基于单片机的语音报警系统

作者：邹泽兵

来源：《中国新技术新产品》2009年第14期

        摘要:面对现代社会越来越大的安全威胁,尤其是一些重要场所如家庭、银行、商店等,传统的防盗门、防盗锁等防盗措施已经难以满足人们的需求。为应对这种情况,本文介绍了基于单片机控制的语音报警系统。

        关键词:语音报警;单片机;语音芯片

        1语音报警系统概述及意义

        面对现代社会越来越大的安全威胁,安全问题已经成为人们关注的焦点,在一些重要场合,如家庭、银行、商店等,传统的防盗方式如防盗门、防盗锁等,由于防范系数低、安全性差,已经难以满足人们日益增长的需求。随着科学技术的发展,出现了一系列新的防盗措施,以解决安全隐患,如门磁式、触摸式、雷达监测、红外线监测等。本文将要介绍的语音报警系统正是这些新技术的产物。

        基于单片机控制的语言报警系统具有如下优点:

        1.1传统的防盗方式,如防盗门、防盗锁,其主要作用是增加窃贼入室难度,虽然可以起到一定的防范作用,但在长时间没有人在场的情况下,或者晚上睡觉的时候,其效果明显不尽人意,只要窃贼多花点时间,就可以破门而入。而语言报警系统则可以很好的解决这一问题,如果窃贼在作案过程中突然想起警铃,不但会惊动旁人,而且会给窃贼造成极大的心理压力,大多数时候只好落荒而逃。若加上录音功能,就算窃贼仍然行窃成功,也可以记录下作案时间,方便警方破案。

        1.2基于单片机控制的语音报警系统,由于单片机技术成熟,还具有成本低,便于安装和操作等优点。市场上很多报警系统,虽说性能很好,但由于其技术复杂,价格昂贵,且不易安装和操作,而基于单片机的语音报警系统则很好的平衡了性能和价格,具有很高的实用性。

        2基于单片机的语音报警系统的应用

        2.1系统构成及工作原理

        系统电路主要由信号采集、放大、处理、语言录放、数码管显示和键盘设置电路组成。工作时先由传感器采集信号,常见的由红外传感器、声传感器等,然后进行信号放大,放大了的信号由信号处理电路进行模数转换,将数字信号送入单片机处理,最后通过语言芯片和显示电路完成报警和记录功能。系统框图如下:

        窃贼在防范区域内移动会引起红外辐射变化,当其所辐射的红外线通过菲涅尔透镜被聚焦在热释电红外传感器PIS-209S的探测元上时,热释电红外传感器将输出电压信号,然后经信号放大电路放大后送入信号采集与处理电路,经处理后向单片机输出高电平。

        2.3 系统电路说明:

        热释电红外传感装置。热释电红外传感器PIS-209S可以探测波长范围为0.2~20μm的红外线,人体发出的红外线波长约为10μm,为了提高传感器敏感度,可以在感应器前面必须安装菲涅尔透镜。菲涅尔透镜是一种由塑料制成的特殊设计的光学透镜,它可以将人体辐射的红外线聚焦到热释电红外传感器上,从而提高传感器的灵敏度,扩大监视范围。

        信号放大电路。由于热释电红外传感器输出的探测信号电压十分微弱,而且是一个变化的信号,同时菲涅尔透镜的作用又使输出信号电压呈脉冲形式,所以应对热释红外传感器输出的电压信号进行放大,经过通用集成运算放大器LM324两级放大后获得足够的增益。

        信号处理电路。经过放大的信号经红外传感信号处理器BISS0001中的运算放大器OP1前置放大后,由电容耦合给运算放大器OP2进行二级放大,再经由电压比较器COP1和COP2构成的双向鉴幅器处理后,检出有效触发信号去启动延迟时间定时器。输出信号经晶体管VT1后接单片机,输出信号VO2供其读取。电路如下图所示。

        BISS0001是由运算放大器、电压比较器和状态控制器、延迟时间定时器、封锁时间定时器及参考电压源等构成的CMOS数模混合专用集成电路。它广泛应用于多种传感器和延时控制器,具有的高输入阻抗运算放大器,可与多种传感器匹配,进行信号预处理。它内部的双向鉴幅器可有效抑制干扰,同时内设时间定时器和封锁时间定时器,结构新颖,稳定可靠,调节范围宽。它有可重复触发和不可重复触发两种工作方式供选择。本电路引脚A与电源相连,使电路处于重复触发工作方式。在定时周期TX内,BISS0001的输出为高电位,则晶体管VT1饱和导通,其集电极为低电位,将这一信号送到单片机;在Tx结束时BISS0001进入封锁周期Ti,其输出端变为低电平,晶体管截止,其集電极为高电平。TX定时间隔可由BISS0001的3脚和4脚上所接的电阻和电容来确定。

        语音录放电路。电路中采用ATS51作为CPU,用它的P0.0~P0.5与ISD1420相接。在设计电路时ISD1420的所有地址端、控制端必须可靠接高电平或低电平而不能悬空,否则可能出现停止播放的情况。话筒信号耦合电容与连接MICREF端到模拟地的电容要相同。要特别注意的是ISD1420芯片的SP+、SP-端一定不要直接接地,只能接扬声器或者悬空。外接功放器时,采用单端输出,另一端接10μF到地或悬空,否则ISD器件会损坏。电路图如下:

        ATS51单片机是一款低功耗,高性能CMOS的8位单片机,片内含4KB在线可编程(ISP)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器。ISD1420芯片待机时低功耗(0.5W),放音电流15mA;放音时间20s,可扩充级联;可持续放音,也可分段录放,最小分段:20s/160段=0.125s,可分段160段;录、放次数达10万次;断电信息存储,无需后备电池,信息可存储100年;不需要专用的编程器及语音开发器;高优先级录音,低电平或负边沿放音。其引脚中SP+、SP-为音频信号输出端,可以驱动8~16Ω扬声器;MIC为话筒输入端,可用驻极体话筒,通过电容耦合;MICREF为话筒输入参考端,若不用应悬空。

        键盘和显示电路。键盘采用4×4行列式;显示采用HT1621液晶显示驱动芯片,该驱动芯片是带32×4显存的多功能LCD驱动器,只需4条接口与控制器相连并可提供看门狗时钟。液晶显示屏除4位数字外,还有报警、火警、未准备、旁路、布防等多达16个汉字的内容,以构成直观的汉字显示。在设置设防点时显示监视点号、时间、设防标志等,在查询事故报警记录时显示日期、时分、事故点。同时利用HT1621液晶显示驱动芯片提供的看门狗时钟,实现对键盘系统崩溃时的自动复位,使键盘系统恢复工作。

        3 语音报警系统应用前景

        上面介绍的系统具有成本低、操作方便等诸多优点,适合家用。当然,基于单片机的语音报警系统其应用面是很广泛的,能满足各种场合的要求。例如,大多数盗窃案发生时物主都不在场,若希望事发时可以通知物主,则可以设计具有远程报警功能的报警系统,如下图所示系统:

        DTMF 编码发送电路送出的是由用户经电话号码输入电路预先设定好存储在CPU 中的电话号码,该号码可随意设置,可以是市内程控电话、手机等。这样就可以实现远程语音报警,使物主可以随时监控。具体原理这里限于篇幅不在详述,由此可见基于单片机的语音报警系统具有非常广泛的应用前景。

        参考文献

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