编号：
安徽大学创新实验室（基地）
学生创新基金申请书
项目名称： 基于家庭电话智能监控处理器的研究
申 报 人： 余东升
联系电话： 13965136341
指导教师： 孙学平
所在院系： 电子科学与技术学院
类别：
□ 理工类学术论文
□ 发明制作
□ 社会调查报告和社科类学术论文
安徽大学实验与物资设备管理处 制
2008 年 10 月 8 日
项目名称 基于家庭电话智能监控处理器的研究
项目类别 发明制作
起止日期 2008 年 10 月 16 日 —— 2009 年 10 月 16 日
申请经费 3000 元
学 号 姓 名 年 级 所在院系 联系电话 签 名申请者
情况
P10614053 余东升 2006 级 电子学院 13965136341
P10514107 卢 克 2005 级 电子学院 15955109200
P10614059 王德松 2006 级 电子学院 13865915349
P10614120 钟孝发 2006 级 电子学院 0551-3690614
P10614011 陆 凡 2006 级 电子学院 13721101589
合作者
情况
P10614069 陈楠楠 2006 级 电子学院 13865914531
姓 名 所 在 单 位 职 称 备注
第一指导
教师
孙学平 安徽大学 高级实验师
电子电
路
其他指导
教师
项目负责人获奖情况
余东升 ：三等奖学金，社会活动积极分子，计算机二级，计算机三级
卢 克 ：三等奖学金
王德松 ：科学技术协会优秀会长,计算机二级，计算机三级
钟孝发 ：计算机二级，计算机三级
陆 凡 ：三等奖学金，计算机二级
陈楠楠 ：两次一等奖学金,一次三等，计算机二级优秀证书，优秀团员，预备党员,”
社会活动极积分子”，参加安徽大学 2008 年度暑期机器人剧场赛
研究内容提要
本系统是基于家庭电话智能监控处理器的研究。系统采用单片机控制，主要对室
内发生盗情、火灾、煤气泄漏等异常情况时通过电话及扬声器发出报警。在异地还可
通过电话对该系统进行远程控制，如设防、撤防、报警状态查询、修改电话号码、修
改校验密码等。具体来说，本系统由双音频接收、语音提示、CPU 控制、驱动电路
等多个单元组成 ,其中驱动部分比较简单,可根据实际需要设计不同的电路。该系统的
几个部分分别为:振铃检测电路、模拟摘 /挂机电路、双音频信号检测电路、语音提示
电路、中央处理单元等。另外，该系统可实现电话并机和掉线的检测，紧急状态下也
可由主机或遥控按键实现直接报警，是一种适合于家庭、办公室和仓库等处的可靠的
安全防范装置
研究的目的和意义
本研究项目以现在普及的固定电话为依托，以单片机为整个系统的监控核心，当
室内发生火灾、煤气泄漏、有非法进入等异常情况时通过电话发出语音报警，通知当
事人家里发生的情况，使得到及时处理，以减少损失；此外，也通过扬声器在现场发
出高音报警。另外，还可以通过拨打电话的方式对该装置进行远程操作。
现代家庭多为三口之家，随着现代生活节奏的加快，家中无人是常见的现象。这
将导致诸如失火、煤气泄漏甚至入室盗窃等情况发生时，由于得不到及时处理，给人
们的财产安全带来重大损失。人们非常希望有一个报警装置，能够及时地通知或处理
家里无人时发生的异常情况，从而将损失减少到最低限度。本监控处理器适用于家里
无人时充当“小哨兵”的作用，在发生盗情、火灾及煤气泄漏时采取适当的措施并发出
报警，使得到及时处理，以减少损失。
国内外本项目的研究状况
关于基于单片机对电话报警系统的研究项目无论是在国内还是国外都是比较多的
且都有各自的功能，诸如：美国、加拿大、韩国。美国 HONEYWELL 报警产品系列，
如：VISTA—120/250、VISTA—10P 通信/控制主机、238TL 8 防区控制/通讯主机、
OMNI—4OO 通信/控制主机等；韩国的三星光电子产品系列，如：SDC—413PD、
SID—45CP、SDZ—330、SPD—3300、SHC—740P 等。
随着我国国内生产总值稳定而快速的增长，人们的生活水平有了很大的提高，但
与此同时，社会人口的流动性大大增加了，社会结构和社会治安都日趋复杂，入室抢
窃、偷盗等诸多社会问题的频繁发生，使人们对家庭生命财产的安全越来越重视。传
