基于SPCE061A的智能密码锁毕业论文

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1、 1 引言随着人们生活水平的提高，安全意识也在不断增强，这为安防行业提供了良好的发展环境和广阔的发展空间。安防产品的网络化和无线化是发达国家安防发展的方向，也将成为我国安防业的发展方向。目前已经有很多产品实现了无线化，但是安防技术距离成熟还有很长的路要走。密码锁是日常防盗中一种常用的工具或产品，目前市场上已经出现了各种密码锁，但由于可靠性的原因，致使防盗效果不是很理想，故希望开发出一种高可靠性及安全性的密码锁。2 课题简介2.1 课题来源 本课题来源于大学生科技创新项目。设计要求将传统的密码锁与语音识别技术相结合，实现双重密码设置，并且能够对非法入侵进行红外探测和报警，为防止万一出现失盗情况，

2、还利用电话线进行远程语音报警，确定密码锁的高可靠性及安全性。2.2 课题背景家用智能密码锁系统对于保护家庭财产安全具有十分重要的意义，它所涉及到的技术广泛，如单片机技术、语音技术、远程控制技术等。远程控制技术是当前研究的热点，在家用防盗报警系统中引入远程控制技术有一定的研究价值和现实意义。以往传统的家用防盗设备受距离的限制，很难达到令人满意的效果，在主人距离房屋稍远的地方就接受不到报警，因为它们主要是通过警示灯光和铃声报警。所以将远程控制技术结合上语音技术引进到家用防盗设备中就很好的解决了这一问题。他的优点显而易见，成本低，可靠性高。只要接通稳定、可靠的固定电话网络，理论它的报警功能就不会受到

3、自然条件和空间距离的影响，从而使业主对财产的安全情况实时掌握1。再结合上传统的铃声报警，可以使在附近的人最快的赶到，从而大大降低使用者在这种突发情况中的损失。语音技术在这里可以起到提高警报的可靠性的作用，只有被呼叫的人员听到预先录制在语音芯片里的报警语言才确定警报的正确。而凌阳单片机在语音产品方面有着丰富的经验，利用SPCE061A芯片的语音特性，依靠其内部集成的ADC、DAC、32K的FLASH以及CPU的高速的处理能力，设计一种代替传统的MCU加语音芯片方案的单芯片的语音录放方案，这样可以在减少产品成本的同时，提高产品的可靠性。凌阳提供的多种语音压缩算法，可以在很大程度上解决目前安防产品普

4、遍存在的不便使用的问题；而且这些算法都以库的形式提供给用户，用户需要用到语音功能时，只需调用相应的函数，应用起来非常灵活2。这样，可以减小开发的难度的同时增加卖点。本课题旨在尽可能的提高系统的安全性和可靠性。 3 系统方案设计3.1 系统功能基于凌阳单片机SPCE061A3的智能密码锁系统，针对SPCE061A所拥有的独特的语音功能和DSP特色，在传统密码锁的基础上引入语音识别技术，当冲破这两道防线时，由传感器模组进行探测是否有人非法闯入并产生一个报警信号，由单片机控制、运用固定电话网络将预录在单片机中的报警语音自动拨号发送，使得主人在不受距离限制的情况下收到报警信号，被呼叫的人员听到预先录制

5、在语音芯片里的报警语言确定警报4。本设计方案拥有的功能有：1、双重号码设置功能：可以设置电话或手机号码，并且可以随时修改。2、准确判断和拨号功能：准确地判断，一旦发生警告信息，判断确定后，自动拨号，然后发送预录的报警语音。3、产生报警的两种情况：一是密码输入错误三次；二是非正常开门通过红外探测装置监测，保证了系统的安全性。4、密码设定：设置8位密码，密码通过44键盘输入。5、良好的保密功能：必须在密码键入正确开锁的情况下，才允许修改密码，电话和手机号码。6、报警留言设置：可预录10s的报警语音。3.2 设计思路方案选用SPCE061A单片机作为处理器，再加上一些外围器件，构成SPCE061A最

6、小系统，它能完成主控器的控制功能，还可以完成主控器中所有的语音功能4。语音信号采集模块是通过SPCE061A内置麦克风放大器与自动增益控制AGC功能的单通道声音A/D转换器完成8KHz语音信号采集。音频功放是通过SPCE061A具有音频输出功能的双通道10位D/A转换器完成。电话线接口电路作为主控器的远程报警通道，负责信号的检测和信息的传输。DTMF（双音多频）编码模块负责电话机的双音多频编码。键盘模块选用44键盘作为作为主控器的人机接口，完成信息的输入和系统的功能控制。控制输出是通过SPCE061A的可变成I/O口控制门锁。无线收发模块采用凌阳公司的传感器模组作为红外探测器，完成布防功能。电

