感知脚步声电子警犬电路设计.docx

1、感知脚步声电子警犬电路设计摘要在当今社会上防盗系统越来越受到人们的重视。但是市场上的报警器大部分都是用于一些大公司财政机构。价格高昂，一般人们难以接受。如果再设计和生产一种价廉，性能灵敏可靠的防盗报警器，必将在防盗和保证财产安全方面发挥更加有效的作用。本课程主要介绍了简易的声控报警器的电路设计和电路板的制作。电路主要由AT89S52单片机，语音芯片模块，BR-ZS1声音传感器，复位电路，时钟电路，电源组成。经过调试，实现课程要求。关键字：AT89S52单片机；语音芯片模块；BR-ZS1声音传感器；报警ABSTRACT Today people pay more and more attenti

2、on on anti-theft system. But the alarm on the market most of which are used in some large financial institutions. The high price of general is difficult to accept. If we can design and manufacture a kind of cheap and reliable performance of sensitive anti-theft alarm, that will guarantee the securit

3、y and property security to play a more effective role. This course introduces the simple voice-activated alarm circuit design and circuit board production. The circuit is mainly composed by the microcontroller AT89S52, voice chip module, the BR-ZS1 sound sensor, reset circuit, clock circuits, power

4、supply. After debugging, and program requirements.Keywords: Microcontroller AT89S52;voice chip module;BR-ZS1 acoustic sensors; alarm 目录引言 11绪论 21.1 课题背景与前景 21.2 课题研究的历史，现状与目标 21.3 课题研究的目的及意义 32方案设计 42.1 设计要求 42.2 设计方案 43 传感器的概述 63.1 传感器的定义 63.2 传感器的分类 63.3 传感器的地位与作用 83.4 声音传感器 94 硬件设计 124.1 主控模块设计 1

5、24.1.1 单片机简介 124.1.2 AT89S52单片机 134.1.3 AT89S52管脚 144.2 AT89S52单片机外围电路的设计 164.2.1 时钟电路 164.2.2 单片机复位电路 164.3 ISD1420语言芯片介绍 174.3.1 ISD1420 的工作原理 174.3.2 ISD142语言芯片功能概述 184.3.3 ISD1420语言芯片主要引脚功能说明 195.1 调试方法过程 215.2 防盗报警器误报的分析及解决方法 21总结与体会 22参考文献 23附录一：电路原理图 24附录二：电路实际图 24附录三：源程序 25致谢 26 引言目前，声控显示电路已

6、经得到了广泛的应用，这得益于声控电路的实用性。就报警器而言，它是保护人民生命财产安全不可或缺的电子产品，但是市场上的报警器大部分都是用于一些大公司财政机构。价格高昂，一般人们难以接受。如果再设计和生产一种价廉，性能灵敏可靠的防盗报警器，必将在防盗和保证财产安全方面发挥更加有效的作用。由于声控报警器体积小，灵敏度高具有很强的隐和保密性，因此在防盗，警戒等安保装置中得到了广泛的应用。报警器是一种为防止或预防某事件发生所造成的后果，以声音，光，气压等形式来提醒或警示我们应当采取某种行动的电子产品。随着科技的进步，机械式报警器越来越多地被先进的电子报警器代替，经常应用于系统故障，安全防范，交通运输，医

7、疗救护，应急救灾，感应检测等领域，与社会生产密不可分。所谓声音报警器，就是实现报警后，通过巨大刺耳的声音，来恐吓入侵者，传达报警信号。声音报警器在防盗报警器家族可以说是老资历了。最早的防盗报警器就是以声光为报警形式的防盗报警器，目前这种形式仍在被业界所沿用，并且和许多功能综合了起来。单片机是家用电器常用的控制器件，本文介绍了基于AT89S52单片机，ISD1420单片机与BR-ZS1声音传感器控制的声音报警器控制电路。BR-ZS1声音传感器是一款工业标准输出（420mA）的积分噪声监测仪，符合GB3785，GB/T17181等噪声监测标准，BR-ZS1声音传感器针对噪声测试需求而设计，支持现场

8、噪声分贝值实时显示，兼容用户的监控系统，对噪声进行定点全天侯监测，可设置报警极限对环境噪声超标报警，该监测仪精度高，通用性强，性价比高成为其显著的特点，广泛应用于交通干道噪声监测，工业企业厂界噪声检测，建筑施工场界噪声检测，城市区域环境噪声检测，社会生活环境噪声检测监测和评估。1绪论1.1 课题背景与前景近年来，随着改革开放的深入发展，电子电器的飞速发展。人民的生活水平有了很大提高。各种高档家电产品和贵重物品为许多家庭所拥有。然而一些不法分子也是越来越多。这点就是看到了大部分人防盗意识还不够强，造成偷盗现象屡见不鲜。因此，越来越多的居民家庭对财产安全问题十分担忧。报警器这时正为人们解决了不少问

