【正文】 理機[J].2021(3),3033 [11] 魯俊生 ,蕭四友 ,闞先宏 ,萬光毅 .智能化電話報警器研制方案 .浙江萬里學(xué)院學(xué)報 [J].2021(3) 內(nèi)部資料 請勿外傳 9JWKf wvGt YM*Jgamp。除此之外，系統(tǒng)制造成本比較低，能為普通老百姓所接受，因此系統(tǒng)具有很高的開發(fā)價值和廣闊的市場前景。系統(tǒng)備有防暴電池，能夠防止他人惡意地破壞系統(tǒng)電源，從而保證了系統(tǒng)本身的安全。其最大特點是，具有語音提示和語音報警功能，并采用語音頻譜分析技術(shù)，能夠接收用戶的語音命令，從而使整個系統(tǒng)呈現(xiàn)出獨有的人性化的特點。 6） 電子模擬開關(guān)的導(dǎo)通電阻是 60歐姆，斷開時是無窮大。 5） 回鈴音經(jīng)過 RC濾波，得到了矩形波。 3） 測得整個系統(tǒng)的額定功耗稍小于 30mW。 2） 熱釋電紅外的傳感器模塊能檢測到人體進入的最遠距離為 145厘米，能監(jiān)控到的范圍可達到 40幾度。這也是我們整個系統(tǒng)在以后的完善過程中的重 點課題， 1） 氣敏傳感器 MQ7對氫氣、一氧化碳濃度的敏感度最高，其次是對于甲烷等氣體。 密碼修改測試 1）有遠程電話撥入； 2）凌陽單片機開發(fā)板（ 61 板）檢測到相關(guān)信息并進行自動摘機； 3）系統(tǒng)通過電話網(wǎng)向遠程用戶進行語音提示：“請輸入密碼” ，等待用戶輸入； 4）系統(tǒng)校驗用戶所輸入的密碼，如正確，則進入查詢狀態(tài) 5），如不正確，則要求再次輸入，若對方在指定時間內(nèi)未輸入密碼或兩次密碼驗證均失敗，則系統(tǒng)自動掛機； 5）若密碼驗證通過，用戶可根據(jù)語音提示信息進入密碼修改菜單； 6）輸入新密碼，確認(rèn)，再次輸入新密碼，確認(rèn)； 7）若兩次輸入一致，則系統(tǒng)語音提示新密碼已生效； 通過以上測試，系統(tǒng)已能實現(xiàn)其基本功能，且運行狀況良好。 3）凌陽單片機控制摘機，并通知 89C51單片機摘機過程完成； 4）由 89C51單片機自動撥打存放的第一個號碼，若打不通，則繼續(xù)撥打另一個號碼； 5）被撥打的遠程電話接通后， 89C51 單片機通知凌陽單片機，由凌陽單片機開發(fā)板（ 61 板）發(fā)送語音警報類型以及等級； 6）語音信息發(fā)送結(jié)束后，遠程用戶可選擇輸入密碼進行相關(guān)功能的設(shè)置，否則直接掛機，本地系統(tǒng)由凌陽單片機完成掛機。 系統(tǒng)啟動測試 1）電源開啟； 2）凌陽單片機開發(fā)板（ 61 板）正常通電，等待語音開啟命令； 3）操作者命令，“ SUPER FIVE”； 4）如果操作者通過命令驗證，凌陽單片機開發(fā)板（ 61板）回答“在”；如沒有通過驗證，則沒有反應(yīng)； 5）驗證通過后，操作者命令：“請開機”； 6）凌陽單片機開發(fā)板（ 61板）應(yīng)答“開機”，并開啟外圍電路及 89C51單片機的電源，然后 89C51啟動，初始化液晶并顯示等等。下面是對系統(tǒng)的一些測試過程的簡單描述，里面包括各個環(huán)節(jié)的操作流程。 89C51單片機的軟件模塊（圖 26） 系統(tǒng)通電 51 開機 初始化液晶 注： 左圖中系統(tǒng)通電中的系統(tǒng)指的是除 61單片機以外的所有外圍電路通電。比如用 PT2262或者 SM5262等編碼集成電路配接時，直接將他們的數(shù)據(jù)輸出端第 17腳接至 DF數(shù)據(jù)模塊的數(shù)據(jù)端即可。而采用無線收發(fā)模塊在空闊地帶可以做到 50100M的通信。此模塊的最大特點是非常出色的解決了原來應(yīng)用范圍偏小以及受周圍環(huán)境影響較大的難題。 以下是我們熱釋電紅外應(yīng)用的電路圖（圖 21）。所以這種傳感器也稱為人體運動傳感器。熱釋電效應(yīng)所產(chǎn)生的電荷 ΔQ 會被空氣中的離子所結(jié)合而消失，即當(dāng)環(huán)境溫度穩(wěn)定不變時， ΔT=0 ，則傳感器無輸出。它由陶瓷氧化物或壓電晶體元件組成，在元件兩個表面做成電極，在環(huán)境溫度有 ΔT 的變化時，由于有熱釋電效應(yīng)，在兩個電極上會產(chǎn)生電荷 ΔQ ，即在兩電極之間產(chǎn)生一微 弱的電壓 ΔV 。 熱釋電紅外傳感器是一種能檢測人體發(fā)射的紅外線而輸出電信號的傳感器，它能組成防入侵報警器或各種自動化節(jié)能裝置。經(jīng)過多次的實驗測試，本模塊的總體性能還不錯，但是也有些許的不如意 之處，首先，模塊受外界的干擾比較大，加熱的電源的電壓、加熱的時間和濕度都有一定的影響。