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安防系统
摘要
本设计的名称为“智能红外报警系统”。
这是一种新型多功能无线防盗报警器，带有报警和数字硬盘摄象双重功能。
该设计的实物将有功能扩展性好，硬件配置先进等优点。
此套报警系统对防范盗窃和追捕盗窃犯，有着重要的实用意义。
该设计的完成主要由两个因素驱动，其一，满足消费需求的程度和领先性；其二，科学技术的发展。
智能红外报警系统以AT89S51为核心，硬件设计按照功能可分为八部分：
主机、双音多频（DTMF）拨号电路、信号音检测电路、盗情监测、报警电路、自动应答电路、键盘电路、电源电路。
软件采用汇编语言编写，模块化程序设计；主要包括主程序、中断程序、显示程序、录音程序、电话号码输入程序等模块。
该设计主要有以下几个特点：
1.由于防盗报警系统用途的特殊性，这就需要防盗报警系统不断改进其功能以应对盗贼层出不穷的盗窃手段。
在设计时，充分考虑这一问题，使得系统的功能有着很好的扩展性，可以针对不同的场合，进行系统的改进。
2.在设计时，考虑到实际现场环境和用户的安全防范要求。
3.具有防拆动、防破坏功能。
当报警探测器受到破坏、人为将其传输线短路或断路时，均能产生报警信号输出。
4.具有一定的抗干扰能力，可以防止各种误报现象的发生，例如：
防宠物和小动物骚扰、抗因环境条件变化而产生的误报干扰等。
关键词：
防盗报警；智能报警系统；语音报警；DTMF拨号
Abstract
Thedesignforthename"wirelessinfrareddetectors."Thisisanewtypeofmultifunctionalwirelesssecuritydetectors,adigitalharddiskvideowarninganddualfunctions.Thephysicaldesignwillbefunctionalexpansionisgood,andadvancedhardwareconfigurationadvantages.Thissetswarningsystemstopreventtheftandthepursuitofthieves,haveimportantpracticalsignificance.Thecompletionofthedesigndrivenmainlybytwofactors,first,tomeetconsumerdemandandtheextenttowhichlead；Second,thedevelopmentofscienceandtechnology.
SmartinfraredalarmsystemsuseAT89S51asthecore,inaccordancewiththefunctionalhardwaredesigncanbedividedintoeightparts:
Mainframe,DTMFdial-upcircuits,thesoundsignaldetectioncircuit,bootlegging,intelligence,surveillance,alarmcircuits,automaticresponsecircuit,keyboardCircuit,powersupplycircuit.Usingsoftwarewritteninassemblylanguage,modularprogramdesign;Includingmainprogram,interruptprogram,displayprogram,audioprogram,telephonenumberinputprogramandsoon.
Thedesignofthefollowingmaincharacteristics:
