【文章內(nèi)容簡介】 極 立 即 導 通 ， 此時 輸出端 電 壓 降 為 0V； 當 沒 有 鈴 流 信 號 時 ， 光電 耦合 器 內(nèi) 部 的 光 敏 三 極 管 不 導 通 ， 輸出端 電 壓 為 高 電 平 VDDH。 在 交 流電 的 兩 個 半周 中，其 中 有 一個 半周 經(jīng)過 光電耦合器內(nèi)的發(fā)光 二 極 管 導 通 ， 另 一個 半周 通 過 二極管 D9（ IN4148） 導 通 。 由 此可 見 ， 輸出端 的 脈沖 是 隨著 鈴 流 信 號 的出 現(xiàn)而 出 現(xiàn) 的， 因此 只要 檢 測 到 輸出端 有 低 電 平脈沖 出 現(xiàn) ， 就 說明 線 路 上 有 鈴 流 信 號 了 ， 而且 輸出端 在單 位時 間 內(nèi) 出 現(xiàn) 的 脈沖 個 數(shù) 就 代表 了 振 鈴 時 間 的 長 短 ， 因此 通 過 累 加 輸出端 的 脈沖 個 數(shù) 就可 以 判斷 出 振 鈴 時 間 的 長 短 和 鈴 響次 數(shù) 的 多 少 。 由 光 耦 隔離的信號經(jīng) C43 和 R23 的 濾波整形后，會變成標準低電平和帶紋波高電 平的長周期脈沖信號，但是輸出的波形不好，且為高的電平狀態(tài)還與各交換機相關，所以在后面加上了一 個三極管的反向器，作為整形，這樣就可以得到很完整的波形了 。此時， 只需將線路上的電壓與參考電壓進行比較，檢測 IOB5 就可以檢測出振鈴信號。振鈴檢測后，系統(tǒng)會給 IOB4 一個 高電平 信號 從而 實現(xiàn)模擬摘機 ， 從而 線路 處于導通狀態(tài) [4， 7]。 回鈴音和忙音檢測電路 通話中一方掛機后，交換機會向另一方發(fā)送忙音信號。忙音信號是 177。 、450Hz177。 25Hz 斷續(xù)的蜂音。 回鈴音和忙音、線路錯誤音等電話進程音是載波為 450Hz 的信號，各種信號的不同只是調(diào)制的周期、占空比不同；所在這些信號的檢測主要是檢測 450Hz 信號的周期與占空比 。 由于外線中存在很多干擾，特別是市電的 50Hz 干擾等，對信號的檢測造成影響；所以在電路設計時，前端信號先經(jīng)過一個二階濾波放大器，然后再經(jīng)過一個鎖相環(huán)，最后輸出不同周期與占空比的調(diào)制波信號，這樣就可以用單片機的 IOB2 口來檢測 [4， 7]。 回鈴音和忙音 檢測電路如圖 所示。 圖 回鈴音和忙音 檢測電路 音頻信號輸入輸出耦合 電路 報警信號產(chǎn)生后，單片機控制 HT9200A自動撥號給存儲在單片機中的電話號碼上， 并將預錄的語音加到電話線路上 發(fā)送 。 無線收發(fā)電路 無線收發(fā)模塊采用的是凌陽公司的傳感器模組，該模組作為紅外探測器可以用來探測障礙物并完成布防功能。傳感器模組結(jié)構 框圖 如圖 所示 。 圖 傳感器模組結(jié)構框圖 紅外接 收 頭的最低工作電壓是 3V，如果用紅外發(fā)射接受管檢測障礙物，檢測距離回隨著電壓的減小而縮短 [7]。 紅外發(fā)射電路 紅外發(fā)射電路由電阻 R三極管 Q電阻 R3與紅外發(fā)射二極管 D1構成，如圖 所示 。 圖 紅外發(fā)射電路 電源指示燈模塊 電源濾波電路模塊 紅外發(fā)射接收電路模塊 紅外接收頭電路模塊 溫度 /光線 檢測電路模塊 J1 J2 模組接口 紅外接收電路 接收電路由紅外接收管和放大電路組成，如圖 示 。 