【文章內(nèi)容簡介】 能緊急呼救系統(tǒng)。該家庭智能緊急呼 救系統(tǒng)應(yīng)一經(jīng)啟動，就可以 自動 實現(xiàn)摘機(jī)、連通電話網(wǎng)絡(luò)、撥通正確的電話號碼（如 1 11 120 等急救中心或其他 固定電話、手機(jī) 的 號碼）、檢測到撥通對方電話后、繼續(xù)調(diào)用存儲的語音信息 ， 送出報警或求助信息， 省去手動 摘機(jī)、手動撥號、說話等環(huán)節(jié)帶來的麻煩。該智能呼救系統(tǒng)可解決殘疾人、有突發(fā)性疾病的患者 等群體因自身問題帶來的不便，使其遇到突發(fā)事件時能夠進(jìn)行報警或求助，及時得到援助。 系統(tǒng)總體設(shè)計要求 一 、 要求該系統(tǒng)不影響電話的正常使用，僅在 觸發(fā)后啟動 。 二 、 系統(tǒng)要求在 觸發(fā)后 ,自動撥通正確的電話號碼 ,檢測到撥通對方電話 后 ,系統(tǒng)繼續(xù)調(diào)用存儲的語音信息 ,送出緊急呼救信息 。 三 、 要求友好的人機(jī)界面 ,方便操作。 系統(tǒng)主要設(shè)計內(nèi)容 一 、 根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計要求拿出系統(tǒng)初步方案并畫出硬件框圖； 二、根據(jù)硬件框圖用 Protel 99SE 畫出電路原理圖； 三、根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計要求及硬件框圖確定軟件流程圖并用 Keil uVision2 編寫相應(yīng)軟件； 四 、 進(jìn)行功能電路的軟硬件調(diào)試確定電路原理圖； 五、用 Protel 99SE 畫 PCB 板圖并制作 PCB 板及焊接電路； 六 、 系統(tǒng)軟硬件聯(lián)調(diào)。 2 系統(tǒng)總體設(shè)計及可行性 分析 系統(tǒng)總體設(shè)計 家庭智能緊急呼救系統(tǒng)由單片機(jī) 構(gòu)成主控部分，進(jìn)行各種信息處理，接收外部操作指令形成各種控制信號，接口電路提供系統(tǒng)與電話外線的接口。系統(tǒng)應(yīng)包括信號音檢測、自動摘掛機(jī)、雙音 多 頻 信號 發(fā)送、語音錄放、數(shù)據(jù)存儲器及鍵盤顯示等電路， 系統(tǒng)總體框圖如圖 1 所示 ： 第 3 頁 共 30 頁 圖 1 家庭智能緊急呼救系統(tǒng) 總體框圖 數(shù)據(jù) 存儲器是本系統(tǒng)的重要組成部分之一，為了減小系統(tǒng)電路復(fù)雜度 及節(jié)省單片機(jī)端口，選用集成了內(nèi)部 EEPROM 的單片機(jī)。數(shù)據(jù)存儲器用來存儲預(yù)先錄入的電話號碼，并可以隨時修改，方便用戶自己設(shè)定 、 修改號碼。鍵盤 電路用于預(yù)先錄入 、 存儲及修改電話號碼；顯示電路用于顯示輸入的電話號碼、系統(tǒng)的控制信息、調(diào)試過程中的特定信息； 系統(tǒng)控制電路分為系統(tǒng)復(fù)位、電話號碼存儲修改 、緊急呼救觸發(fā)等電路。 其中電話號碼預(yù)先錄入與隨意修改部分為系統(tǒng)功能擴(kuò)展。 本系統(tǒng)并聯(lián)在電話機(jī)的兩端，不會影響到電話機(jī)的正常使用。用戶在上電 后，通過按鈕觸發(fā)撥通預(yù)先錄入的電話號碼，發(fā)出語 音呼救信息以后返回到待機(jī)狀態(tài)，等待用戶觸發(fā)外部中斷來完成修改號碼或下次呼救 。 系統(tǒng)總體設(shè)計分析 根據(jù)家庭智能緊急呼救系統(tǒng)的總體設(shè)計要求，此系統(tǒng) 設(shè)計存在 以下 4個 功能模塊： 自動 摘掛機(jī)； 雙音多頻 信號 發(fā)送； 信號音檢測； 語音錄放； 根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計中的實際情況， 盡可能減小硬件裝置的體積及成本，自動摘掛機(jī)、 雙音多頻信號 發(fā)送、語音錄放等單元功能模塊選擇硬件來完成，信號音檢測等 單元功能模塊選擇 編程來完成。 