哈尔滨工业大学2005年本科生科技创新活动获奖作品集 163 远程语音控制报警系统
摘 要：本文系统地介绍了基于电话网络的远程语音控制报警系统的基本原理、组成框图，对电话网络的接入方法进行了详细的描述，对电话模拟摘挂机、自动拨号、DTMF收发、热释电红外传感器、语音电路等进行了论述，并给出了部分基本电路和软件流程。 关键字：单片机；DTMF；语音芯片 1．引言
随着人们安全防范意识的提高，自动报警越来越受到重视。各种自动报警装置的研究和制作也引起人们很大的兴趣。本课题研究旨在制作出一种功能强大的报警系统，在出现紧急情况时能及时通知当事人，即便其不在现场附近，并自动呼叫报警。相比普通的报警器，本课题研究将重点放在远程语音报警上，只要接上适当的传感器就可组成防盗报警、火灾报警、煤气泄露报警等多功能报警系统，并附加实现一些智能控制功能，赋予报警系统更强大和完整的功能实现科技创新的目的以满足人们对安全报警的需求是本课题研究的目的及意义所在。本系统基于电话网络但是与电话互相独立不会影响电话的正常使用，并通过语音提示操作，人机交互友好。 2．技术要求和技术特点
2.1技术要求 1.可以通过拨打电话开、关家中电器。主人外出时，可以通过任意一部固定电话或移动电话（主叫电话）拨打家中的电话（被叫电话，该电话与本系统相并联），当电话接通后可通过操作主叫电话的相应按键，对用户家中的家用电器进行控制。 2.可以对屋内是否有陌生人闯入等事件进行实时监测，根据监测结果拨打用户预先设定的号码向主人报警。如当系统检测到非正常闯入时给系统主机发射一个信号，主机接收到信号以后自动摘机接通电话线。 2.2技术特点 ⑴ 采用单片机系统，模块化、小型化，性能价格比高； ⑵ 系统的可扩展性和可维护性好，便于升级和检修； ⑶ 人机交互界面完善，通过触摸键盘、液晶显示器和语音操作提示可以实现参数设置。 远程语音控制报警系统 164 3．系统设计 本系统主要包括电话振铃检测电路，电话自动摘机和挂机电路，DTMF信号收发电路，语音提示电路，预警检测电路，键盘显示电路，继电器驱动电路，以及核心的CPU电路，系统结构框图如图所示：
我们设定报警部分为本系统主体工作部分，即实时监控房内安全情况，在软件上表现为主循环，当有振铃信号或设定信号时才中断去执行相应操作。在此我们需要对人体的红外辐射敏感并且抗干扰（如小动物等）的传感器，为此我们选用被动式热释电红外探测器，并在它的辐射照面覆盖特殊的菲泥尔滤光片，使环境的干扰受到明显的控制作用。 设定部分的功用是存储报警时需要拨打的号码，并设定主人身份验证密码。为了设定方便直观，设计键盘和显示器。为了系统的简洁采用LED数码管显示。 控制部分，当有电话打入时，电话振铃检测电路检测到有振铃并等待系统默认的振铃次数后，控制器自动摘机，并在语音电路的提示下依次输入用户的操作密码和操作指令。DTMF收发电路将接收到的DTMF信号解码后的数字信号送入CPU，若密码有误，系统自动挂断电话；当密码正确时，则按语音提示依次完成一系列操作。当操作完成时，单片机根据返回的确认信息去控制继电器的通断，操作过程得以实现。此处我们选用DTMF双音多频芯片MT8888C。 3.1 硬件设计 3.1.1 电话模拟摘挂机电路、振铃检测电路 作为一个基于电话网络的远程报警系统，能够与电话网络进行正常的连接和通讯是系统成功的前提。本电路模块的功能为实现系统与电话网络的连接和断开：当系统需要与外界进行远程通信时，电路能实现系统与电话网络的接通；当外界有电话进入时，系统能接通电话接收远程控制信息。 具体实现原理如下：
振铃 检测 电路 摘 挂 机 电 路 DTMF收发电路 语 音 电 路 预警 检测 电路 继电器驱动电路 单 片 机
电 话 接 口
键盘 显示 电路 哈尔滨工业大学2005年本科生科技创新活动获奖作品集
165 自动摘机：自动摘机是远程报警和接收电话的前提。程控电话交换机判断电话线路是否摘机的根据是回路电流突然增大到30A左右则认为电话已经摘机，本电路就是据此而设计的。当有报警信号或者外界有电话打入，需要系统摘机接通电话时，单片机P1.7口变高电平，使NPN三极管5551导通，继而5041接通，从而电话回路被接通，实现了自动摘机。当P1.7口变低电平时系统实现挂机。 振铃检测电路：为了实现系统与普通的电话通信互不干扰，我们设计了振铃检测电路。当有电话打入时，系统判断振铃的次数，达到预定的次数而电话仍没有摘机则系统将自动摘机。将电话振铃信号通过光电耦合器TP521输入到AT89C52的T0脚，进行计数，接到振铃信号时，若连续振铃10次后，用户还没有摘机，则自动转到家庭智能报警器，CPU置“1”P1.7脚实现自动摘机功能。若在这10次振铃过程中，主人接通了电话，则控制器不响应，这样，使得控制器与电话不互相干扰。摘机后，检测MT8888输出的双音多频信号，以读出用户发来的远程信息，实现远程通信与控制功能。
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振铃检测及自动摘挂机