9、题，但是市场上的报警器大部分都是用于一些大公司财政机构。价格高昂，一般人们难以接受。如果再设计和生产一种价廉，性能灵敏可靠的防盗报警器，必将在防盗和保证财产安全方面发挥更加有效的作用。由于声控报警器体积小，灵敏度高具有很强的隐蔽性和保密性，因此在防盗，警戒等安保装置中得到了广泛的应用。声控报警器大多数采用国外的先进技术,其功能也非常先进。其中包括脚步触发报警器，汽车报警器，声控语音报时钟，“声控灯”等符合现在人们提倡的节能意识的产品更是受到现代人的青睐。此外，其价格低廉,技术性能稳定等特点也受到广大用户和专业人士的欢迎。1.2课题研究的历史，现状与目标随着微电子技术地不断发展，微处理芯片的集成

10、度越来越高，已经可以在一块芯片上同时集成CPU（Central Processing Unit，中央处理器），存储器，定时/计数器，平行和串行接口，放大器，A/D,D/A等单元电路。这种超大规模集成电路称单片机。单片机的出现，引起了防盗报警系统的根本性变革。以单片机为主题，取代传统的支持模拟，数字技术的电子线路，将计算机技术与防盗报警技术结合出来，组成新一代所谓“防盗报警系统”。现今在研究精度，高性能，多功能的防盗报警器时，均采用微处理器使之成为智能防盗报警系统，而在防盗报警系统中使用最多的微处理器就是单片机，它能解决传统防盗报警器不能或不易解决的难题。随着微电子学的进步以及计算机应用的日益广

11、泛，防盗报警系统已经取得了巨大的进展，主要得益于硬件集成电路的不断发展。目前已出现了许多超大规模CMOS集成电路芯片，如新一代增强型单片机，其内部集成了许多新的功能部件，使用户有了更大的选择范围。采用CMOS芯片组成的防盗报警系统可以采用干电池供电，从根本上解决了市电工频干扰问题，且使仪器小型化，便于携带。还有进来出现的许多数字信号处理芯片（DSP），TI公司的TMS320系列数字信号处理电路，其运算速度非常快，特别适用于数字信号处理防盗报警。随着报警系统的不断完善以及新的设计思想和新的集成电路的不断出现，软件的重要性将变得愈来愈突出。可以肯定，防盗报警界今后的巨大变化将发生在对新器件的应用和

12、软件设计方面。按智能技术开发的功能和作用的不同，报警系统应用一般体现在探测智能，监控智能和抗干扰智能三个主要方面。现其中的报警系统属监控智能型，它是有探测器中计算机自身的软件来完成的，监控程序周期地运行，使系统始终保持良好的使用和维护状态。在系统今后的进一步改进中，可通过在探测器加入微处理器，进行实时探测如利用神经网络所具有的自学习和自适应等特点，在防火报警部分可设计成智能火灾探测模式，从而提高火灾探测系统的检出率，增进系统的可靠性。它不断能对火灾信号直接进行检测，分析和信号处理，而且对环境的变化还可及时做出响应，并利用软件中建立的算法进行综合比较，自动调整运行参数，最终做出恰当的智能判断。由

13、于人们生活水平的提高，人们对防盗，火灾，防断电设备的需求量急剧增加。针对偷盗，火灾和断电等情况的检测和报警系统，要求也愈来愈高。目前多数采用单片机报警系统，而该报警系统编程复杂，功能不易扩展。在未来，我国信息技术的三大支柱技术传感器技术，计算机技术和通讯技术将加速实现同步，协调，持续的发展，将来的防盗报警系统的发展方向是智能寻址式系统，进一步提高了系统地可靠性，有很大潜力，因此，开发和研制智能防盗报警系统具有十分重要的实质意义。1.3 课题研究的目的及意义近年来，智能家居的概念及设备在我国得到了迅猛发展，作为智能家居重要组成部分之一的报警器也得到了众多研究机构和生产厂家的重视。目前，我国市场上

