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1、南京邮电大学大学生科技创新训练计划（STITP）项目结题报告项目名称：智能家居环境检测与 GSM 报警系统项目编号：Y2011193所属学院：自动化指导老师：张腾飞项目人员：陈水和郝莉霞袁豪杰目录第一章：课题背景与意义 第二章：课题研究目标 第三章：课题主要内容 第四章：课题研究步骤 一：流程图 1系统流程图2具体的系统流程图3. 警情采集电路系统原理图 二：语音电路模块1.简介2.ISD4004 语音芯片3.芯片封装管脚图4.引脚描述5.SPI(串行外设接口)三：发送接收电路模块1SIM300 芯片2SIM300 主要特性简述3应用程序接口4引脚说明5操作模式6电源供电7最小功率损耗8电源监
2、测四：警情采集电路模块1.ZYMQ-2 气体传感器2.标准工作条件 3.环境条件 4.灵敏度特性 5.结构外形测试电路 6.灵敏度特性曲线 五：系统代码 1.ISD4004 语音芯片 2.GSM 模块第一章 研究背景与意义随着社会的进步，现代化建设的空前提速，人们生活水平的提高和安防意识的增强，急需开发面向大众、价格低廉、运行可靠的自动报警系统。鉴于住宅电话和移动通信设备的普及，以及电话语音报警的快捷、有效及价格低廉等优点，公共通信网成了报警系统的最佳传输媒介。报警系统就是在此基础上发展起来的一种智能语音拨号报警系统，该系统可广泛用于各种对安防要求较高的场合，如智能楼宇、商尝银行和工厂等。第二
3、章课题研究目标制作完成实物基于单片机的智能语音自动拨号系统。具体包括 4 个模块：A:警情采集电路 B: 发送接收电路 C：语音电路 D：接口电路。系统实现功能：用户根据需要把自己的手机号码、办公室电话或报警中心的电话预存入报警主机。报警主机不断地对所有的设备(门禁、烟雾探测器、窗磁、摄像头等)状况进行巡检，当有不安全情况(如火灾、非法入室、视频丢失等)发生时，报警主机拨通预先存入的电话号码，播放相应的警情语音。若电话占线或者无人接听，可拨下一个预存的电话号码，如果所有预存的电话都占线或者无人接听，则会自动把所有的预存电话重拨一遍，保证了报警的有效性和可靠性。第三章 课题主要内容采用单片机作为
4、控制核心，外接 E2PROM 用于存储电话号码、设置参数(定时布/撤防、联动、视频等)以及警情信息等。单片机实时巡检到新的警情信号(防区故障、视频丢失、主电断电或上位机死机)时，报警主机就会自动进行警情处理(声光报警、启动相应联动、记录警情以及拨号报警等)。拨号报警的工作原理如下：系统自动地控制摘挂机电路模拟摘机，同时单片机通过可编程并行接口将信号处理芯片置为呼叫模式，检测是否有拨号音。若有拨号音，则将芯片设为突发方式，并按用户预设的电话号码自动拨号。拨完电话号码以后立即检测对方是否摘机，一旦检测到对方摘机，就启动语音提示电路发送与警情相一致的语音信息，完成自动拨号报警。第四章：课题研究步骤一
5、一. .流程图流程图1.简易系统流程图1：警情采集电路把采集的信号送到 CPU2：CPU 处理信号启动发送接收电路3：语音播放电路据警情播音CPU 实时巡检到新的警情信号(如火灾)时，报警主机就会自动进行警情处拨号报警的工作：系统自动摘挂机挂机电路模拟摘机若警情，CPU 将会控制 GSM 模块根据程序设置的电话号码自动拨号。警情采集电路系统原理图语音拨号报警电路警情采集电路 CPU二语音电路模块二语音电路模块（1）简介语音模块的硬件电路如图 3 所示。MK1 为麦克风，用于语音录入。选用集成功率放大器 LM386 作为扬声器 LS1 的驱动电路，LM386 的、脚问外接 10 F旁路电容可以将