1.Asanti-theftwarningsystemusesunique,whichrequiresanti-theftwarningsystemtocopewiththecontinuousimprovementofitsfunctionofthethievesarestealingtools.Inthedesign,fullyconsiderthismatter,ithasverygoodfunctionalsystemexpansionary,ondifferentoccasions,thesystemimproved.2.Inthedesign,takingintoaccounttheactualenvironmentandthesafetyofusersagainsttherequest.3.Withanti-demolitionmove,andagainstthedestructionoffunctions.Whenthepoliceprobedamaged,itspeoplewillshort-circuitoropencircuittransmissionline,canhaveawarningsignaloutput.4.Acertainantijammingcapabilities,canpreventmisreportingphenomena。
Keywords:
anti-theftalarm;intelligentalarmsystem;phoneticalarm;DTMFdial-up
目录
第1章绪论1
1.1引言1
1.2智能红外报警系统系统特点1
1.3主要工作内容和意义2
第2章系统总体设计方案3
2.1智能红外报警系统的总体构成3
2.2系统的基本工作过程5
第3章智能红外报警系统硬件设计6
3.1热释电红外探测器的设计6
3.1.1热释电红外传感信号处理器BIS00016
3.1.2热释电红外探测器的电路8
3.2报警主机8
3.2.1AT89S51芯片介绍8
3.2.2主机硬件电路设计10
3.3自动拨号电路的设计12
3.3.1电路的原理与组成12
3.3.2拨号电路的设计12
3.3.3MT8888与AT89S51的接口电路17
3.4语音电路的设计18
3.4.1ISD1420芯片简介18
3.5电话接口电路22
3.6断线检测电路23
3.7键盘接口电路24
3.8电源电路的设计25
第4章自动报警器软件设计26
4.1主程序设计26
4.2控制模块设计27
4.3信号音检测与判断模块程序设计29
4.4语音模块程序设计31
4.5拨号模块程序设计32
4.6摘挂机模块程序设计37
4.7密码子程序的设计37
4.8键盘扫描程序设计38
第5章系统调试41
5.1软件调试41
5.2硬件调试42
5.2.1探测器调试42
5.2.2自动报警电路调试42
第6章系统的抗干扰设计44
6.1系统硬件抗干扰措施44
6.2系统软件抗干扰措施44
第7章结论46
参考文献47
致谢48
附录Ⅰ49
附录II62
附录Ⅲ63
第1章绪论
引言
随着人类社会的进步和科学技术的迅猛发展，人类开始迈入以数字化和网络化为平台的智能化社会，人们对工作、生活等环境的要求也越来越高，开始出现了诸如智能化仪表、智能化家电、智能化汽车、智能化小区等具有不同智能程度的产品、设备、工具甚至工作环境和生活环境，并且呈现出高速发展的趋势。
伴随着数字化和网络化的进程，智能化的浪潮席卷了世界的每一个角落，成为一种势不可挡的历史趋势。
这就对建筑中所设置的安防设施提出了更高的要求，以确保人员生命和公私财产的安全。
智能红外报警系统是安防设施中最基本和最重要的组成部分。
传统报警控制器采用开关量探测器，信息不够丰富。
本文介绍一种用热释电探测器的智能型红外报警系统的设计。
智能红外报警系统特点
现代企业建筑的特点及对智能红外报警系统的要求监控是：
系统具有占地面积大、监控点多、环境干扰严重的客观条件。
另外，系统占地面积大、监控点多，企业周界较长，职守人员难以全面观察到所有场景。
这就要求其安防系统不仅要有较强的防范能力及报警功能，而且要具有较高的自动化、智能化，能自动响应报警信号、调用相应的摄像机画面、发出声光警报，并能根据报警信号的来源和性质做出一些判断，向职守人员提供相应的处理方案和启动某些防范手段，从而减小职守人员的工作强度，加强快速反应能力。
系统组成：
现代智能红外报警系统的组成上与一般安防系统基本结构相似，但是对系统的智能化、自动化要求比较高。
其子系统较多，功能要求完备，系统的稳定性和可靠性要求也高。
通常情况下，其系统中包含有闭路电视监控子系统、报警子系统、监听子系统、广播子系统、联动控制模块等。
随着多媒体技术的发展及多媒体计算机的应用和超大存储容量硬盘的出现，可在系统中采用多媒体计算机进行辅助控制、硬盘录像等技术，并可通过程序实现预警、远程传输、远程控制功能，体现出系统的智能化、自动化。
具有多媒体计算机的安防系统中，很多功能均可通过程序实现。
随着编程技术的发展，程序的功能越来越强大，界面越来越友好，具有很强的易操作性。
其系统功能的升级可通过软件升级的方法来进行，即可减少系统维护的工作量，又能减少系统投资。