14、的家用报警器种类繁多，功能不一，其中既有进口的，也有国产的。进口的产品虽说在性能参数上占有优势，但其价格往往较高；国内产品在价格水平上占有优势，但其性能又常常较低，消费者经常会为在进口产品和国内产品之间取舍两难伤神。因此，开发性能较高的国产新型家用报警器就具有了过阔的市场前景和突出的实用意义。我本次设计为一款基于单片机的多控制式报警器。因此本次设计的意义在于设计的过程，在设计的过程中学会把学到的知识融合，使自己的认知能力得到进一步提高。同时也让我明白学习道路的艰辛遥远，知识海洋的浩瀚宽广。2方案设计设计就是根据题目的要求而对硬件和软件进行规划，并选择最合适的硬件电路和软件程序来达到目的。硬件设

15、计是通过对设计要求的分析，对各种元器件的了解，而得出分立元件与集成块的某些连接方法，以达到设计的功能要求。并且把这些元器件焊接在一块电路板上。它包括对各种元器件的功能和接法的了解，以及对各种元器件的选择和设计方案的选择。软件设计是分析设计的硬件用程序实现其功能，并且调试优化产品功能。2.1 设计要求本课题是制作一款基于单片机控制的声控报警器系统，主要用AT89S52单片机，ISD1420单片机与声音传感器来实现报警的。是对用于发生警情，危险，紧急情况等状况下以声音发出警报。2.2 设计方案在日常生活中，经常使用的报警器有中，机械报警器是属于传统的报警器。其缺点是：硬件电路复杂，灵敏度低，制作成

16、本高。本课程设计的声控报警器利用声音检测传感器作为感应器件，AT89S52单片机，语音芯片组成的触发电路而制成。不仅灵敏度高且制作成本低廉。程序设计流程图是如图2-1所示。方案设计的总体思路如下：设计一个简单的电路使其能利用物体的撞击，行人的脚步声，车辆行驶的震动声作为触发信号，使语音芯片发出报警信号，发出狗的叫声报警。测量范围是30120dB，最大误差0.5dB，频率范围是20Hz8kHz。对噪声进行定点全天侯监测，可设置报警极限对环境噪声超标报警，该监测仪精度高，通用性强，性价比高成为其显著的特点，广泛应用于交通干道噪声监测，工业企业厂界噪声检测，建筑施工场界噪声检测，城市区域环境噪声检测

17、，社会生活环境噪声检测监测和评估。单片机最小设计系统如图2-2所示。设计的电路总电路图如图2-3所示。3 传感器的概述3.1 传感器的定义传感器英文名称:transducer / sensor。国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输，处理，存储，显示，记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。3.2 传感器的分类可以用不同的观点对传感器进行分类：

18、它们的转换原理(传感器工作的基本物理或化学效应)；它们的用途；它们的输出信号类型以及制作它们的材料和工艺等。根据传感器工作原理，可分为物理传感器和化学传感器二大类：(1)传感器工作原理的分类物理传感器应用的是物理效应，诸如压电效应，磁致伸缩现象，离化，极化，热电，光电，磁电等效应。被测信号量的微小变化都将转换成电信号。(2)化学传感器包括那些以化学吸附，电化学反应等现象为因果关系的传感器，被测信号量的微小变化也将转换成电信号。有些传感器既不能划分到物理类，也不能划分为化学类。大多数传感器是以物理原理为基础运作的。化学传感器技术问题较多，例如可靠性问题，规模生产的可能性，价格问题等，解决了这类难

19、题，化学传感器的应用将会有巨大增长。按照其用途，传感器可分类为：压力敏和力敏传感器 位置传感器液面传感器 能耗传感器 速度传感器 热敏传感器 加速度传感器 射线辐射传感器 振动传感器 湿敏传感器 磁敏传感器 气敏传感器 真空度传感器 生物传感器等。 以其输出信号为标准可将传感器分为：模拟传感器将被测量的非电学量转换成模拟电信号。 数字传感器将被测量的非电学量转换成数字输出信号(包括直接和间接转换)。膺数字传感器将被测量的信号量转换成频率信号或短周期信号的输出(包括直接或间接转换)。开关传感器当一个被测量的信号达到某个特定的阈值时，传感器相应地输出一个设定的低电平或高电平信号。在外界因素的作用下

20、，所有材料都会作出相应的，具有特征性的反应。它们中的那些对外界作用最敏感的材料，即那些具有功能特性的材料，被用来制作传感器的敏感元件。从所应用的材料观点出发可将传感器分成下列几类： (1)按照其所用材料的类别分：金属，聚合物，陶瓷，混合物。 (2)按材料的物理性质分：导体，绝缘体，半导体，磁性材料。 (3)按材料的晶体结构分：单晶，多晶，非晶材料。 与采用新材料紧密相关的传感器开发工作，可以归纳为下述三个方向：(1)在已知的材料中探索新的现象，效应和反应，然后使它们能在传感器技术中得到实际使用。 (2)探索新的材料，应用那些已知的现象，效应和反应来改进传感器技术。(3)在研究新型材料的基础上探

