论文部分内容阅读
摘要：论文介绍了由AD22151传感器感应模块、无线发射模块、超再生无线接收每模块、ISD1420语音报警模块四部
分组成的基于无线单工呼叫的报警系统，各个模块以MSP430x169单片机为控制核心协调工作。该报警系统通过无线方式实现远程监控，且能够多点对一点的监控，与传统监控系统相比，有灵活性强、方便、实时性强的特点。
关键字: AD22151 超再生ISD1420
一、引言
随着科学技术的飞速发展，越来越多的电子产品逐渐的走进人们的日常生活，而为了追求高的生活质量，人们的贵重物品越来越多，但是各类防盗系统都有其自身的缺点，不可能做到十全十美，现在大学生也不例外，都带有一些贵重物品，而大学生的防盗意识比较差，所以经常看到、听到大学生被盗事件。传统的防盗装置是结实的、耐摔的盒子装贵重物品，但是无法通知被盗者或者管理员。对于人居住比较集中的地方一般比较混杂，这就给盗贼可乘之机的机会，所以这些地方容易被盗。本装置特别适合居住比较集中的地方，因为该装置通过感应部件采集报警信息（如有人带走按有感应装置的物品），在通过无线发射装置发射给特定的管理中心，管理中心通过接收到得信息就可以判断管辖的地区是否有被监控的东西被盗，以达到报警的效果。
本系统实现时远程无线监控，且能够实现多个地方同时监控，在控制中心有语音播放，能够提醒监控人员被监控对象的情况及地点，以实现实时监控，比传统监控装置灵活、方便、实时性好等特点。
二、系统的基本组成
本系统设计制作了一个简易单功无线报警电路，实现监控中心和监控地点间的无线通信，并在监控中心实时播
报、显示报警地点，从而实现对监控地点的远距离监控，该系统由传感器感应模块、无线发射模块、无线接收每模块、语音报警模块四部分组成，各个模块以MSP430x169单片机为控制核心协调工作。系统硬件原理框图见图1。
（1）信号采集与发射模块
AD22151是磁场传感器，该传感器灵敏度高，可以用作高灵敏的接近开关，可靠性好体积小，有较大的动态感应范围，能满足本系统动态范围大的要求，所以本系统用AD22151作为报警信息的感应装置。普通的LC振荡电路频率漂移较严重，且电路受外界的影响比较大，产生的正弦波稳定性差；晶振振荡电路的物理特性好、受外界的影响小，晶振振荡电路的Q值高，选频特性好，并且电路实现简单、易行，并且有专门的315MHz的晶振，符合系统载波频率的要求。由于晶振振荡电路简单、易行，频率稳定性好，满足系统的设计要求，所以本系统采用晶振振荡电路产生315MHz载波信号。
在本系统设计中，利用AD22151的单极性工作模式来作为接近开关，当笔记本上面的固定磁铁离开传感器一段距离，传感器的输出为低电平，低电平信号接PT2262的使能端，PT2262发出编码信号，编码信号的高低电平控制三极管8050的基极，进而控制三极管的导通和截止，高频管2SC3357的导通和声表谐振器在通短的过程中就形成了ASK调制，整个数传模块发送编码调制信号。完成信号的采集与传输。电路原理图见图2
(2)编、解码模块
目前常用的编码解码芯片的编码信号都是方波，由傅里叶分析法分析其频率分量可知这种编码信号有效的频带实际很窄，用于频率很高的无线通信时误码率低且调制简单，只需要在高电平时触发振荡电路（振幅键控调制）；双音多频编码解码芯片的编码信号（DTMF）是800Hz至1200Hz的音频信号，频率较低，但是是正弦信号，调制比方波复杂，需要用乘法器实现。方波的编码解码方式在几百兆的无线通信系统被广泛使用且误码率极低，本系统采用PT2272编码芯片和PT2262解码芯片。
(3) 报警接收模块
传统的接收机（振幅调制）都是采用超外差接收，超外差检波电路主要是把高频信号的频谱搬移到中频频率上,使高频调制变成了中频调制，本振频率精度要求高才能保证中频调制效果好，一般用锁相环、数字分频、数字鉴相器等电路产生振荡，但是本系统的载波是315MHz，频率太高，这些电路本身已经不是很稳定且电路复杂。超再生接收机是直放式接收机的一种，利用正反馈电路原理，把放大了的输出信息反馈到输入端，再放大、循环……，在没有接受到信号时该检波电路输出的是超噪声（频率在0.3~5kHz之间），在接收到信号时电路揩振，超噪声被抑制，高频振荡器开始产生振荡，输出检波后的调制信号。