7、源模块主要采用外接5V DC电源，由三节1.5V的干电池组成。系统的结构框图如图3.2所示。 DAC及MIC 输入口 IO口 SPCE061AIO口 IO口IO口 IO口音频功放及MIC接口电路电话线接口电路DTMF编码模块无线收发模块键盘模块电源模块输出模块图3.2 智能密码锁系统结构框图4 系统硬件电路设计4.1 元器件的选择4.1.1 SPCE061A凌阳十六位单片机的CPU内核采用凌阳最新推出的16位微处理器内核, nSP内核是一个通用的核结构。SPCE061A 是继nSP系列产品SPCE500A等之后凌阳科技推出的又一个16位结构的微控制器。SPCE061A里内嵌32K字的FLASH

8、闪存，2K字的静态内存，内置十位ADC、DAC，有多达十四个的中断源等丰富的片内资源。CPU最高可工作在49MHz的主频下，应用凌阳nSP的精简指令集，再加上较高的处理速度使nSP能够非常容易地、快速地处理复杂的数字信号；这使得SPCE061A带有DSP特性，且具有灵活的语音处理功能。因此，与其它类型的单片机相比，以nSP为核心的SPCE061A微控制器是适用于有数字语音功能的应用领域产品的一种最经济的选择。 本方案采用凌阳科技16位高性能的微控制器SPCE061A作为主控器，其CPU硬件资源情况包括： 1、16位nSP微处理器。 2、CPU工作电压 VDD：2.43.6V I/O接口工作电压

9、VDDH：2.45.5V。 3、CPU时钟：0.32MHz49.152MHz。 4、内置2K字SRAM。5、内置32K FLASH。6、系统处于备用状态下即时钟处于停止状态，耗电仅为2A/3.6V。7、2个16位可编程定时器/计数器，可自动预置初始计数值。 8、可编程音频处理。9、2个10位DAC输出通道。 10、32位通用可编程输入输出端口。 11、14个中断源可来自定时器A和B，时基，2个外部时钟源输入。 12、具备触键唤醒的功能。 13、7通道10位电压ADC通道和单通道声音ADC转换器。 14、声音ADC转换器输入通道内置麦克风放大器和自动增益控制功能。 15、具备串行设备接口。 16

10、、具有低电压复位功能和低电压监测功能。 17、内置在线仿真电路ICE接口。 18、具有保密能力，可保护资料不被外部读写。 19、具有WatchDog功能。4.1.2 SPY0030 SPY0030是凌阳公司的音频功放芯片，和LM386 相比，LM386 工作电压需在4V 以上，而SPY0030 仅需2.4V 即可工作；LM386 输出功率100mW 以下，SPY0030 约700mW。所以选用SPY0030作为功放芯片，SPY0030的封装如图4.1.2所示。 图4.1.2 SPY0030封装形式4.1.3 HT9200AHT9200A双音多频信号发生器。它可由指令控制产生16种双频信号和8种

11、单频信号，并由DTMF引脚输出。HT9200A提供一种串行模式，该芯片有多种应用，如安全系统、家庭自动化、通过电话线进行远程控制、通讯系统等。HT9200A的封装形式为8DIP如图4.1.3所示。图4.1.3 HT9200A封装CE：片选信号输入端，低电平有效。X1、X2：3.579MHz晶振接入端。VDD、VSS：电源正负输入端，正常工作电压范围为25.5V，工作电流为2mA左右。CLK：串行数据的同步信号输入端，fCLK为100KHz左右。DATA：串行数据输入端。DTMF：DTMF信号输出端。HT9200A通过一个数据输入和一个同步时钟形成一位代码来发送DTMF信号，每一个DTMF信号由

12、一个低频和一个高频组成，共产生16种信号。当CE为低电平时，选中芯片，在串行模式下，HT9200A通过DATA引脚输入的一个5位的代码来控制不同的DTMF信号输出，这5位代码按照D0到D4的循序来传，并且数据要在CLK引脚下降沿来到前放到输出锁存中。表4.1.3所列为HT9200的输入位码组合与输出频率的对应关系。DigitD4D3D2D1D0输出频率（Hz）100001679+1209200010679+1336300011679+1477400100770+1209500101770+1336600110770+1447700111852+1209801000852+13369010018