统的机械式（防盗网、防盗窗）家居防卫系统在实际使用中暴露了很多隐患，国家下
达了《关于在住宅小区禁止安装防盗网的建议》中指出，防盗网带来了很多问题，例
如市容的美观，火灾以后的逃生以及为犯罪分子提供翻越条件等等，因此现在已有几
十个城市立法，强行拆除金属防盗网，所以家庭安防必须有新的系统、新的方法能够
提供相应的解决方法。由此要求我国的电话报警系统技术提高，由于通信与信息技术
的发展，特别是计算机网络技术的日臻成熟。伴随着各种通信、家电、安保防范设备
通过网络技术进行监测、控制与管理的商业系统被普遍的应用于智能住宅小区，家庭
安全防范产品的发展也出现了前所未有的变化。如北京科技有限公司等
参考文献
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项目的创新点
1. 可实现自动拨号的功能。
2. 可通过键盘或拨打电话的方式来查询报警历史记录。
3. 通过拨打电话的方式对系统进行远程操作。
4. 在录放间的时长和语音质量方面都有较大突破，采用 EEPROM 存储模式进行存
储，断电后信息可以持续保存 100 年。器件可以重复录制 10 万次。
5. 具有自动掉线模式。
6. 语 音 提 示 电 路 比 同 类 电 路 有 很 大 突 破 ： 它 主 要 由 信 息 储 存 器 件 ISD1400
ChipCorder 系列是单片来实现，具有高质量，短周期的录放音电路的特点。采用
CMOS 工艺，内部包含片上时钟，麦克前置放大器，自动增益控制，带通滤波器，
平滑滤波器和功率放大器。由 ISD1400 组成的最小应用系统仅包含一个麦克，
喇叭，几个阻容元件，两个开关和电源。
研究详细内容、研究方案（研究方法、技术路线）
一、系统主要功能如下：
（一）报警：当室内发生火灾、煤气泄漏或有非法进入时，相应的检测装置产生
一报警脉冲信号传入单片机，单片机立即启动循环拨号程序，从存储装置中取出预先
存入的电话号码，通过双音多频信号收发器发出，发送完毕后启动信号音检测程序，
检测是否拨通，若未拨通则取下一个号码重新拨打，直到拨通为止。拨通后，等待对
方接听，当检测到对方已摘机接听，启动放音程序，播放相应的录音，通知当事人家
里发生的情况。
（二）远程控制：就是通过拨打电话的方式对系统进行远程操作。拨打并有本系
统的电话，响铃规定次数后若还无人接听，则认为室内无人，系统自动摘机；首先需
要进行身份校验，身份校验通过后，就可根据系统的语音提示，通过按下电话按键对
系统进行如撤防，设防，报警记录查询，修改电话号码，修改校验密码等操作。
（三）报警记忆功能：可通过键盘或拨打电话的方式来查询报警历史记录。
（四）身份验证：系统设有校验密码，只有通过了身份验证，才能对系统进行远
程操作。
（五）密码修改功能。
（六）电话号码修改功能。
（七）语音提示功能。
二、系统功能模块介绍：
该系统几个部分分别为:振铃检测电路、模拟摘 /挂机电路、双音频信号检测电路、
语音提示电路、中央处理单元、看门狗电路、密码检测、信号分析处理、扬声器报警
电路等。
(一) 振铃检测电路 如图 所示，电话振铃信号到来时，电话线路上的 25Hz,
90V 振铃信号经过一个桥式整流及滤波后，驱动光电耦合器，有振铃信号时，振铃信
号输出端为低电平，无振铃信号为高电平，CPU 可以由此判断有无振铃信号及振铃
次数。当振铃次数打到某个数时在 AT890C51 单片机中产生一个 INT0 中断,以 INT0
中断服务子程序开始,系统准备处理用户操作。
图 振铃检测电路
(二) 模拟摘 /挂机电路 如图 所示， 模拟摘挂机电路主要由一个三极管
开关电路控制继电器的开关，继电器控制接入电话线两端的 200Ω 电阻。摘挂机信令
由单片机通过使 TXD/ 口变为高电平，使三极管 P1 处于导通状态，从而开启继
电器 J1，J1 使电阻 R3 接入电话线两端。因为 R3 的电阻为 200Ω，使回路电流变大，
控制电路向交换机发出模拟摘机的信号，交换机响应摘机信号，完成电话线路接通。
整个电路完成自动模拟摘机过程。
图 自动摘挂机电路
(三) 双音频信号检测电路 双音多频（DTMF ）信号收发器 MT8888 在本系统