目前，许多安防产品都提供了自己的基于Windows的多媒体控制软件，可以通过在这些软件上外挂一些适用于现代监控系统的程序，从而提供更多的功能，如预警、远程传输等。
本文所要介绍的智能红外的安全防范系统，正是在企业、住宅安防系统蓬勃发展的背景下为了满足用户对安全的强烈要求而设计并开发的。
本文提出一种基于公用电话网络的智能住宅安全监控系统的设计思想并加以实现。
该系统利用成熟的微电脑技术，采用普通电话线传输报警信号。
主要工作内容和意义
本课题根据智能红外报警系统的发展现状及其发展趋势，研究并设计了一个比较完整的安全防范系统，其中重点设计了基于PC单片机的防盗报警系统。
防盗报警系统包括探测器、自动报警器、电源自动切换等组成部分，并引入模块化思想，从而使系统整体更简洁、完善。
本课题重点设计了自动拨号报警部分，其中对以DTMF拨号的工作原理作了详细分析。
本课题内容属于硬件电路的设计与应用方面，实现过程包括电路原理设计、元器件（芯片）选择与特性测试、分立组件面板模拟、编制程序及软件调试、整体电路编程器调试等。
智能红外报警系统是我国未来国家智能的重点发展方向，而智能防盗报警系统又是当前智能报警领域的技术热点，因此，开发一套功能和结构合理、包含多种技术和功能的高性价比的新型报警系统具有重要的现实意义。
第2章系统总体设计方案
智能报警系统的总体构成
目前在国内各种安防设备的越来越多，控制线路也日趋复杂。
但存在某些系统性价比低下，使用的系统与设备不符合标准化及开放性的要求及智能化相关产品不成熟等问题。
也已经有很多产品实现了无线化，例如各种无线探测器、摄像机等，但是在技术上还不十分完善。
在满足防盗报警功能要求的同时应使安装工作和使用简单化，并且能保证很好的灵活性和低廉的运行成本。
因此本课题从智能报警系统的简单、可靠、低成本等方面进行研究和设计。
这里涉及到智能报警系统的功能、可靠性以及在使用过程中是否简单方便、便于编程等一系列的问题。
经过长期调查研究，从技术上认真分析，认为需满足下列技术要求，方能实现功能完善、操作方便、经济可靠这些主要目标：
（1）通过探测器检测警情，报警器灵敏度要高，又要求防止误报；
（2）控制器可以实现自动模拟摘挂机；
（3）通过DTMF自动拨号，语音报警；
（4）控制器设置密码校验；
（5）用EEPROM固化程序，程序中的关键数据可以修改又不因掉电而丢失；
（6）停电保护。
断电后，本报警器的备用电池立即自动启用，可支持24小时；
（7）如因故死机，应能自动恢复正常运行；
为此采用以下技术措施，实现上述目标：
（1）采用公用电话线作为信息传输媒体，不用无线电方式。
（2）传送报警信息用语音方式。
语音简短明确，可在电话机上收听，使用方便。
（3）使用看门狗电路，因故死机后能自动恢复正常运行。
（4）采用电话断线检测电路，在电话线被破坏后现场警报。
（5）加后备电源。
根据智能报警系统的具体设计要求，设计此系统必须具有以下单元功能模块：
（1）前端探测器；
（2）自动摘挂机；
（3）密码校验；
（4）在线修改密码；
（5）双音频信号译码；
（6）语音录放；
（7）主控制器；
为了使系统的结构、性能、体积以及成本达到最优化的组合，必须对完成各功能的软件和硬件作出不同的分工，具体如下：
探测器、电源和自动摘挂机部分必须使用具体的电路来实现；连接电话机和系统之间的部分也只能用硬件电路来实现；振铃音计数、忙音计数、密码校验、在线修改密码、输入信息分析处理以及信号音的识别等功能模块使用软件编程方式要比硬件电路简单得多，还可减小系统的体积，降低成本，实现也很容易。
因此，探测器、电源、自动摘挂机、电话接口、DTMF拨号以及录放音的启动等功能模块用硬件电路实现；而振铃音计数、忙音计数、密码校验与在线修改、输入信息的分析处理等功能模块使用软件编程完成。
我们将在后续章节对系统硬件和软件部分的设计作详细地介绍。
由单片机构成主控部分，进行主要的信息处理，接收外部操作指令形成各种控制信号，并完成对于各种信息的记录；接口电路提供单片机与电话外线的接口。
其中包括摘挂机控制、忙音检测、双音频DTMF识别，及语音提示电路等。
系统结构框图如图2.1所示。
图2.1系统结构框图
单元模块的功能如下：
前端探测器/传感器完成对人体热释电红外信号的可靠监测工作。
它将数据采集、A\D转换、比较判断等功能集成于一体，输出报警开关量，即只有实际参数达到用户设定的报警值时，才输出报警开关信号，然后送给自动报警器主机。