21、索新现象，新效应和反应，并在传感器技术中加以具体实施。 (4)现代传感器制造业的进展取决于用于传感器技术的新材料和敏感元件的开发强度。传感器开发的基本趋势是和半导体以及介质材料的应用密切关联的。按照其制造工艺，可以将传感器区分为：集成传感器，薄膜传感器，厚膜传感器，陶瓷传感器。集成传感器是用标准的生产硅基半导体集成电路的工艺技术制造的。通常还将用于初步处理被测信号的部分电路也集成在同一芯片上。 薄膜传感器则是通过沉积在介质衬底(基板)上的，相应敏感材料的薄膜形成的。使用混合工艺时，同样可将部分电路制造在此基板上。 厚膜传感器是利用相应材料的浆料，涂覆在陶瓷基片上制成的，基片通常是Al2O3制成

22、的，然后进行热处理，使厚膜成形。 陶瓷传感器采用标准的陶瓷工艺或其某种变种工艺(溶胶-凝胶等)生产。 3.3 传感器的地位与作用传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。它是一种物理装置或生物器官，能够探测，感受外界的信号，物理条件（如光，热，湿度）或化学组成（如烟雾），并将探知的信息传递给其他装置或器官。国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量件并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出

23、，以满足信息的传输，处理，储，显示，记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。在生活中人的五官分别产生视觉，听觉，味觉，嗅觉，触觉，但是在研究自然界的现象和规律及生产活动中，人的五官运动不够，这就需要传感器来检测人们的器官所不能感知的现象。人们把与人的“五官”相似的部分称为“电五官”。现代科学技术使人类社会进入了信息时代，来自自然界的物质信息都需要通过传感器进行采集才能获取。人们把电子计算机比作人的大脑，把传感器比作人的五种感觉器官，执行器比作人的四肢。尽管传感器与人的感觉器官相比还有许多不完善的地方，但传感器在诸如高温，高湿，深井，高空等环境及高精度，高可靠性，远距离，超细微等

24、方面所表现出来的能力是人的感官所不能代替的。传感器的作用包括信息的收集，信息数据的交换及控制信息的采集三大内容。传感器的应用有以下几个方面： (1)传感器在工业检测和自动控制系统中的应用：在石油，化工，电力，钢铁，机械等工业生产中需要及时检测各种工艺参数的信息，通过电子计算机或控制器对生产过程进行自动化控制，传感器是任何一个自动控制系统必不可少的环节。 (2)传感器在汽车中的应用：目前，传感器在汽车上不只限于测量行驶速度，行驶距离，发动机旋转速度以及燃料剩余量等有关参数，而且在一些新设施中，如汽车安全气囊，防滑控制等系统，防盗，防抱死，排气循环，电子变速控制，电子燃料喷射等装置以及汽车“黑匣子

25、”等都安装了相应的传感器。美国为实现汽车自动化，曾在一辆汽车上安装了90多只传感器去检测不同的信息。 (3)传感器在家用电器中的应用:现代家庭中，用电厨具，空调器，电冰箱，洗衣机，电子热水器，安全报警器，吸尘器，电熨斗，照相机，音像设备等都用到了传感器。(4)传感器在机器人中的应用：在生产用的单能机器人中，传感器用来检测臂的位置和角度；在智能机器人中，传感器用作视觉和触觉感知器。在日本，机器人成本的二分之一是耗费在高性能传感器上的。 (5)传感器在医学中的应用：在医疗上，应用可以准确测量人体温度，血压，心脑电波，并帮助医生对肿癌等进行医疗。 (6)传感器在环境保护中的应用：为了保护环境，研制用

26、以监测大气，水质及噪声污染的传感器已被世界各国所重视。(7)传感器在航空航天中的应用：飞机，火箭等飞行器上，要使用传感器对飞行速度，加速度，飞行距离及飞行方向，飞行姿态进行检测。 (8)传感器在遥感技术中的应用:在飞机及卫星等飞行器上，利用紫外，红外光电传感器及微波传感器来探测气象，地质等信息。在船舶上，利用超声波传感器进行水下探测。(9)传感器在军事方面的应用：利用红外探测可以发现地形，地物及敌方各种军事目标。红外雷达具有搜索，跟踪，测距等功能，可以搜索几十到上千千米的目标。红外探测器在红外制导，红外通信，红外夜视，红外对抗等方面也有广泛的应用。传感器技术不仅对现代化科学技术，现代化农业及工

