1、第13章 嵌入式系統(xtng)C教程實戰篇13.1引言(ynyn)13.2嵌入式智能報警系統概要13.3嵌入式智能報警主機硬件詳細設計13.4 嵌入式報警主機軟件設計13.5 嵌入式報警主機技術改進展望共一百六十七頁 在智能化系統中，與居民日常生活安全問題最緊密相關的是智能報警系統，它是以保障安全為目的建立起來的技術防范系統。它包括以現代物理和電子技術及時發現侵入破壞行為、產生聲光報警阻嚇犯罪、實錄事發現場圖像和聲音提供破案憑證、以及提醒值班人員采取恰當的防范措施。智能報警系統以計算機技術、通信技術和網絡技術為基礎，利用家庭內部的電話線、寬帶網絡等設施，將報警處理機與外部電話網、互聯網相連，

2、從而達到具有一定智能，可以網絡化管理，可實現防盜、監測(jin c)、報警等強大功能的報警系統。 共一百六十七頁 根據所要完成功能的復雜程度以及要求達到的智能化水平，安全防范系統的配置和組成會有較大的差異。最簡單的方法是將各子系統機械的組合，但效果不一定理想，比較好的方法是進行有針對性的有機組合，比如(br)以網絡為連接紐帶的智能化組合。另外，系統能夠通過PC機、服務器、工作站接入互聯網，從而可在網絡上遙控或遠程觀看電視監控圖像，已成為衡量安全防范系統檔次的重要標準。 共一百六十七頁 本章分析了現有報警系統中存在的不足，設計了一種改進的報警系統，該系統分為用戶端和報警中心兩部分；報警系統由報警

3、中心、用戶端報警系統通過公用電話網組網而成。報警中心和用戶端報警主機(zhj)都通過電話線接入報警網絡。本系統的報警中心設置一臺中心接警主機(zhj)和一臺個人微機，中心接警主機(zhj)通過串行總線與微機相連。 共一百六十七頁 本章主要(zhyo)介紹用戶端報警系統中報警主機的詳細設計方式，對中心接警主機的設計和整個報警中心系統的工作狀態僅做概要介紹。本系統設計的用戶端報警主機硬件包含10個子模塊，它們由 AT89C52單片機統一調度管理。單片機控制程序以C語言編寫，以輪詢方式檢測單片機各口狀態。該報警主機在抗干擾方面采取了多種措施，具有較好的穩定性。 共一百六十七頁 最后，本章對報警系統的

4、智能化發展做了某些設想。比如引入專家系統，令系統內部含有大量的報警領域專家水平的知識(zh shi)與經驗，能夠以人類專家的水平完成特別困難的某一專業領域的任務，因而增強系統的智能。 共一百六十七頁 隨著計算機普及和信息產業的發展，人們對居住環境要求的不斷提高，也將“智能化”引入了住宅小區和家庭建設中。小區的智能化最終體現在小區獨立家庭運用多元信息技術（IT），并達到監控與信息交互的能力。因此實現家庭智能化是實現小區智能化的基礎和最終建設目標。家庭智能化系統所提供的功能有以下三項內容，即：家庭安全防護系統、家庭電器(dinq)自動化和家庭通信與網絡。 13.1 引言(ynyn)共一百六十七頁

5、家庭安全防護系統，它是一門綜合性的學科，閉路電視監控子系統、防盜防侵入探測報警子系統和門禁控制(kngzh)子系統是安全防護系統基本和通用的三大組成部分。從應用領域而言，構成區域性安全防護系統的基礎首先是家庭報警系統。傳統的機械式（如防盜網、防盜窗、防盜門）家居防護系統，在實際使用中暴露出一些隱患。例如火災逃生受到影響；熟人入室作案不易發覺;影響樓體的美觀、市容的整潔;為犯罪分子提供了便利的翻越條件。共一百六十七頁 智能監測與報警系統的基礎是報警控制器和各類探測器，報警器與各探測器的聯絡可以采用有線或者無線聯接方式，在這個系統中，報警器居于核心的位置。探測器有被動式紅外、對射式紅外、門磁、煙感

6、、氣感，此外還有作控制用的遙控器和緊急報警用的緊急按鈕。用戶根據需要可以增、減相應的探測器。當有警情發生時，報警器可以通過有線、無線方式按照一定的順序將報警信息自動轉到用戶指定的管理中心、物業(w y)中心和報警電話上，以達到能及時掌握警情、處理警情的目的。 共一百六十七頁目前國內外流行的報警系統按信息傳輸方式一般分成三種類型：1、有線網絡傳輸通過鋪設專用線路網絡來構成報警信息的傳輸。它的優點是：系統專用化，信息傳輸不受外界因素的干擾，通信速度快、容量大，適合大容量小區使用；費用低，由于小區采用自己(zj)的通信線路，報警通信是不需要費用的。它的缺點是：工程施工要求高，對于線路鋪設、總線隔離有

7、較高的技術要求；沒有語音通信功能；只適合聯網使用。共一百六十七頁2、無線網絡傳輸用電波發射的辦法來傳輸信息，具有較強的抗破壞性，傳輸速度快，準確率高的優點，但其適應區域受發射機的功率限制，若采用接力式發射，則一旦某一接收/發射機出故障，會影響到其它用戶(yngh)，同時受雷、電等氣象因素的影響較大。 共一百六十七頁3、公共(gnggng)網絡傳輸利用現有的公共網絡進行信息傳輸，比如電話網有其十分優越的條件：(1)電話的普及率較高，不必再建專用傳輸網，設備投入成本低；(2)可雙向聯絡；(3)可多址報警；(4)可遙控撤、布防；(5)對現場有監聽功能； (6)可組網使用也可單獨使用。家庭中的報警主機