Q4 接收到紅外信號后，經(jīng)過三極管 Q1 進行第一級放大，放大后的信號送入三極管 Q3 進行第二級放大，通過Rx 就可以得到放大后的紅外接收信號。 圖 紅外接收電路 接口電路 J3為紅外發(fā)射接收電路的發(fā)射信號和接收信號接口，可以用 10Pin排線直接 將傳感器模組的 J1接口 和 SPCE061A的 IO口 引出的 J3接口相 連接。 圖 傳感器模組與單片機的接口 電源電路 內(nèi)核 SPCE061A電壓要求為 ，而 I/O 端口的電壓可以選擇 也可以選擇 5V。所以，在電路板上具有兩種工作電壓： 5V 和 。對應的引腳中 1 36 和 7必須為, 對于 I/O 端口的電壓 5 5 75 可以是 也可以是 5V。 外部電源供電方式可以選擇 以下三種： DC5V 電池供電 ： 可以用 3節(jié)電池來供電。 直流電壓直接通過 SPY0029（相當于一般 穩(wěn)壓器）穩(wěn)壓到 ，為整個 電路板 提供了 和 兩種電平的 電壓。 DC5V 穩(wěn)壓源供電 ： 可以直接外接 5V 的直流穩(wěn)壓源供電。 5V 電壓再通過SPY0029 穩(wěn)壓到 。 DC3V 供電 ： 可以提供直流 電壓為 電路 板進行供電。此時整個 系統(tǒng)板 只有 電壓， I/O 端口電壓此時只有一種選擇 即 。 電源電路如圖 ， 由于 SPY0029 最大輸出電流為 50mA，外接一些模組時 需要 考慮負載是否合適。 圖 電源電路圖 PROBE 在線調(diào)試接口電路 圖 PROBE在線調(diào)試接口 圖 PROBE在線調(diào)試 的接口，該接口有 5針，其中兩個分別是地（ VSS）和 電源（ VDD。 此接口與 PROBE的 5針接口相連， PROBE的另一端接 PC機 25針并口。這樣，就不需要再用仿真器和編程器了，只要按圖 ，就可以通過它在 PC 機上調(diào)試程序、在線仿真、最后將程序下載到芯片中，完成程序的燒寫。 繪制電路原理圖及 PCB 圖 電路原理圖的設計 Protel 99SE 功能很強，將電路原理圖編輯、電路功能仿真測試、 印制電路板設計等功能融合在一起，實現(xiàn)了電子設計自動化 [8， 9]。 利用 Protel 99SE 的 Schematic 99SE 原理圖編輯器來繪制智能密碼鎖系統(tǒng)的電路原理圖。 整個智能密碼鎖的 硬件設計系統(tǒng)總體包括人機接口部分、語音識別部分、振鈴檢測電路，忙音檢測電路，模擬摘掛機電路， DTMF 發(fā)送電路 、語音遠程報警以及單片機控制等電路。 PCB 圖的 設計 制作印制線路板是本設計的關鍵之一， 印制線路板在電子產(chǎn)品中通常有三種作用：作為電路中元件和器件的支撐件；提供電路元件與器件之間的電氣連接；通過標記符號把 安裝在印制板上面的元件與器件標注出來。這樣有助于元件與器件的插裝和電氣維修，同時大大減少接線數(shù)量的接線錯誤。 PCB 設計是針對具體的電路設計生成一套供 PCB 加工的圖，一般設計流程如下： 準備電路原理圖和網(wǎng)絡表 ：完成電路原理圖的繪制，生成網(wǎng)絡表。 規(guī)劃電路板：規(guī)劃采用板材的物理尺寸，各元件的封裝形式及其它安裝位置，采用雙層板。 設置參數(shù)：設置元件的布置參數(shù)、板層參數(shù)和布線參數(shù)。 裝入網(wǎng)絡表及元件封裝：網(wǎng)絡表是電路原理圖與印刷電路板之間的橋梁，只有將裝入網(wǎng)絡表后，才能完成電路板的自動布線。 布局元件：采用手工布 局元件。 