家庭智能紧急呼救系统的设计.docx
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家庭智能紧急呼救系统的设计
家庭智能紧急呼救系统的设计
家庭智能紧急呼救系统的设计
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
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所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
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学位论文原创性声明
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除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
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日期：
年月日
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本人授权 大学可以将本学位论文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和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名：
日期：
年月日
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日期：
年月日
注意事项
1.设计（论文）的内容包括：
1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）
2）原创性声明
3）中文摘要（300字左右）、关键词
4）外文摘要、关键词
5）目次页（附件不统一编入）
6）论文主体部分：
引言（或绪论）、正文、结论
7）参考文献
8）致谢
9）附录（对论文支持必要时）
2.论文字数要求：
理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。
3.附件包括：
任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。
4.文字、图表要求：
1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写
2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。
图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画
3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印
4）图表应绘制于无格子的页面上
5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档
5.装订顺序
1）设计（论文）
2）附件：
按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订
指导教师评阅书
指导教师评价：
一、撰写（设计）过程
1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□优□良□中□及格□不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□优□良□中□及格□不及格
4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性
□优□良□中□及格□不及格
5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
指导教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价：
一、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
评阅教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
教研室（或答辩小组）及教学系意见
教研室（或答辩小组）评价：
一、答辩过程
1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况
□优□良□中□及格□不及格
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
□优□良□中□及格□不及格
3、学生答辩过程中的精神状态
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
评定成绩：
□优□良□中□及格□不及格
教研室主任（或答辩小组组长）：
（签名）
年月日
教学系意见：
系主任：
（签名）
年月日
摘要
本文主要介绍了一种以单片机STC89C52RC和DTMF编码集成电路MT8888CE为核心，基于单片机控制的电话自动拨号呼救系统。
平时系统处于等待状态，在经按键触发后，调用存储在单片机里的电话号码，并由单片机控制MT8888CE拨号，实现自动呼救功能。
单片语音录放集成电路ISD1420提供系统语音呼救输出。
本系统可以并联在任何一部普通电话上，可满足特殊群体在遇到非常情况下的紧急求助。
本系统在实验调试中实现了设计的基本要求。
文中详细介绍了系统软硬件的设计和调试过程。
关键词：
双音多频，DTMF编码，电话呼救，MT8888，ISD1420
TheDesignofHouseholdIntelligentEmergentCallSystem
Abstract
ThispapermainlyrecommendsasystemaboutMT8888CE,whichisforDTMFsignalcodingandisbasedonSTC89SC2RC.BaseonthebriefofCPU’scontrollingthetelephonetoautomatedringsystem.Andthewholecircuitisinthestatusofawaitingopportunity.Oncethekey-pressistouchedoff,theCPUwillimmediatelygotothesoftwaretomaketheCMOSchipofMT8888CEforDTMFsignalcodingringthecorrespondnumberwhichhasalreadybeeninputintheCPU.AndthentheISD1420outputthevoicetonoticethehelpingdepartment.Thesystemcanbeparallellyconnectedwithordinarytelephone,andcouldmeettheneedsofparticularpeopleinemergency.Haverealizedtherequestdesignedbasicallythroughtheexperiment.Haveintroducedthedesignofthesoftwareandhardwareanddebuggingcoursesystematicallyindetailinthearticle.
