新型家庭语音报警系统设计
时间：2012-03-26 阅读：2328
系统工作原理
不法分子在所防范区域内移动时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。
由于不法分子一般在门外的时间相对较长，因此使用者可以结合自己家庭附近人流走动情况，通过键盘设置*的报警响应时间，以便对他们进行区分。设置完毕后，单片机将根据报警响应时间，对经过信号采集与处理电路的数字信号进行识别，判断是否启动报警。若启动报警，则通过控制已存有报警内容的语音芯片对不法分子进行语音警告，然后重复播放若干次语音报警内容以警醒主人或周围的人，接着对现场进行录音，记录报警时间。同时可以通过键盘上的相应按键查询报警时间，报警时间会显示在液晶屏上。
系统框图各部分介绍
热释电红外传感装置
人体具有约37℃的恒定体温，所以会发出波长约10μm左右的红外线。热释电红外传感器PIS-209S就是靠探测人体发射的10μm左右的红外线而进行工作的。热释电红外传感器是一种新型敏感元件。制造热释电红外传感器的高热材料是一种广谱材料，它的探测波长范围为0.2~20μm。为了对某一波长范围的红外辐射有较高的敏感度，该传感器在窗口上加装了一块干涉滤波片。此滤波片只允许某些波长范围的红外光通过，而阻止灯光、阳光和其它红外光通过。实际使用中，热释电红外人体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。它可以产生交替变化的红外辐射高灵敏区和盲区，以适应热释电探测元件要求信号不断变化的特性。传感器的两个反向串联的热释电元件轮流感受到运动物体，所以人体的红外辐射以红外脉冲的形式不断改变热释电元件的温度，使之输出一串脉冲信号，若人体在传感器前不动则不会有输出。
信号放大电路
热释电红外传感器PIS-209S将输出电压信号，然后使该信号先通过一个由电阻电容组成的带通滤波器，该滤波器的上限截止频率为16Hz，下限截止频率为0.16Hz。由于热释电红外传感器输出的探测信号电压十分微弱（通常仅有1mV左右），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（脉冲电压的频率由被测物体的移动速度决定，通常为0.1~10Hz左右），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，输出VO1信号给信号采集与处理单元电路。
信号采集与处理单元电路
硬件电路如图3所示。信号放大器传出的信号VO1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。
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数模混合集成电路。它广泛应用于多种传感器和延时控制器，具有独立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，其集电极为高电平。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
系统的语音录放电路如图4所示。电路中采用AT89S51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。
AT89S51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，zui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。
通常ISD1420的驱动能力有限（0.5W），直接接到扬声器上效果不太理想，若接1W以上的扬声器将发生失真。通常1W以下的扬声器可用LM386、D2283、D2822、MC34119及TA7368等芯片驱动。本电路选用1W以下的扬声器，用低电压通用集成功率放大器LM386作为扬声器的驱动芯片，其电路如图5所示。1W~10W的扬声器用TDA2003、LA4440芯片驱动。选用TDA2003作为扬声器驱动芯片。
本系统实现了家庭语音报警功能，经过多次测试，该系统工作情况稳定。用户可以个性化地通过键盘设置外出、免打扰等不同的模式，实现语音服务功能。该报警系统具有结构简单、成本低、新颖等优点，适用于家庭使用。