家庭电话自动拨号报警装置设计毕业设计论文 推荐.docx
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家庭电话自动拨号报警装置设计毕业设计论文推荐
毕业设计论文
家庭电话自动拨号报警装置设计
摘要
本次设计经过对比分析国内外多种报警器的内部结构和功能，设计了一种以AT89C51单片机作为核心的电话自动拨号报警器。
通过二氧化碳传感器检测空气中的二氧化碳浓度来确定是否发生火灾，通过热释电红外传感器来检测是否发生了盗情，再有双音低频电路和DTMF模块进行自动拨号报警，从而达到防火、防盗的目的。
它可保存多组号码，可检查显示已存储的号码。
从传感器得到信号时（即有警情），可自动拨号，达到报警的目的。
安装不同的传感器可组成不同的报警功能，用于不同的场合。
关键词：
AT89C51；自动拨号报警；DTMF模块；双音低频
TheHomePhoneAutomaticDialingAlarmDeviceDesign
ABSTRACT
Thisdesignthroughcomparisonandanalysisathomeandabroadavarietyofinternalstructureandthefunctionofalarm.WedesignaautomatictelephonedialingalarmsystemwithAT89C51asthecore.Bycarbondioxidesensorstodetecttheconcentrationofcarbondioxideintheairtodeterminewhetherthereisafire,IthasdualfrequencyautomaticdialingalarmandDTMFcircuitmodules,Soastoachievethepurposeoffireprevention,guardagainsttheft.Installationofdifferentsensorsofdifferentalarmfunctionfordifferentoccasions.
Keywords:
AT89C51;Automaticdialingalarm;DTMFmodule;Dualfrequency
独创性声明
本人郑重声明：
所呈交的毕业设计是本人在指导老师指导下取得的研究成果。
除了文中特别加以注释和致谢的地方外，设计中不包含其他人已经发表的研究成果。
与本研究成果相关的所有人所做出的任何贡献均已在设计中作了明确的说明并表示了谢意。
签名：
__________________
________年______月_____日
授权声明
本人完全了解许昌学院有关保留、使用本科生毕业论文（设计）的规定，即：
有权保留并向国家有关部门或机构送交毕业论文（设计）的复印件和磁盘，允许毕业论文（设计）被查阅和借阅。
本人授权许昌学院可以将毕业论文（设计）的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编论文（设计）。
本人论文（设计）中有原创性数据需要保密的部分为（如没有，请填写“无”）：
学生签名：
年 月 日
指导教师签名：
年 月 日
目 录
家庭电话自动拨号报警装置设计
前言
改革开放以来，经济高速发展。
在城市大发展的过程中，大量外地人口涌入城市，给社会治安带来很大压力。
工厂、机关和居家失盗、失火事件时有发生,个别地方尤为严重，损失惊人。
由此引起社会各界人士的普遍关注，有些部门和小区开始派人白天夜间巡逻，并购置防护铁门、铁栏杆等被动防范措施。
在保护了人身财产安全的同时，增加了很多的安全隐患。
而且，由于报警的不及时，造成了很多不必要的损失。
本文介绍的电路就能解决这个问题，该电路接到电话机的电话线上使用，不需要人员的操准，能自动、及时的完成报警动作。
这样不仅减少了对于工作人员的需求，而且还可以提高出警的准确性、迅速性，对于人身财产的安全起到很好的防护作用。
1.电话自动拨号报警器的功能和总体设计
本次设计为基于单片机的电话自动拨号报警系统。
系统分为五个模块：
单片机控制模块，报警信号输入模块，电话号码存储模块，摘挂机控制模块，DTMF收发模块。
1.1电话自动拨号报警器的功能
它的功能有电话号码的输入、存储、断电不会丢失。
可以保存多组号码。
可以检查显示已存储的号码。
从传感器得到信号时（即有警情），可以自动拨号，达到报警的目的。
安装不同的传感器可组成不同的报警功能，用于不同的场合。
利用传感器的报警信号作为单片机的中断信号，从而启动单片机进行自动电话的拨号功能。