KeyWords:
DTMF,DTMFcode,Telephonecalling,MT8888,ISD1420
论文总页数：
30页
前言1
1绪论2
1.1系统设计背景及意义2
1.2系统总体设计要求2
1.3系统主要设计内容2
2系统总体设计及可行性分析2
2.1系统总体设计2
2.2系统总体设计分析3
2.3硬件单元电路3
2.3.1自动摘挂机电路3
2.3.2语音录放电路4
2.3.3双音多频信号发送电路4
2.3.4信号音检测电路4
2.4软件模块5
2.5系统分析总结5
3系统硬件设计与调试5
3.1双音多频信号发送电路5
3.1.1MT8888基本功能6
3.1.2MT8888引脚功能定义6
3.1.3MT8888工作原理6
3.1.4MT8888构成的DTMF信号发送电路8
3.2自动摘挂机电路10
3.3语音录放电路12
3.3.1单片语音录放集成电路ISD1420的特点12
3.3.2单片语音录放集成电路ISD1420的内部电路结构和引脚功能定义12
3.3.3单片语音录放集成电路ISD1420构成的语音录放电路13
3.4放大电路15
3.5信号音检测电路16
3.6键盘显示电路17
3.7单片机及控制电路18
3.7.1片内振荡器及时钟信号的产生18
3.7.2控制电路18
4系统软件设计与调试19
4.1外部中断/INT0处理模块19
4.2外部中断/INT1处理模块20
4.2.1拨号模块20
4.2.2呼叫处理模块23
4.3系统程序调试中出现的问题24
5总结24
5.1系统设计总结24
5.2系统功能扩展25
5.3系统使用说明25
5.4系统需改进之处25
结论25
参考文献27
致谢28
声明29
附录1MT8888内部结构框图30
附录2ISD1420内部结构框图30
前言
随着科学技术的发展，人类社会已进入信息时代，电话通信作为信息传递最便捷的工具之一已经基本普及。
当人们在家中遇到突发情况时，通过电话向急救中心（如110、119、120）或其它的通信终端进行报警或求助已成为一种必然的选择。
目前一般家用电话基本可以满足普通用户在紧急情况下的使用要求，但对一些特定群体（如残疾人、有突发性疾病的患者等）并不适合。
此类群体由于自身的问题，在遇到紧急情况时，因不能像常人一样操作普通电话，极可能发不出去报警或求助信息，使其得不到及时的援助，由此产生严重的后果。
目前市场上报警器的种类繁多，但针对此类群体的智能紧急呼救系统却非常少见。
本家庭智能紧急呼救系统就是专门为残疾人、有突发性疾病的患者等特定群体设计开发的。
该紧急呼救系统主要由拨号模块和语音信息模块等组成。
该系统应一经启动，就可以自动实现摘机、拨通正确的电话号码（如110、119、120等急救中心或其他固定电话和手机的号码）、检测到拨通对方电话后、继续调用存储的语音信息,送出报警或求助信息。
该系统减少手动摘机、手动拨号、说话等环节给当事人带来的麻烦与不便，使他们在第一时间内得到援助。
结合成本、应用环境等实际条件限制，开发了以单片机为主控电路的智能紧急呼救系统。
采用DTMF信号实现远距离通信，具有传输距离长、数据准确以及抗干扰强等特点，且DTMF信号已经广泛应用于电话通讯、遥控等领域，因而本设计中采用DTMF信号实现拨号。
该呼救系统在设计中，涉及到系统的功能、可靠性以及在使用过程中是否方便、便于编程等一系列的问题，经过综合考虑，采用单片机STC89C52RC和DTMF编码集成电路MT8888CE为核心电路。
采用公用电话线作为信息传输媒体，这样系统受干扰小，误报率低，使用范围宽广。
凡是有公共电话线的地方，呼救信息都可以到达，距离不受限制。
本设计利用电话网传输数字和语音信息，可靠性比较高，操作方便。
采用高品质的ISD1420单片语音录放集成电路，可以事先录入20秒的语音信息，如求助者的地址等，使急救中心或其它通信终端接到呼救电话后，立即明白发生的事情，及时做出反应。
本设计的调试都是在线调试，已经在学生公寓电话上经过真正的交换机实验并且成功。
系统设计、元器件筛选及接插件等各项都严格遵循国家的有关标准。
1绪论
1.1系统设计背景及意义
随着科学技术的进步，人类社会已进入信息时代，电话通信作为信息传递最便捷的工具已经基本普及到每一个家庭。
但是现在普通家庭中使用的电话机因操作繁琐并不适合残疾人、有突发性疾病的患者等群体遇到突发事件进行紧急求助或报警，因此需要开发一种价格低廉且易于操作的家庭智能紧急呼救系统。