6、电路的放大倍数提高到 200 倍。ISD4OO4 的 3V 工作电压通过图 4 所示电路获得。(2)ISD4004 语音芯片ISD4OO4 语音芯片内含晶体振荡器、防混叠滤波器、平滑滤波器、自动静噪、音频功率放大器及高密度多电平闪烁存储陈列等，只需很少的外围器件就可构成完整的声音录放系统。ISD4004 SPI 接口，录放音时间长、音质好、记录的内容断电后不丢失。语音内容分段存储，通过编程，可以选定任一段作为录音、放音的起始地址。ISD4004 系列工作电压 3V,单片录放时间 8 至 16 分钟,音质好,适用于移动电话及其他便携式电子产品中。芯片采用 CMOS 技术,内含振荡器、防混淆滤波器
7、、平滑滤波器、音频放大器、自动静噪及高密度多电平闪烁存贮陈列。芯片设计是基于所有操作必须由微控制器控制,操作命令可通过串行通信接口(SPI 或 Microwire)送入。芯片采用多电平直接模拟量存储技术, 每个采样值直接存贮在片内闪烁存贮器中,因此能够非常真实、自然地再现语音、音乐、音调和效果声,避免了一般固体录音电路因量化和压缩造成的量化噪声和“金属声“。采样频率可为 4.0,5.3,6.4,8.0kHz,频率越低,录放时间越长,而音质则有所下降,片内信息存于闪烁存贮器中,可在断电情况下保存 100 年(典型值),反复录音10 万次。（3）芯片封装管脚图（4）引脚描述 电源:(VCCA,VC
8、CD) 为使噪声最小,芯片的模拟和数字电路使用不同的电源总线,并 且分别引到外封装的不同管脚上,模拟和数字电源端最好分别走线,尽可能在靠近 供电端处相连,而去耦电容应尽量靠近器件。地线:(VSSA,VSSD) 芯片内部的模拟和数字电路也使用不同的地线。同相模拟输入(ANA IN+) 这是录音信号的同相输入端。输入放大器可用单端或 差分驱动。单端输入时,信号由耦合电容输入,最大幅度为峰峰值 32mV,耦合电容 和本端的 3K 电阻输入阻抗决定了芯片频带的低端截止频率。差分驱动时,信 号最大幅度为峰峰值 16mV，为 ISD33000 系列相同。反相模拟输入(ANA IN-) 差分驱动时,这是录音
9、信号的反相输入端。信号通过耦 合电容输入,最大幅度为峰峰值 16mV音频输出(AUD OUT) 提供音频输出,可驱动 5K 的负载。片选(SS) 此端为低,即向该 ISD4004 芯片发送指令，两条指令之间为高电平。串行输入(MOSI) 此端为串行输入端，主控制器应在串行时钟上升沿之前半个 周期将数据放到本端,供 ISD 输入。串行输出(MISO) ISD 的串行输出端。ISD 未选中时,本端呈高阻态。串行时钟(SCLK) ISD 的时钟输入端,由主控制器产生,用于同步 MOSI 和 MISO 的数据传输。数据在 SCLK 上升沿锁存到 ISD,在下降沿移出 ISD。中断(/INT) 本端为漏
10、极开路输出。ISD 在任何操作(包括快进)中检测到 EOM 或 OVF 时,本端变低并保持。中断状态在下一个 SPI 周期开始时清除。中断状 态也可用 RINT 指令读取。OVF 标志-指示 ISD 的录、放操作已到达存储器 的未尾。EOM 标志-只在放音中检测到内部的 EOM 标志时,此状态位才置 1。行地址时钟(RAC) 漏极开路输出。每个 RAC 周期表示 ISD 存储器的操作进行 了一行(ISD4004 系列中的存贮器共 2400 行)。该信号 175ms 保持高电平,低电 平为 25ms。快进模式下,RAC 的 218.75s 是高电平,31.25s 为低电平。该端 可用于存储管理技
11、术。外部时钟(XCLK) 本端内部有下拉元件。芯片内部的采样时钟在出厂前已调校, 误差在 +1%内。商业级芯片在整个温度和电压范围内, 频率变化在+2.25%内。 工业级芯片在整个温度和电压范围内,频率变化在-6/+4%内,此时建议使用稳压电 源。若要求更高精度,可从本端输入外部时钟(如前表所列)。由于内部的防混淆 及平滑滤波器已设定,故上述推荐的时钟频率不应改变。输入时钟的占空比无关 紧要,因内部首先进行了分频。在不外接地时钟时,此端必须接地。自动静噪(AMCAP) 当录音信号电平下降到内部设定的某一阈值以下时,自动静 噪功能使信号衰弱,这样有助于养活无信号(静音)时的噪声。通常本端对地接
