家用防盗防火拨号报警系统文档格式.docx
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2.1系统的功能要求
根据实际要求，本文所研制的报警器的功能要求如下
（1）可实现非法入侵报警
（2）可实现火灾报警
（3）采用双电源技术，主电源停电或被切断，被动电源自动工作，并报警提醒用户
（4）根据不同的报警情况，系统对预存的不同号码进行拨号报警
2.2总体的设计方案
智能住宅安防报警系统开发设计方案是参照国内外相关技术的发展状况，根据我国住宅建设的实际情况，为满足新时期居民的居住要求，并充分考虑其经济性和可靠性。
图2-1系统组成框图
系统组成框图如图2-1所示，根据系统拟达到的总体功能，将其划分为以下功能模块:
主副电源电路，热释电红外传感器模块、光电感烟传感器模块、电话接口电路、拨号电路和警铃电路等。
2.3系统的基本工作过程
探测器安装在用户家里需要防范的部位，例如门窗、厨房，卧室等，当系统开机时，一旦有人入侵、或发生火灾时，和之相应的报警探测器立即向用户端自动报警主机发出报警信号，接到警情事件后，自动报警主机立即进行确认，确认无误后，进行事件的现场声（蜂鸣器）报警，同时用户端自动报警器自动向相关部门拨打预先设置好的报警电话号码，发出报警信号。
2.4系统的相关技术
2.4.1单片机技术
（1）单片机的特点
所谓单片机就是一块芯片上集成了CPU、ROM、RAM、定时/计数器和多种I/O接口电路等而具有一定规模的微型计算机。
单片机和通用微型计算机相比较，它在硬件结构、指令设置上均有其独到之处，主要特点如下：
①单片机中的存储器ROM和RAM是严格分工的。
ROM为程序存储器，只存放程序、常数及数据表格。
而RAM则为数据存储器，用作工作区及存放变量。
这样的结构主要是考虑到单片机用于控制系统中，有较大的程序存储空间，把已调试好的程序固化在ROM中，而把少量的随机数据存放在RAM中，这样，小容量数据存储器能以高速RAM形式集成在单片机内，以加快单片机的执行速度。
但单片机上RAM是作为数据存储器用，而不是当作高速数据缓冲存储器（Cache）用。
②采用面向控制的指令系统。
为满足控制的需要，单片机的逻辑控制能力要优于同等级的CPU，特别是单片机具有很强的位处理能力。
单片机的运行速度也较高。
③单片机的I/O引脚通常是多功能的。
由于单片机机芯上引脚有限，为了解决实际引脚和需要的信号线数的矛盾，采用了引脚功能复用的方法，引脚处于何种功能，可由指令来设置或由机器状态来区分。
④系列齐全，功能扩展性强。
单片机具有内部掩膜ROM、内部EPROM和外接ROM等形式，并可方便的扩展外部的RAM、ROM及I/O接口，和许多通用的微机接口芯片兼容，对使用系统的设计和生产带来极大的方便。
⑤单片机的功能是通用的。
单片机虽然主要是作控制器用，但是功能上还是通用的，可以像一般微处理器那样广泛地使用在各个方面。
（2）单片机在控制使用领域中，有如下几方面的优点
①体积小、成本低、运用灵活、易于产品化，它能方便地组成各种智能化的控制设备和仪器，做到机电仪一体化
②面向控制，能针对性地解决从简单到复杂的各类控制任务，因而能获得最佳的性能价格比
③抗干扰能力强，适应温度范围宽，在各种恶劣的环境下都能可靠地工作，这是其他机种无法比拟的
④可以方便地实现多机和分布式控制，使整个控制系统得效率和可靠性大为提高
2.4.2传感器技术
感应器技术是信息采集技术的第一步，感应器是将能够感受到的及按规定被测量的按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成，其中敏感元件是指感应器中能直接感受或响应被测量（输入量）的部分，转换元件是指感应器中能将敏感元件感受的或响应的感应量转换成适于传输和（或）测量的电信号的部分。
（1）人体热释电红外传感器
在电子防盗、人体探测器领域中，被动式热释电红外探测器的使用非常广泛，因其价格低廉、技术性能稳定而受到广大用户的欢迎。
①被动式热释电红外探头的工作原理：