该家庭智能紧急呼救系统应一经启动，就可以自动实现摘机、连通电话网络、拨通正确的电话号码（如110、119、120等急救中心或其他固定电话、手机的号码）、检测到拨通对方电话后、继续调用存储的语音信息，送出报警或求助信息，省去手动摘机、手动拨号、说话等环节带来的麻烦。
该智能呼救系统可解决残疾人、有突发性疾病的患者等群体因自身问题带来的不便，使其遇到突发事件时能够进行报警或求助，及时得到援助。
1.2系统总体设计要求
一、要求该系统不影响电话的正常使用，仅在触发后启动;
二、系统要求在触发后,自动拨通正确的电话号码,检测到拨通对方电话后,系统继续调用存储的语音信息,送出紧急呼救信息;
三、要求友好的人机界面,方便操作。
1.3系统主要设计内容
一、根据系统设计要求拿出系统初步方案并画出硬件框图；
二、根据硬件框图用Protel99SE画出电路原理图；
三、根据系统设计要求及硬件框图确定软件流程图并用KeiluVision2编写相应软件；
四、进行功能电路的软硬件调试确定电路原理图；
五、用Protel99SE画PCB板图并制作PCB板及焊接电路；
六、系统软硬件联调。
2系统总体设计及可行性分析
2.1系统总体设计
家庭智能紧急呼救系统由单片机构成主控部分，进行各种信息处理，接收外部操作指令形成各种控制信号，接口电路提供系统与电话外线的接口。
系统应包括信号音检测、自动摘挂机、双音多频信号发送、语音录放、数据存储器及键盘显示等电路，系统总体框图如图1所示：
图1家庭智能紧急呼救系统总体框图
数据存储器是本系统的重要组成部分之一，为了减小系统电路复杂度及节省单片机端口，选用集成了内部EEPROM的单片机。
数据存储器用来存储预先录入的电话号码，并可以随时修改，方便用户自己设定、修改号码。
键盘电路用于预先录入、存储及修改电话号码；显示电路用于显示输入的电话号码、系统的控制信息、调试过程中的特定信息；系统控制电路分为系统复位、电话号码存储修改、紧急呼救触发等电路。
其中电话号码预先录入与随意修改部分为系统功能扩展。
本系统并联在电话机的两端，不会影响到电话机的正常使用。
用户在上电后，通过按钮触发拨通预先录入的电话号码，发出语音呼救信息以后返回到待机状态，等待用户触发外部中断来完成修改号码或下次呼救。
2.2系统总体设计分析
根据家庭智能紧急呼救系统的总体设计要求，此系统设计存在以下4个功能模块：
1、自动摘挂机；
2、双音多频信号发送；
3、信号音检测；
4、语音录放；
根据系统设计中的实际情况，尽可能减小硬件装置的体积及成本，自动摘挂机、双音多频信号发送、语音录放等单元功能模块选择硬件来完成，信号音检测等单元功能模块选择编程来完成。
2.3硬件单元电路
2.3.1自动摘挂机电路
电话交换机是通过电话线路上的直流电流来判断用户的摘挂机状态。
在挂机状态下，电路上的直流电流为0;在摘机状态下，线路上的直流电流为18mA～55mA。
另外根据国家有关标准规定：
不论任何电话机，摘机状态的直流电阻应≤300Ω，有“R”键的电子电话机的摘机状态直流电阻应≤350Ω。
在挂机状态下，其漏电流≤5uA。
另外当用户摘机时，电话机通过叉簧接上约300Ω的负载，使整个电话线回路流过约30mA的电流。
则自动摘挂机电路有两个方案来实现：
1、通过单片机控制一个继电器的开关，继电器的控制端连接一个大约300Ω的电阻接入电话线两端，从而完成模拟摘挂机；
2、通过单片机控制一个恒流源的通断来实现模拟摘挂机。
由于继电器体积较大和需要驱动电路，本系统采用恒流源电路来实现模拟摘挂机电路。
2.3.2语音录放电路
根据实际需求情况分析，用户在求助时首要任务是送出自己的所在位置及发生的事件，而每个用户的位置及遇到的事件是不可能相同的，这就需要能够方便修改语音电路所存储的语音信息。
经翻阅相关文献资料，决定采用单片语音录放集成电路完成语音录放电路所需功能。
常用的高品质单片语音录放集成电路有ISD和APR等系列，APR系列在功能上与ISD系列不相上下，但APR系列价格比较便宜，所以一开始决定选用APR9600。
后来由于买不到APR9600，改用较容易买到的ISD1420。
以ISD1420为核心，加上传声器、外围电路组成语音录放电路。
2.3.3双音多频信号发送电路
此部分是整个系统的关键，它的工作情况直接决定了系统的可靠性。
经过翻阅相关文献资料，发现使用专用的双音多频编解码芯片进行双音多频信号的产生，是比较常用的一种方法。
使用集成电路不但外围电路简单，而且可靠性强。