12、1mF 的电容,构成内部信号电平峰值检测电路的一部分。检出的峰值电平与内部 设定的阈值作比较,决定自动静噪功能的翻转点。大信号时,自动静噪电路不衰减,静 音时衰减 6dB。1mF 的电容也影响自动静噪电路对信号幅度的响应速度。本端 接 VCCA 则禁止自动静噪。（5）SPI(串行外设接口) ISD4004 工作于 SPI 串行接口。SPI 协议是一个同步串行数据传输协议,协 议假定微控制器的 SPI 移位寄存器在 SCLK 的下降沿动作,因此对 ISD4004 而 言,在时钟止升沿锁存 MOSI 引脚的数据,在下降沿将数据送至 MISO 引脚。协 议的具体内容为： 1.所有串行数据传输开始于
13、SS 下降沿。 2.SS 在传输期间必须保持为低电平,在两条指令之间则保持为高电平。 3.数据在时钟上升沿移入,在下降沿移出。 4.SS 变低,输入指令和地址后,ISD 才能开始录放操作。 5.指令格式是(8 位控制码)加(16 位地址码)。 6.ISD 的任何操作(含快进)如果遇到 EOM 或 OVF,则产生一个中断,该中断 状态在下一个 SPI 周期开始时被清除。 7.使用“读“指令使中断状态位移出 ISD 的 MISO 引脚时,控制及地址数据也 应同步从 MOSI 端移入。因此要注意移入的数据是否与器件当前进行的操作兼 容。当然,也允许在一个 SPI 周期里,同时执行读状态和开始新的操作
14、(即新移入 的数据与器件当前的操作可以不兼容)。 8.所有操作在运行位(RUN)置 1 时开始,置 0 时结束。 9.所有指令都在 SS 端上升沿开始执行。 信息快进 用户不必知道信息的确切地址,就能快进跳过一条信息。信息快进只用于放 音模式。放音速度是正常的1600 倍,遇到EOM 后停止,然后内部地址计数器加1, 指向下条信息的开始处。 上电顺序 器件延时TPUD(8kHz 采样时,约为25 毫秒)后才能开始操作。因此,用户发 完上电指令后,必须等待TPUD,才能发出一条操作指令。 例如,从00 从处发音,应遵循如下时序: 1. 发POWERUP 命令; 2. 等待TPUD(上电延时);
15、3. 发地址值为00 的SETPLAY 命令; 4. 发PLAY 命令。 器件会从此00 地址开始放音,当出现EOM 时,立即中断,停止放音。 如果从00 处录音,则按以下时序: 1. 发POWER UP 命令; 2. 等待TPUD(上电延时); 3. 发POWER UP 命令 4. 等待2 倍TPUD; 5. 发地址值为00 的SETREC 命令; 6. 发REC 命令。 器件便从00 地址开始录音,一直到出现OVF(存贮器末尾)时,录音停止。 指令表SPI 端口的控制位SPI 控制寄存器控制器件的每个功能,如录放、录音、信息检索(快进)、上 电/掉电、开始和停止操作、忽略地址指针等。详见下
16、表：注：IAB 置0 时,录、放操作从A9-A0 地址开始。为了能连贯地录、放到后 续的存储空间,在操作到达该行末之前,应发出第二个SPI 指令将IAB 置1,否则 器件在同一地址上反复循环。这个特点对语音提示功能很有用。RAC 脚和IAB 位可用于信息管理。SPI 端口简单框图如下：时序SPI 时序参数注意一：国内用户多习惯使用8031 系列芯片，与ISD33000、4000 系列均可以 方便地连接，ISD 芯片需要3V 稳压电源，信号线可直接使用5V 电平。 注意二：ISD4004 的控制方式与ISD33000 系列完全相同，可相互参阅。二发送接收电路模块二发送接收电路模块（1）SIM300 芯片SIM300 是一款三频段 GSM/GPRS 模块，可在全球范围内的 EGSM 900MHz、DCS 1800MHz、PCS 1900MHz 三种频率下工作，能够提供 GPRS 多信道类型多达 10 个，并且支持 CS-1、CS-2、CS-3 和 CS-4 四种 GPRS 编码方案。SIM300 结构小巧，外形尺