自动报警主机的核心器件是单片机，它是整个系统的“心脏”，由它来接收报警信号并控制、协调各功能模块的正常工作，本系统采用的是AT89S51单片机。
输入输出设备包括键盘、指示灯、按钮或开关等。
键盘用于用户密码的输入、修改、预存电话号码的输入等；按钮或开关用于系统电路调试工作或一些用到手工触发的场合。
考虑到系统使用时的安全性和保密性，特设计了密码控制电路，只有主人才可以通过密码验证来控制系统的运行和停止。
看门狗电路完成对系统电源电压的监测工作，EEPROM中存储系统的一些原始参数、重要数据（预存电话号码、系统密码等）。
拨号电路主要采用MITEL公司的编/译码集成芯片MT8888来完成电话号码的发送，并配合单片机完成电话线上各种信号音的监测等工作。
语音电路采用美国TSD公司的高保真录放一体化语音芯ISD1420来完成报警时进行语音提示的预存工作，根据警情进行相应的提示语音录存。
系统的基本工作过程
报警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，报警主机放在家里比较隐蔽的区域。
在通常情况下，监控器是处于休眠状态，当用户要出门，家中没人时，用户可以通过键盘启动监控器，监控器接到用户命令后，等待一个时间，让用户启动监控器后有足够的时间离开住宅，该时间过后，监控器会启动探头，此时监控器处于真正的布防状态，只要有人在探头检测范围内经过，而他又不能在规定的时间内输入正确的密码进行撤防，报警探测器立即向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，从EEPROM中读出相应的报警电话号码，通过双音多频拨号芯片自动拨打用户预先设置好的报警电话号码进行远程拨号报警；待对方摘机后，启动语音电路，将预先录制好的语音信息通过电话线传给对方，通知对方发生警情，同时自动记录警情信息，以备查询；如果对方没有摘机，就连续拨打三次，并进行现场警铃报警。
第3章
智能红外报警系统硬件设计
热释电红外探测器的设计
热释电红外传感信号处理器BIS0001
热释电红外探测器电路采用的器件是热释电红外传感信号处理器BIS0001、热释电红外传感器RE200B和少量外接元器件。
芯片特点：
●CMOS工艺制造
●数模混合
●具有独立的高输入阻抗运算放大器
●内部的双向鉴幅器可有效抑制干扰
●内设延迟时间定时器和封锁时间定时器
●采用16脚DIP封装
一、引脚介绍
BIS0001引脚排列如图3.1所示：
图3.1BIS0001引脚图
表3.1是BIS0001的管脚说明：
表3.1BIS0001的管脚说明表
引脚
名称
I/O
功能说明
1
A
I
可重复触发和不可重复触发选择端。
A为‘1’时，允许重复触发；
2
Vo
O
控制信号输出端。
3
RR1
O
输出延迟时间Tx的调节端
4
RC1
O
输出延迟时间Tx的调节端
5
RC2
O
触发封锁时间Ti的调节端
6
RR2
O
触发封锁时间Ti的调节端
7
VSS
O
工作电源负端
8
VRF
I
参考电压及复位输入端。
9
VC
I
触发禁止端。
当Vc当Vc>VR时允许触发
10
IB
I
运算放大器偏置电流设置端
11
VDD
I
工作电源正端
12
2OUT
O
第二级运算放大器的输出端
13
2IN-
I
第二级运算放大器的反相输入端
14
1IN+
I
第一级运算放大器的同相输入端
15
1IN-
I
第一级运算放大器的反相输入端
16
1OUT
O
第一级运算放大器的输出端
二、BIS0001组成及工作原理
BIS0001是由运算放大器、电压比较器、状态控制器、延迟时间、定时器以及封锁时间定时器等构成的数模混合专用集成电路。
BIS0001有两种工作方式，为可重复触发方式和不可重复触发方式。
在本电路中，将A设为“0”，即将“1”脚置为低电平，置BIS0001为不可重复触发方式，故在延时周期Tx内，任何VZ的变化都被忽略，直至延时周期Tx时间结束，电路不会被重复触发。
这样做的好处是可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰。
首先，根据实际需要，利用运算放大器OP1组成传感信号预处理电路，将信号放大。
然后耦合给运算放大器OP2，再进行第二级放大，同时将直流电位抬高为VM（≈0.5VDD）后，将输出信号V2送到由比较器COP1和COP2组成的双向鉴幅器，检出有效触发信号Vs。