在本设计中采用的就是超再生接收方式，微弱信号从天线和选频网络进入，输入到Q1经初步放大，再送入Q2进一步放大，进入LM358继续整形放大，放大后的数字信号再由Q3做一次反相输入到PT2272的信号输入脚14进行解码解码输出脚为PT2272的10-13脚。最后msp430单片机从PT2272的数据输出脚读取编码信号，对编码型号进行解析，在收到有效信号后，做出相应反应。即控制语音芯片（ISD1420）将预先录制的语音报警信号播放出来，同时还利用液晶显示1620做出显示，从而实现良好的人机交换。接收电路原理图见图3
(4) 语音播报模块
以单片机存储和控制核心，通过A/D采样，将外部的模拟信号转换成数字信号并存储在外部的flash中(单片机的存储容量小，需要外加存取器)，当需要放音的时候单片机通过外部地址读出取存储在flash中的数据，并通过D/A转换成模拟信号输出，最后通过音频放大驱动扬声器播放出来，这种方法电路实现较简单，但需要大容量的存储器，且用于采样的A/D工作频率和精度要求高，才能达到很好的效果。使用语音芯片作为语音播放电路的核心，电路简单，且ISD系列的语音芯片具有高保真、不怕断电、录放一体化等特点，并且采用直接模拟量存贮技术DAST，完成语音的录入、存贮及分段调出，整个过程不需要外接A/D、D/A，语音数据采用分段存贮，这样实现语音的分段播放，并且可以根据系统需要播放任意一段的语音，但是前一种电路无法实现的，论文中的报警装置的播报就是采用后面一种方案。
该模块用MSP430x169作为CPU，通过控制ISD1420的地址（A0~A7）的初始位置及PLAYL、PLAYE或
REC来控制录入、播放，本系统通过控制播放地址及播放时间选择性的播放要播放的内容。当PLAYL为低电平或PLAYE遇到下降沿时，ISD1420进入播放模式，播放地址所对应的语音，直到PLAYLE为高电平或遇到EOM标志，对出播放模式。当REC为低电平不管PLAYL、PLAYE为何电平，ISD1420都进入录音模式。该电路是通过对一些参考资料的改进后得出的, 消除了以往电路放音结束时有较大电流冲击噪音的弊病, 而且占用口线少, 录音输入端采用差分输入有很大的噪声抑制比，保证录音质量。用户在自己系统中只需要扩展一个位口即可,使用系统中的保留口线更是方便。具体电路见图4.
三、软件设计
系统进入程序入口，设定运行时间以方便系统记录下报警的准确时间，接初始化MSP430x169的寄存器并进入低功耗模式，当报警模块发射有效信号时，接收模块接收到有效信号并将报警地点解码出来，接着通过中断的方式触发MSP430x169退出低功耗模式，读取报警地点，最后控制显示器1602和语音播报模块将报警地点播报出来，播报、显示的赋值完成后，系统再次进入低功耗模式等待下次有数据的接收并且语音播报模块在此阶段不断的播报直到接收到新的数据或复位。
四、结束语
本系统以MSP430x169单片机为控制核心协调工作，以AD22151为核心的传感器模块实时感应外界的磁场变化（被监控物体附近放有一小块磁铁），当磁场变化超过设定的门限值就触发PT2262输出有效编码码字（报警地点的编码），发射模块（3355和晶体振荡器组成的315MHz发射电路）将编码码字发射出去，控制中心的超再生检波电路模块实现2ASK调制解调，再经PT2272解码芯片对编码信息进行解码送至MSP430x169单片机，单片机控制语音芯片ISD1420、液晶1602，播报、显示报警的地点。由于报警接收装置可以多个，只要是发射接收间的通信协议是相同的就可以，所以该装置能够实现多点对一点的远程无线监控，且灵活性强。而控制中心语音播报能够实时的提醒监控人员，与传统监控装置相比实时要强。
五 参考资料
[1] 高吉祥,唐朝京.全国大学生电子设计竞赛高频电子线路设计,北京：电子工业出版社，2007年9月.
[2] 铃木宪次.高频电路设计与制作,北京：科学出版社，2005年4月.
[3] 左智成,李兴华.电波与天线,合肥：合肥工业大学出版社，2006年12月.
[4] 王卫东,傅佑麟.高频电子线路,北京：电子工业大学出版社，2004年8月.
