基于单片机的电话远程控制家用电器系统设计

天津大学网络教育学院专科毕业论文题目：基于单片机的电话远程控制家用电器系统设计完成期限：2016年1月8日至2016年4月20日学习中心：嘉兴专业名称：电气自动化技术学生姓名：陈峰学生学号：132092433154指导教师：黄凯天津大学网络教育学院专科毕业论文1基于单片机的电话远程控制家用电器系统设计引言遥控技术是通过一定的手段对被控物体实施一定距离的控制，常用的方式有无线电遥控、有线遥控、红外线和超声波遥控等。无线电遥控既是利用无线电信号对被控物体实施远距离控制。无线电遥控不可避免的须占用一定的无线电频率资源，造成电磁污染；常规的有线遥控需进行专门的布线，增加了投入；而红外线、超声波遥控则受距离所限。现有的遥控方式中，还有载波通信控制手段和基于无线寻呼的遥控方式。载波方式即通过电力线传递信息，该方式只能局限于同一变电所、同一变压器所辖范围内。因此也存在距离问题，应用范围有限。基于无线寻呼的遥控方式利用了现有的寻呼频率资源，不需占用额外的频谱。而且，随着寻呼网的全国联网，其遥控的距离基本不受限制。但该方式的受控方动作滞后于控制方的操作，不具备实时性，而且不具备很高的可靠性。随着我国信息事业的持续、快速发展,通信基础设施日臻完善,固定电话、移动电话用户总数接近两亿。利用现有的通信终端,实现基于PLMN(陆基移动通信网)和PSTN(公用电话交换网)的电话远程控制系统,既可以节约投资,又便于推广。电话远程控制系统(ITRCS),以CCITT及我国标准共同规定的部分标准程控交换信令(DTMF双音多频信号,振铃信号,回铃音信号等)作为系统控制命令,以PLMN与PSTN通信网作为传输介质,使用户可以在远端利用固定电话或移动电话发送DTMF双音多频信号,实现对近端电器设备的远程控制。电话属双工通信手段。因此，这可以大大体现出利用电话进行遥控的更大优越性。操作者可以通过各种提示音即时了解受控对象的有关信息，从而进行进一步的操作。电话遥控这一课题目前已有涉足者，但是还只限于实验室阶段，因而距离实际应用，尤其是对于日常生活尚有一定的距离，并不能完全体现出电话遥控方式的双工通信特点。本系统正是针对这一点进行了较大改进，采取单片机智能控制，利用不同的提示音达到对于不同操作的提示及对受控方状态的信息反馈，从而使操作者能够及时了解受控方信息，使产品达到交互式与智能化。系统为了突出高性价比，故未对电话装置的其他功能进行进一步的扩展，而且所有使用的集成电路和其它元器件都尽量选择廉价的。同时在该系统的基础上进行功能扩展是很方便的。譬如:加上留言功能，主人不在家时客人可以留言，利用遥控方式可使主人很方便地在异地提取留言信息；在各路终端上接上传感器即可实现对环境声响的监听；接上自动拨码电路可定时将预定信息转至主人传呼天津大学网络教育学院专科毕业论文2机或特定电话，从而达到定时提醒主人的目的。本系统还可以应用于工厂企业的自动化控制等领域。电话远程控制系统由单片机构成主控模块，进行主要的信息处理，接收外部操作指令形成各种控制信号，并完成对于各种信息的记录；另外还包括振铃检测模块、模拟摘挂机控制、双音频DTMF译码模块、及电器驱动模块等。1PSTN介绍在通信系统和通信网络中，为保证设备间或用户间的互通和正常的维护管理，除了需要传送话音、数据等业务信息外，还必须传送专用的附加控制信号。对于程控交换系统，通常需要发送各种称之为“信铃”或“信号”（signal）的控制信号，来完成交换协调动作，实现用户呼叫的处理、接续、控制与维护管理等功能。随着通信技术的迅猛发展，通信设备迅速增长，通信网络已遍布世界各地。如何有效地利用这个丰富的资源，设计出更好更有竞争力的产品，为多数设计人员所关注。要设计出与之有关的产品，就必须知道存在于通信网络里一些基本信号和不同情况下的检测方法。本章将介绍公用电话网络系统几种基本电信信号。1.1公用电话网络的基本电话信号1876年贝尔发明的电话只是原始的电磁式电话,是一对单向单工方式,并没有信号音之分。直到本世纪60年代电话机的电子化，1963年出现了第一台按键电话，60年代末CCITT提出了一种新的发号方式：“双音多频”(DTMF)发号方式——音频拨号。70年代末的大规模集成电路的出现和程控交换网的扩大，对电话状态的提示要求产生了拨号、忙音、回铃音等多种信号音。现代传真机的诞生，又增加了话网上的调制问答信号音。公用电话网基本电信信号包括：振铃、拨号音、回铃音、忙音、阻塞音和无效号码音。同一信号的组成成分却因不同国家和不同地区而不完全一样,甚至差别很大。当电话听筒从它的托架上拿起来，或者离开挂钩时，就开始请求振铃功能，这时有直流信号流过环路，中央局的交换设备检测到直流信号，就认为是请求服务的信号。只要电话在使用，就有直流信号流过，所以，交换机可以通过检测直流信号判断电话线是否还在使用。当直流信号中断时，交换机得知谈话已经结束了。因此，在本地环路中，直流信号用来振铃和管理。