3.1.2 DTMF收发电路 这里先介绍DTMF收发芯片MT8888。MT8888芯片是MITEL公司采用CMOS工艺生产的一种低功耗、高集成度的DTMF信号收、发芯片，它可以方便地与微机接口。MT8888是采用CMOS工艺生产的DTMF信号收发一体集成电路，它的发送远程语音控制报警系统 166 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DTMF信号。接收部分用于完成DTMF信号的接收、分离和译码，并以4位并行二进制码的方式输出。 内部寄存器包括控制寄存器A（CRA）、控制寄存器B（CRB）、状态寄存器SR、数据寄存器DR。通过对它们的读写操作，可以实现MT8888的初始化和各种工作模式的设置。 发送DTMF信号的时候，单片机把电话号码的每一位发送给MT8888，转变成对应得DTMF信号发送到电话线上，实现自动拨号。各数字对应得双音多频信号如下： 1 2 3 A 697 Hz 4 5 6 B 770 Hz 7 8 9 C 852 Hz * 0 # D 941 Hz 1209 Hz 1336 Hz 1477 Hz 1633 Hz 在选择突发模式的情况下，每发送一个电话号码MT8888都可以给单片机产生一个中断信号。选择呼叫模式发送电话号码之后，MT8888可以根据电话线上的信号对信号音进行识别，以判断对方是否摘机电话是否接通。其判断方法如下：电话信号音格式为：忙音: 450Hz,350ms有,350ms无；拨号音: 450Hz,持续；回铃音: 450Hz,1s有,4s无。 信号音的判断方法：将MT8888的IRQ/CP脚连到AT89C52的T0脚，电话呼叫过程中的各种信号音经MT8888滤波限幅后得到方波，由MT8888的IRQ输出到AT89C52的T0脚。 对T0脚信号记数5秒，若计数值位于2175－2357范围内，则为拨号音；若计数值位于1041－1212范围内，则为忙音；若计数值位于425－475范围内，则为回铃音。在实际编程中，考虑到记数的误差以及程序的简化可将范围适当放宽，但不能重叠。 哈尔滨工业大学2005年本科生科技创新活动获奖作品集
167 P1.0(T2)1P1.1(T2 EX)2P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78RST9P3.0(RXD)10P3.1(TXD)11P3.2(/INT0)12P3.3(/INT1)13P3.4(T0)14P3.5(T1)15P3.6(/WR)16P3.7(/RD)17XTAL218XTAL119GND20P2.0(A8)21P2.1(A9)22P2.2(A10)23P2.3(A11)24P2.4(A12)25P2.5(A13)26P2.6(A14)27P2.7(A15)28/PSEN29ALE30/EA31P0.7(AD7)32P0.6(AD6)33P0.5(AD5)34P0.4(AD4)35P0.3(AD3)36P0.2(AD2)37P0.1(AD1)38P0.0(AD0)39VCC40U789C5212Y212M30pFC2730pFC28+5VCC510R25+5VCC293456781RP210K293456781RP410K293456781RP310K293456781RP110K+5VCC+5VCC+5VCCIN+1IN-2GS3VREF4VSS5OSC16OSC27TONE8/WR9/CS10RS011/RD12CP/IRQ13D014D115D216D317EST18St/GT19VDD20U6MT8888CE100KR24100KR230.1uFC22374KR220.1uFC230.1uFC25+5VCC3.3KR2010KR2112Y13.579545M+5VCCAD0AD1AD2AD3AD4AD5AD6AD7CS0CS1CS2CS2CS3CS3RDRDWRWRCP/IRQCP/IRQCS_YJSCLKMOSIMISO/SSRSTINT1T0DTMFRSYWRE
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3.1.3 键盘、液晶显示电路 为了使我们的系统人机交互更加友好，键盘与液晶显示电路时非常有必要的。该部分电路的设计主要是为了方便用户录入电话号码，当出现警情时系统将拨打录入的电话号码进行远程报警。由于一般的电话机的键盘都是4行3列（从0到9、*、#），包括确认键、取消键等我们设计了4行4列的键盘。考虑到软件设计的方便，这里通过两片74HC245连接16个键，通过简单的查询程序即可录入键盘输入值。相比4×4的矩阵式键盘，设计更加简单方便。由于本系统包含的组成模块太多（语音、电话接口、DTMF收发、键盘、液晶等），单片机I/O口资源不足，因此液晶的接口也是通过一片74HC245与单片机P0口相接。当片选接通该芯片时，单片机即可对液晶实现读写等操作。考虑到液晶的显示只需要能显示简单的8位或11位电话号码以及一些提示信息，我们使用的液晶是16×1的字符点阵式液晶，可以显示1行16列数字或字母。当录入电话时，液晶上将有电话号码显示。 该部分电路图如下：（键盘电路略）
OE19T/R1A13B117A24B216A35B315A46B414A57B513A68B612A79B711A02B018VCC20GND10U3SN74HC245N+5VCCAD0AD1AD2AD3AD4AD5AD6AD7BD0BD1BD2BD3BD4BD5BD6BD7CS_YJ1234567891011121314