作者简介：游钊(1987-),男,汉族,学生,研究方向:检测技术与自动化装置; 张杰(1987—),男,汉族,学生,研究方向:通信与信息处理,E-mail:514344367@qq.com.李记渊（1987-），男，汉族，学生，研究方向：机电一体化
分组成的基于无线单工呼叫的报警系统，各个模块以MSP430x169单片机为控制核心协调工作。该报警系统通过无线方式实现远程监控，且能够多点对一点的监控，与传统监控系统相比，有灵活性强、方便、实时性强的特点。
关键字: AD22151 超再生ISD1420
一、引言
随着科学技术的飞速发展，越来越多的电子产品逐渐的走进人们的日常生活，而为了追求高的生活质量，人们的贵重物品越来越多，但是各类防盗系统都有其自身的缺点，不可能做到十全十美，现在大学生也不例外，都带有一些贵重物品，而大学生的防盗意识比较差，所以经常看到、听到大学生被盗事件。传统的防盗装置是结实的、耐摔的盒子装贵重物品，但是无法通知被盗者或者管理员。对于人居住比较集中的地方一般比较混杂，这就给盗贼可乘之机的机会，所以这些地方容易被盗。本装置特别适合居住比较集中的地方，因为该装置通过感应部件采集报警信息（如有人带走按有感应装置的物品），在通过无线发射装置发射给特定的管理中心，管理中心通过接收到得信息就可以判断管辖的地区是否有被监控的东西被盗，以达到报警的效果。
本系统实现时远程无线监控，且能够实现多个地方同时监控，在控制中心有语音播放，能够提醒监控人员被监控对象的情况及地点，以实现实时监控，比传统监控装置灵活、方便、实时性好等特点。
二、系统的基本组成
本系统设计制作了一个简易单功无线报警电路，实现监控中心和监控地点间的无线通信，并在监控中心实时播
报、显示报警地点，从而实现对监控地点的远距离监控，该系统由传感器感应模块、无线发射模块、无线接收每模块、语音报警模块四部分组成，各个模块以MSP430x169单片机为控制核心协调工作。系统硬件原理框图见图1。
（1）信号采集与发射模块
AD22151是磁场传感器，该传感器灵敏度高，可以用作高灵敏的接近开关，可靠性好体积小，有较大的动态感应范围，能满足本系统动态范围大的要求，所以本系统用AD22151作为报警信息的感应装置。普通的LC振荡电路频率漂移较严重，且电路受外界的影响比较大，产生的正弦波稳定性差；晶振振荡电路的物理特性好、受外界的影响小，晶振振荡电路的Q值高，选频特性好，并且电路实现简单、易行，并且有专门的315MHz的晶振，符合系统载波频率的要求。由于晶振振荡电路简单、易行，频率稳定性好，满足系统的设计要求，所以本系统采用晶振振荡电路产生315MHz载波信号。
在本系统设计中，利用AD22151的单极性工作模式来作为接近开关，当笔记本上面的固定磁铁离开传感器一段距离，传感器的输出为低电平，低电平信号接PT2262的使能端，PT2262发出编码信号，编码信号的高低电平控制三极管8050的基极，进而控制三极管的导通和截止，高频管2SC3357的导通和声表谐振器在通短的过程中就形成了ASK调制，整个数传模块发送编码调制信号。完成信号的采集与传输。电路原理图见图2
(2)编、解码模块
目前常用的编码解码芯片的编码信号都是方波，由傅里叶分析法分析其频率分量可知这种编码信号有效的频带实际很窄，用于频率很高的无线通信时误码率低且调制简单，只需要在高电平时触发振荡电路（振幅键控调制）；双音多频编码解码芯片的编码信号（DTMF）是800Hz至1200Hz的音频信号，频率较低，但是是正弦信号，调制比方波复杂，需要用乘法器实现。方波的编码解码方式在几百兆的无线通信系统被广泛使用且误码率极低，本系统采用PT2272编码芯片和PT2262解码芯片。
(3) 报警接收模块
传统的接收机（振幅调制）都是采用超外差接收，超外差检波电路主要是把高频信号的频谱搬移到中频频率上,使高频调制变成了中频调制，本振频率精度要求高才能保证中频调制效果好，一般用锁相环、数字分频、数字鉴相器等电路产生振荡，但是本系统的载波是315MHz，频率太高，这些电路本身已经不是很稳定且电路复杂。超再生接收机是直放式接收机的一种，利用正反馈电路原理，把放大了的输出信息反馈到输入端，再放大、循环……，在没有接受到信号时该检波电路输出的是超噪声（频率在0.3~5kHz之间），在接收到信号时电路揩振，超噪声被抑制，高频振荡器开始产生振荡，输出检波后的调制信号。