自動布線：給布局好的元件布線。 手工修改：加寬電源線和地線。 輸出文件。 5 軟件部分 總體設計 本系統(tǒng)由單片機 C 語言編寫而成，采用模塊化結(jié)構設計，總體分開鎖和報警兩部分。基于 16 位單片機智能密碼鎖的系統(tǒng)要實現(xiàn)的主要功能是：結(jié)合系統(tǒng)硬件結(jié)構，開鎖部分通過傳統(tǒng)按鍵密碼和語音識別密碼的雙密碼設置，來實現(xiàn)開鎖，根據(jù)當前系統(tǒng)所處的狀態(tài)，調(diào)用不同的操作模塊，實現(xiàn)相應的功能。而執(zhí)行模塊主要有數(shù)字輸入模塊、確定鍵模塊、修改鍵模塊、顯示模塊等。報警部分通過傳感器檢測到是否主人 要進入房間，將采集到的信號通過轉(zhuǎn)換 電路變成相應的高低電平送入單片機，單片機對其送入的信號進行相應的處理，若等待 10S 后電路復位則表明進入為主人，若沒有復位，單片機開始執(zhí)行電話報警。本系統(tǒng)模塊包含：鍵盤開鎖模塊、語音識別開鎖模塊、傳感信號檢測模塊、電話信號檢測模塊、模擬摘掛機模塊、 DTMF 編碼發(fā)送模塊、發(fā)送語音報警信號模塊等 [11， 12]。其中語音識別開鎖模塊是 SPCE061A 嵌入的語音處理部分，其功能的實現(xiàn)可通過語音和鍵盤來響應。開 始是 否 鍵 盤 輸 入 密 碼 ？初 始 化鍵 盤 掃 描有 鍵 按 下數(shù) 字 鍵確 認 鍵正 確密 碼 判 斷開 鎖退 出YYYNNN錯 誤 3 次延 時 1 0 S語 音 識 別 密碼檢 測 到 信 號語 音 信 號 檢測語 音 識 別語 音 訓 練 錄入信 號 比 較聲 音 匹 配YNNYYNYNYN 圖 智能密碼開鎖流程圖 報警部分電路流程圖 所示 流程圖說明：當單片機上電復位后，首先對其電路中所需要的資源進行初始化。 判斷此時檢測電路中有沒有鍵按下，若有鍵按下，則判斷是何鍵按下。若開始按下的鍵是錄音鍵時，則程序轉(zhuǎn)到語音訓練程序，訓練完后按下單片機復位鍵，程序從新開始執(zhí)行；若復位鍵按下則程序重新開始執(zhí)行，此鍵的主要功能是復位和抗干擾的作用；若沒有鍵按下時程序檢測送入的信號，進行下一步的具體操作，依次實現(xiàn)整個系統(tǒng)的 正常工作。另外系統(tǒng)還預留了一部分按鍵為以后的功能擴展所使用。 開 始檢 測 到 紅 外中 斷延 時 10S是 否 復 位CPU模 擬 摘掛 機發(fā) 送 DTMF電話 號 碼鈴 流 檢 測 是 否 響 應 中 斷延 時 10S模 擬 掛 機用 戶 摘 機結(jié) 束N初 始 化YYY 圖 報警程序流程圖 6 系統(tǒng)硬、軟件調(diào)試 硬件調(diào)試 根據(jù)設計的原理電路做好實驗樣機，便進入硬件調(diào)試階段。調(diào)試工作的主要任務是排除樣機故障，其中包括設計錯誤和工藝性故障。 ：用萬能表或邏輯測試筆逐步按照邏輯圖檢查機中各器件的電源及各 引腳的連接是否正確，檢查數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線是否有短路等故障。有時為保護 芯片，先對各管座的電位（或電源）進行檢查，確定其無誤后再插入芯片檢查。 ： 把 樣機 與計算機通過在線仿真器 PROBE 連接上進行調(diào)試，調(diào)試各部分接口電路是否滿足設計要求。這部分工作是一種經(jīng)驗性很強的工作，一般來說，設計制作的樣機不可能一次性完好，總是需要調(diào)試的。