1.2电话自动拨号报警器的硬件设计方案
系统硬件框图见图1-1所示，本系统是利用电话网来传输数字和语音信息的，系统在工作时报警检测电路中二氧化碳传感器的输出电压会随着空气中二氧化碳气体浓度的变化而变化，当发生火灾时，随着二氧化碳气体浓度升高，传感器输出电压也会随之变高，当输出电压高于预先设定的比较器反向输入端的基准值时就会产生报警信息，检测电路就把警情信息转换为电平信号传送到单片机，单片机收到警情信号后，立即控制摘机电路摘机，同时控制双音多频发送电路拨打预先存在E2PROM存储器CAT24C021中的电话号码，实现自动拨号报警功能。
当有人非法入室时，人体传感器通过红外探测采集盗窃信号输入，系统将会自动摘机并检测电话是否处于可拨号状态。
若是，则拨预存的电话号码，若不是，则挂机并延时后重复上述过程。
在拨号以后，系统会判断电话线的状态是否为回铃音以及对方是否摘机，如果是，则播放录制好的语音报警内容，否则，挂机以后延时重拨。
图1-1基于单片机的电话自动拨号报警器的系统硬件
1.3电话自动拨号的主电路图
执行完初始化程序后，首先判断有无报警信号，若没有报警信号，则判断用户是否按下修改键修改报警电话号码，若用户没有按下修改键，则继续判断有无报警信号，若用户按下了修改键则需要用户继续输入报警时所要拨打的电话号码，以停止键来判断是否输完，若没输完则继续输，输完后则存入E2PROM存储器CAT24C021中，若有报警信号，首先判断设置的标志位是否为1，若不为1，则单片机立刻控制P口，令P1.5为低，执行摘机后，从CAT24C021中读取报警电话号码，并显示要拨打的电话号码，最后把电话号码发送到MT8880拨打报警电话号码。
图1-1模拟摘挂机及DTMF信号放大部分电路图
图1-2传感器的电话号码存储部分电路图
图1-3MT8880接口电路部分电路图
2.各功能模块设计
各系统模块的构成元件和功能如表2-1所示。
表2-1系统模块的构成元件和功能
系统模块
主要构成元件
功能简介
单片机
AT89C51
通过程序对整个系统进行控制
双间多频发送装置
HA868（Ⅲ）P/TD型电话机及其内部拨号芯片W19930
接收从电话线上来的多音多频信号并将其转化为数字信号,然后送入单片机才将欲拨电话号码转化为双间多频信号送上电话线,实现拨号功能
语音装置
SR9F26单片永久记忆型语音芯片
存储语音,以使在报警时,将事先存入的送出通知对方
信号检测装置
74LS14
完成电话线上的信号（如回铃音、拨号音、忙音、无效号码音以及振铃信号的判断
传感器
P2288
产生报警信号
电话机单元
HA868（Ⅲ）P/TD型电话机
产生双音频拨号信号
2.1单片机的介绍
AT89C51单片机引脚图如图2-1所示。
图2-1AT89C51单片机引脚图
2.1.1单片机AT89C51的主要特性
它可以与MCS-51兼容，具有4K字节可编程闪烁存储器。
它的寿命为1000写/擦循环，它的数据保留时间为10年，它全静态工作时频率为0Hz-24Hz，它可以进行三级程序存储器锁定。
它有128*8位内部RAM，32可编程I/O线，5个中断源和两个16位定时器/计数器。
它同时具有低功耗的闲置和掉电模式，片内振荡器和时钟电路，它也可编程串行通道[]。
2.1.2单片机AT89C51的管脚说明
GND接地。
VCC接供电电压。
P0口是一个8位漏级开路双向的I/O口。
P0口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FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0口输出原码，此时P0口外部必须被拉高。
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后，被内部上拉为高电平时，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是缘于内部上拉。
在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/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口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/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，如表2-2所示，P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号[]。