13、52+1447001010941+1336*01011941+1209#01100941+1477A01101679+1633B01110770+1633C01111852+1633D01000941+163310000679100017701001085210011941101001209101011336101101447101111633DTMF OFF11111 表4.1.3 控制代码与频率输出对应关系4.1.4 LM567它的内部电路结构由正交相位探测器、锁相环、放大器等组成。LM567的封装如图4.1.4所示。1OutFit OutLoopFit GNDInput TICAPV T

14、IRES2345678图4.1.4 LM567音频译码器封装形式LM567的工作电压为4.759V，工作频率从可达500KHZ，静态工作电流仅8mA。第3脚是信号输入端，要求输入信号大于25mV。第8脚是逻辑输出端，它是一个集电极开路的晶体管输出，允许最大灌电流为100mA。第5、6脚外接的电阻、电容决定了IC内部的压控振荡器中心频率，fT1.1/RC。第1、2脚通常是分别对地接电容，形成输出滤波网络和环路低通滤波网络，其中第2脚所接电容决定了锁相环路的捕捉带宽，电容数值越大，环路带宽越窄。当音频译码器LM567工作时，其锁相环内部电压控制振荡器产生一定频率的振荡信号，此信号连同引脚3输入的信

15、号频率一起送入正交相位探测器进行比较，若连续输入的信号频率落在给定的通频带时，锁相环即将这个信号锁定，同时LM567的内部晶体管受控导通，引脚8输出端输出低电平。LM567的引脚5输出内部振荡器的矩形信号，引脚6输出锯齿波脉冲，二者的频率都与内部振荡器的中心频率相同。LM567的特性参数：1、外接电阻和电容实现20：1的频率调整范围。2、逻辑兼容性：输出端具有接受100mA灌电流的能力。3、可调带宽：10%14%。4、抑制噪声的能力强。5、抗干扰能力强。6、振荡频率（中心频率fT）稳定性好。7、中心频率可调整从0.01HZ500kHZ。4.1.5 LM358LM358 内部包括有两个独立的、高

16、增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。LM358双运算放大集成电路的封装形式的塑封8引线双列直插式如图4.1.5所示。图4.1.5 LM358封装形式LM358的特性参数有：1、内部频率补偿。2、直流电压增益高(约100dB)。3、单位增益频带宽(约1MHz)。4、电源电压范围宽：单电源(330V)双电源(1.515V)。5、低功耗电流，适合于电池供电。6、共模输入电压范围宽，包括接地。7、差模输入电压范围宽

17、，等于电源电压范围。8、输出电压摆幅大(0至Vcc)。4.1.6 光耦4N25光耦合器亦称光电隔离器，简称光耦。光耦合器以光为媒介传输电信号。它对输入、输出电信号有良好的隔离作用，所以，它在各种电路中得到广泛的应用。目前它已成为种类最多、用途最广的光电器件之一。光耦合器一般由三部分组成：光的发射、光的接收及信号放大。输入的电信号驱动发光二极管，使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。这就完成了电光电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。由于光耦合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。又由于光耦合器的输入端属于

18、电流型工作的低阻元件，因而具有很强的共模抑制能力。所以，它在长线传输信息中作为终端隔离元件可以大大提高信噪比。光电耦合器的主要优点是：信号单向传输，输入端与输出端完全实现了电气隔离隔离，输出信号对输入端无影响，抗干扰能力强，工作稳定，无触点，使用寿命长，传输效率高。4.2 音频输入与语音识别凌阳科技在语音产品方面有着丰富的经验，利用SPCE061A芯片的语音特性，依靠其内部集成的ADC、DAC、32K的FLASH以及CPU的高速的处理能力，代替了传统的MCU+语音芯片方案的单芯片的语音录放方案，这样可以在减少产品成本的同时，提高产品的可靠性。 4.2.1 音频输入电路SPCE061A有8路可复

19、用10位ADC通道，其中一路通道MIC_IN用于语音输入，模拟信号经过自动增益控制器和放大器放大后进行A/D转换。MIC_IN输入电路如图4.2.1所示。 图4.2.1 麦克风音频输入电路MIC选用驻极体电容话筒，这种话筒具有灵敏度高、无方向性、重量轻、体积小、频率响应宽、保真度好等优点，驻极体话筒的偏压由SPCE061A的VMIC管脚提供。放大器的增益倍数可以通过外部电路进行调整。音频信号经MIC输入，经过片内的放大后，然后会经过一个滤波，然后再经过第二级运放，进行放大，而二级放大的信号会与系统内的定义值进行比较，而根据比较的结果来调整一级运放的放大倍数，这就是SPCE061A片内AGC的原