從而根據(jù)在 RL 電阻的兩端的電壓與電壓比較器 LM339來比較，產(chǎn)生高低電平。以下是其典型電路圖（圖 20）。因為 篇幅的原因，在以下只介紹兩種比較典型的傳感器。傳感器一般按將外界輸入的信號變換電信號采用的效應(yīng)分為三類：利用物理效應(yīng)進行變換的物理傳感器；利用化學(xué)反應(yīng)進行變換的化學(xué)傳感器；利用生物效應(yīng)進行變換的生物傳感器。它把 16倍的 DTMF音頻解碼，轉(zhuǎn)化為 4位代碼輸出，內(nèi)置高精度轉(zhuǎn)換電容濾波器把音頻（ DTMF）信號分離為高頻信號和低頻信號，具體轉(zhuǎn)換見表 4，外圍電 路見圖 19。 表 5 LC1621的管腳功能表 Pin Symbol level function 1 VSS 0V GND 2 VDD +5V Power supply for logic 3 VO Operating voltage for LCD 4 RS H/L H:Data L:Instruction code 5 R/W H/L H:Read L:Write 6 E H,HL Enable signal 7 DB0 H/L In 8bit bus mode,used as low order bidirectional data bus, In 4bit bus mode,open these pins 8 DB1 H/L 9 DB2 H/L 10 DB3 H/L 11 DB4 H/L In 8bit bus mode,used as high order bidirectional data bus, In 4bit bus mode,used as both High and low order data bus 12 DB5 H/L 13 DB6 H/L 14 DB7 H/L 15 LEDA +5V Power supply for LED backlight 16 LEDK 0V （ DTMF）模塊 遠程電話接入時的工作狀態(tài)查詢和密碼修改等操作都是借按鍵實現(xiàn)的，因此，需要專門的 DTMF 解碼芯片來識別。 LCD作為系統(tǒng)報警的一個部分，是了解報警類型和等級的最直觀的“窗口”，它的功能的實現(xiàn)必須完全依托于 89C51單片機中的 LCD的顯示協(xié)議。 圖 17 鍵盤工作原理圖 模擬開關(guān) A E Ac A E Ac A B C D E F G 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 * 模 擬 開 關(guān) 模擬開關(guān) 全部接通 A B C D E F G Ac Bc Cc Dc Ec Fc Gc 圖 18 模擬電子開關(guān)鍵盤 根據(jù)上面兩個圖列出如表 4所示按鍵與控制端的編碼對應(yīng)關(guān)系 表 4 按鍵編碼表 Ac Bc Cc Dc Ec Fc Gc 按鍵 Ac Bc Cc Dc Ec Fc Gc 按鍵 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 7 1 0 0 0 0 1 0 2 0 0 1 0 0 1 0 8 1 0 0 0 0 0 1 3 0 0 1 0 0 0 1 9 0 1 0 0 1 0 0 4 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 5 0 0 0 1 1 0 0 * 0 1 0 0 0 0 1 6 0 0 0 1 0 0 1 用單片機控制 Ac Bc Cc Dc Ec Fc Gc便可以實現(xiàn)自動撥號。當(dāng) Ac為低電平時 ,A E相當(dāng)于斷開 ,當(dāng) Ac為高電平時 ,A E導(dǎo)通。按此原理，我們設(shè)計了用模擬電子開關(guān)來代替機械的按鍵接通。若 A E導(dǎo)通 ,則表示鍵 1按下。將這種波形送入單片機進行判斷，就能實現(xiàn)各種功能。 電話的各種鈴流可以利用整形電路（本設(shè)計采用以 LM567為核心的鎖相環(huán)鑒頻電路）得到不同占空比的 TTL信號，其中有鈴聲時有此信號，無鈴聲時一直為高電平，因此總體上說是不連續(xù)的波形信號。 電話的各種鈴聲的判別用單片機處理，經(jīng)過整形電路，根據(jù)各種鈴聲的不同通斷時間，得到不同占空比的信號，即可獲得相應(yīng)處理。 催掛音 它是由測量臺發(fā)送給久不掛機用戶的信號，其目的是通知用戶掛機，采用頻率 950177。 3dBm，它是 ，即 ， 。 