27、业自动化的发展起到基础和支柱的作用，同时也被世界各国列为关键技术之一。可以说“没有传感器就没有现代化的科学技术，没有传感器也就没有人类现代化的生活环境和条件”，传感器技术已成为科学技术和国民经济发展水平的标志之一。3.4 声音传感器声音传感器的工作原理：传感器内置一个对声音敏感的电容式驻极体话筒。声波使话筒内的驻极体薄膜振动，导致电容的变化，而产生与之对应变化的微小电压。这一电压随后被转化成0-5V的电压，经过A/D转换被数据采集器接受，并传送给计算机。声音传感器的作用相当于一个话筒（麦克风）。它用来接收声波，显示声音的振动图象。但不能对噪声的强度进行测量。BR-ZS1声音传感器BR-ZS1声

28、音传感器是一款工业标准输出（420mA）的积分噪声监测仪，符合GB3785，GB/T17181等噪声监测标准，BR-ZS1声音传感器针对噪声测试需求而设计，支持现场噪声分贝值实时显示，兼容用户的监控系统，对噪声进行定点全天侯监测，可设置报警极限对环境噪声超标报警，该监测仪精度高，通用性强，性价比高成为其显著的特点，广泛应用于交通干道噪声监测，工业企业厂界噪声检测，建筑施工场界噪声检测，城市区域环境噪声检测，社会生活环境噪声检测监测和评估。BR-ZS1声音传感器的参数：测量范围：30120dB(A)频率范围：20Hz8kHz频率计权：A（计权）时间计权：F（快）输出接口：420mA/RS232灵

29、敏度：电压41.5mV/dB；电流0.133mA/dB最大误差：0.5dB供电：220V市电或24VDC外形材质：铝合金外壳，坚固防腐特点：(1)具有信号输出指示。(2)单路信号输出。(3)输出有效信号为低电平。(4)当有声音时输出低电平，信号灯亮。(5)可以用于声控灯，配合光敏传感器做声光报警，以及声音控制，声音检测的场合。(6)电路板输出开关量。图3-1 声音传感器的原理图4 硬件设计4.1 主控模块设计主控模块主要实现的功能是：BR-ZS1声音传感器是一款工业标准输出（420mA）的积分噪声监测仪，符合GB3785、GB/T17181等噪声监测标准，BR-ZS1声音传感器针对噪声测试需求

30、而设计，支持现场噪声分贝值实时显示，兼容用户的监控系统，对噪声进行定点全天侯监测，可设置报警极限对环境噪声超标报警，该监测仪精度高，通用性强，性价比高成为其显著的特点，广泛应用于交通干道噪声监测，工业企业厂界噪声检测，建筑施工场界噪声检测，城市区域环境噪声检测，社会生活环境噪声检测监测和评估。为了很好的实现上述功能，本电路采用市场广泛使用的AT89S52单片机和ISD1420单片机为核心进行控制，所以有必要对单片机进行较深入的了解，在此对单片机进行简单的介绍。4.1.1 单片机简介单片机诞生于20世纪70年代末，经历了SCM，MCU，SoC三大阶段。单片机作为微型计算机的一个重要分支，应用面很

31、广，发展很快。自单片机诞生至今，已发展为上百种系列的近千个机种。目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一步向着CMOS化，低功耗，小体积，大容量，高性能，低价格和外围电路内装化等几个方面发展。其发展历程经历以下几个时期：(1)SCM即单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）阶段，主要是寻求最佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系结构。(2)MCU即微控制器（Micro Controller Unit）阶段，主要的技术发展方向是：不断扩展满足嵌入式应用时，对象系统要求的各种外围电路与接口电路，突显其对象的智能化控制能力。它所涉及的领域都与对象系统相关，因此，发展

32、MCU的重任不可避免地落在电气，电子技术厂家。(3)单片机是嵌入式系统的独立发展之路，向MCU阶段发展的重要因素，就是寻求应用系统在芯片上的最大化解决；因此，专用单片机的发展自然形成了SoC化趋势。随着微电子技术，IC设计，EDA工具的发展，基于SoC的单片机应用系统设计会有较大的发展。因此，对单片机的理解可以从单片微型计算机，单片微控制器延伸到单片应用系统。4.1.2 AT89S52单片机AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非 易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位微控制器和在系统 可编程Flash，使得