8、與管理中心之間通過普通電話線路進行聯網。適合老小區改造；缺陷是傳輸速度相對無線方式略慢，容量小，報警速度慢。要產生通信費用，由于采用電話線路通信，每次報警都要付若干電話費。共一百六十七頁13.2嵌入式智能報警系統概要(giyo)13.2.1安全防護系統的綜合性功能安全(nqun)防范系統的應用可大可小，有著如表131所示的層次結構：表131 安全防范系統層次個體防范型單項局部范圍用安全防范系統局部防范型多項局部范圍用安全防范系統大樓綜合型以大樓為對象的綜合性安全防范系統社區網絡型服務社區的局域性安全防范網絡城市管理型以城市為目標的綜合監控管理系統共一百六十七頁 對于大型的具有智能的安全防范系統

9、，由于設備眾多和功能繁雜，為了能夠進行(jnxng)有效的管理，必須周密組織，形成以中央監控室內的計算機系統為核心的綜合性安全防范系統，功能框圖如圖131所示，其可能實現的功能包括下列四大類。 共一百六十七頁共一百六十七頁1.圖像監控功能(1) 視像監控 采用各類攝像機、切換控制主機、多屏幕顯示、模擬或數字記錄裝置、照明裝置，對內部與外界進行有效的監控，監控部位包括要害部門、重要設施和公共活動場所。(2) 影像驗證 在出現報警時，顯示器上顯示出報警現場的實況，以便直觀地確認報警，并做出有效的報警處理。圖像識別系統 在讀卡機讀卡或以人體生物特征作憑證識別時，可調出所存儲的員工相片加以確認，并通過

10、(tnggu)圖像掃描比對鑒定來訪者。 共一百六十七頁2.探測報警功能(1) 內部防衛探測 所配置的傳感器包括雙鑒移動探測器、被動紅外探測器、玻璃破碎探測器、聲音探測器、光線回路、門接觸點及門鎖狀態指示(zhsh)等。(2) 周界防衛探測 精選拾音電纜、光纖、慣性傳感器、地下電纜、電容型感應器、微波和主動紅外探測器等探測技術。(3) 危機情況監控 工作人員可通過按動緊急報警按鈕或在讀卡機輸入特定的序列密碼發出警報。通過內部通信系統和閉路電視系統的聯動控制。共一百六十七頁3.控制功能(1) 對于圖像系統的控制，最主要的是圖像切換顯示控制和操作控制。(2) 識別控制，如門禁控制，車輛出入控制，專用

11、電梯出入控制。相應報警的聯動控制，這種聯動邏輯控制，可設定在發生緊急事故時關閉(gunb)保管庫、控制室、主門及通道等關鍵出入口，提供完備的保安控制功能。 共一百六十七頁4.自動化輔助功能(1)內部(nib)通信系統提供中央控制室與員工之間的通信功能。(2)雙向無線通信為中央控制室與動態情況下的員工提供靈活而實用的通信功能。(3)有線廣播提供在一定區域內靈活地播放音樂、傳送指令、廣播緊急信息用。(4)電話撥打提供向外界傳送信息的功能。(5) 巡更管理系統與閉路電視系統結合在一起，檢查巡更員是否巡更到位，以確保安全。(6) 綜合保安管理系統與樓宇管理系統和辦公室自動化管理系統聯網，可提供進出門、

12、燈光和登記調度的綜合控制。共一百六十七頁13.2.2安全防護系統組建(z jin)方式 不同的智能化水平，安全防范系統的組成會有較大的差異。好的方法是進行有針對性的有機組合，特別是以網絡為連接紐帶的智能化組合。系統具有“網絡化監控、監控網絡化”功能，能夠通過PC機、服務器、工作站接入互聯網，從而可在網絡上遙控或遠程觀看電視監控圖像。居住社區構成區域性安全防范系統的基礎首先(shuxin)是家庭防盜系統，從體系結構來分析，防盜系統可以有簡單系統和綜合性智能網絡系統之分。首先(shuxin)看圖13-2所示簡單的家庭防盜系統。 共一百六十七頁共一百六十七頁 它可監視各種入侵及門窗環境，其操作方式可

13、以是有設防、撤防、緊急(jnj)按鈕等功能鍵的紅外/無線遙控器，也可以從鍵盤輸入密碼進行操作。在設防狀態下，當探測到入侵或觸發報警后，會根據預先存入的電話號碼自動撥打電話，并在家中就地產生強力警號以阻嚇入侵。在上述系統的基礎上，融入智能和網絡的概念，可以構造出家庭嵌入式智能報警監控系統，如圖133所示。 共一百六十七頁共一百六十七頁 本章設計的嵌入式智能報警監控(jin kn)系統即以圖13-4區域性智能報警監控系統的基本構成為目標。該系統分為用戶端和報警中心兩部分；報警系統由報警中心、用戶端報警系統通過公用電話網、寬帶網組網而成。報警中心和用戶端報警主機都通過電話線和寬帶網接入報警網絡。 共

14、一百六十七頁共一百六十七頁報警中心系統報警中心是報警和緊急求助信號接收與鑒別中心。報警中心用于監控用戶端報警主機工作狀態，接收處理報警信息，復核報警信息，控制用戶端報警主機動作，同時完成用戶數據庫查詢，電子地圖顯示、打印、值班員現場監聽/對講/數字錄音(l yn)等處理工作，并與其它安防系統形成聯動。收到緊急信號后，值班人員先識別該信號是真實還是虛假的，如：判別對方的口令是否正確、監聽有無回答聲音、查看電視監控圖像、對講等，如果信號屬實則立刻通知有關對策部門。同時將從中心數據庫中調出的求助者地址、病史等資料一并傳送出去。共一百六十七頁報警監控系統用戶端報警系統用戶端報警系統主要由報警主機、紅外

15、感應探頭、煤氣泄露(xilu)探測器、煙霧探測器、門磁感應探測器、緊急按鈕、警號、遙控器以及可以聯動控制的電視攝錄設備，出入口控制設備等組成。用戶端室內報警主機通過公用電話線路和寬帶網與小區物業的報警中心聯網，監測是否有非法入侵居民住宅、緊急呼救、火災等事件，并自動向報警中心、用戶電話、用戶指定接警微機等報警。 共一百六十七頁報警信號源(1) 侵入報警 其工作模式均是由傳感器監視門、窗和室內，如傳感器被觸發而啟動，則產生報警信號。入侵探測器的種類很多。被動紅外探測器探測入侵者在監視區域中移動產生的熱變化。紅外線對照式探測器由一個紅外線發射器與一個接收器以相對方式布置組成。當有人橫跨(hn ku