在自然界，任何高于绝对温度的物体都将产生红外光谱，不同温度的物体，其红外能量的波长是不一样的，因此红外波长和温度的高低是相关的。
人体都有恒定的体温，一般在37℃,所以会发出特定波长10um左右的红外线，被动是式红外探头就是靠探测人体发射的10um左右的红外线而进行工作的。
人体发射的10um左右的红外线通过菲泥尔滤波光片增强后聚集到红外感应源上。
红外感应源通常采用一些热释电元件（强介电质材料如钛镐酸铅、钛酸钡等）作成。
这种元件在接受到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，最终电荷变化将以电压或电流的形式输出，后续电路经检测处理后就能产生报警信号。
②抗干扰性能
防小动物干扰：
探测器安装在推荐的使用高度，对探测范围内地面上的小动物，一般不产生报警。
抗电磁干扰:
探测器的抗电磁波干扰性能符合GB10408的要求，一般手机电磁干扰不会引起误报。
③正确的安装应满足下列条件
a.红外线热释电传感器应离地面2.0-2.2米。
b.红外线热释电传感器远离空调，冰箱，火炉等空气温度变化敏感的地方。
c.红外线热释电传感器探测范围内不得隔屏、家具、大型盆景或其他隔离物。
d.红外线热释电传感器不要直对窗口，否则窗外的热气流扰动和人员走动会引起误报，有条件的最好把窗帘拉上。
红外线热释电传感器也不要安装在有强气流活动的地方。
（2）光电感烟探测器
光电感烟探测器中的发光器件，目前多采用大电流发光效率高的红外发光管，受光器件多采用半导体硅光电管，受光器件的阻抗是随烟雾浓度的增加而降低的，本电路所用的探测头采用的是OPTEK公司的OP231和OP801SL光电组合套件作为发射管和接收管，其中，发射管典型供电电压为1.5V，接收管使用5V的直流电压供电。
利用烟雾微粒对光的散射作用，在一定的烟雾浓度范围内，散射光的强度和烟雾的浓度成比例，因而可以利用光散射检测到烟雾浓度的变化。
对于由烟雾引起的光散射的测量，特别是对于近距离产生的光散射测量，因为烟雾的测量限于小的范围，对那些影响测量的干扰可以比较容易的消除，因此，利用光散射测量烟雾微粒是一种较理想的方法。
正常情况下，在发射和接收管之间有光隔离板，用以消除无烟时红外发射管发出的光被光电三极管接收，因而无烟时接收管不会产生光电流。
集烟盒内壁为黑色粗糙面，可将盒内的光反射减至最小。
集烟盒外侧开有气、烟对流孔，烟雾进口处敷以不锈钢网，以防_LL杂物进入集烟盒造成误报。
在火灾发生时，当有烟雾进入检测室时，由于烟粒子的作用，发光器件发射的光产生漫散射，这种漫散射的光被光电三极管接收，使光电三极管的阻抗发生变化，产生光电流，从而实现了将烟雾信号转变为电信号的功能，探测器输出报警信号电平。
2.5DTMF拨号原理
现在的电话机多数是双音频电话，本文中的拨号系统就是利用双音多频来进行拨号的。
双音多频（DTMF}是指用两个特定的单音信号的组合来代表数字或功能。
两个单音频的频率不同，所代表的数字和功能也不同。
双音多频拨号方式中有16个按键，对应有8种不同的单音信号，因其采用的频率有8种，所以称为多频，如表2-1所示。
从中任意抽出2种进行组合，又称为8中取2的编码方法，把这8种频率分成两个群，即高频群和低频群，其中低频群有4种频率:
679MHz,770MHz,852MHz,941MHz，高频群也有4种频率:
1209MHz,1336MHz,1477MHz,1633MHz。
从高频群和低频群中任意各抽出一种频率进行组合，共有16种不同的组合，每一个键号分别对应于一种低音频和高音频的正弦波之和，代表16种不同的数字或功能。
用双音多频拨号方式传递音频信号，传播速度快，抗干扰能力强。
表2-1DTMF拨号方式中16键组合表
3..报警系统的硬件设计
3．1电源电路设计
本系统电源电路原理图如图3-1所示，系统的主电源采用220V交流供电，电网的220V交流电经桥路整流，电容滤波，送入7806输入端，最后输出5V直流电。
当电网发生停电故障，单片机的P0.2口检测到低电平，单片机做出停电报警处理。
报警器应实现24小时不间断监控，不容许出现停电故障，这就需要使用备用电源。