硬件單元電路 自動摘掛機(jī)電路 電話交換機(jī)是 通過 電話 線路上的直流電流來判斷用戶的摘掛機(jī)狀態(tài)。在掛機(jī)狀態(tài)下，電路上的直流電流為 0。在摘機(jī)狀態(tài)下，線路上的直流電流為 18mA～摘 掛 機(jī) 電 路 DTMF 發(fā)送電路 語音錄放電路 系統(tǒng)控制電路 單 片 機(jī) 電話接口電路 鍵盤顯示電路 放大電路 信號音檢測電路 數(shù)據(jù)存儲器 第 4 頁 共 30 頁 55mA。 另外 根據(jù)國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：不論任何電話機(jī)，摘機(jī)狀態(tài)的直流電阻應(yīng)≤ 300Ω ，有“ R”鍵的電子電話 機(jī)的摘機(jī)狀態(tài)直流電阻應(yīng)≤ 350Ω 。在掛機(jī)狀態(tài)下，其漏電流≤ 5uA。 另外 當(dāng)用戶摘機(jī)時，電話機(jī)通過叉簧接上約 300Ω 的負(fù)載，使整個電話線回路流過約 30mA 的電流。 則自動摘掛機(jī)電路有兩個方案來實現(xiàn)： 通過單片機(jī)控制一個繼電器的開關(guān)，繼電器的控制端連接一個大約 300Ω的電阻接入電話線兩端，從而完成模擬摘掛機(jī)； 通過單片機(jī)控制一個恒流源的通斷來實現(xiàn)模擬摘掛機(jī)。 由于繼電器體積較大和需要驅(qū)動電路，本系統(tǒng)采用 恒流源 電路來實現(xiàn) 模擬摘掛機(jī) 電路。 語音錄放電路 根據(jù)實際需求情況分析，用戶 在求助時首要任務(wù)是送出自己的所 在位置 及發(fā)生的事件 ，而每個用戶的位置 及遇到的事件 是不可能相同的，這就需要能夠方便修改語音電路所存儲的語音信息。 經(jīng) 翻閱 相關(guān) 文獻(xiàn)資料，決定采用單片語音錄放集成電路 完成語音錄放電路所需功能。常用的 高品質(zhì)單片語音錄放集成電路 有ISD 和 APR 等 系列， APR 系列在功能上與 ISD 系列不相上下，但 APR 系列價格比較便宜，所以一開始決定選用 APR9600。后來由于買不到 APR9600，改用較容易買到的 ISD1420。以 ISD1420 為核心，加上傳聲器、 外圍電路組成語音錄放電路。 雙音多頻 信號 發(fā)送電路 此部分是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵， 它的工作情況直接決定了系統(tǒng)的可靠性。經(jīng)過翻閱 相關(guān) 文獻(xiàn)資料，發(fā)現(xiàn)使用專用的雙音 多 頻編解碼芯片進(jìn)行雙音 多 頻信號的產(chǎn)生，是比較常用的一種方法。 使用集成電路不但外圍電路簡單，而且可靠性強(qiáng)。一般常用的 雙音 多 頻編解碼集成電路有 HT9200、 MT8880、 MT8888 等。 MT8888的發(fā)送部分采用信號失真小、頻率穩(wěn)定性高的開關(guān)電容式 D/A 變換器，可發(fā)出16 種雙音多頻 信號 ；此外 MT8888 芯片集成度高、功耗低，可調(diào)整雙音 多 頻模式的占空比，能自動抑制撥號音和調(diào)整信號增益，還帶有標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)總線，可與TTL 電平兼容，并可方便地進(jìn) 行編程控制。 經(jīng)過反復(fù)比較， MT8888 既具有雙音多頻 信號收發(fā)功能，還具有呼叫 處理 濾波功能，價格雖較其它芯片的貴一點 ，但可以省去其它芯片所需的復(fù)雜的信號音檢測電路及檢測電路所需費用 ，綜合考慮采用 MT8888 來完成此功能模塊 功能，不但電路簡單、可靠性強(qiáng)，而且費用較少 。 信號音檢測電路 由于雙音多頻發(fā)送電路已采用了 MT8888，其內(nèi)部具有呼叫處理濾波器，就不需要專門的 信號音 濾波電路了。 