20、理，AGC能把MIC_IN信号控制在指定的范围内。从MICOUP到OPI的阻容件构成了一个带通滤波器，可根据需要调整其阻容值。MIC_IN通道的最大参考电压可达AVdd，即来自MIC_IN通道的模拟信号的电压范围从0V到AVdd。从MICOUP到OPI的阻容件构成了一个带通滤波器，可根据需要调整其阻容值。4.2.2 语音识别与机器进行语音交流，让机器明白你说什么，这是人们长期以来梦寐以求的事情。语音识别以语音为研究对象，它是语音信号处理的一个重要研究方向。语音识别主要分为“训练”和“识别”两个阶段。在训练阶段，单片机对采集到的语音样本进行分析处理，从中提取出语音特征信息，建立一个特征模型。在识

21、别阶段，单片机仍然对采集到的语音样本进行同样的分析处理，提取出语音的特征信息。然后将这个特征信息与已有的特征模型进行对比，如果二者达到了一定的匹配度，则输入的语音被识别，计算机便识别出输入的语音信号并输出结果，最终通过输出电路控制门锁3，5。SPCE061A的语音识别功能是通过相应的函数库来实现的。其中，特定人语音连续识别函数库是免费开放的。它包括训练函数和识别函数，还可以将训练好的特征模型导入和导出等。语音识别流程如图4.2.2所示。 图4.2.2 特定人语音识别流程图4.3 音频输出电路SPCE061A为音频输出提供两个DAC通道，DAC1输出的模拟电流信号通过DAC1引脚输出，只需要外接

22、功放SPY0030即可完成语音的播放。SPY0030工作在2.46.0V范围内，最大输出功率可达700mW。音频输出接到电话线路上，由单片机控制将报警语音通过电话线路音频输出电路如图4.3所示。图4.3 音频信号输出电路4.4 SPCE061A最小系统 SPCE061A单片机的最小应用系统构成非常方便，只需在OSCO、OSCI端接石英晶体振荡器及谐振电容，在复位端接复位电路，在锁相环压控振荡器的阻容输入VCP端接上相应的电容、电阻后即可工作，其它电源端或接地端可接上104小电容和100uF的去耦电容，以提高抗干扰能力。时钟电路采用晶体振荡器电路，晶振频率为32768Hz，SPCE061A通过对

23、32768Hz实时时钟源分频而获得多种实时时钟中断源。晶振与SPCE061A的连接如图4.4.a示。图4.4.a 单片机与振荡器连接锁相环电路是将系统提供的实时时钟的基频32768Hz进行倍频，调整至49.152MHz、40.96MHz、32.768MHz、24.576MHz、20.480MHz。系统的锁相环自激振荡频率为24.576MHz。锁相环电路与SPCE061A的连接如图4.4.b示。图4.4.b 锁相环振荡器复位电路可以使单片机内存各寄存器值变为初始值。SPCE061A复位电路在RESB端加上一个低电平就可以令单片机复位。复位电路如图4.4.c所示。 图4.4.c 复位电路SPCE0

24、61A单片机电源端或接地端可接上104小电容和100uF的去耦电容，提高抗干扰能力的电路如图4.4.d所示。图4.4.d SPCE061ASPCE061A 的32 个I/O 口IOA0IOA15，IOB0IOB15对应的引脚为：A 口，4148、53、5460；B 口，51、8176、6864。而且该I/O 口是可编程的，即可以设置为输入或输出。设置为输入时，分为悬浮输入或非悬浮输入。非悬浮输入又可以设置为上拉输入或是下拉输入。在5V 情况下，上拉电阻为150K，下拉电阻为110K；设置为输出时，可以选择同向输出或者反相输出。4.5 键盘电路键盘与单片机的接口电路如图4.5所表示。图4.5 键

