基于AT89S51和ISD1420的家庭語音報警系統(tǒng)設(shè)計

引 言

現(xiàn)代化居住格局使家庭生活的安全問題顯得尤為重要。當(dāng)前，安全的防范及報警系統(tǒng)是確保住宅、住戶安全的重要保障。防盜的最好方法就是在不法分子有入侵企圖時就發(fā)出語音警告，增加其心理壓力，使其主動離開。本系統(tǒng)就是基于這種思想，采用了Atmel公司的AT89S51單片機(jī)作為控制核心，以美國ISD公司的ISD1420作為語音芯片的一種新型家庭語音報警系統(tǒng)。

系統(tǒng)工作原理

本系統(tǒng)的工作原理框圖如圖1所示。不法分子在所防范區(qū)域內(nèi)移動時會引起紅外輻射變化。當(dāng)其所輻射的紅外線通過菲涅爾透鏡被聚焦在熱釋電紅外傳感器PIS-209S的探測元上時，熱釋電紅外傳感器將輸出電壓信號，然后經(jīng)信號放大電路放大后送入信號采集與處理電路，經(jīng)處理后向單片機(jī)輸出高電平。

由于不法分子一般在門外的時間相對較長，因此使用者可以結(jié)合自己家庭附近人流走動情況，通過鍵盤設(shè)置最佳的報警響應(yīng)時間，以便對他們進(jìn)行區(qū)分。設(shè)置完畢后，單片機(jī)將根據(jù)報警響應(yīng)時間，對經(jīng)過信號采集與處理電路的數(shù)字信號進(jìn)行識別，判斷是否啟動報警。若啟動報警，則通過控制已存有報警內(nèi)容的語音芯片對不法分子進(jìn)行語音警告，然后重復(fù)播放若干次語音報警內(nèi)容以警醒主人或周圍的人，接著對現(xiàn)場進(jìn)行錄音，記錄報警時間。同時可以通過鍵盤上的相應(yīng)按鍵查詢報警時間，報警時間會顯示在液晶屏上。

系統(tǒng)框圖各部分介紹

熱釋電紅外傳感裝置

人體具有約37℃的恒定體溫，所以會發(fā)出波長約10μm左右的紅外線。熱釋電紅外傳感器PIS-209S就是靠探測人體發(fā)射的10μm左右的紅外線而進(jìn)行工作的。熱釋電紅外傳感器是一種新型敏感元件。制造熱釋電紅外傳感器的高熱材料是一種廣譜材料，它的探測波長范圍為0.2~20μm.為了對某一波長范圍的紅外輻射有較高的敏感度，該傳感器在窗口上加裝了一塊干涉濾波片。此濾波片只允許某些波長范圍的紅外光通過，而阻止燈光、陽光和其它紅外光通過。實際使用中，熱釋電紅外人體感應(yīng)器前面必須安裝菲涅爾透鏡。菲涅爾透鏡是一種由塑料制成的特殊設(shè)計的光學(xué)透鏡，它可以將人體輻射的紅外線聚焦到熱釋電紅外傳感器上，從而提高傳感器的靈敏度，擴(kuò)大監(jiān)視范圍。它可以產(chǎn)生交替變化的紅外輻射高靈敏區(qū)和盲區(qū)，以適應(yīng)熱釋電探測元件要求信號不斷變化的特性。傳感器的兩個反向串聯(lián)的熱釋電元件輪流感受到運動物體，所以人體的紅外輻射以紅外脈沖的形式不斷改變熱釋電元件的溫度，使之輸出一串脈沖信號，若人體在傳感器前不動則不會有輸出。

信號放大電路

信號放大電路如圖2所示。熱釋電紅外傳感器PIS-209S將輸出電壓信號，然后使該信號先通過一個由電阻電容組成的帶通濾波器，該濾波器的上限截止頻率為16Hz,下限截止頻率為0.16Hz.由于熱釋電紅外傳感器輸出的探測信號電壓十分微弱(通常僅有1mV左右)，而且是一個變化的信號，同時菲涅爾透鏡的作用又使輸出信號電壓呈脈沖形式(脈沖電壓的頻率由被測物體的移動速度決定，通常為0.1~10Hz左右)，所以應(yīng)對熱釋紅外傳感器輸出的電壓信號進(jìn)行放大。經(jīng)過通用集成運算放大器LM324兩級放大后獲得足夠的增益，輸出VO1信號給信號采集與處理單元電路。

信號采集與處理單元電路

硬件電路如圖3所示。信號放大器傳出的信號VO1經(jīng)紅外傳感信號處理器BISS0001中的運算放大器OP1前置放大后，由電容耦合給運算放大器OP2進(jìn)行二級放大，再經(jīng)由電壓比較器COP1和COP2構(gòu)成的雙向鑒幅器處理后，檢出有效觸發(fā)信號去啟動延遲時間定時器。輸出信號經(jīng)晶體管VT1后接單片機(jī)，輸出信號VO2供其讀取。

BISS0001是由運算放大器、電壓比較器和狀態(tài)控制器、延遲時間定時器、封鎖時間定時器及參考電壓源等構(gòu)成的CMOS數(shù)?；旌蠈Ｓ眉呻娐?。它廣泛應(yīng)用于多種傳感器和延時控制器，具有獨立的高輸入阻抗運算放大器，可與多種傳感器匹配，進(jìn)行信號預(yù)處理。它內(nèi)部的雙向鑒幅器可有效抑制干擾，同時內(nèi)設(shè)時間定時器和封鎖時間定時器，結(jié)構(gòu)新穎，穩(wěn)定可靠，調(diào)節(jié)范圍寬。它有可重復(fù)觸發(fā)和不可重復(fù)觸發(fā)兩種工作方式供選擇。本電路引腳A與電源相連，使電路處于重復(fù)觸發(fā)工作方式。在定時周期TX內(nèi)，BISS0001的輸出為高電位，則晶體管VT1飽和導(dǎo)通，其集電極為低電位，將這一信號送到單片機(jī);在Tx結(jié)束時BISS0001進(jìn)入封鎖周期Ti,其輸出端變?yōu)榈碗娖?，晶體管截止，其集電極為高電平。TX定時間隔可由BISS0001的3腳和4腳上所接的電阻和電容來確定。

語音錄放電路

系統(tǒng)的語音錄放電路如圖4所示。電路中采用AT89S51作為CPU,用它的P0.0~P0.5與ISD1420相接。在設(shè)計電路時ISD1420的所有地址端、控制端必須可靠接高電平或低電平而不能懸空，否則可能出現(xiàn)停止播放的情況。話筒信號耦合電容與連接MICREF端到模擬地的電容要相同。要特別注意的是ISD1420芯片的SP+、SP-端一定不要直接接地，只能接揚聲器或者懸空。外接功放器時，采用單端輸出，另一端接10μF到地或懸空，否則ISD器件會損壞。