第 5 頁 共 30 頁 軟件模塊 系統(tǒng)軟件分為兩個主要模塊，由單片機(jī)的兩個外部中斷來完成： 由單片機(jī)外部中斷 /INT0 觸發(fā)完成電話號碼的存儲與修 改，包括鍵盤掃描、數(shù)碼管顯示、電話號碼存儲與修改等模塊； 由單片機(jī)外部中斷 /INT1 觸發(fā)完成智能緊急呼救的全部過程，包括MT8888 初始化、 MT8888 模式設(shè)置、撥號、呼叫 處理等模塊。 系統(tǒng)分析總結(jié) 綜上所述 ， 基于該家庭智能緊急呼救系統(tǒng)是一種廉價的、可靠的緊急呼救 方式。 對具體要求實現(xiàn)的功能進(jìn)行完整的系統(tǒng)分析， 該 家庭智能緊急呼救系統(tǒng)設(shè)計基本符合實際情況，可以完成設(shè)計任務(wù)所要求實現(xiàn)的基本功能 。 系統(tǒng)操作指令 控制 產(chǎn)生 DTMF 信號與語音信號，通過電話網(wǎng)傳輸，完成整個呼救過程。所以，本系統(tǒng)的 設(shè)計方案理論上可行，而且 設(shè)計的可擴(kuò)展性 較好 。 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計與調(diào)試 雙音多頻信號 發(fā)送電路 雙音多頻（ DTMF： Dual Tone Multi Frequency）信號是由一組低音頻信號和一組高音頻信號以一定方式的組合構(gòu)成，每組音頻信號各有 4 個音頻信號，而每種組合有一個高音頻信號和一個低音頻信號，共 16 種組合。 實際應(yīng)用中 DTMF信號的產(chǎn)生是 2 個正弦波信號的疊加，選定 2 個頻率 f1 和 f2 后可得到這種信號的數(shù)學(xué)表達(dá)式： f（ t）＝ （ ）＋ （ ） 雙音多頻信號 編 解碼電路是目前在按鍵電話 (固定 電話、移動電話 )、程控交換機(jī)及無線通信設(shè)備中廣泛應(yīng)用的集成電路。它包括 DTMF 信號 發(fā)送器與 DTMF信號 接受器 ,前者主要應(yīng)用于按鍵 式 電話作雙音頻信號發(fā)送器 ,發(fā)送一組雙音多頻信號 ,從而實現(xiàn)音頻撥號。 電話鍵盤按鍵與雙音多頻信號的對應(yīng)關(guān)系 如 表 1 所示 ： 表 1 數(shù)字與雙音多頻信號對照表 頻率 1209HZ 1336HZ 1477HZ 1633HZ 697HZ 1 2 3 A 770HZ 4 5 6 B 652HZ 7 8 9 C 941HZ * 0 D 第 6 頁 共 30 頁 此部分電路選用 DTMF 信號收發(fā)一體集成電路 MT8888 來完成。 MT8888 基本功能 MT8888 是一種具有 Intel 微處理器接口的功能較強(qiáng)的雙音多頻 信號 發(fā)送和接收器件?？捎糜趯ず粝到y(tǒng)、交換機(jī)系統(tǒng)和移動通信、轉(zhuǎn)帳卡系統(tǒng)、互接撥號器、數(shù)字通信和計算機(jī)等領(lǐng)域。其主要功能有： (1)完整的 DTMF 信號 發(fā)送和接收功能； (2)高速 Intel 微處理器接口； (3)可工作于自動音頻突發(fā)模式； (4)可調(diào)整保護(hù)時 間； (5)呼叫音檢測到 30dBm。 MT8888 引腳功能定義 (1)IN+、 IN(1， 2)— 運放的同相和反相輸入端 ； (2)GS(3)— 增益選擇端。在該引腳與 IN引腳間接反饋電阻可調(diào)節(jié)運放增益； (3)VREF(4)— 基準(zhǔn)電壓輸出端。通常為 VDD/2，作為運放的偏置電壓； (4)VSS(5)— 芯片電源負(fù)端，接地； (5)OSC OSC2( 7)— 時鐘或振蕩器的輸入、輸出端。兩引腳間接 晶體與內(nèi)部電路構(gòu)成芯片振蕩器；若由外部電路提供時鐘，則OSC2 引腳開路； (6)TONE(8)— DTMF 信號輸出端，也可通過編程設(shè)置為單音輸出； (7)/WR(9)— 微處理器寫輸入端，低電平有效，與 TTL 電平兼容； (8)CS(10)— 片選信號輸入端，低電平有效。