25、盘接口图44矩阵式键盘的工作原理是：将IOA0IOA3四位为行信号，IOA4IOA7四位为列信号。所先置列信号四位为低，行信号四位为高，当有按键按下时行信号就会有某位被拉低。只要判断行信号四位不为全高就说明有按键按下。判断有按键按下后就要判断是哪一位按下的，方法为，选将行信号四位的某一位置低。判断列信号四位是否有低电平出现。依次对行信号四位的每位置低并判断列信号四位出现的低电平。如行信号四位某位置低后列信号四位某位也有出现低电平。这样就能判断出列信号四位与行信号四位相连的某位按键被按下了。通过定义好的编码就可以查出是哪个按键被按下了，由于采用的按键是机械式的开关，当按键被按下时，键会震动一小段

26、时间才稳定，为了避免让单片机误判为多次输入同一按键，在检测到有按键被按下时，必须通过软件延迟一小段时间使键盘达到稳定的状态，再去判读所按下的键，就可以让键盘的输入稳定6。本方案采用的键盘输入部分共有数字键、训练键、设定键、切换键、确认键和取消键15个按键，用于密码输入和工作模式选择。采用44矩阵式键盘输入，只使用键唤醒功能的IOA口的低8位，可以合理利用硬件资源且编程灵活。S2、S6、S10、S14、S3、S7、S11、S15、S4、S8、S12、S16、S5、S9、S13、S17依次为数字键19、0、训练键、设定键、切换键、确认键和取消键。4.6 双音多频编码电路双音多频编码电路采用HT92

27、00A作为双音多频信号发生器，HT9200A主要起着拨号联接的作用，以使主叫机与被叫分机建立联系。HT9200A使用一个数据输入端和一个同步时钟形成一个位代码来发送DTMF信号的，含有位数据的输入数据串可选择要发送的电话号码的每个数字，HT9200A通过DATA引脚输入的一个5bit的代码来控制不同能够的DTMF信号输出，这5位代码按照D0到D4的循序来传，位数据中D0为始发位，并且数据要在CLK引脚下降沿来到前放到输出锁存中。HT9200A的控制时序如图4.6.a所示。图4.6.a HT9200A控制时序HT9200A主要用于分布式电话测控系统，它与单片机的接口电路如图14所示。图4.6.b

28、 HT9200A与SPCE061A的接口电路4.7 电话线接口电路 电话机接口电路主要的任务是完成模拟摘挂机、检测来电振铃、检测回铃音和忙音、音频信号输入输出耦合等。通过对SPCE061A的控制，使系统具有通过电话线进行远程语音报警的功能。4.7.1 模拟摘挂机电路所谓摘机，就是将听筒从电话底座上拿起来。摘机后，电话机的叉簧接通，电话机主板接通线路上的48V 电源，线路上就有了电流通过；所谓挂机，就是将听筒放回到电话机的底座上，此时电话机的叉簧断开，线路上就没有了电流通过。挂机状态也叫待机状态，但是我们通常将听筒放回到底座上的瞬间叫做“挂机”，挂机以后的状态叫待机状态。相应的，拿起听筒的瞬间叫

29、做摘机，摘机后或电话铃响时的状态叫占线状态。在待机状态下，线路上的48V 直流电压是由电话机房送来的，是供电话机线路板使用的工作电压。根据国家有关标准规定：不论任何电话机，摘机状态的直流电阻应小于300，有R键的电子电话机的摘机状态直流电阻应小于350 。挂机状态下的漏电流小于5A。当用户摘机时，电话机将通过叉簧接上约300的的负载，从而使整个电话线回路流过约30 mA的电流。交换机检测到该电流后便停止铃流发送，并将线路电压变为十几伏的直流以完成接续。摘挂机指令由单片机判断IO口是否为高电平来实现。控制电路可向交换机发出模拟摘机信号，交换机响应摘机信号后便可完成电话线路的接通。图4.7.1即为

30、本设计采用的的模拟摘挂机电路。图4.7.1 模拟摘、挂机电路本方案的电路模拟摘、挂机是通过控制一个电流源的通、断来实现的。交换机通过线路上的直流电流判断用户的摘、挂机状态。电话外线接入电路接口J1，经过桥进行整流，这样可以防止电话线的正负极接反，Q1和Q3负责控制电话线摘挂机信号，当挂机状态时，IOB4的电平用单片机控制为低电平，则Q1截止、Q3截止，此时，电路无法形成回路，没有电流（理想状态），交换机则认为电话线处于挂机状态。当IOB4为高电平时，Q1和Q3都会导通，后面的D6把电压稳在5.1V，这时主要由R1给外线提供摘机电流，在摘机状态下，线路上的直流电流为1855mA，如果电流超出此范