通常的方法是，先編調(diào)試軟件，逐一檢查調(diào)試硬件電路系統(tǒng)設計的準確性。 硬件、軟件仿真調(diào)試 經(jīng)過硬件、軟件單獨調(diào)試后，即可進入硬件、軟件聯(lián)合仿真調(diào)試階段，找出硬件、軟件之間不相匹配的地方，反復修改和調(diào)試。實驗室調(diào)試工作完成以后，即可組裝成機 器，移至現(xiàn)場進行運行和進一步調(diào)試，并根據(jù)運行及調(diào)試中的問題反復進行修改。 結(jié) 論 本課題在 傳統(tǒng)密碼鎖系統(tǒng) 中引入了語音 識別 技術， 電話遠程報警技術，并且將紅外傳感器運用其中 ，實現(xiàn)了傳統(tǒng)數(shù)字密碼 與語音 密碼的 雙重密碼 保護，能夠?qū)Ψ欠ㄈ肭诌M行 紅外 探測并報警， 為防止萬一出現(xiàn)失盜情況，還利用電話線進行遠程 語音 報警，確定密碼鎖的高可靠性及安全性 ，整個設計 提高了電子密碼鎖 的智能化水平。課題所涉及的知識比較廣泛，用到的元器件比較多且復雜?？刂撇糠植捎?凌陽 公司的SPCE061A芯片， SPCE061A擁有 靈 活的語音處理功能 ， 能夠非常容易地、快速地處理復雜的數(shù)字信號 。 運用起來比較方便， 內(nèi)置 32K FLASH存儲空間足夠使用。語音芯片由SPCE061A自帶 ，配合錄音、放音電路，可以對模擬聲音信號進行存儲和輸出，語音輸出時 采用 專門的音頻 功率 放大器 SPY0030對 輸出的音頻信號進行放大。電話遠程報警部分 通過雙音多頻發(fā)生器 HT9200A將預先存儲的電話號碼，編碼、發(fā)送，然后通過鈴流檢測判斷對方是否應答，再 將預錄的 語音信號 發(fā)送 。紅外傳感器 采用凌陽公司的傳感器模塊， 能形成穩(wěn)定可靠的信號。本課題設計出的不是最完善的產(chǎn)品，例如 可以再加 遠程控制家庭的布防情況 ，所以在設計中盡量預留一些資源，為以后的升級修改留下空間。 參 考 文 獻 1 楊漢華，凌福玲 . 一種新型的家用防盜報警系統(tǒng) ,2021(1):2428 2 蘇小會，徐淑萍，譚寶成 . 智能住宅報警監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn) . 微計算機信息 , 2021(9):2324 3 羅亞非 . 凌陽 16 位單片機應用基礎 . 北京：北京航空航天大學出版社， 2021 4 凌陽科技編 . 凌陽 16 位單片機開發(fā)實例 . 北京：北京航空航天大學出版社，2021 5 張成，蔣皓石，林嘉 宇 . 基于 16 位單片機的語音電子門鎖系統(tǒng) . 計算機應用 2021 （ 7）： 1821 6 雷旭，何萬強 . 新型家用防盜報警系統(tǒng) .現(xiàn)代電子技術 ,2021(4):8283,86 7 侯媛彬 . 凌陽單片機原理及其畢業(yè)設計精選 . 北京 :科學出版社， 2021 8 王力，張偉 . Protel99SE 電路設計與仿真教程 .北京 :機械工業(yè)出版社 ,2021 9 李東生，張勇，許四毛 . Protel 99SE 電路設計教程 . 北京：電子工業(yè)出版社， 2021 10 李曉白，秦紅磊，朱俊杰，潘涌澤 .凌陽 16 位單片機 C 語言開發(fā) .北京：北京航空航天大學出版社， 2021 11 SPCE061A. 12 HT9200A. 13 LM358. 14 LM567. 附錄 A：