在本设计中采用的就是超再生接收方式，微弱信号从天线和选频网络进入，输入到Q1经初步放大，再送入Q2进一步放大，进入LM358继续整形放大，放大后的数字信号再由Q3做一次反相输入到PT2272的信号输入脚14进行解码解码输出脚为PT2272的10-13脚。最后msp430单片机从PT2272的数据输出脚读取编码信号，对编码型号进行解析，在收到有效信号后，做出相应反应。即控制语音芯片（ISD1420）将预先录制的语音报警信号播放出来，同时还利用液晶显示1620做出显示，从而实现良好的人机交换。接收电路原理图见图3
(4) 语音播报模块
以单片机存储和控制核心，通过A/D采样，将外部的模拟信号转换成数字信号并存储在外部的flash中(单片机的存储容量小，需要外加存取器)，当需要放音的时候单片机通过外部地址读出取存储在flash中的数据，并通过D/A转换成模拟信号输出，最后通过音频放大驱动扬声器播放出来，这种方法电路实现较简单，但需要大容量的存储器，且用于采样的A/D工作频率和精度要求高，才能达到很好的效果。使用语音芯片作为语音播放电路的核心，电路简单，且ISD系列的语音芯片具有高保真、不怕断电、录放一体化等特点，并且采用直接模拟量存贮技术DAST，完成语音的录入、存贮及分段调出，整个过程不需要外接A/D、D/A，语音数据采用分段存贮，这样实现语音的分段播放，并且可以根据系统需要播放任意一段的语音，但是前一种电路无法实现的，论文中的报警装置的播报就是采用后面一种方案。
该模块用MSP430x169作为CPU，通过控制ISD1420的地址（A0~A7）的初始位置及PLAYL、PLAYE或
REC来控制录入、播放，本系统通过控制播放地址及播放时间选择性的播放要播放的内容。当PLAYL为低电平或PLAYE遇到下降沿时，ISD1420进入播放模式，播放地址所对应的语音，直到PLAYLE为高电平或遇到EOM标志，对出播放模式。当REC为低电平不管PLAYL、PLAYE为何电平，ISD1420都进入录音模式。该电路是通过对一些参考资料的改进后得出的, 消除了以往电路放音结束时有较大电流冲击噪音的弊病, 而且占用口线少, 录音输入端采用差分输入有很大的噪声抑制比，保证录音质量。用户在自己系统中只需要扩展一个位口即可,使用系统中的保留口线更是方便。具体电路见图4.
三、软件设计
系统进入程序入口，设定运行时间以方便系统记录下报警的准确时间，接初始化MSP430x169的寄存器并进入低功耗模式，当报警模块发射有效信号时，接收模块接收到有效信号并将报警地点解码出来，接着通过中断的方式触发MSP430x169退出低功耗模式，读取报警地点，最后控制显示器1602和语音播报模块将报警地点播报出来，播报、显示的赋值完成后，系统再次进入低功耗模式等待下次有数据的接收并且语音播报模块在此阶段不断的播报直到接收到新的数据或复位。
四、结束语
本系统以MSP430x169单片机为控制核心协调工作，以AD22151为核心的传感器模块实时感应外界的磁场变化（被监控物体附近放有一小块磁铁），当磁场变化超过设定的门限值就触发PT2262输出有效编码码字（报警地点的编码），发射模块（3355和晶体振荡器组成的315MHz发射电路）将编码码字发射出去，控制中心的超再生检波电路模块实现2ASK调制解调，再经PT2272解码芯片对编码信息进行解码送至MSP430x169单片机，单片机控制语音芯片ISD1420、液晶1602，播报、显示报警的地点。由于报警接收装置可以多个，只要是发射接收间的通信协议是相同的就可以，所以该装置能够实现多点对一点的远程无线监控，且灵活性强。而控制中心语音播报能够实时的提醒监控人员，与传统监控装置相比实时要强。
五 参考资料
[1] 高吉祥,唐朝京.全国大学生电子设计竞赛高频电子线路设计,北京：电子工业出版社，2007年9月.
[2] 铃木宪次.高频电路设计与制作,北京：科学出版社，2005年4月.
[3] 左智成,李兴华.电波与天线,合肥：合肥工业大学出版社，2006年12月.
[4] 王卫东,傅佑麟.高频电子线路,北京：电子工业大学出版社，2004年8月.
作者简介：游钊(1987-),男,汉族,学生,研究方向:检测技术与自动化装置; 张杰(1987—),男,汉族,学生,研究方向:通信与信息处理,E-mail:514344367@qq.com.李记渊（1987-），男，汉族，学生，研究方向：机电一体化