31、围，则认为用户环路出了故障。单片机是通过端口IOB4控制三极管通、断来控制电路中的电流，来模拟摘、挂机的动作，最终使整个电路完成自动模拟摘挂机4，7。因为电话外线上的电压在平时有48V左右，当振铃来时能有到正负有效值9015V左右的电压，所以对于Q1和Q3的选择，应选择反向电压在160V以上的三极管。另外，恒流源可以保证电路具有较小的直流阻抗（600）。4.7.2 振铃检测电路振铃检测电路如图4.7.1所示。外线在平时的电压为直流48V左右，而振铃来时会有正负电压有效值9015V的交流电压叠加在外线上，所以检测振铃的电路用C50高压电容来进行隔直；当有振铃来时，交流信号会通过C50，击穿D9，

32、给后面的光藕提供脉冲开关信号，而R29为限流电阻。由于电容器C5O不能通过直流电压，因此在待机状态下收铃电路没有电流通过。当有人打来电话时，铃流电压是交流电压，因此将通过电容C50、稳压二极管D1、光电耦合器内部的LED、20K电阻，导通形成回路。通用的光电耦合器，型号为4N25，其内部有一个发光二极管LED和一个光敏三极管组成，当光敏三极管接受LED 照射时，集电极和发射极立即导通，此时输出端电压降为0V；当没有铃流信号时，光电耦合器内部的光敏三极管不导通，输出端电压为高电平VDDH。在交流电的两个半周中，其中有一个半周经过光电耦合器内的发光二极管导通，另一个半周通过二极管D9（IN4148

33、）导通。由此可见，输出端的脉冲是随着铃流信号的出现而出现的，因此只要检测到输出端有低电平脉冲出现，就说明线路上有铃流信号了，而且输出端在单位时间内出现的脉冲个数就代表了振铃时间的长短，因此通过累加输出端的脉冲个数就可以判断出振铃时间的长短和铃响次数的多少。由光耦隔离的信号经C43和R23的滤波整形后，会变成标准低电平和带纹波高电平的长周期脉冲信号，但是输出的波形不好，且为高的电平状态还与各交换机相关，所以在后面加上了一个三极管的反向器，作为整形，这样就可以得到很完整的波形了。此时，只需将线路上的电压与参考电压进行比较，检测IOB5就可以检测出振铃信号。振铃检测后，系统会给IOB4一个高电平信号

34、从而实现模拟摘机，从而线路处于导通状态4，7。4.7.3 回铃音和忙音检测电路通话中一方挂机后，交换机会向另一方发送忙音信号。忙音信号是0.35s0.05s、450Hz25Hz断续的蜂音。回铃音和忙音、线路错误音等电话进程音是载波为450Hz的信号，各种信号的不同只是调制的周期、占空比不同；所在这些信号的检测主要是检测450Hz信号的周期与占空比。由于外线中存在很多干扰，特别是市电的50Hz干扰等，对信号的检测造成影响；所以在电路设计时，前端信号先经过一个二阶滤波放大器，然后再经过一个锁相环，最后输出不同周期与占空比的调制波信号，这样就可以用单片机的IOB2口来检测4，7。回铃音和忙音检测电路

35、如图4.7.3所示。图4.7.3 回铃音和忙音检测电路4.7.4 音频信号输入输出耦合电路报警信号产生后，单片机控制HT9200A自动拨号给存储在单片机中的电话号码上，并将预录的语音加到电话线路上发送。4.8 无线收发电路无线收发模块采用的是凌阳公司的传感器模组，该模组作为红外探测器可以用来探测障碍物并完成布防功能。传感器模组结构框图如图4.8所示。电源指示灯模块电源滤波电路模块红外发射接收电路模块红外接收头电路模块温度/光线检测电路模块J1J2模组接口图4.8 传感器模组结构框图红外接收头的最低工作电压是3V，如果用红外发射接受管检测障碍物，检测距离回随着电压的减小而缩短7。4.8.1 红外

36、发射电路红外发射电路由电阻R2、三极管Q2、电阻R3与红外发射二极管D1构成，如图4.8.1所示。图4.8.1 红外发射电路4.8.2 红外接收电路接收电路由红外接收管和放大电路组成，如图4.8.2示。Q4接收到红外信号后，经过三极管Q1进行第一级放大，放大后的信号送入三极管Q3进行第二级放大，通过Rx就可以得到放大后的红外接收信号。图4.8.2 红外接收电路4.8.3 接口电路J3为红外发射接收电路的发射信号和接收信号接口，可以用10Pin排线直接将传感器模组的J1接口和SPCE061A的IO口引出的J3接口相连接。图4.8.3 传感器模组与单片机的接口4.9 电源电路内核SPCE061A电