本系统的备用电源为5V的直流电源，当主电源供电正常的情况下，由于二极管D3的作用，备用电源不工作。
当主电源发生故障则备用电源开始工作。
图3-1电源原理图
3．2主机电路设计
报警器的主机采用AT89C51单片机来实现。
单片机是将中央处理器（CPU）、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、定时/计数器及输入输出接口电路等计算机主要部件集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。
现在世界上已经有很多大公司能够生产单片机，随着超大规模集成电路的迅猛发展，单片机的功能也日渐强大，运算速度日益提高，相继出现了32位和64位单片机，但根据实际系统的需要和产品的性价比，本文选用ATMEL公司生产的8位单片机AT89C51，构成系统的主机。
3．2．1AT89C51的特点
AT89C51是ATMEL公司采用CMOS工艺生产的低功耗、高性能8位单片机，和MCS-51单片机兼容，其功能特点为:
（1）4K字节闪烁存储器（FLASH），可进行1000次写、擦除操作。
（2）静态操作，外接OHZ-24MHZ晶振。
（3）三层程序存储器琐。
（4）128字节内部数据存储器（RAM）。
（5）32跟可编程输/输出线。
（6）两个6位定时/计数器。
（7）六个中断源。
（8）一个可编程串口。
（9）支持低功耗模式和掉电模式。
3．2．2AT89C51的引脚介绍
AT89C51引脚排列如图3-2所示，各引脚的功能如下:
图3-2AT89C51引脚排列图
VCC:
供电电压。
GND:
接地。
PO口:
PO口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写l时，被定义为高阻输入。
PO能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FLASH编程时，PO口作为原码输入口，当FLASH进行校验时，PO输出原码，此时PO外部必须被拉高。
P1口:
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向1/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
P2口:
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向1/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。
并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口:
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向1/O口，可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。
作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下为管脚的备选功能:
P3.0RXD（串行输入口）
P3.1TXD（串行输出口）
P3.2/INTO（外部中断0）
P3.3/INT1（外部中断1）
P3.4TO（记时器0外部输入）
P3.5T1（记时器1外部输入）
P3.6/WR（外部数据存储器写选通）
P3.7/RD（外部数据存储器读选通）
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST:
复位输入。
当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
XTAL1:
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2:
来自反向振荡器的输出。
3．2．2主机电路设计
主机部分的电路原理图如图3-3所示，时钟电路由两个22pF的电容和6MHz的晶振构成。
