基于红外传感与单片机的家庭语音报警系统

【摘要】从实际需求出发，以单片机为控制核心，设计了一款智能语音报警器。该系统通过热释电红外检测器进行监控检测，构建语音报警和人机接口模块，由单片机统一控制。该系统具有安装简易，操作方便，功能强大等特点。可广泛运用于家庭，智能化小区的安放报警，将给人民的生命财产提供强有力的保障。

【关键词】单片机;智能语音报警;红外检测

1.前言

随着改革开放的深入和市场经济的迅速发展，城市外来流动人口大量增加，带来许多不安定因素，刑事案件特别是入室盗窃居高不下[1]，因为这样家庭智能防范报警系统是新时代小区建设中必须涉及的一项。防盗的最好方法就是增加不法分子的心理压力，在系统发现其有入侵企图时就发出语音警告。本系统基于这种放到报警构想，以AT89C51单片机作为控制核心，结合美国ISD公司的ISD4004语音芯片，设计出一种家庭语音报警系统。

2.芯片介绍

ISD4004是采用CMOS技术的语音芯片。其内部包含晶体振荡器，防混叠滤波器，平滑滤波器，自动静噪装置，音频功率放大器及高密度多电平闪烁存储阵列等，基本不需要器件辅助构成一个完整的声音录放系统[2]。由于芯片自带SPI接口，录放时间长且音质好，无需A/D转换大约可记录10万次，断电后仍可保存数据100年。

3.设计方案

该系统不仅具有语音报警的基本功能，同时具有语音录放和LED显示功能。主要由热释电传感模块、信号处理模块、MCU微控模块、语音录放模块、电源模块5部分组成，辅以人机接口（主要有独立式键盘模块、数码管显示模块）。热释电传感和信号处理模块主要负责信号的采集然后传送给单片机判断，单片机根据预设的条件来控制语音录放模块的工作（报警和放音）。人机接口的键盘和显示模块，也由单片机来控制。显示模块主要负责显示用户所选择的工作模式，键盘模块主要是门铃键和录音键，单片机根据按键按下情况控制语音的播报。

图1 方案设计总框图

4.硬件设计

系统主要由报警子系统和语音服务子系统两部分组成。报警子系统采用热释电红外传感器RE200B作为检测元件，通过红外传感信号专用处理芯片BISS0001对所采集信号进行初步处理再传送给单片机，单片机AT89S51为主控制器，不断查询P1.0的电平状态，当满足报警条件时，自动启动报警系统。语音芯片ISD4004作为报警和语音服务执行装置，并以键盘和数码管作为人机接口[2]。系统还可以根据实际需要设置几种工作模式，并通过按键选择和数码管显示。每种工作模式下，有相应的预录语音内容，当门铃键按下，单片机进入中断，自动控制ISD4004播报语音内容。系统整体硬件设计框图如图2所示。

图2 硬件总框图

图3 软件流程图

5.软件设计

软件的主要工作是对热释电红外传感模块输出的数字信号V0的处理即语音服务的实现，还要使系统在不法分子试图闯入时进行语音录放。单片机每隔一个时间T读一次红外热释电检测并通过BISS0001信号处理后的V0的状态，若V0为低电平，继续读取，若为高电平则开始计数，如果持续检测到t/T个高电平，说明在这段时间里一直有人（t为预先输入的报警响应时间），于是开始执行报警的相关操作。使用者可以根据实际情况设置t值，以获得最好的报警效果。

同时该系统也可以让主人预先设定工作模式，当门铃按键按下时产生一个中断，让单片机控制自动播报该工作模式下相应的语音内容。如主人不希望打扰，可以设置成模式3，当有人按门铃时，播放预置内容“对不起主人正在休息，请稍后再来”根据使用需要，用户可以将自己的声音甚至音乐录入语音芯片中，通过不同的模式设定实现多种语音服务。

6.系统调试

（1）电源部分调试：因为电源对于一个系统来说是最关键的，如果系统电源不稳定，系统不能正常工作。220V电压经过变压器，变成15V交流电压，然后整流滤波，经LM7805稳压后，给单片机5V电压供电。

（2）信号接收与采集模块调试：按照芯片数据手册资料调试信号采集的情况。

（3）串口通信部分调试：首先在程序中打开串口，然后设定好波特率，进行发送数据，发送和接收波特率相同，然后把它和显示部分串联起来调试，直到达到要求为止。

（4）语音芯片部分调试：按照语音芯片ISD4004数据手册上资料，执行相应操作，完成后测试录音和放音。

（5）显示模块调试：调试数码管显示的数码与模式选择的对应情况。

（6）总体调试，完成以上5个步骤后，把它们连接起来，总体调试，直到完成任务为止。

7.总结

通过红外检测判断到不法分子有入侵企图时，系统就给出语音警告以增加其心理压力迫使其主动离开，从而实现安防。若不法分子继续闯入，则系统自动记录入侵时间并进行现场录音以保留犯罪证据，同时通过电话或其他方式通知主人或报警中心。本设计制作成本低，安装方便，对门窗几乎没有破坏性，防盗可靠性好，播放的语音清晰，适于一般家庭使用。

参考文献

[1]深圳安防集团.豪华别墅防盗报警方案[J].数字社区&智能家居，2008，10：33-36.

[2]裘有斌，张国忠，陈丰伟，高杰.基于ISD4004的家庭语音报警系统设计[J].单片机与嵌入式系统应用，2008，04：47-50.

作者简介：周Z瑜（1993―），女，山西河曲人，大学本科，现就读于成都理工大学信息科学与技术学院。