16、)過門窗或其它監視區域時，遮斷不可見的紅外線光束而引發報警。偵光式行動偵測器能夠檢測出周圍光線的微量變化。接近式探測器所探測的距離通常在幾十厘米以內。該種探測器大多用于檢測門把手是否被人觸動，保險柜是否被移動等。超聲波物體移動探測器利用多普勒效應工作。微波探測器利用超高頻無線電波的多普勒頻移原理來探測移動物體。玻璃破碎聲傳感器只對10KHz-15KHz高頻的玻璃破碎聲音進行有效的檢測。共一百六十七頁(2) 遭威逼或搶劫時的緊急報警 如果在入侵探測器處于撤防狀態或遭破壞等情況下，住戶家庭內發生遭搶劫或遭威逼等突發事件，可利用緊急報警按鈕向報警中心站報警，中心站收到此類報警信號后將接通相應閉路電視

17、監控、紅外視頻以及聲音監聽設備，通過住戶處攝像機發送之圖像及其他信息，迅速對其所受危害狀況進行記錄(jl)，并根據判斷及時向公安部門緊急報警，請求出擊。 共一百六十七頁(3) 火災報警 使用熱敏探頭、煙感探頭、滅火器、警笛、閃光燈等全套設備，一旦發生火災，報警中心站將通知消防管理局出動車輛滅火。(4) 溫度、煤氣(miq)和水浸報警 室內溫度的改變會嚴重危及冷庫等貨倉物品的保存，因此某些場合需要密切監視溫度的升降過程，此外對于室內水位高低（發生水浸）及煤氣泄漏等緊急情況亦需立即通知報警中心站，并轉往工程搶修部門。 共一百六十七頁(5) 醫療救護報警 可隨身攜帶，一旦患者自我感覺出現異?？闪⒓磳?/p>

18、患者信號傳送到報警中心站，報警中心站將通知急救中心前往救護和處理。 (6) 閉路電視攝錄和出入口控制 對于珠寶商店、銀行、大型(dxng)貨倉，安裝24小時攝像的視頻監控和長時間錄像是非常適用的；而對于需要嚴格控制人員出入的區域可采用磁卡號碼系統、亂序鍵盤、掌紋識別機、視網膜識別機、指紋識別機、聲音識別機等裝置。共一百六十七頁報警主機報警主機是用戶端報警系統的核心，它具有(jyu)如下功能:1防盜；2防火；3防燃氣中毒；4緊急求助和防劫持求救；自動語音報警； 共一百六十七頁6剪線報警；7報警優先；8可通過電話設置布防、撤防、現場監聽、對講等功能，實現遠程異地遙控；9無線遙控、異地電話按鍵、報警

19、中心3種方式控制工作狀態(zhungti)；10無論布、撤防狀態均不影響電話機使用，觸警時自動切斷，優先報警；11異地電話操作必須進行4位密碼校驗，保證了用戶操作的安全性；12可選后備電池，在停電時可以繼續工作數小時。 共一百六十七頁13.2.3報警(bo jng)中心系統 區域性智能報警監控系統的中心值班站即報警中心系統應設置一臺中心接警主機，該主機通過RS232串行總線與微機相連，和作為上位機的微機一起，監控用戶端報警主機工作狀態，接收處理報警信息，復核(fh)報警信息，控制用戶端報警主機動作，同時完成用戶數據庫查詢，電子地圖顯示、打印、值班員現場監聽/對講/數字錄音等處理工作。 共一百六

20、十七頁中心接警主機中心接警主機通過電話線接收(jishu)用戶端報警主機發送的報警信號，做初步處理后，通過RS232接口送到上位機處理；上位機向用戶端報警主機發送的指令也通過RS232接口先發送至中心接警主機，再由它通過電話線發送至用戶端報警主機。中心接警主機作為功能強大的上位機和分布運行的用戶端報警主機的聯系橋梁，主要起信息存儲轉發的功能，同時對某些信息做必要的顯示。 共一百六十七頁上位機上位機具備以下功能：(1)以聲光方式顯示報警，可以指令控制用戶端報警主機解除報警根據實際情況繪制電子地圖，錄入用戶端報警主機的相應資料。能夠(nnggu)在繪制的電子地圖上以顏色顯示各用戶端報警主機狀態和各

21、防區內容，以及用戶地址與電話信息和報警發生后的處置對策。 共一百六十七頁(2)可以通過中心接警主機對用戶端報警主機進行控制，進行功能和狀態檢測。(3)遇有警報時，其報警信號可以經由電話線路、寬帶網或人工方式向相關部門轉發報告。(4)可以程序設置報警聯動動作，即遇有報警時，用戶端報警主機的編程輸出端可通過繼電器執行相應動作。具有報警圖像資料庫，要求裝備(zhungbi)有攝像機聯動系統。 共一百六十七頁13.2.4報警系統(xtng)的誤報問題 任何探測器都有其特點、適用范圍和局限性，如選用(xunyng)不當會引起誤報警。 雙技術報警器可減少誤報警，即只有當兩種不同原理的探測器同時探測到目標時

22、，方才產生報警信號。由雙重技術組合的空間探測器稱為雙鑒器，目前有被動紅外與微波雙鑒探測器、被動紅外與超聲波雙鑒探測器、玻璃破碎聲與振動雙鑒探測器等。 探測器采用微處理器來實現智能化，并在報警中心站增強對報警信號的計算機鑒別和處理能力，同時輔以必要的人機交互或人機干預，也可減少誤報。共一百六十七頁13.3嵌入式智能報警主機硬件詳細(xingx)設計 本系統設計的嵌入式報警主機(zhj)包含以下10個子模塊：電源子模塊、數碼管顯示驅動子模塊、語音錄制存儲子模塊、數據存儲子模塊、雙音多頻信號接收發送子模塊、無線遙控發射/接收子模塊、警號驅動子模塊、報警接入子模塊、電話信號發送/接收子模塊、AT89C