表2-2P3口特殊功能口
口管脚
备选功能
P3.0
RXD（串行输入口）
P3.1
TXD（串行输出口）
P3.2
INT0（外部中断0）
P3.3
INT1（外部中断1）
P3.4
T0（记时器0外部输入）
P3.5
T1（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）
RST为复位输入。
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。
ALE/PROG表示当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。
在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。
在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令时ALE才起作用。
另外该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
PSEN外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时，这两次有效的PSEN信号将不出现。
当EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。
注意加密方式1时，EA将内部锁定为RESET,当EA端保持高电平时，此间有内部程序存储器。
在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源VPP。
XTAL1为反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2是来自反向振荡器的输出[]。
2.1.3AT89C51芯片擦除
三个锁定位和整个PEROM阵列的电擦除可以通过正确的控制信号组合，并且使ALE管脚处于低电平10ms来完成。
在芯片擦除的操作中，代码阵列会全部被写为“1”，并且在任何非空存储字节将被重复编程以前，该操作必须先被执行。
此外AT89C51本身设有稳态逻辑，它可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。
在闲置模式下，CPU停止工作。
但RAM、定时器、计数器、串口和中断系统仍在工作。
在掉电模式下，将保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止[]。
2.2摘挂机电路模块
按照国家相关的标准规定：
所有电话机，处于摘机状态的直流电阻都应不大于300Ω。
处于挂机状态时，其漏电流应不大于5uA。
当处于用户摘机时，电话机会通过叉簧接上大约300Ω的负载，使整个电话线回路中流过大约30mA的电流。
当交换机检测到这种电流后，便会停止铃流发送，并将线路中的电压变成十几伏的直流，以完成接续[]。
电路图如图2-2所示，其工作原理是：
当微处理器的P1.5口是低电平时，由于电阻R11、R12和光耦内部的LED形成了回路，光耦内部发光二极管将被点亮，发光二极管点亮后照射到光敏三极管上，光线相当于基极电流的作用，从而激发产生集电极电流，光敏三极管将导通，发光二极管D8被点亮，从而三极管Q3基极有个较大的电压，三极管导通并达到饱和，继电器闭合。
当微处理器的P1.5口是高电平时，光耦不导通，发光二极管D8也不亮，三极管Q3截止，继电器不会闭合。
图2-2模拟摘挂机电路图
2.3显示和键盘模块
该模块是用来显示报警电话号码的。
键盘显示电路用HD7279芯片，HD7279是一片具有串行接口可同时驱动8位共阴式数码管（或64只独立LED）的智能显示驱动芯片，它同时可连接多达64键的键盘矩阵，单片就可以完成LED显示键盘接口的全部功能。
HD7279内部有译码器，可直接接受BCD码或16进制码。
并且具有2种译码方式，它还具有多种控制指令，比如闪烁、消隐、段寻址、左移、右移等。
HD7279芯片具有片选信号，可以方便地实现多于64键的键盘接口和多于8位的显示。
HD7279芯片和微处理器之间采用串行接口，其接口电路和外围电路相对简单，占用I/O口线少，达到简化硬件电路的目的。
2.4DTMF收发模块
DTMF信号的发生器和DTMF按键的号码盘相连，每掀一个号码键，电话机就会发生两个相对应的音频信号组合，用它来控制交换机以连接到被叫用户。