該引腳可由微處理器的地址鎖存信號 (ALE)直接提供； (9)RSO(11)— 寄存器選擇控制輸入端； (10)/RD(12)— 微處理器讀輸入端，低電平有效，與 TTL 電平兼容； (11)IRQ/CP(13)— 中斷請求信號，為開漏輸出。在中斷模式下，當(dāng)一個有效DTMF 信號突發(fā)發(fā)送或接收時，輸出低電平信號。若控制寄存器設(shè)定電路工作于呼叫處理 (CALL)模式和中斷使能，則該端輸出代表運放輸入的方波信號 ，但該信號頻率必須落在呼叫處理濾波器的帶寬內(nèi)； (12)D0～ D3(1417)— 數(shù)據(jù)總線，與 TTL 電平兼容。輸入需發(fā)送的 DTMF 信號 編碼或輸出譯碼的 DTMF 信號數(shù)據(jù)。當(dāng) CS=1 時呈高阻狀態(tài)； (13)Est(18)— 初始控制輸出； (14)St/GT(19)— 控制輸入 /時間監(jiān)測輸出； (15)VDD(20)— 芯片電源正端，典型值為 +5V。 MT8888 工作原理 MT8888 是集 DTMF 信號 發(fā)送和接收功能 于一體 的器件，內(nèi)帶呼叫處理濾波器。接收部分 包括信號 放大 器 、撥號音抑制濾波 器 、輸入信號的高、低頻帶通濾波 器 、譯碼 器 及鎖存 器 等 ，發(fā)送部分包括行、列計數(shù)器 、 D/A 變換器 及混頻器等 ， 第 7 頁 共 30 頁 另外增加了一些控制寄存器和接口 、數(shù)據(jù)總線緩沖器，很容易實現(xiàn)與微處理器的直接接口，其功能框圖 見附錄 1 所示。 MT8888 通過微處理器接口可以由 RSO、/WR、 /RD、 D0～ D3 等信號選擇與設(shè)定內(nèi)部寄存器，并控制電路的工作狀態(tài)或工作模式。它共有 5個不同作用的寄存器：發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器 (TDR)、接收數(shù)據(jù)寄存器 (RDR)、狀態(tài)寄存器 (SR)、控制寄存器 A(CRA)和控制寄存器 B(CRB)，其控制關(guān) 系如表 2所示 ： 表 2 內(nèi)部寄存器控制關(guān)系 表 RSO 功能 0 0 1 數(shù)據(jù)寫入 發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器 TDR 0 1 0 數(shù)據(jù)從 接收數(shù)據(jù)寄存器 RDR 讀出 1 0 1 數(shù)據(jù)寫入控制寄存器 CRA或 CRB 1 1 0 數(shù)據(jù)從狀態(tài)寄存器 SR 讀出 MT8888 共有 6種工作模式，它們分別為： (1) DTMF 模式：發(fā)送與接收 DTMF 信號。輸入數(shù)據(jù)經(jīng) TDR 控制可編程行、列計數(shù)器、 D/A 變換器，合成需要發(fā)送的 DTMF 信號?；?DTMF 信號經(jīng)撥號音抑制、分離帶通濾波器、監(jiān)頻與確認(rèn)，譯成相應(yīng)的 4比特碼，經(jīng) RDR 輸至數(shù)據(jù)總線。 DTMF 信號 編譯碼對應(yīng)關(guān)系如表 3 所示 ： 表 3 DTMF編譯碼對應(yīng)關(guān)系 表 雙音頻鍵 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 * A B C D 十進(jìn)制數(shù) 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 12 13 14 15 0 十六制數(shù) A 1 2 3 4 5 6 7 8 9 B C D E F 0 (2)呼叫處理 (CALL)模式：電路可以檢測電話呼叫過程中的各種信號音，只要信號的頻率落在 320Hz510Hz 范圍內(nèi)，片內(nèi)呼叫處理濾波器便可濾出。經(jīng)限幅得到的方波信號，由 IRQ/CP 端輸出，以用于微處理器對呼叫性質(zhì)和類別進(jìn)行判斷。若無信號濾出，則 IRQ/CP端始終保持低電平。 (3)突發(fā) (BURST)模式：在 DTMF 模式下，工作于突發(fā)狀態(tài)，信號突發(fā)和暫停時間各為 51177。1ms