23、52單片機主控制子模塊；同時包含過壓保護、限流保護、光耦隔離保護等一些輔助電路。9個功能性子模塊由單片機主控制子模塊統一控制其工作時序關系和狀態變化。如圖13-5所示。 共一百六十七頁共一百六十七頁 信號的傳輸只在8個功能型子模塊和AT89C52單片機主控制子模塊之間發生，8個功能型子模塊之間是沒有信號交互的，所有要交互的信號都在AT89C52單片機中匯總(huzng)、處理、存儲、轉發。圖中箭頭所指即信號的流向。比如雙音多頻信號收發子模塊和AT89C52之間是雙向箭頭，就表示它們之間是雙向數據傳輸；數碼管顯示子模塊和AT89C52之間是單向箭頭，且箭頭指向數碼管顯示子模塊，因此表示數碼管顯示

24、子模塊只接收AT89C52發來的控制信號，不向AT89C52發送信號。電源子模塊提供電源支持。 共一百六十七頁13.3.1AT89C52單片機主控制子模塊(m kui) 本機采用AT89C52單片機作為主控CPU芯片，它是一種低功耗高性能的8位單片機，內部有3個16位定時/計數器、一個串行口、8K Flash可編程可擦除存儲器和256個字節的RAM及兩個外部中斷源，32個I/O口線；它采用了CMOS工藝和高密度非易失性存儲器技術，其輸出引腳和指令系統都與MSC-51兼容。它功能密集，開發設備成熟，比較適合本機子模塊(m kui)多，處理任務繁復的特點。 共一百六十七頁 本單片機只使用內部程序存

25、儲器，不需外部尋址，P0、P1、P2、P3各口均用作I/O口。P1、P3口的結構可以用作雙向I/O接口。P0、P2口做雙向I/O口用時需要外接上拉電阻，本機在P0、P2口掛了10K的外接排電阻。本單片機沒有外接RAM,程序運行時只使用內部的256字節RAM。為了存儲用戶數據(shj)，使用了1片EEPROM數據(shj)存儲器24C02。24C02是IC總線產品，89C52沒有專門的IC總線接口，故使用2根I/O口線在程序中仿IC總線協議實現單片機與24C02之間的通信。 共一百六十七頁時鐘(shzhng)系統 89C52單片機片內含有一個(y )構成時鐘振蕩器的高增益反相放大器，引腳 XTA

26、L1、XTAL2（即18腳、19腳）分別是此放大器的輸入端和輸出端，這個放大器外接作為反饋元件的晶體后便成為自激振蕩器，如圖136所示。 共一百六十七頁共一百六十七頁 晶體呈感性，與2個電容構成并聯諧振電路。振蕩器的振蕩頻率主要取決于晶體；電容有微調作用，電容值的大小可以影響振蕩器頻率的高低、振蕩器的穩定性、起振的快速性，當選用480K晶體時，選用(xunyng)120pF這個值是一般理論值。在設計印刷電路板時，電容、晶體的位置都盡量靠近單片機，主要為了防止走線太長寄生電感增加影響諧振頻率。為了提高溫度穩定性，本機采用溫度穩定性好的零溫度系數電容。共一百六十七頁 振蕩器輸出的振蕩脈沖經2分頻成

27、為內部時鐘信號，用作單片機內部各功能部件按序協調工作的控制信號，其周期稱為時鐘周期。6個時鐘周期構成1個機器周期。CPU執行一條指令(zhlng)的時間稱為指令(zhlng)周期。指令(zhlng)周期以機器周期為單位。一條單周期指令(zhlng)執行的時間就是一個機器周期。89C52單片機除乘法指令、除法指令是4周期指令外，其余都是單周期指令和雙周期指令。本機使用480K晶振，故可以算出單指令執行時間為： 共一百六十七頁 時鐘電路產生CPU的工作時序脈沖，是CPU正常工作的關鍵。時鐘信號不僅是對噪聲干擾最敏感的部位，也是單片機系統的主要噪聲源。單片機的時鐘信號為頻率很高的方波，方波是由與其頻

28、率相同(xin tn)的正弦基波和其倍頻正弦波疊加而成。頻率越高，越容易發射出去成為噪聲源。此外，時鐘頻率越高，信息傳輸線上信息變換頻率也越高，致使線間串擾、反射干擾以及公共阻抗干擾加劇。本機選用了較低的時鐘頻率，這對降低系統的電磁發射，提高系統的抗干擾性能很有利。 共一百六十七頁為了保證時鐘電路受到最小的干擾，本機在設計電路板時采取了以下措施：(1)時鐘脈沖電路盡量靠近單片機，引線(ynxin)短而粗；(2) 晶振電路電容遠離發熱元件；(3)大電流信號線、電源變壓器遠離晶振信號的連線；用地線包圍振蕩電路。 共一百六十七頁復位(f wi) 本單片機的復位電路以差分比較器LM393為核心構成。所

29、謂復位，就是(jish)令RST引腳上出現寬度大于10ms的正脈沖，而在單片機工作期間，RST引腳為“0”電平。本機的復位電路如圖137所示。 共一百六十七頁由圖可見，在上電之后，9腳電壓立刻跳變為高電平，單片機進入復位狀態。12V電源通過10K電阻(dinz)對電容充電，當充到運算放大器的負極輸入電壓高于正極時，運算放大器輸出“0”電壓，復位過程結束。正極電壓為，復位時間可由零狀態響應方程算得:共一百六十七頁式中，us為12V充電電壓，uc為10uf電容(dinrng)電壓，R為10K充電電容(dinrng)，帶入相應值，有 即復位時間為38.6毫秒左右。LM393可以在非復位期間將單片機復

