基于单片机的多音频报警器设计

朱艳， 喻丽丽， 严佳雯

(江苏省镇江市金山职业技术学院，江苏 镇江 212200)

0 引 言

随着现代科学技术的迅猛发展，人们的安全意识有了显著提高，开始应用前沿科技引领生活安全。报警器在安全防范、交通运输、医疗救护、应急救灾、系统故障和感应检测等领域都发挥了强大的报警功能。单片机、传感器及微机控制等一系列高新科技的发展，带动了防盗报警器的研制设计和生产制造等方面的快速发展。基于AT89S52单片机为系统核心[1]，软件设计采用C语言编程[2]，以此实现多音频报警器的设计，对于开发出既能有效报警又适用于一般家庭消费需求的报警器[3]有着重要意义。

1 硬件设计

1.1 系统设计原理

图1 报警器系统原理框图

多音频报警器共有6种不同音频的报警声音，6个LED发光灯，对应着6种险情[4]。用6个开关模拟这6种险情的传感器检测输入信号。系统的功能原理如图1所示。

1.2 单片机最小系统构建

图2为AT89S52单片机[5]的内部系统组成图。

图2 单片机最小系统

1.3 电源电路设计

该设计中供电电源为220 V，而系统中的单片机和喇叭等元件都采用5 V或12 V供电，所以设计一个直流稳压电源电路是很必要的[6]。该电路的原理结构如图3所示。电源电路如图4所示。

图3 电源电路结构框图

图4 电源电路图

1.4 键盘电路设计

图5 独立式键盘连接方式

通常键盘电路有矩阵式和独立式两种方式。矩阵式适用于按钮较多的情况，且矩阵式编程较难，所以该系统中选择独立式键盘。由于该电路中需发出6种不同声音，即6个按钮，一个按键连接一个I/O口即可。实际上，每个开关按钮都会串联一个上拉电阻，开关电路置为高电平[7]。当其中一个按钮被按下时，连接该按钮的检测线因为接地就变成低电平，而没有被按下的按键所连的检测线依然是高电平。此时只需读取I/O 口输入线的电平状态，如I/O 口输入线为低电平，相对应的按键就被按下。独立式键盘连接方式如图5所示。

1.5 LED灯电路设计

图6 LED灯电路

当一个报警信号产生时，对应的一个LED灯亮起，系统中的LED灯也就是绿色发光二极管，LED灯电路如图6所示。

1.6 喇叭电路设计

在Proteus中，喇叭电路有三种，该系统中选用数字蜂鸣器SOUNDER。将SOUNDER直接与单片机相连[8]，利用编程将声音数据存入数组，使单片机发出频率各异的方波从而驱动其发出不同音频的声音[9]。

2 软件设计

2.1 编程语言和开发平台介绍

鉴于C语言可读性好，代码便于维护和开发，该系统中选择使用C语言编程[10]，开发平台是Keil uVision4。

2.2 系统软件I/O口分配

51系列单片机通常有40个引脚，而在单片机的开发和使用中只会用到部分的引脚，所以要适当分配I/O口，引脚分配如表1所示。

表1 I/O口分配表

2.3 喇叭音调设计

喇叭共有6种不同音色，而声音频率不同，音色就不同，因此只要计算出声音频率即可。该系统中采用的是AT89S52 的内部定时器/计数器，此计数器的模式为工作方式0。也就是通过改变TL0和TH0 的计数值就能够发出一系列不同的频率，同时发出不同音调的音乐。

2.4 程序设计

2.4.1程序总体设计

图7 程序总体算法流程图

图7为该系统的总体算法流程图。当有任何一种险情出现时，按下按钮，对应的警报铃声响起，对应的LED灯亮[11]。

2.4.2主程序设计

图8所示为主程序流程图。基于模块化的思想，主程序只完成定时器的初始化，以及发光二极管的初始化。键盘识别和刷新是通过中断函数来完成的[12]。

图8 主程序算法流程图

图9 键盘程序设计流程图

2.4.3键盘扫描程序

键盘扫描算法流程如图9所示，采用两种数值分别表示按钮被按下和放开两种状态。当一个键被按下时，会有一个对应的数值产生；当一个按键被松开时，也会产生对应数值。把这些数值存在表里，通过查表就能清楚是哪个按键被按下，另外还可以识别出其是被按下或是被松开[13]。

2.4.4定时器初始化程序

对51系列单片机定时器最重要的操作就是对TMOD寄存器的初始化[14]，程序流程如图10所示。

2.4.5键盘选曲报警函数设计

该程序要实现按下不同按键就播放不同音乐，所以选曲函数是一定要具备的。在报警选曲函数中，需同时实现两个功能：一是键盘扫描程序返回值不同就选取不同的报警音乐;二是当键盘扫描程序有返回值时，LED灯光打开。键盘程序设计框图如图11所示。

图10 定时器程序流程图图11 键盘选曲报警函数算法

3 结果

成品设计效果图及声音波形仿真图如图12～图16所示。

图12 系统整体效果图图13 系统印制电路板俯视图图14 按下键1时的波形图15 按下键3时的波形

图16 按下键5时的波形

4 结束语

基于单片机系统，采用数字电子技术，研制出一种成本低、功能强的声光报警器，简单实用，市场推广性强。随着制造技术、数字电子技术和计算机技术的日趋成熟，报警器的研制定将越来越智能化[15]。