起稳定振荡频率、快速起振的作用，其值均为30P左右，晶振频率选6MHz。
为了初始化单片机内部的某些特殊功能寄存器，必须采用复位的方式，复位后可使CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初始状态开始正常工作。
单片机的复位是靠外电路来实现的，在正常运行情况下，只要RST引脚上出现两个机器周期时间以上的高电平，即可引起系统复位，但如果RST引脚上持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。
复位后系统将输入/输出（I/0）端口寄存器置为FFH，堆栈指针SP置为07H,SBUF内置为不定值，其余的寄存器全部清0，内部RAM的状态不受复位的影响，在系统上电时RAM的内容是不定的。
复位操作有两种情况，即上电复位和手动（开关）复位。
本系统采用上电复位方式。
图2-2中R9和Cl组成上电复位电路，其值R取为1k,C取为1pF。
2.3警情采集电路
信号采集电路由16路防区输入信号采集电路和16路视频丢失检测采集电路组成。
这两部分电路共同作用，互不干扰，共同构成了警情信号采集电路。
2.3.1防区信号采集电路
16路防区输入信号采集电路如图2-3所示。
采集电路通过一片可编程并行接口芯片8255与AT89C51单片机的P0口接口,而16路防区输入信号则通过光电隔离后与8255的PA口和PB口相接。
PA口和PB口均设为输入口,这16个输入口分别对应16路探测器的输入。
系统通过采集8255的PA、PB口的数据来判断是否有警情产生。
图2-3防区信号采集电路
2.3.2视频信号采集电路
16路视频丢失检测采集电路如图2-4所示。
该电路首先通过一片16路模拟开关芯片CD4067进行视频通路选择,随后经过视频信号检测电路,最后再与AT89C51单片机的P1.3口相接。
系统首先将视频通路号送给模拟开关CD4067,然后将采集的数据送给P1.3口,来判断视频是否丢失。
图2-4视频信号采集电路
2.4DTMF发送接收电路MT8880
MT8880是MITEL公司推出的专门用于处理DTMF信号的专用集成电路芯片,不仅具有接收和发送DTMF信号的自动拨号功能,还可以检测电话干线上拨号音、回铃音和忙音等信号音。
适合与单片机接口,外围电路简单。
如图2-5所示，图中开关S1由一个继电器控制，J1接口与电话线相连。
MT8880内部有五个寄存器,分别为接收数据寄存器、发送数据寄存器、收发控制寄存器CRA和CRB以及收发状态寄存器。
在本设计中,由于仅采用发送数据寄存器、收发控制寄存器CRA和CRB发送DTMF信号实现自动拨号功能,因此在此仅需要这三个寄存器。
发送数据寄存器中的数据决定要发送的双音频信号的频率,因此只能向发送数据寄存器写入数据。
两个收发控制寄存器占用同一个地址,因此根据CRA中的寄存器选择位的值决定是否对CRB进行操作。
其接口电路如图2-5所示。
图2-5MT8880与8255接口电路
2.5MT8880与语音电路的接口
ISD1420语音芯片采用直接模拟存储技术,且录放音质极好,并有一定的混响效果;
它的外围元件简单,仅需简单的阻、容器件即可组成简单的录、放音电路;
无需后备电源,信息存储时间长,不需要专用的编程器及语音开发器;
具有较强的选址能力,可把存储器分成160段来管理,形成最小的录放时间为125ms。
其接口电路图如图2-6所示。
图2-6MT8880与语音部分接口电路
语音分段方法:
地址输入端A0～A7由低位向高位排列,每位地址代表125ms的寻址,160个地址覆盖20s的语音范围（160×
0.125s=20s）,录音及放音功能均从设定的起始地址开始,录音结束由停止操作决定,芯片内部在该段的结束位置自动插入结束标志（EOM）;
而放音时遇到EOM标志即自动停止放音。
在本设计中,因需要四段报警提示语音,因此在设计时均将每段语音设为5s,其起始地址分别为00000000B、00101000B、01010000B、01111000B,由这四段起始地址可以看出A7、A2、A1和A0均为0,因此将其接地。
第三节系统软件设计
3.1信号音的识别方法
系统在巡检到警情信号后就模拟摘机。
为了识别模拟摘机后电话系统是否处于可拨号的状态、电话拨完号码后电话是否接通以及对方是否摘机接听电话等几种状态,系统必须进行信号音的识别。
为了识别信号音,必须知道各种信号音的特性。
各种信号音特性如下:
①拨号音:
450±
25Hz连续蜂音;
②忙音:
0.35s断0.35s通的450±
25Hz蜂音,音断周期为0.7s;
③回铃音:
4s断1s通的450±
25Hz蜂音,音断周期为5s。
这些电话信号均是模拟信号,然而单片机是无法识别模拟信号的,故必须先将模拟信号转换为脉冲信号,然后再根据脉冲信号的脉冲个数进行识别。
这些电话音频信号的脉冲个数可用下式计算:
N=tm/T
式中,N为每音段周期的脉冲个数;
T为电话音频信号的音频周期,单位为s;
tm为信号音断周期的通时间,单位为s。
在实际使用中,主要需要识别拨号音、忙音和回铃音。
分析这三种信号的特性可以看出,在一定的计数时间内,其脉冲个数是不一样的。