DTMF按键盘可采用八中取二，或者七中取二的音频方式，8个频率可分为两组，按频率的高低可分为高频群和低频群，每个群各有4个频率，每撤消键盘上一个号码，高频群和低频群将各送一个频率进行组合，输出就成了双音多频信号，这样共有16种组合，号码和频率的对应关系如表2-3所示。
每个号码所对应的两个频率互相不为整数比.其中高频群中频率1633HZ用做备用频率，就成了七中取二的方式，此时就只有12个号码。
而这12个号码所代表的拉伯数字“0—9”以及“*”、“#”通常就够用了，其中符号“*”、“#”可以用来表示一些特殊的功能，如“暂停”、“重发”。
当采用十六键时高频群中的最高频率1633HZ做为备用频率，（A）—（D）预定为数据通信和其它功能[]。
按键号码
高频群
H1
1209HZ
H2
1336HZ
H3
1477HZ
H4
1633HZ
低频群
H1
697HZ
1
2
3
A
H2
770HZ
4
5
6
B
H3
852HZ
7
8
9
C
H4
941HZ
*
0
#
D
表2-3号码和频率的对应关系
考虑到简化设计、降低成本、减少体积等因素，本设计采用MITEL公司生产的DTMF收发器，MT8880芯片作为收发电话双音多频信号的解码核心。
MT8880是一个带有呼叫处理滤波器的单片DTMF收发器。
它的主要特点是：
数据传送稳定，集成度高，抗干扰强，具有多种工作模式，容易与微机接口，可编程控制等。
其引脚图如图2-3所示。
图2-38880芯片管脚图
主要管脚功能简介：
VSS、VCC为电源接入端，一般采用5V供电。
OSC1、OSC0为3.5795MHz的晶振接入端，若外加时钟从OSC1经电容耦合输入时，OSC0端开路。
D0、D1、D2、D3为数据总线端，当CS=1时,D0、D1、D2、D3呈高阻态。
VREF为基准电压输出端。
IN+、IN-为芯片内部运放同相、反相输入端。
GS为增益选择端，此引脚与IN-之间接一个反馈电阻可调节运放的增益。
R/W为读/写控制端，与TTL兼容，高电平时控制片内的数据读入微处理器。
TONEOUT为双音多频或行/列单频输出端。
CS为片选信号端,当CS为TTL低电平时，该芯片被选通。
CP为系统时钟输入端。
RSI为芯片内部寄存器控制端。
Est为初始控制输出端，当检测出一种有效的单音对时，则Est为高电平。
St/GT为控制输入/时间监测输入端。
IRQ/CALL为中断请求或电话信号音检测输出端[]。
当MT8880发送DTMF信号时，被发送的信号从数据总线D1～D3经数据总线缓冲器送到发送数据的寄存器，控制可编程行、列计数器，经D/A变换器合成DTMF信号。
在音频突发开门控制和控制逻辑作用下，从TONE发送出去。
MT8880芯片内部的控制寄存器和状态寄存器中的数据写入和读出由RSI及R/W信号控制，具体内容如表2-4所示。
RSI
R/W
功能
0
0
数据写入发送数据寄存器（TDR）
0
1
数据从接收数据寄存器（RDR）中读出
1
0
数据写入控制寄存器（CRA，CRB）
1
1
数据从状态寄存器（SR）中读出
表2-4内部寄存器数据的写入、读出控制
控制寄存器CRA，CRB及状态寄存器SR的各比特位b0～b3的名称如表2-5所示。
表2-5内部寄存器各比特位的名称
寄存器
B0
B1
B2
B3
CRA
TOUT
MC
IRQ
RS
CRB
BURST
TEST
S/D
C/R
SR
中断允许
突发模式下TDR空
RDR满
延时控制
在CRA中，TOUT允许TONE输出，高电平有效。
MC为模式控制，当B1=1时，为单频模式，当B1=0时,为DTMF模式。
IRQ为中断允许，当B2=1时，中断有效，当B2=0时，中断无效。
RS为寄存器选择，当B3=1时，下一个写周期选择写CRB，一次性选择完成。
在CBR中，BURST为突发选择，当B0=1时，选择发送连续的DTMF信号，当B0=0时，选择MT8880工作于突发模式，在该模式下将TDR中的数据以其对应的DTMF信号发送出去，持续时间为51ms。
TEST在B1为高电平时，为选择测试模式。
S/D产生单/双音。
当B2为高电平时，产生行/列单音信号，当B2为低电平时，产生DTMF信号。
C/R行/列单音产生。
当B2=1、B3=0时，选择行对应的单音频，当B2=1、B3=1时，选择列对应的单音频。
在SR中，B0中断允许位。
当B0=0时，中断禁止，读出数据后清零；当B0=1时，中断发生，B1、B2被设定。
B1为突发模式下TDR是否空的标志。
当B1=0时，表示SR读完数据后或非突发模式下清零；当B1=1时，突发模式下的暂停时间完，TDR空，准备发送新的数据。
B2为RDR满的标志。
B2=0表示SR读完数据后清零；B2=1表示RDR中已有有效数据。