37、压要求为3.3V，而I/O 端口的电压可以选择3.3V 也可以选择5V。所以，在电路板上具有两种工作电压：5V 和3.3V。对应的引脚中15、36 和7必须为3.3V, 对于I/O 端口的电压51、52、75 可以是3.3V 也可以是5V。外部电源供电方式可以选择以下三种：1、DC5V 电池供电：可以用3节电池来供电。4.5V 直流电压直接通过SPY0029（相当于一般3.3V 稳压器）稳压到3.3V，为整个电路板提供了4.5V 和3.3V 两种电平的电压。2、DC5V 稳压源供电：可以直接外接5V 的直流稳压源供电。5V 电压再通过SPY0029 稳压到3.3V。3、DC3V 供电：可以提供

38、直流3.3V 电压为电路板进行供电。此时整个系统板只有3.3V 电压，I/O 端口电压此时只有一种选择即3.3V。电源电路如图4.9所示，由于SPY0029 最大输出电流为50mA，外接一些模组时需要考虑负载是否合适。图4.9 电源电路图4.10 PROBE在线调试接口电路图4.10 PROBE在线调试接口图4.10为PROBE在线调试的接口，该接口有5针，其中两个分别是地（VSS）和3.3V 电源（VDD。此接口与PROBE的5针接口相连，PROBE的另一端接PC机25针并口。这样，就不需要再用仿真器和编程器了，只要按图4.10所示将其连接好，就可以通过它在PC 机上调试程序、在线仿真、最后

39、将程序下载到芯片中，完成程序的烧写。4.11 绘制电路原理图及PCB图4.11.1 电路原理图的设计Protel 99SE 功能很强，将电路原理图编辑、电路功能仿真测试、印制电路板设计等功能融合在一起，实现了电子设计自动化8，9。利用Protel 99SE的Schematic 99SE原理图编辑器来绘制智能密码锁系统的电路原理图。整个智能密码锁的硬件设计系统总体包括人机接口部分、语音识别部分、振铃检测电路，忙音检测电路，模拟摘挂机电路，DTMF发送电路、语音远程报警以及单片机控制等电路。4.11.2 PCB图的设计制作印制线路板是本设计的关键之一，印制线路板在电子产品中通常有三种作用：作为电路

40、中元件和器件的支撑件；提供电路元件与器件之间的电气连接；通过标记符号把安装在印制板上面的元件与器件标注出来。这样有助于元件与器件的插装和电气维修，同时大大减少接线数量的接线错误。PCB设计是针对具体的电路设计生成一套供PCB加工的图，一般设计流程如下：1、 准备电路原理图和网络表：完成电路原理图的绘制，生成网络表。2、 规划电路板：规划采用板材的物理尺寸，各元件的封装形式及其它安装位置，采用双层板。3、 设置参数：设置元件的布置参数、板层参数和布线参数。4、 装入网络表及元件封装：网络表是电路原理图与印刷电路板之间的桥梁，只有将装入网络表后，才能完成电路板的自动布线。5、 布局元件：采用手工布

41、局元件。6、 自动布线：给布局好的元件布线。7、 手工修改：加宽电源线和地线。8、输出文件。5 软件部分总体设计本系统由单片机C语言编写而成，采用模块化结构设计，总体分开锁和报警两部分。基于16位单片机智能密码锁的系统要实现的主要功能是：结合系统硬件结构，开锁部分通过传统按键密码和语音识别密码的双密码设置，来实现开锁，根据当前系统所处的状态，调用不同的操作模块，实现相应的功能。而执行模块主要有数字输入模块、确定键模块、修改键模块、显示模块等。报警部分通过传感器检测到是否主人要进入房间，将采集到的信号通过转换电路变成相应的高低电平送入单片机，单片机对其送入的信号进行相应的处理，若等待10S后电路