忙音 表示本次接續(xù)遇到機線忙或被叫用戶忙，采用頻率為 450177。 25Hz的交流電源，發(fā)送電平為 10177。3dBm，是連續(xù)的信號音。撥號音采用頻率為 450177。 10％。鈴流為 25177。電話撥出當(dāng) 51 單片機檢測到異常情況時，隨即啟 動自動撥號程序，同時把這一情況告之凌陽單片機，確認(rèn)電話接通后馬上進行語音報警；如若遇到號碼接不通的情況，一定時間后自動掛斷，并開始撥打存儲在 ROM中的下一號碼，循環(huán)往下直至打通為止。這時撥打者可聽到語音提示輸入密碼，輸入正確密碼并確認(rèn)后，進入主菜單操作，用戶這時可以通過按不同的功能鍵查詢不同的信息，同時也可以修改密碼。 當(dāng)整個系統(tǒng)處于工作狀態(tài)時，有 電話打入振鈴信號從電話線進入整流電路，經(jīng)光耦后輸入到凌陽單片機。 電話線上平時有 50 伏左右的直流電壓，但是這個電壓還不足以驅(qū)動整流電路的光電耦合；有振鈴信號 到來時，電話線路上 有 90伏振鈴信號，經(jīng)過整流及濾波后，驅(qū)動光電耦合器，如圖 13所示。 公共電話網(wǎng)上的信號是一種懸浮信號，電話使用的是懸浮地，因此，電話信號一旦與其他地連接，由于其地端參考點不同，就不能工作在正確狀態(tài)，信號會被迅速衰減，我們也就無從得到正確的信號。 這里需要說明一下，由于我們選用的是凌陽單片機的開發(fā)板，一些基本的硬件電路已經(jīng)集成在開發(fā)板上，所以 語音系統(tǒng)實現(xiàn)過程主要通過軟件實現(xiàn)，具體設(shè)計參見軟件部分。凌陽 SPCE061A 單片機自帶雙通道 DAC 音頻輸出， DAC DAC2 轉(zhuǎn)換輸出的模擬量電流信號分別通過 AUD1 和 AUD2 管腳輸出， DAC 輸出為電流型輸出，所以 DAC 輸出經(jīng)過 SPY0030音頻放大，以驅(qū)動喇叭放音，放大 電路如圖 12，這為單片機的音頻設(shè)計提供了極大方便。 圖 11是語音辨識的一個整體框圖，框圖中的函數(shù)是凌陽單片機提供的。 語音采集通過麥克風(fēng)輸入，其電 路圖如下（圖 9） ： 2) 語音識別 下圖是簡化的 語音識別原理圖（圖 10），辨認(rèn)特 定的使用者即特定語者 (Speaker Dependent， SD)模式，使用者可針對特定，語者辨認(rèn)詞匯 (可由使用者自行定義 )。采用凌陽 SPCE061A提供的語音識別的 API函數(shù)庫實現(xiàn)。矢量量化的過程是將語音信號波形 k個樣點的每一幀，或有k個參數(shù)的每一參數(shù)幀，構(gòu)成 k維空間中的一個矢量，然后對這個矢量進行量化。 表 3 臨界頻率 編號 中心頻率/Hz 頻率范圍 /Hz 帶寬/Hz 編號 中心頻率/Hz 頻率范圍 /Hz 帶寬/Hz 1 50 20～ 100 80 13 1850 1720～ 2021 280 2 150 100～ 200 100 14 2450 2021～ 2320 320 3 250 200～ 300 100 15 2500 2320～ 2700 380 4 350 300～ 400 100 16 2900 2700～ 3150 450 5 450 400～ 510 110 17 3400 3150～ 3700 550 6 570 510～ 630 120 18 4000 3700～ 4400 700 7 700 630～ 770 140 19 4800 4400～ 5300 900 8 840 770～ 920 150 20 5800 5300～ 6400 1100 9 1000 920～ 1080 160 21 7000 6400～ 7700 1300 10 1170 1080～ 1270 190 22 8500 7700～ 9500 1800 11 1370 1270～ 1480 210 23 10500 9500～ 12021 2500 12 1600 1480～ 1720 240 24 13500 12021～ 15500 3500 3) 語音信號的矢量量化 矢量量化 VQ（ Vector Quantization）是一種及其重要的信號壓縮方法，特別是在對低速語音編碼和語音識別的研究中。 … 語音 輸入 濾波器 LFn fn 濾波器 LFn fn 圖 7 帶通濾波器組原理圖 2) Mel頻率倒譜系數(shù) Mel 頻率倒譜系數(shù) MFCC(Mel Frequency Cepstrum Coeficient)是語音信號的頻域參數(shù)，它也稱為臨界倒帶譜系數(shù)。這種方法使用簡單，實時性好，受外界環(huán)境的影響小，所以至今仍是頻譜分析的常