复位电路由电容、二极管、开关和IMP812构成，具有上电复位和手动复位的功能。
图3-3主机部分原理图
P0口为检测用户端口，分别和防盗报警、防火报警和断电提醒的输出端相连，P1.0-P1.3分别接到MT8888的数据端DO-D3,P1.4接到MT8888的读写端R/W，P1.5接到MT8888的RSO端。
P2.7接到拨号芯片PH8809的摘挂机控制端SW，P2.6接到PH8809的振铃检测端RING，P2.5接到PH8809的电话线检测端DXC,P2.3接到蜂鸣器端晶体管基极输入端，当P2.3输出高电平“1”时，晶体管导通，压电蜂鸣器两端获得约+5V电压而鸣叫；
当P2.3输出低电平“0”时，三极管截止，蜂鸣器停止发声。
P2.1接到PH8809的语音信号输入端OUT2/INPUT2。
3．3用户端探测器设计
3．3．1热释电红外探测器电路设计
热释电红外探测器电路采用的器件包括红外探测器专用芯片—红外传感信号处理器BISS0001、热释电红外探头RE200B（传感器）及一些外围元件（电阻电容）。
它的正常工作电压是+4.5V（工作范围可在3V到5V之间）。
检测元件BISS0001是CMOS数模混合专用集成电路，具有独立的高输入阻抗运算放大器，可和多种传感器匹配，进行信号预处理。
另外它还具有双向鉴幅器，可有效抑制干扰，其内部设有延迟时间定时器和封锁时间定时器。
管脚排列及各点波形如图3-4和3-5所示。
当A端等于“0”时，为不可重复触发工作方式，即在TX时间内，任何工C7的变化都被忽略，直至延迟时间TX结束。
当TX时间结束时，UO下跳回低电平，同时启动封锁时间定时器进入封锁周期Ti。
在Ti周期内，任何IC7的变化都不能使UO为有效状态。
本电路中由于BISS0001的1脚接的是低电平，即此时芯片设置为不可重复触发状态，所以在延时周期内，电路不会被重复触发，直到延时周期结束。
这一功能的设置，可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰。
RR1,RC1为输出延迟时间Tx的调节端，RR2,RC2为触发封锁时间Tx的调节端。
图3-4BISS0001的管脚排列图图3-5BISS0001的管脚波形图
图3-6所示为红外探测器部分的电路图。
当热释电红外探头接收到人体发出的红外线后，经过内部转换，输出一个微弱的低频电信号到BISS0001芯片的第一级运算放大器工Cl的同相输入端（14脚），对信号进行处理，处理后UO脚（2脚）输出高电平信号，经非门后送单片机的P0.0脚进行报警处理，
图3-6红外探测器部分的原理图
3．3．2光电感烟探测器电路设计
红外发射电路中的555电路用于产生频率可调的脉冲波形，使用555电路的一个主要优点是输出脉冲的占空比可调，便于设计不同要求的驱动输出。
同时，较之用直流电源供电可以达到减小功耗的目的。
上电后，555振荡输出信号经过8050放大并反相，使红外发射管OP231上获得调制后的方波电压信号，电路设计中，振荡电路输出的方波信号为7ms的高电平和139ms的低电平输出，频率约为7Hz，设计时以发射管高电平供电时间满足单片机采
样时间为准，同时满足低功耗要求，具体参数如下:
光电感烟探测器部分的电路原理图如图3-7所示，接收电路部分中的光电三极管接收到烟雾粒子散射的光信号后，以变化电流的形式送给三极管9014，放大后的射极电流变换成电压信号作为输出，其中输出端可变电阻用于调节输出为合适的电压信号以备采样用。
图3-7光电感烟探测器部分的电路原理图
3．4自动拨号电路设计
本系统设计的自动拨号电路可根据不同的情况，通过电话网实现自动拨打用户事先设定的电话号码（手机、固话等），对所指定的机构或人员发出求救信号，使救援人员采取相应措施来制止灾情的发生。
3.4.1DTMF信号编解/解码芯片MT8888芯片介绍
为满足自动拨号的要求，系统选择了DTMF信号编/解码芯片MT8888芯片。
MT8888芯片是加拿大Mitel公司生产的DTMF信号编码/解码芯片，具有DTMF信号收发功能和电话信号音检测功能。
它采用CMOS制造工艺，功耗低（只有57.8mW），芯片集成度高，工作稳定可靠。