42、复位则表明进入为主人，若没有复位，单片机开始执行电话报警。本系统模块包含：键盘开锁模块、语音识别开锁模块、传感信号检测模块、电话信号检测模块、模拟摘挂机模块、DTMF编码发送模块、发送语音报警信号模块等11，12。其中语音识别开锁模块是SPCE061A嵌入的语音处理部分，其功能的实现可通过语音和键盘来响应。 图5.a 智能密码开锁流程图报警部分电路流程图5.b所示流程图说明：当单片机上电复位后，首先对其电路中所需要的资源进行初始化。判断此时检测电路中有没有键按下，若有键按下，则判断是何键按下。若开始按下的键是录音键时，则程序转到语音训练程序，训练完后按下单片机复位键，程序从新开始执行；若复位键

43、按下则程序重新开始执行，此键的主要功能是复位和抗干扰的作用；若没有键按下时程序检测送入的信号，进行下一步的具体操作，依次实现整个系统的正常工作。另外系统还预留了一部分按键为以后的功能扩展所使用。 图5.b 报警程序流程图6 系统硬、软件调试6.1硬件调试 根据设计的原理电路做好实验样机，便进入硬件调试阶段。调试工作的主要任务是排除样机故障，其中包括设计错误和工艺性故障。1.脱机检查：用万能表或逻辑测试笔逐步按照逻辑图检查机中各器件的电源及各引脚的连接是否正确，检查数据总线、地址总线和控制总线是否有短路等故障。有时为保护芯片，先对各管座的电位（或电源）进行检查，确定其无误后再插入芯片检查。2.调

44、试：把样机与计算机通过在线仿真器PROBE连接上进行调试，调试各部分接口电路是否满足设计要求。这部分工作是一种经验性很强的工作，一般来说，设计制作的样机不可能一次性完好，总是需要调试的。通常的方法是，先编调试软件，逐一检查调试硬件电路系统设计的准确性。6.2硬件、软件仿真调试 经过硬件、软件单独调试后，即可进入硬件、软件联合仿真调试阶段，找出硬件、软件之间不相匹配的地方，反复修改和调试。实验室调试工作完成以后，即可组装成机器，移至现场进行运行和进一步调试，并根据运行及调试中的问题反复进行修改。结 论本课题在传统密码锁系统中引入了语音识别技术，电话远程报警技术，并且将红外传感器运用其中，实现了传

45、统数字密码与语音密码的双重密码保护，能够对非法入侵进行红外探测并报警，为防止万一出现失盗情况，还利用电话线进行远程语音报警，确定密码锁的高可靠性及安全性，整个设计提高了电子密码锁的智能化水平。课题所涉及的知识比较广泛，用到的元器件比较多且复杂。控制部分采用凌阳公司的SPCE061A芯片，SPCE061A拥有灵活的语音处理功能，能够非常容易地、快速地处理复杂的数字信号。运用起来比较方便，内置32K FLASH存储空间足够使用。语音芯片由SPCE061A自带，配合录音、放音电路，可以对模拟声音信号进行存储和输出，语音输出时采用专门的音频功率放大器SPY0030对输出的音频信号进行放大。电话远程报警

46、部分通过双音多频发生器HT9200A将预先存储的电话号码，编码、发送，然后通过铃流检测判断对方是否应答，再将预录的语音信号发送。红外传感器采用凌阳公司的传感器模块，能形成稳定可靠的信号。本课题设计出的不是最完善的产品，例如可以再加远程控制家庭的布防情况，所以在设计中尽量预留一些资源，为以后的升级修改留下空间。参 考 文 献1 杨汉华，凌福玲. 一种新型的家用防盗报警系统,2002(1):24-282 苏小会，徐淑萍，谭宝成. 智能住宅报警监控系统的设计与实现. 微计算机信息, 2004(9):23-243 罗亚非. 凌阳16位单片机应用基础. 北京：北京航空航天大学出版社，2005 4 凌阳科

47、技编. 凌阳16位单片机开发实例. 北京：北京航空航天大学出版社，20065 张成，蒋皓石，林嘉宇. 基于16位单片机的语音电子门锁系统. 计算机应用2005 （7）：18-216 雷旭，何万强. 新型家用防盗报警系统.现代电子技术,2003(4):82-83,867 侯媛彬. 凌阳单片机原理及其毕业设计精选. 北京:科学出版社，20068 王力，张伟. Protel99SE电路设计与仿真教程.北京:机械工业出版社,20079 李东生，张勇，许四毛. Protel 99SE电路设计教程. 北京：电子工业出版社，200710 李晓白，秦红磊，朱俊杰，潘涌泽.凌阳16位单片机C语言开发.北京：北京航空航天大学出版社，200611 SPCE061A. 12 HT9200A. 13 LM358. 14 LM567. 附录A： 附录B：