单片机远程语音报警系统

单片机远程语音报警系统

张 伟
(中国电子科技集团公司第20研究所 陕西西安 710068)

工业控制中，很多设备是不间断运行或无人职守，为了保证设备的正常运转，需要维护人员经常到现场勘察设备是否正常，若设备距离很远，非常不便，在这种情况下，想到了一种简便方法，其基本思路是：利用单片机检测现场设备信号，在设备出现故障的情况下，由单片机拨打维护人员固定或移动电话，再发送语音报警信息以便维护人员及时排除故障；也可以每隔一定时间向用户发送设备信息，使用户掌握当前设备情况。

1 硬件电路设计

系统工作过程：

单片机AT89C51采集设备的各种信息，根据不同设备和传感器，可以是压力、流量、温湿度、电压、电流等，然后与预先存储在单片机内的阈值比较，若超出正常范围，则通过电话机拨号电路拨打维护人员的固定或移动电话，等待拨通后再控制ISD4004构成的数码语音电路播放相对应的故障信息。维护人员听到信息后根据故障优先级作相应处理。

1．1 语音电路

ISD4004语音芯片是由美国ISD公司推出的新产品，单片录放语音时间8-16min，操作简单，音质好。芯片内含振荡器、防混滤波器；平滑滤波器、自动静噪、音频放大器及高密度多电平闪烁存贮阵列。芯片设计是基于所有操作必须由微控制器控制，操作命令通过串行通信接口(SPI或Microwire)送人。芯片采用多电平直接模拟量存贮技术，每个采样值直接存贮在片内的闪烁存贮器中，因此能够非常真实＼自然地再现语音、音乐、音调和效果声，避免了一般固体录音电路固置化和压缩造成的量化噪声和金属声。

采样频率可为4．0，5．3，6．4，8．0kHz，频率越低，录放时间越长，而音质则有所下降，片内信息存于闪烁存贮器中，可在断电情况下保存100年(典型值)，反复录音10万次。

语音电路与单片机接口原理图如图2所示。

从图中可以看出，ISD4004与单片机连接较为简单，单片机的P1．2～P1．4分别控制ISD4004的片选信号SS、串行输入引脚MOSI、串行输出引脚MISO及串行时钟输入。值得注意的是ISD4004供电电压为3 V，需要专门的稳压电路。同相模拟输入(ANAIN+)和反相模拟输入(ANAIN一)端输入电平为16mV。音频输出可直接接人电话机受话器端代替麦克风。
ISD4004工作于SPI串行接口。SPI协议是一个同步串行数据传输协议，录音、放音、停止时序图如图3所示。

应用注意：

(1)电源(VCCA，VCCD)

为使噪声，芯片的模拟和数字电路使用不同的电源总线，并分别引到外封装的不同管脚上，模拟和数字电源端分别走线，尽可能靠近供电电源处相连，而去耦电容应尽量靠近器件。

(2)地线(VSSA，VSSD)

芯片内的模拟和数字电路也使用不同的地线。几个VSSA尽量在引脚焊盘上相连，并用低阻通路连到电源图上，VSSD也用低阻通路连到电源上。

(3)同相模拟输入(ANAIN+)

这是录音信号的同相输入端。输入放大器可用单端或差分驱动。

1．2 电话机与单片机接口电路

电话机电路与单片机AT89C51接口如图4所示。单片机用于模拟拨打电话动作，摘机一拨号一通话一挂机。摘机动作利用双组继电器代替电话机叉簧完成，拨号利用单片机I／O口通过软件控制话机按键电路完成，通话则是把语音电路信号输出接人话机电路麦克风的输入端，达到控制放音。

2 系统软件设计

单片机软件流程图如图5和图6所示，检测电路程序因所连接设备而异，故不做介绍，重点介绍ISD4004录放音程序和电话机拨号程序。

2．1 主程序

主程序完成对设备信息和数据的采集，并且与用户设置的门限值比较，从而判断设备是否有故障，若有故障则调用报警子程序即通过电话播放报警语音。

2．2 录放音程序

录放音程序主要是接收指令后通过SPI总线对ISD4004进行控制。需要注意的是系统在启用前，要预先录制报警语音，为了能灵活播放语音信息，报警语音是分段存放在ISD4004中的，播放时根据地址播放每段语音。播放时要根据每段录音的长短做相应的延时。

3 结 语

上述系统利用单片机、语音电路和电话机完成了设备远程语音报警功能，可以广泛应用于油田、电信、电力等无人职守设备的故障报警。如果在系统中增加Modem，还可以完成远程计算机监控功能。