另外，它可以方便地和MCS-51系列单片机接口，外围电路简单。
因此在必须同时具备DFTM信号接收和发送的功能的系统中倍受人们的青睐。
（1）引脚介绍
MT8888引脚排列如图3-8所示，各引脚的功能如下:
图3-8MT8888的引脚图
IN+:
运放同相输入端。
IN-:
运放反相输入端。
GS:
运放输出端。
VREF:
基准电压输出端，电压值为VDD/2。
Vss:
接地端。
OSCl:
振荡器输入端，此引脚也可用外部时钟直接驱动。
OSC2:
振荡器输出端，OSC1引脚和OSC2引脚之间连一个3.579545MHz的晶振完成芯片内部的时钟回路当OSC1引脚用外部时钟驱动时，OSC2引脚可开路。
TONE:
DTMF信号输出端。
CS片选端，低电平有效。
RSO:
存储器选择输入端，和TTL兼容。
IRQ/CP:
中断信号请求端，在中断模式下，当发送完一个有效的DTMF信号或接收到一个有效的DTMF信号时，此端输出低电平;
在呼叫进程检测模式下，根据在运放输入端所加的信号，此端会输出一个相应的方波信号;
输入信号必须限定在呼叫处理滤波器所允许的带宽范围内。
D0～D3:
控制DTMF信号发送和DTMF译码的4位数据输入/输出,和TTL兼容。
ESt:
初始控制输出端，当检测到一个有效的双音信号时输出高电平（在信号方式时）当无信号时恢复为低电平。
R/W:
写控制端，低电平有效，和TTL兼容。
RD:
读控制端，低电平有效，和TTL兼容。
St/GT:
控制输入/时间检测输出端（双向），在St端检测到高于门限电压V全s，时，MT8888将会锁存双音信号并更新输出;
低于门限电压VTS}可以使MT8888接收新的双音信号，Gt输出端使外部检测时间复位为一常量，此端的状态受Est端和St端上所加的电压所决定。
VDD:
+5V电源端。
（2）芯片内部寄存器控制
MT8888内部有两个4位的数据寄存器:
一个是只执行读操作的接收数据寄存器RDR;
另一个是只执行写操作的发送数据寄存器TDR。
另外，MT8888中还有两个4位的收、发控制寄存器CRA和CRB。
写CRB前应先设置CRA中的一个特定位（b3位），因此，编程中应对其进行初始化。
MT8888中的4位状态寄存器SR则用来反映收、发信号的工作状态。
寄存器的选择和操作由RSO及R/W、RD口线来控制，控制功能如表3-1所示。
表3-1MT8888的寄存器操作
（3）MT8888可提供6种工作模式，分别为DTMF模式、呼叫处理位ALL）模式、突发（BURST）模式、单/双音产生模式、测试（TEST）模式和中断模式。
①DTMF模式:
发送和接收DTMF信号。
发送时，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;
接收时，DTMF信号经拨号音抑制、分离带通滤波器监频和确认，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3-2所示。
表3-2DTMF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，只要信号的频率落在320Hz-5lOHz范围内，片内呼叫处理滤波器便可滤出。
经限幅得到的方波信号，由IRQ/CP端输出，以用于微处理器对呼叫性质和类别进行判断。
若无信号滤出，则IRQ/CP端始终保持低电平。
③突发（BURST）模式:
在DTMF模式下，工作于突发状态，信号突发和暂停时间各为51士lms在CP模式下，工作于突发状态，信号突发和暂停时间各为102士2ms，此时电路只可发送DTMF信号，但不能接收。
④单/双音（S/D）产生模式:
电路可产生单音或双音信号，可用于测试和监测。
⑤中断模式:
此模式下若选择DTMF状态，当DTMF信号被接收或出现在监测时间内，或准备发送更多数据（突发模式下）时，则
端下接至低电平。
工作模式均可通过寄存器进行设置，控制寄存器的功能见
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