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)端最大输入电平为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)
为使噪声最小,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,模拟和数字电源端最好分别走线,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。
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