30、位腳電壓(diny)牢牢箝在低電平上，即使電源受到高電平脈沖干擾，由于運算放大器LM393的抗共模干擾能力，仍會令89C52的復位腳保持低電壓(diny)，由此排除了高電平噪聲脈沖誤復位的干擾。在圖13-7所示復位電路中，放電二極管4007必不可少，在電源斷電時它可以使電容迅速放電，從而確保電源恢復時單片機可靠復位。共一百六十七頁13.3.2電源(dinyun)子模塊 本機采用交流220V供電，驅動警號發聲、輸出供電、給蓄電池充電和驅動干簧管繼電器需要12V供電，板上其余(qy)集成塊和阻容元件使用直流5V供電，故電路板上設計為雙電源輸出。 220V/50Hz的市電進入本機后，首先進入變壓器，

31、輸出交流14V；交流14V進入主電路板的電橋，經過電橋整形和電容濾波去交流成分后送入12V集成三端穩壓器7812，生成12V直流電，一邊滿足音頻功率放大器LM386、干簧管繼電器、外接探測器工作等供電需求，一邊送給5V集成三端穩壓器7805，生成直流5V,給電路板上其余器件供電。其連接示意圖如圖138所示。 共一百六十七頁 7812、7805的輸出負載電流均為500mA，本機在報警時，有最大消耗(xioho)功率3.6W，折合7812輸出負載電路300mA，故能夠以12V電壓輸出200mA電流供外接報警器使用。兩片集成三端穩壓器都配有散熱片，如散熱片與集成三端穩壓器接觸不良，會導致集成三端穩壓

32、器溫度過高，嚴重時會燒毀集成三端穩壓器。 共一百六十七頁 本機可以選配12V蓄電池一塊，它在有220V市電輸入時不工作或者被充電，在停電時輸出12V電壓支持本機繼續工作一段時間；圖中270歐姆電阻為電池的充電電阻，它使初始充電電流不至于過大而損壞了電池。 單片機應用系統中最重要并且危害最嚴重的干擾來源于電源的污染。由于電源是由市電電網經變換后得到，市電電網電源污染問題嚴重。各種( zhn)干擾極易耦合到供電線路中，同時，電源本身也會產生干擾。常見的干擾源如圖139所示。 共一百六十七頁共一百六十七頁對本機有較大(jio d)影響的是電網干擾、電源干擾和繼電器干擾。電網干擾包括以下幾個方面：(1

33、) 電壓的波動：過壓、欠壓和突然停電等。(2) 浪涌、下陷：浪涌與下陷是電壓的快變化，如果幅度過大也會損壞系統。(3) 尖峰電壓：尖峰電壓的持續時間很短，電壓幅值比較高，對單片機的干擾比較嚴重。 繼電器的線包是一個電感負載，其觸點相當于一個開關。當繼電器的線圈通斷電流時，在開始的幾微秒內不改變瞬態的形式。這表明在此短時間內，分布電容使線圈有效短路，它是引起干擾瞬態的原因之一。共一百六十七頁 繼電器線圈電感與分布電容的比很大，這樣(zhyng)，當電流截斷時，繼電器線圈周圍的磁場消失，在大約3S之內，電壓上升到近似電源電壓的100倍，即具有陡峭前沿的大幅度浪涌電壓，然后按線圈、分布電容和電阻所決

34、定的速率下降到零。繼電器的浪涌電壓具有陡峭的前沿，它能產生強烈的沖擊和激勵。同時，普通繼電器的觸點開關呈現機械彈性震蕩。當開關閉合時它引起電流的重復閉合和斷開，這時所產生的瞬態，比斷開時所產生的瞬態具有更長的持續時間，干擾也更嚴重。 共一百六十七頁 在由變壓器、整流管、調整管等組成的線性穩壓電源內，因整形單向脈沖，會產生電磁干擾信號。為了減少干擾因素，本機在設計上采用了一系列抗干擾的措施，包括供電策略、電源接地和電源濾波技術。對于單片機應用系統中的不同(b tn)器件，合理的供電策略可以提高系統的抗干擾性能。圖1310(a)所示表示兩負載采用一根電源母線供電的情況，圖1310(b)所示表示兩負

35、載采用各自獨立的電源線供電的情況。 共一百六十七頁 減少電源的接地電阻，那么兩負載間的耦合可以減小。圖1310(b)所示的分開供電的方法有助于減少通過公共電源母線(mxin)上產生的負載感生干擾。 共一百六十七頁本機在設計接地時，遵循以下原則：(1)在接地面上，電源接地和數字信號接地相互隔離，減少地線間的耦合。(2)分別建立交流、直流和數字信號的接地通路。(3)將幾條接地通路接到電源公共點上，以保證電源電路有低的阻抗(zkng)通道。電源濾波的主要目的是抑制在電源線上的傳導高頻干擾。單片機系統的電源濾波通常包括交流端的濾波和直流端的濾波。直流端的濾波主要是抑制整流電路和開關電路所產生的高頻干擾

36、，通常用電容濾波就足夠了。共一百六十七頁13.3.3數碼管顯示(xinsh)驅動子模塊 顯示部分由4個狀態顯示燈、1個紅色共陰極7段數碼顯示管、1片移位寄存器74LS164、單片機的2根口線以及一些外圍阻容元件構成，用來顯示報警、布防、撤防、錄音、電源、電話輸入號碼、報警撥打號碼、異地現場監聽等多種狀態和信息。 74LS164是8比特串入并出移位寄存器。它內部由8個級聯的DQ觸發器構成。單片機的1腳作為(zuwi)74LS164的時鐘驅動線，2腳作為(zuwi)74LS164的數據輸入線，74LS164的并行輸出線分別接7段數碼管的各段對應管腳，在單片機程序中，根據74LS164的真值表和時序

37、圖，在2根口線上輸入符合74LS164輸入要求的0/1數據，就可以在數碼管上顯示相應的內容。共一百六十七頁下面給出驅動74LS164的子程序：sbit LS164_CP= P10; /定義單片機1腳控制74LS164的時鐘線sbit LS164_AB= P11; /定義單片機2腳為74LS164的數據線 void LED_DRIVER(bit D7,bit D6,bit D5,bit D4,bit D3,bit D2,bit D1,bit D0) LS164_AB=D7; LS164_CP=1; LS164_CP=0; /送入最高位比特 LS164_AB=D6; LS164_CP=1; LS1