在设计之初,考虑采用5s为一个计数单位来判断这三种信号音,但通过实际的调试发现:
当对方摘机时,要等待一段时间才能听到报警语音。
通过反复研究及调试,最终采用2s计数判断拨号音,采用2.8s（即4个忙音周期）判断是否为忙音,若否则代表电话拨通了。
随后采用1s为一个计数单元,采用计五次后的累加脉冲数来判断对方是否接听电话。
若有,则放相应的报警提示语音;
否则再计1s,然后计算最后5s内的脉冲数,再次判断对方是否摘机。
如此反复,直到超过等待时间仍没有人接听电话就挂机。
由于干扰和一些其他因素的存在,难免会有误判的现象而导致漏报警情。
因此采取在所有预先设定的电话至少有一个拨通就只拨一遍,如果全部没拨通或者没人接听则把所有预存电话重拨一边,这样漏报报警的概率就非常低以致可忽略不计。
3.2系统主程序流程
图3-1主程序流程图
3.3自动拨号部分程序
自动拨号部分子程序如下：
AUTOCALL:
CLRP1.2;
模拟摘机
MOVA,#5DH;
允许信号音输出,下一次为写控制寄存器CRB
MOVX@DPTR,A;
写控制寄存器CRA
MOVA,#51H;
MT8880置为突发模式
写控制寄存器CRB
MOVA,#56H;
MT8880置为呼叫模式
LCALLDELAY
LCALLAUTOY;
调用信号音判别子程序,看是否有拨号音
MOVA,#50H;
……;
拨电话号码
调用信号音判别子程序,看是否有回铃音
调用信号音判别子程序,看对方是否摘机
SETBP1.2;
模拟挂机
另外在编程过程中也有几个需要注意地方。
首先,MT8880的DTMF产生器是发送部分的主体,它产生全部十六种失真小、精度高的标准双音频信号,这些频率均由3.579545MHz晶体振荡器分频产生。
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、滤波后产生双音频信号。
通过DTMF编解码表把编码数据写入MT8880发送寄存器产生单独的fLOW和fHIGH,一旦编码错误就会导致拨号失败,故在编程过程中要十分小心。
其次,在摘机后应延时一段时间再去判断摘机音,因为本系统采用机械继电器实现自动摘机,故应考虑继电器的响应时间。
最后,一个电话号码拨完后不能立即拨下一个电话号码,应保证挂机的最短有效时间以确保前一电话号码确实已挂机,否则拨下一个电话号码时会没有拨号音。
结束语
首先，通过这次应用系统设计，在很大程度上提高了自己的独立思考能力和单片机的专业知识，也是个人第一次认真深刻地去学着写一篇关于单片机系统方面的设计报告。
虽然这个题目的灵感并非完全是自己的，在关于这个题目的许多方面的了解也还不够，甚至可以说没有正真完全掌握这一智能系统，但通过这样一次的尝试和努力，我依然有了很大的收获。
这一过程如同是看了一本史蒂芬·
霍金的《时间简史》，所谓懂与不懂都有收获。
在余水宝老师的指导和督促下，通过自己的努力终于完成了这一份设计报告，有了这样一次过程和经验，相信在以后的工作生活中再遇到类似的设计报告，一定会更加的得心应手，如鱼得水。
这次设计报告是对自己一次实实在在的提高，的确收益良多。
我这次设计的是一个基于单片机的智能语音报警系统，它能够适应广大人群和整个社会的需要，在提高社会安全方面有着重要的作用。
该系统以单片机AT89C51为核心部件，通过视频以及声、光等传感器对信号进行采集，并由单片机完成对信号的分析和处理，随后作出报警。
系统用Protel软件绘制电路原理图和PCB电路印刷板图，利用MCS51汇编语言编制,运行程序该系统的主要特点是:
⑴本系统配置灵活,可以有效、快速地应用于对安防要求比较高的场合。
比如:
对不需要监视视频丢失的场合,可以不配置视频监测盒;
而对智能小区、医院等,可以通过RS485总线将一台DVR（DigitalVideoRecorder）主机、一套报警监控软件和多台报警主机组合到一起,构成一个网络型智能监控系统。
⑵本报警系统价格低廉、操作简便，使用人群广泛，对于操作人员本身的素质要求并不高。
而且由于系统自动化程度高，一般只需要一人即可操作整个系统，有时甚至不需要人员操作，这大大节省了劳动力。
⑶本系统通信速度极快。
由于系统连接的是公共通信网络，所以能在第一时间将报警信号送出，大大提高了安全系数。
⑷本系统可靠性高，误报率低。
当然本系统也有许多方面存在不足。
比如整个系统比较依赖于声、光传感器部分，一旦信号采集部分出现问题或遭到人为破坏，系统就无法发出正常的报警，存在一定的漏洞。
在这些方面还有待于进一步的改进，例如加入防破坏的系统。
参考文献
㈠张友德，赵志英，涂时亮.单片微型机原理、应用与实验.上海：
复旦大学出版社，1993
㈡何立民.MCS-51系列单片机应用系统设计系统配置与接口技术.北京:
北京航空航天大学出版社,1990
㈢薛均义，张彦斌.MCS-51/96系列单片微型计算机及其应用.西安:
西安交通大学出版社，1990
㈣张鑫，陈书谦.单片机原理及应用.北京：
电子工业出版社，2005.8
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