中的主要功能是自动拨号、电话信号音检测以及 DTMF 信号的接收。MT8888 的接口电
路如图 所示。MT8888 输出的 DTMF 信号还需经过放大再送到电话线上。
DTMF 信号放大电路如图 所示。
图
图
(四) 语音提示电路 这部分电路主要由 ISD1400 系列芯片及其附件组成,当用户
摘机,准备进行远程拨号之前,由该电路模块产生必要的语音提示信息,使用户获得帮
助,协助其完成控制操作。这部分电路的硬件并不复杂,但提示音的播放需要程序参与。
图 参考电路
(五) 中央处理单元 这部分电路主要由 AT89C51 芯片组成,它是系统的核心,所
有的控制功能都在单片机 AT89C51 的协调下有序完成。单片机用来完成信号音计数、
密码校验、在线修改密码、信息分析等功能模块。
(六)看门狗电路
(七)密码检测
本单元可以在系统初始化的时候，在单片机内部的存储器的内部开辟一块空间
放置密码。当用户输入密码的时候，单片机把输入的密码写入另外的一块空间，然后
利用减法运算比较两者是否相等。这样就可以实现密码检测的功能。
(八)信号分析处理
本单元可以利用查表方式，也可
以用简单的语句，稍微长一点的语
句实现，例如 CASE 语句等。
(九)扬声器报警电路
采用音频功率放大器 LM386
对凌阳单片机输出的语音信号进行
放大，驱动扬声器报警。扬声器报
警电路如图 所示。
图 扬声器报警电路
三、系统流程图：
图 主程序流程图
图 远程控制中断服务程序
四、项目成员的组成、特长、分工及成员间相互协调配合的情况
卢克对单片机编程十分熟悉身为学姐的她实力绝对过硬，余东升、钟孝发计算机
能力不错，王德松、陆凡、陈楠楠心思细密，做事有耐心,并有一定的电路实验技能
基础。组员基本都进行过实物焊接与组装，比如电子琴、机器猫和微型录音机,理论
和实践动手能力都较好。
导师：孙老师长期从事电子电路的教学科研工作，经验丰富，是电子电工实验室的高
级实验师。
此系统主要有信号采集、双音频信号检测电路、语音提示电路、中央处理单元几
个功能模块组成，功能相对集中，因而采用分阶段的方法依次对各个模块进行分析研
究与设计。以组员平时活动方便为最优原则将成员分成男女两小组，卢克、余东升、
钟孝发主攻编程，王德松、陆凡、陈楠楠主攻电路的验证、分析。平时大家分头搜索
资料，周末集中讨论解决问题。前期分析设计原理电路图，对器件进行特性分析并详
细规划各个模块的流程，中期分别对各个模块进行分析研究与设计，先仿真验证再实
物组装各功能模块。初步决定女生负责信号采集、语音提示电路模块，男生负责双音
频信号检测电路、中央处理单元模块。后期整个小组一起对各个模块以最佳方式进行
整合并调试，检测是否能够达到原定技术指标。
五、项目选题的背景
在这种趋势和要求下我们选择了本课题,就家庭安全防范这一问题进行了相关的
思考研究。本研究项目以现在普及的固定电话为依托，以单片机为整个系统的监控核
心，当室内发生火灾、煤气泄漏、有非法进入等异常情况时通过电话发出语音报警，
通知当事人家里发生的情况，使得到及时处理，以减少损失；此外，也通过扬声器在
现场发出高音报警。另外，还可以通过拨打电话的方式对该装置进行远程操作。
我们选择这一课题的另一方面原因是组内的成员们对于信号采集和处理一块的
研究颇感兴趣，也有一定的基础知识和实践经验，对于与之相关的一些电路也比较熟
悉，对实现此项功能所用到的知识和要求较为了解。从之前的一段研究过程中更收获
了不少，大家对这项课题已经产生了难以描述的亲切和兴奋感，平时在实验检测的过
程中总是愈做愈有激情，遇到困难和挫折会齐心协力想办法一起解决，通过之前的工
作，大家已经形成一种越挫越勇的心态和习惯，善于寻找问题、发现问题、分析问题、
解决问题，并且从这一过程中收获经验，体会快乐。我们坚信，只要我们如一地坚持
到底，不怕吃苦，项目成果的出现指日可待。本次创新设计我们选的题目是一个综合
性和实用性都较强的题目，是进大学以来所做过的课程设计中最有意义的一次。因为
贴近我们的专业课程，能将所学到的书本知识运用到实际应用中来，希望能增强自己
的动手能力，并对电子产品的开发设计和实际操作有了一定的掌握。
六、项目实施的进展情况及初步取得的创新成果