38、64_CP=0; LS164_AB=D5; LS164_CP=1; LS164_CP=0; LS164_AB=D4; LS164_CP=1; LS164_CP=0; LS164_AB=D3; LS164_CP=1; LS164_CP=0; LS164_AB=D2; LS164_CP=1; LS164_CP=0; LS164_AB=D1; LS164_CP=1; LS164_CP=0; LS164_AB=D0; LS164_CP=1; LS164_CP=0; /送入1字節數據(shj)的最低位比特，置低時鐘，保持/數據例如要讓數碼管顯示“5”，根據74LS164的并行輸出線與數碼管的連線情況，知

39、道令74LS164并行輸出“1,1,0,0,1,1,0,1”即可，在程序中執行：LED_DRIVER(1,1,0,0,1,1,0,1);就達到目的。 共一百六十七頁13.3.4語音錄制(l zh)存儲子模塊 本機具有語音錄制/存儲/播放功能，使用者可以預先錄下一段語音，在向外報警時播放。這樣警情接聽者就可以在沒有電子地圖的情況下獲得一定的信息。 本機語音錄制存儲子模塊以單片20秒周期錄/放音語音電路ISD1420為核心，再結合一個(y )錄音麥克、一個(y )錄音按鈕和幾個阻容元件即可實現語音錄/放功能，單片機只需要2根線分別控制ISD1420的播放方式、監控ISD1420的播放狀態。ISD1

40、420的取樣頻率為6.4KHz，取樣的語音直接存儲到片內的不揮發存儲器中，不需要數字化和壓縮的其它手段。共一百六十七頁 ISD1420由一個單錄音信號REC實現錄音操作。麥克輸入信號經AC耦合傳送到前置放大(fngd)器，AC耦合電容和ISD1420內部一個10K電阻一起決定低頻截至頻率。ISD1420前置放大(fngd)器的輸出由輸入信號、麥克基準和自動增益控制共同決定。麥克基準（MIC REF）是麥克前置放大(fngd)的反相輸入，當器件使用該輸入腳并以差分形式連接到麥克時，能減少噪聲、實現共模抑制。本機電路經測試共模干擾小，故沒有使用差分輸入，麥克基準腳（18腳）懸空。自動增益控制（AG

41、C）調整前置放大(fngd)器的增益，能在一個很寬的范圍內適應麥克的輸入電平。共一百六十七頁 當錄音時間超過20秒時，ISD1420自動(zdng)退出錄音狀態，并使能25腳變低，指示錄音結束。每次錄音都從內部存儲器的地址“0”開始存放，且在錄音前將內部寄存器全部清零。 ISD1420的放音過程很簡單，單片機通過1根口線連接ISD1420的PLAYL腳，控制放音啟動和選擇電平放音模式，當此管腳的信號由高變為0時，將開始放音操作；PLAYL變為高電平，遇到結束標志（EOM）或存儲器的尾部放音將停止，ISD1420自動進入調電等待模式。并通過另1根口線檢測放音結束標志，以決定后續處理。語音錄制存儲

42、子模塊的電路連接方式如圖1311所示： 共一百六十七頁共一百六十七頁13.3.5數據(shj)存儲子模塊 數據存儲子模塊由串行EEPROM24C02構成。24C02內部具有2568的存儲結構，在IC總線主控器進行讀寫操作時，要先給定一個起始操作地址，下一字節操作時地址會自動加一。外部有3個器件編碼地址管腳、2個IC總線接口管腳。器件編碼地址管腳用來在多個IC總線器件同時掛在IC總線上時進行器件尋址。24C02可以存儲6組用戶設置的報警電話號碼、異地(yd)電話操作密碼、報警主機等待摘機的電話振鈴次數。 共一百六十七頁I2C總線(zn xin)的基本原理 I2C總線是一種串行總線。它采用兩線制，

43、即一根時鐘線和一根數據線。I2C總線的時鐘線SCL和數據線SDA都是雙向傳輸線，總線備用時SDA和SCL都必須保持高電平狀態(zhungti)，只有關閉I2C總線時才使SCL鉗位在低電平。 I2C總線上每傳輸一位數據都有一個時鐘脈沖相對應，在時鐘線高電平期間數據線上必須保持有穩定的邏輯電平狀態，高電平為數據1，低電平為數據0。只有在時鐘線為低電平時，才允許數據線上的電平狀態變化。如圖1312所示。 共一百六十七頁 I2C總線傳送數據時有兩種時序狀態被分別定義為起始信號和終止信號。在時鐘線保持高電平期間，數據線出現由高到低的電平變化時將啟動(qdng)I2C總線，為I2C總線的起始信號。在時鐘線

44、保持高電平期間，數據線出現由低到高的電平變化時將停止I2C總線的數據傳輸，為I2C總線的終止信號。起始信號和終止信號都由主控制器AT89C52產生。 共一百六十七頁對于不具備I2C總線硬件接口的AT89C52單片機來說，為了能夠(nnggu)準確的檢測到總線上的信號，必須保證在總線的一個時鐘周期內對數據線至少進行兩次采樣。如圖1313所示： 共一百六十七頁I2C總線(zn xin)上的數據傳輸格式 I2C總線傳送的每一個字節均為8位，但每啟動一次I2C總線，其后的數據傳輸字節數是沒有限制的。每傳送一個字節后都必須跟隨(n su)一個應答位，并且首先發送的數據位為最高位，在全部數據傳送結束后主控