由于VH≈0.7VDD，VL≈0.3VDD，所以，当VDD=5V时，可有效抑制±1V的噪声干扰，提高系统的可靠性。
COP3是一个条件比较器。
当输入电压Vc而当Vc>VR时，COP3输出为高电平，进入延时周期。
热释电红外探测器的电路
红外探测器的电路原理图如图3.2所示：
图3.2红外探测器的电路原理图
当热释电红外探头接收到人体发出的红外线后，经过转化，将信号传输到BIS0001的第一级运算放大器的同相输入端，即14脚，从U0脚（2脚）输出高电平信号，送单片机进行报警处理。
在本设计中，输出信号为脉冲信号，送给单片机的信号是高低电平，很容易实现检测并报警。
输出延迟时间Tx由外部的R9和C7的大小调整，值为Tx=24576×R9×C7；触发封锁时间Ti由外部的R10和C6的大小调整，值为Ti=24×R10×C6。
报警主机
自动报警器是本课题的设计重点，主要包括控制器、拨号模块、语音模块、电话接口模块、键盘模块以及电源模块。
本章主要介绍系统各个模块的硬件部分的设计，包括微处理器主机的设计、自动拨号和语音电路的设计、电话接口电路的设计、键盘电路的设计、系统电源的设计。
AT89S51芯片介绍
一、AT89S51性能简介
在众多的51系列单片机中，要算ATMEL公司的AT89C51，AT89S51更实用，因它不但和8051指令、管脚完全兼容，而且其片内的4K程序存储器是FLASH工艺的，这种工艺的存储器用户可以用电的方式瞬间擦除、改写，一般专为ATMELAT89XX做的编程器均带有这些功能。
显而易见，这种单片机对开发设备的要求很低，开发时间也大大缩短。
写入单片机内的程序还可以进行加密，这又很好地保护了你的劳动成果。
而且，AT89C51，AT89S51目前的售价比8031还低，市场供应也很充足。
89S51目前已经成为了实际应用市场上新的宠儿，与AT89C51比较，89551在工艺上进行了改进，采用0.35μm新工艺，成本降低，而且将功能提升，增加了竞争力。
89SXX可以向下兼容89CXX等51系列芯片。
AT89S51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压、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AT89S51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。
AT89S51主要功能列举如下：
1、为一般控制应用的8位单芯片
2、晶片内部有时钟振荡器（传统最高工作频率可至12MHz）
3、内部程式存储器（ROM）为4KB
4、内部数据存储器（RAM）为128B
5、外部程序、数据存储器可扩充至64KB
6、32条双向输入输出线，且每条均可以单独做I/0的控制
二、引脚介绍
引脚排列如图3.3所示：
图3.3AT89S51引脚图
AT89S51各引脚功能介绍：
VCC：
AT89S51电源正端输入，接+5Vo
VSS：
电源地端。
XTAL1：
单芯片系统时钟的反相放大器输入端。
XTAL2：
系统时钟的反相放大器输出端。
RESET：
AT89S51的重置引脚，高电平动作。
EA/Vpp：
表示存取外部程序代码之意，低电平动作。
ALE/PROG：
表示地址锁存器启用信号。
PSEN：
其意为程序储存启用，当8051被设成为读取外部程序代码工作模式时（EA=0），会送出此信号以便取得程序代码。
PORT0（P0.0～P0.7）：
端口0是一个8位宽的开路源极双向输出入端口，共有8个位，P0.0表示位0。
PORT2（P2.0～P2.7）：
端口2是具有内部提升电路的双向I/0端口，每一个引脚可以推动4个LS的TTL负载，若将端口2的输出设为高电平时，此端口便能当成输入端口来使用。
P2除了当做一般I/0端口使用外，若是在AT89S51扩充外接程序存储器或数据存储器时，也提供地址总线的高字节A8～A15，这个时候P2便不能当做I/0来使用了。
PORT1（P1.0～P1.7）：
端口1也是具有内部提升电路的双向I/0端口。
PORT3（P3.0～P3.7）：
端口3也具有内部提升电路的双向I/0端口，输出缓冲器可以推动4个TTL负载，同时还多工具有其他的额外特殊功能，包括串行通信、外部中断控制、计时计数控制及外部数据存储器内容的读取或写入控制等功能。
其引脚分配如下：
P3.0：
RXD，串行通
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