第一步，小组成立。在具有共同的兴趣和知识层面的基础上，由我们学习电子的
五名同学组成了此小组；第二步，项目选定。通过网络和相关书籍以及本身具有的专
业知识，最后确定小组研究“基于单片机的家庭电话报警系统设计与开发”这课题：第
三步，初步研究课题。在搜集了相关知识后，小组对这个课题的研究背景、研究内容、
研究方向及特色做了深入的探讨，并结合自身所学，大胆的提出了许多创新的方法和
思路，如，在原有的功能电路的基础上，将自己设计的各个被控电路附加上去，并研
究了电路电源、看门狗电路、振铃检测电路等。同时，向相关的老师和学习学校有关
软件（如 MATLAB 软件）知识、单片机知识和高级汇编语言编程，在他们的帮助下，
我们掌握了课题研究的基本知识，并理清了研究是基本思路；第四步，投入到实战研
究中。电源制作：78xx 系列集成稳压器是常用的固定正输出电压的集成稳压器，实
验室经常用它来做直流电源。分析了器件的引脚特性各个引脚都有什么作用、器件的
安全工作电压电流以及最基本的电阻和电容器件的大小数值读法等后，通过电源在输
出端加上一个保护作用的二极管以防止烧毁 78xx 系列集成稳压器，形成成品。接着
检验电路，通过接上电路和示波器，最后通过调节和修改，做成了 5V 的直流电源。
振铃检测电路的设计和焊接：这部分电路主要由光耦 D1 和两个反向器构成,当振铃电
信号进入电话线后,通过 TLP626 以及 4585 产生一个下降沿,在 AT890C51 单片机中
产生一个 INT0 中断,以 INT0 中断服务子程序开始,系统准备处理用户操作。其功能
主要是：在电话线路未来铃流前，电话线路由电话交换机提供大约 48V 的直流电压。
当用户被呼叫时，电话交换机发来铃流信号。振铃信号为 25±3 伏的正弦波，谐铃失
真不大于 10%，电压有效值 90±15V。振铃以 5 秒为周期，即 1 秒送，4 秒断。在分
析了电路功能和用途后，设计出了电路并焊接成功。然后输入最大值为 5V 正弦信号，
检查电路的节点并做记录，通过分析总结最后作出成品。在相继设计制作了看门狗电
路后，电路的相关版块已经初步成型，并均通过检测。
创新成果：1、设计了适合此项研究的振铃检测电路。2、初步用软件方式实现了
看门狗电路的设计。3、在原有研究思路的基础上，外加形成以处理语音信号的电路，
以实现电路功能的完整性
七、项目实施过程中的收获与体会
电源制作：78xx 系列集成稳压器是常用的固定正输出电压的集成稳压器，实验
室经常用它来做直流电源。刚刚开始动手做实物感触还是比较多的，做的过程中要注
意很多问题，比如说器件的引脚特性各个引脚都有什么作用、器件的安全工作电压电
流以及最基本的电阻和电容器件的大小数值读法等等，做完之后还要考虑对电路的安
全保护措施，毕竟意外情况总是会有的，怎样做到未雨绸缪防范于未然才是最重要的，
采取一些过流、过压方面的保护也是必不可少的。比如说这个电源在输出端加上一个
保护作用的二极管就是不错的选择，防止烧毁 78xx 系列集成稳压器。一开始的时候
没有注意将输出端的两根导线接到一起而烧毁了器件。
做出实物以后还有很多后续步骤要做，其中最重要的就是对实物功能的验证。选
择什么样的信号来作为输入，用什么仪器来检测都是需要认真考虑的。比如说一个简
单的整流电路。输入就要选择交流信号不能是直流的，否则就检测不出实物的整流功
能。检测自然是选择示波器来观察波形是不是正确的，如果选择电压表来检测，那自
然是什么也看不出的。最后经过几番努力，终于作出了 5V 的电流源。动手的创新实
验不仅要求我们要做好理论分析，而且还要求我们在动手做的过程中考虑到前前后后
的各个方面：安全、稳定、验证、实用等等……当然做试验就要有一个良好的心态，
对事不能过于着急要耐心并且细心的分析解决。
看门狗电路制作：工控系统在运行时，通常都会遇到各种各样的现场干扰，抗干
扰能力是衡量工控系统性能的一个重要指标。看门狗(watchdog)电路是自行监测系统
运行的重要保证，几乎所有的工控系统都包含看门狗电路。在 8096 系列单片机和增
强型 8051 系列单片机中，该系统已经做在芯片内部，只要用软件开放它就可以，使