45、制器發終止信號，如圖1314所示。 共一百六十七頁從如圖13-14所示可以(ky)看到，沒有時鐘信號時數據傳送將停止進行，接口的線與特征將使SCL在低電平時鉗住總線。共一百六十七頁 這種情況可以用于當接收器接收到一個字節數據后要進行一些其他工作而無法立即接收下個數據時，迫使總線進入等待狀態，直到接收器準備好接收新數據時，接收器再釋放時鐘線使數據傳送得以繼續進行。I2C總線數據傳送時，每傳送一個字節數據后必須有應答信號，與應答信號相對應的時鐘由主控器產生，這時，發送器必須在這一時鐘位上釋放數據線，使其處于(chy)高電平狀態，以便接收器在這一位上送出應答信號。應答信號在第9個時鐘位上出現，接收器

46、輸出低電平為應答信號，輸出高電平則為非應答信號。 共一百六十七頁 按照總線規約，起始信號表明一次數據傳送(chun sn)的開始，其后為尋址字節，尋址字節由高7位地址和最低1位方向位組成，方向位表明主控器與被控器數據傳送方向，方向位為“0”時表明主控器對被控器的寫操作，為1時表明主控器對被控器的讀操作。在尋址字節后是按指定讀、寫操作的數據字節與應答位。在數據傳送完成后主控器都必須發送停止信號，下面以簡化的圖解方式（見書）介紹兩類數據傳送格式。 共一百六十七頁從上述數據傳送格式可以看出：l 無論何種方式起始、停止，尋址地址都由主控器發送，數據字節的傳送方向則遵循尋址字節中方向位的規定。l 尋址字

47、節只表明器件地址及傳送方向，器件內部的n個數據地址由器件設計者在該器件的I2C總線數據操作格式中指定第一個數據字節作為器件內的單元地址數據，并且設置地址自動加減功能。l 每個字節傳送都必須有應答信號相隨。l I2C總線被控器在接收到起始信號后都必須復位它們(t men)的總線邏輯，以便對將要開始的被控器地址的傳送進行預處理。 共一百六十七頁I2C總線的地址(dzh)約定為了消除I2C總線(zn xin)系統中主控器與被控器的地址選擇線，最大限度地簡化總線(zn xin)連接線，I2C總線采用了獨特的尋址約定，規定了起始信號后的第一個字節為尋址字節，用來尋址被控器件，并規定數據的傳送方向。在I2

48、C總線標準規約中，尋址字節由被控器的七位地址位（它占據了D7-D1位）和一位方向位（D0位）組成。七位地址位由器件編號地址（高4位D7-D4）和引腳地址（低3位D3-D1）組成；方向位為0時表示主控器將數據寫入控制器，為1時則表示主控器從被控器讀取數據。 共一百六十七頁 主控器發送起始信號后，立即發送尋址字節，這時，總線上的所有器件都將尋址字節中的7位地址與自己器件地址相比較。如果兩者相同，則該器件認為被主控器尋址。在本產品中，單片機始終作為主控器，不用考慮其器件地址；AT24C02始終作為被控器，查AT24C02的器件手冊可知AT24C系列E2PROM器件編號地址均為1010，引腳地址為A2

49、、A1、A0，在電路板上均接地(jid)，因此都為0，則該器件的尋址字節為SLAW=0A0H，SLAR=0A1H。 共一百六十七頁數據操作(cozu)格式I2C總線上掛接的存儲類器件片內字尋址范圍為256字節。 通常E2PROM寫入時，總需要一定的寫入時間5-15ms，在寫入程序中無法連續寫入多個數據字節。為解決連續寫入多個數據字節，常設置頁寫功能，即在E2PROM器件中設有一定容量（頁寫）的數據寄存器。用戶一次寫入E2PROM的數據字節不大于頁寫字節數時，可按通常RAM的寫入速度，裝載入E2PROM中的數據寄存器中，隨后啟動自動寫入定時邏輯，經過5-10ms時間，自動將數據寄存器中的數據同步

50、(tngb)寫入E2PROM的指定單元中。這樣一來，只要一次寫入字節數不多于頁寫容量，總線對E2PROM的操作可視為對靜態RAM的操作，只要求下次數據操作在5-10ms之后進行。 共一百六十七頁在AT24C系列中，對應于頁寫字節數，數據寄存器分別有2、3、4位頁地址。這些地址分別是AT24C系列片內E2PROM的最低2、3、4位地址，為字地址的低位部分。在寫入時，寫入數據按照字地址的低位部分，定位在數據寄存器的頁地址空間、數據寄存器地址的低位部分（頁地址），溢出時不會向字地址的高位部分進位，這就會造成寫入數據在地址空間的翻卷現象，現以本產品中的AT24C02為例加以(jiy)說明。共一百六十七

51、頁 AT24C02的頁寫字節數為8，片內數據寄存器的頁地址，從000到111。在數據寫入操作時，根據字地址（WORDADR）的最低3位地址裝載到指定的數據寄存器中，當裝載到數據寄存器地址為111后一個數據時，該數據進入數據寄存器的000地址中，而字地址的A3位并不進位，這就造成寫入地址的翻卷。 對應于頁寫功能，AT24C02有字節寫和頁寫兩種方式進行寫操作。頁寫是指向E2PROM片內指定單元(dnyun)（WORDADR）連續寫入不多于n個字節頁寫數據（mn）的操作。N為頁寫字節數，m為寫入字節數。 共一百六十七頁 AT24C系列E2PROM的讀操作與通常的SRAM相同，但每讀一個字節地址自動

52、加1。由于數據字地址寄存器提供其地址空間與頁寫數據寄存器空間相同，因此地址指針同樣會出現翻卷現象。為了避免(bmin)糾纏翻卷現象，本產品采用指定地址讀的方式。指定地址讀是按指定的字地址讀出一個字節數據的操作。由于要寫入字地址，故要先進行一個字地址的寫操作，然后重復起始狀態，讀入一個數據字節， 共一百六十七頁13.3.6雙音多頻信號接收(jishu)發送子模塊雙音多頻 為了接收(jishu)電話機輸入的電話號碼，在報警狀態下向外撥出電話號碼，本機包含了雙音多頻接收(jishu)/發送電路。 電話機有兩種撥號方式，即脈沖撥號和雙音多頻撥號，現在以雙音多頻最為普遍使用。雙音多頻撥號方式中的雙音頻是