一般常用的双音多频编解码集成电路有HT9200、MT8880、MT8888等。
MT8888的发送部分采用信号失真小、频率稳定性高的开关电容式D/A变换器，可发出16种双音多频信号；此外MT8888芯片集成度高、功耗低，可调整双音多频模式的占空比，能自动抑制拨号音和调整信号增益，还带有标准的数据总线，可与TTL电平兼容，并可方便地进行编程控制。
经过反复比较，MT8888既具有双音多频信号收发功能，还具有呼叫处理滤波功能，价格虽较其它芯片的贵一点，但可以省去其它芯片所需的复杂的信号音检测电路及检测电路所需费用，综合考虑采用MT8888来完成此功能模块功能，不但电路简单、可靠性强，而且费用较少。
2.3.4信号音检测电路
由于双音多频发送电路已采用了MT8888，其内部具有呼叫处理滤波器，就不需要专门的信号音滤波电路了。
2.4软件模块
系统软件分为两个主要模块，由单片机的两个外部中断来完成：
1、由单片机外部中断/INT0触发完成电话号码的存储与修改，包括键盘扫描、数码管显示、电话号码存储与修改等模块；
2、由单片机外部中断/INT1触发完成智能紧急呼救的全部过程，包括MT8888初始化、MT8888模式设置、拨号、呼叫处理等模块。
2.5系统分析总结
综上所述，基于该家庭智能紧急呼救系统是一种廉价的、可靠的紧急呼救方式。
对具体要求实现的功能进行完整的系统分析，该家庭智能紧急呼救系统设计基本符合实际情况，可以完成设计任务所要求实现的基本功能。
系统操作指令控制产生DTMF信号与语音信号，通过电话网传输，完成整个呼救过程。
所以，本系统的设计方案理论上可行，而且设计的可扩展性较好。
3系统硬件设计与调试
3.1双音多频信号发送电路
双音多频（DTMF：
DualToneMultiFrequency）信号是由一组低音频信号和一组高音频信号以一定方式的组合构成，每组音频信号各有4个音频信号，而每种组合有一个高音频信号和一个低音频信号，共16种组合。
实际应用中DTMF信号的产生是2个正弦波信号的叠加，选定2个频率f1和f2后可得到这种信号的数学表达式：
f（t）＝A.sin（2.pi.f1.t）＋A.sin（2.pi.f2.t）
双音多频信号编解码电路是目前在按键电话（固定电话、移动电话）、程控交换机及无线通信设备中广泛应用的集成电路。
它包括DTMF信号发送器与DTMF信号接受器,前者主要应用于按键式电话作双音频信号发送器,发送一组双音多频信号,从而实现音频拨号。
电话键盘按键与双音多频信号的对应关系如表1所示：
表1数字与双音多频信号对照表
频率
1209HZ
1336HZ
1477HZ
1633HZ
697HZ
1
2
3
A
770HZ
4
5
6
B
652HZ
7
8
9
C
941HZ
*
0
#
D
此部分电路选用DTMF信号收发一体集成电路MT8888来完成。
3.1.1MT8888基本功能
MT8888是一种具有Intel微处理器接口的功能较强的双音多频信号发送和接收器件。
可用于寻呼系统、交换机系统和移动通信、转帐卡系统、互接拨号器、数字通信和计算机等领域。
其主要功能有：
（1）完整的DTMF信号发送和接收功能；
（2）高速Intel微处理器接口；（3）可工作于自动音频突发模式；（4）可调整保护时间；（5）呼叫音检测到-30dBm。
3.1.2MT8888引脚功能定义
（1）IN+、IN-（1，2）—运放的同相和反相输入端；
（2）GS（3）—增益选择端。
在该引脚与IN-引脚间接反馈电阻可调节运放增益；
（3）VREF（4）—基准电压输出端。
通常为VDD/2，作为运放的偏置电压；
（4）VSS（5）—芯片电源负端，接地；
（5）OSC1、OSC2（6、7）—时钟或振荡器的输入、输出端。
两引脚间接3.579545MHz晶体与内部电路构成芯片振荡器；若由外部电路提供时钟，则OSC2引脚开路；
（6）TONE（8）—DTMF信号输出端，也可通过编程设置为单音输出；
（7）/WR（9）—微处理器写输入端，低电平有效，与TTL电平兼容；
（8）CS（10）—片选信号输入端，低电平有效。
该引脚可由微处理器的地址锁存信号（ALE）直接提供；
（9）RSO（11）—寄存器选择控制输入端；
（10）/RD（12）—微处理器读输入端，低电平有效，与TTL电平兼容；
（11）IRQ/CP（13）—中断请求信号，为开
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