用很方便。但目前工控系统仍在使用廉价的普通型 8051 系列单片机，则看门狗电路
必须由用户自己建立。
看门狗电路一般有软件看门狗和硬件看门狗两种。软件看门狗不需外接硬件电路，
但系统需要出让一个定时器资源，这在许多系统中很难办到，而且若系统软件运行不
正常，可能导致看门狗系统也瘫痪。硬件看门狗是真正意义上的“程序运行监视器”，
如计数型的看门狗电路通常由 555 多谐振荡器、计数器以及一些电阻、电容等组成，
分立元件组成的系统电路较为复杂，运行不够可靠。本系统中用 x25045 芯片设计了
一种新的看门狗电路，具有体积小、占用 I/O 口线少和编程方便的特点，可广泛应用
于仪器仪表和各种工控系统中。
振铃检测电路制作：设计并制作好振铃检测电路后，检测电路：输入最大值为 5V
正弦信号没有输出，检查电路的节点并做记录，再检查材料以及焊点，找到问题后就
对电路进行了修改。结果并不是所期待的矩形波，就重新拿着电路图进行分析，并没
有发现什么问题。然后改变输入信号的幅度、频率、以及波形，出现了矩形波但却不
是很清晰，与理论相差甚远。后重新焊接了一个，还是一样的结果。网上搜索了其他
输出效果更好的电路，找到了不少电路，但是由于对原电路进行仿真能够出现预期的
结果就没有改变电路而采用原电路。最终得出结论：我们所用的电路是用电话线当作
输入信号的，实验室的信号发生器并不能达到那么准确。在经历了一段时间的研究，
发现书本的理论是要用实验来验证的，可这验证途中经常会出现偏差甚至是相反的结
果，理论和我们实验所得还有很大差距的。做项目时遇到的问题更是让人措手不及，
一个简单的电路花了将近一个星期的时间去研究，更不用说其他更加有挑战电路了，
还有编程的问题。做实验并不只是做实验而已，其他需要考虑的东西也很多。比如说
实验所需要的材料、经费等，都是需要花费时间去整理的；组员之间的协调，任务的
分配等，安排不当就会降低工作效率，如过小组成员不团结一致那就更加阻碍了研究
的进行，因此同组人员之间应该相互理解，相互支持，相互勉励。
实验用主要仪器设备：
示波器、电压表、电流表、电烙铁、函数发生器、稳压源、计算机等、单片机试
验箱等实验室常用设备
技术路线的可行性论证
本报警系统适用于家里无人时充当“小哨兵”的作用，在发生盗情、火灾及煤气泄
漏时发出报警，使得到及时处理，以减少损失。系统主要功能电路及软件经过实验验
证，事实证明了该设计方案的可行性。
由于本系统采用单片机控制，双音多频信号编解码芯片也选用了功能强大的新产
品 MT8888，使得本系统结构简单紧凑，在操作的过程中有语音提示，因此操作也很
方便。编程可以讲是这个项目的难点，语音芯片和单片机的编程都是有些难度的。卢
克已经学完单片机编程，而且小组其他成员的计算机能力也可以，编程主要是先设计
处系统的流程图然后再进行有方向的编程。其他资料的参考和详细的流程图已经提供
了可靠的保证，可行性较大。
技术指标
单片机语言编程
语音芯片 ISD1400 系列
Multisim 和 Protel 制板以及雕刻技术
单片机信息处理
双音多频信号编解码芯片
双音多频（DTMF）信号收发器 MT8888
研究计划及预期成果
主要研究阶段
（起止时间）
阶段预期成果 成果形式
前期
2008 年 10
月 -2008 年
12 月
分析设计原理电路图和 PROTEL
制板雕刻
设计图纸(电路原理图)
中期
2008 年 12
月 -2009 年
2 月
制作电路板，组装各功能模块成功
实验室初期成品(能够完成
预定功能的电路板)
后期
2009 年 3 月
-10 月
调试各功能模块成功 完整实物
最终成果名称 最终成果形式
最终研究成果
家庭电话报警系统 实验室样品
经费预算
序号 预算项目 预算金额（元） 备注
1 分析测试费 300 元
2 资料打印、复印费 200 元
3 文献检索费 200 元
4 试剂费 300 元
5 其他材料、费用 2000 元
合计 3000 元
第一指导教师意见
该项目具有较强的创新理念，有一定的适用性，允许申报。
第一指导教师签名：
年 月 日
院学术委员会意见：
院学术委员会主任签名：
年 月 日
校专家组意见：
专家组签名：
年 月 日
专家组成员
专家姓名 职 称 签字