53、指兩個特定的單音頻信號的組合來代表數字或功能。兩個單音頻的頻率不同，所代表的數字和功能也不同。共一百六十七頁 根據CCITT的建議，國際上采用697Hz、770Hz、852Hz、941Hz、1209Hz、1336Hz、1477Hz和1633Hz這8個頻率產生8種不同的單音頻信號，故稱為多頻。把這8種頻率分成兩個群，即高頻群和低頻群。從高頻群和低頻群任意各抽出一種頻率進行組合，共有(n yu)16種不同的組合，代表16種不同的數字或功能，如表13-2所示。 共一百六十七頁表13-2雙音多頻的組合(zh)雙音多頻的組合功能數字或功能高頻群 Hz1209133614771633低頻群Hz697123

54、A770456B852789C941*0#D共一百六十七頁MT8880CE 本機的雙音多頻信號接收發送子模塊以MT8880CE為核心構成。MT8880CE是帶調用進程濾波器的集成雙音多頻收發器，20腳塑料DIP封裝。它由CMOS工藝制作，耗散功率低，可靠度高。它的內部計數器提供了一個爆發模式，這樣，爆發鈴音能以精確(jngqu)的時間進行傳輸。與MT8880CE相連的單片機或者其他微處理器可以選擇打開“調用進程濾波器”來分析調用進程音。MT8880CE與單片機之間可以使用標準微處理器總線直接匹配連接， 共一百六十七頁DTMF生成器 內嵌在MT8880CE中的DTMF生成(shn chn)器可以

55、精確地生成(shn chn)16個標準的DTMF音對。生成音對需要的所有頻率由外部3.579545MHz晶振分頻可得。要通過單片機AT89C52指定一個DTMF信號，或者向單片機發送一個信號，都要遵循一個編碼格式，其對應關系如表13-4所示。 共一百六十七頁低頻群Hz697697697770770770852852852941941941高頻群Hz120913361477120913361447120913361477133612091477數字或功能1234567890*D3000000011111D2000111100001D1011001100110D0101010101010共一百六十

56、七頁爆發(bof)模式在某些電話應用中，要求被生成的DTMF信號可以被指定一個持續周期。這時，標準DTMF信號時序能夠通過使用爆發模式實現(shxin)。這個爆發/暫停持續時間是51ms1ms，這個持續時間對自動撥號是標準間隔。當這個爆發/暫停信號被發送后，在MT8880CE狀態寄存器的相應位被硬件置位，表示發送器已經準備好發送下一個數據。在DTMF模式下，發送爆發/暫停信號的時序就是如此；但在CP（調用進程）模式下，爆發/暫停持續時間是102ms2ms。當CP模式和爆發模式都被選中時，DTMF信號只能被發送，但不能接收。共一百六十七頁內部(nib)寄存器 MT8880CE內部有5個寄存器，即

57、1個發送數據寄存器、1個接收數據寄存器、1個控制寄存器、2個狀態寄存器，首先通過如表13-5所示了解(lioji)如何選擇寄存器。 RS0R/W功能00寫發送數據寄存器01讀接收數據寄存器10寫控制寄存器11讀狀態寄存器共一百六十七頁 不論操作哪個寄存器，MT8880CE與單片機AT89C52交換數據都是通過D3D0這四根總線進行。通過如表13-6、表13-7、表13-8所示看看狀態寄存器和2個控制(kngzh)寄存器的含義。 MT8880CE狀態(zhungti)寄存器位名稱狀態標志置位狀態標志清除b0IRQ中斷發生時，該位或者b1置位無中斷。讀狀態寄存器后該位被清除b1發送數據寄存器空（爆

58、發模式）暫停持續周期結束，發送器準備發送新數據讀狀態寄存器后該位被清除，或者不在爆發模式下b2接收數據寄存器滿在接收數據寄存器中有數據讀狀態寄存器后該位被清除b3指導檢測不到有效的DTMF信號檢測到有效的DTMF信號后被清除共一百六十七頁MT8880CE控制(kngzh)寄存器A位名稱功能描述b0TOUT音對或單音輸出高電平使能輸出。爆發模式或非爆發模式都可使用b1CP/DTMF模式控制邏輯“0”選擇DTMF模式，邏輯“1”選擇CP模式b2IRQ中斷使能邏輯“1”使能中斷模式。當中斷使能且選擇DTMF模式，管腳IRQ/CP會在收到1個正確的DTMF信號后發中斷，置“0”b3RSEL寄存器選擇邏

59、輯“1”將在下一個寫操作選擇控制寄存器B，然后返回A共一百六十七頁MT8880CE控制(kngzh)寄存器B位名稱功能描述b0BURST爆發模式邏輯“0”使能爆發模式b1TEST測試模式邏輯“0”使能測試模式b2S/D單音/雙音生成邏輯“0”允許DTMF信號生成，邏輯“1”允許單音生成b3C/R行/列音選擇邏輯“0”選擇行頻率，“1”選擇列頻率共一百六十七頁工作(gngzu)方式 單片機從AT24C02讀出報警號碼，通過4根數據總線送給MT8880CE，由它生成相應的雙音多頻碼，再送給發送電路。單片機通過操作I/O控制器、控制寄存器A、控制寄存器B，檢測狀態寄存器即可使MT8880CE工作在各

60、種狀態。比如說MT8880CE可以工作在DTMF模式下，接收DTMF信號(xnho)，也可以工作在呼叫處理模式下，接收頻率為450赫茲的呼叫處理音；在發送DTMF信號時，MT8880CE既可以工作在爆發模式下，以51ms的間隔發送DTMF信號，也可以工作在測試模式下，以102ms的間隔發送信號。接收DTMF信號時序如圖13-15所示。 共一百六十七頁共一百六十七頁單片機89C52從MT8880CE中讀數據和向MT8880CE中寫數據(shj)的時序如圖13-16與圖13-17所示。 89C52讀MT8880CE數據(shj)周期 共一百六十七頁89C52寫MT8880CE數據(shj)周期 共