B3为延时控制。
B3=0表示有效的DTMF信号检测功能已清零（复位）；B3=1表示不能对DTMF信号进行有效检测[]。
本设计选择的工作模式为DTMF模式，用突发方式发送，控制寄存器CRA中的4比特位是1001（B），B0=1表示允许8脚有DTMF信号输出，B1=0表示选择DTMF模式，B2=0表示中断不允许，B3=1表示下一周期是写CRB控制寄存器。
控制寄存器CRB的4比特位是0000（B），B0=0表示选择电路工作于突发模式，B1=0表示工作在非试验模式，B2=0表示选择只产生DTMF信号，而不产生行/列单音信号，B3=0或B3=1均可。
因MT8880产生的DTMF波功率和从电话线来的DTMF波的幅值很小，所以在MT8880的发射端加了一级运放LM386进行功率和幅值的放大，再经耦合线圈送到电话线上。
电路原理图如图2-4及图2-5所示。
图2-4MT8880接口电路
图2-5DTMF信号放大电路图
MT8880从TONE端输出双音频信号时，它的输出电阻最小为10KΩ，电容C11可用来清除高频干扰，在没接放大器的情况下，该端输出的双音频信号的峰峰值在2.4V左右。
该信号不能直接加到耦合线圈两端，因为耦合线圈阻值较小，分压后加在耦合线圈两端的电压值也很小，而且功率也很小，所以传送到电话线上的信号特别弱，程控交换机无法识别，将造成发送DTMF信号失败，而考虑到放大器输入电阻很大，所以可利用放大器使MT8880发出的双音频信号正常输出。
经调试最后选取放大器为LM386，改变电位器R18可改变其放大倍数，为了使放大倍数调为0.5倍，可调节R18=5KΩ，这样在放大器的输出端就可以获得峰峰值为1V左右的双音频信号，其中C9、C10选用10µF，而C8选用220µF。
2.5电话号码存储模块
本设计用E2PROM存储芯片CAT24C021，CAT24C021是集E2PROM存储器、复位微控制器和看门狗定时器三种功能与一体的I2C串行CMOSE2PROM器件。
电路图如图2-6所示。
图2-6电话号码存储电路图
CAT24C021的看门狗定时器给微控制器提供一个独立的保护。
当系统出现故障时，1.6秒后看门狗会定时溢出，而CAT24C021会发出一个复位信号。
通过SDA管脚控制对看门狗进行操作。
如果CPU在1.6秒后没有触发SDA，看门狗的计数器会溢出，给CPU一个复位信号。
SDA管脚上电平的任何跳变都将会清零看门狗定时器。
而只要产生复位信号，看门狗定时器都将不再计时并且保持清零状态。
当预置报警电话号码时，可借助7279键盘把号码送入单片机，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CAT24C021写入。
当需要读取报警的电话号码时，由单片机读出CAT24C021的存储号码，送至MT8880，输出对应的DTMF信号，传送到电话线上[]。
2.6报警信号输入
根据设计要求本部分采用了以二氧化碳传感器GE-E和比较器LM393为核心的烟雾报警器，该二氧化碳传感器稳定性好、灵敏度高、检测范围为100-10000PPM[]。
传感器结构及典型连接电路分别如图2-7和图2-8所示。
图2-7传感器结构
图2-8传感器典型连接电路图
电源Vh对传感器加热丝加热，当气体浓度变化时，1端与4端的电阻会产生变化，经分压原理可知输出电压VL的大小与电阻R成正比，也就是与气体浓度成正比。
二氧化碳传感器GS-E的技术指标如表2-5所示。
表2-5二氧化碳传感器GS-E的技术指标
参数名称
加热电压
测量电压
洁净空气中的电阻
响应时间
恢复时间
灵敏度
符号
Vb
Vc
R0
tres
trec
β
单位
V
V
千欧
秒
秒
倍
参数值
5
5-10
分档
<10
<40
>5
输出电压的决定因素有三个：
（1）图中电阻R的大小。
（2）系统所加的电源电压。
（3）空气中二氧化碳气体的浓度[]。
本次设计的电路图如图2-9所示，电源电压用+5V，在正常情况下，空气中的二氧化碳的浓度是一定的，可以调节分压电位器R29的大小来改变传感器正常情况下的输出电压，在本设计中，将正常情况下的输出电压调成1.0V。
图2-9二氧化碳传感器电路图
盗情检测的红外传感装置由P2288，BIS001及其外围元件组成。
传感器采用的是P2888型号的热释电红外传感器，也叫人体传感器。
当有人进入探测范围时，传感器输出正向电压到单片机，从而启动单片机按设定的程序工作。
热释电红外探测器是
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