在用户本地环路上传送地址信息有两种方法：第一种就是，电话拨号脉冲中断直流信号，交换机对拨号脉冲计数，拨号脉冲以10脉冲/秒的速度产生；第二种方法就是以两个音频信号组天津大学网络教育学院专科毕业论文3合形成的信号在用户环路网上传输，叫做双音多频信号，双音多频拨号一般由四个高频信号（称高频群组）和四个低频信号（称低频群组）组合代表一个数字，每个数字信号由高、低频群组中取一个频率组成，八中取二，共有十六种组合方式，可代表16种信息，组合情况如见下表1所示。在使用电话过程中大致有以下几种情况出现：（1）拨号前，摘机后出现的拨号音或阻塞音（机线阻塞）；（2）拨号后可能出现无效号码音；忙音（如对方正在使用电话）；回铃音+语音（对方听到铃响后回话）；回铃，音+忙音（对方无人接听）；语音+忙音（如所拨号码是移动电话，但对方未开电话，电信局送来提示语音后再送来忙音）；几秒后语音提示（所拨号码为传呼机号码，传呼台送来提示拨号语音）；几秒后忙音（所拨号码为传呼台号码，传呼台送来忙音）；几秒后高频音（所拨号码为传呼机号码，传呼台发送来的2KHz的应答信号）（3）振铃。1.2电话信铃的检测与识别从上一节我们可以知道电话局向用户传送的多种信号，这一节我们来看一下如何检测和识别这些信号。首先，来看一下这些信号的各自含义。·振铃：铃流用来呼叫被叫用户。·拨号音：用来通知主叫用户可以拨号。·回铃音：表示被叫用户处于被振铃状态。·忙音：表示本次接续遇到机线忙或被叫用户忙。·阻塞音：呼叫必须的电话暂时无法使用，机线拥塞。电话网信号识别的原理是利用CPU的中断和定时功能,检测输入信号的周期和一定时间内采集到的信号数量。由检测到的周期可计算出信号的频率,由定时窗口内采集到的信号脉冲数量可以算出信号的占空比。有了频率和占空比两个参数,就可以推断出信号的类型。对于拨号音、阻塞音和振铃的情况,只需检测出信号的频率和占空比,就可以表1电话拨号数字对应的高低频率组天津大学网络教育学院专科毕业论文4推算出它是振铃信号、拨号信号还是阻塞信号。对于拨号后的情况，要识别的信号有四种，其中三种为基本信号(回铃音、忙音和无效号码音)，一种为传呼台2KHz应答信号。这些信号出现的时刻和持续时间都有很大差别。尤其是出现在信号前的语音信号,使得识别工作变得复杂、困难。拨号后的前五种是与打电话相关的情况，后三种是与拨传呼机有关的情况。以打电话为例，拨号后如果是忙音，则挂机延时后再拨，如果是回铃信号，则进一步检测对方是否摘机应答，何时摘机?根据拨号后出现的情况所述，给出打电话时的波形图，如图1.1所示。图1.1电话信铃波形图2总体设计设计此系统必须具有以下单元功能模块：(1)铃音检测、计数；(2)自动摘挂机；(3)密码校验；(4)双音频信号解码；(5)控制电器开关；2.1系统总体设计框图ERPROM天津大学网络教育学院专科毕业论文5电话线图2.1系统总体设计框图当需要遥控家用电器时，拨打相应的电话号码，振铃检测电路检测铃流信号，如果有人接听电话或振铃次数少于6次，对程控电话的使用不造成影响，当振铃次数达到6次后(次数可以通过软件任意设定)，单片机启动语音提示电路发出提示音，询问是否进入家电控制模式，按“0”键否，挂机退出，按“1”键是，摘挂机电路自动摘机进入控制状态并将摘机信号输入到单片机中，单片机接收到摘机信号后，启动语音提示电路发出提示音，提示操作者输入密码或是退出。输入的密码经DTMF接收，转换成二进制数并与事先存储在单片机中的密码比较，如果不相符，则语音提示密码错误，可再次重新输入，若三次密码错误则发提示音并自动挂机；如果密码相符则语音提示选择控制通道(按键1～8分别表示1～8号通道，分别控制8路电器)。通道选择后，按下“1”键表示开启该路电器，并有语音提示“该路电器已经开启”，按下“0”键表示关断该路电器，有提示音“该路电器已经关闭”，按下“＊”键则可挂机退出。若超时则自动挂机(时间可由软件设定)。2.2系统整体方案论证由于该系统其它模块都是固定的，不需要做大的变动，而唯一可以有所不同的就在于语音控制电路部分。语音控制部分设计的不同就会导致整个系统设计方案的不同。所以主要分析语音控制电路，可以使用录音芯片作为信号音反馈，提高本系统的实用性，也可以不使用录音芯片，提示音使用程序产生，保证整体电路的廉价。下面给出两种不同的方案，并对其进行分析，最终选择其中一个方案。2.2.1两种方案分析方案一：使用录音芯片来完成语音控制电路功能本文使用的录音芯片是ISD1420，使用录音芯片可以使操作者能及时了解到受控家用电器的信息，使产品达到交互式与智能化。具有多种手动控制方式、分段管理方便、多段控制时电路简单、采样速度及录放音时间可调、每个单键均有开始停止循环多种功能等特点当利用ISD1420进行录音时，外部音频信号通过话筒输入和线路输入方式进入，通过芯片内话筒放大器中自带的自动增益调节，AT89C51单片机集中控制器振铃检测与模拟摘/挂机电路DTMF解码电路语音控制电路语音录放电路天津大学网络教育学院专科毕业论文6如果信号幅度在100mV左右即可直接进入线路输入端，音频信号经内部滤波器、采样电路处理后以模拟量方式存入专用快闪存储器中。放音时芯片内读逻辑电路从闪存中取出信号，经过一个低通滤波器送到功率放大器中，然后直接推动外部的喇叭放音。方案二：提示音使用程序产生该方案可以减少该系统成本费用，语音提示电路受单片机的控制产生相应的提示音提示，并通过反馈电路反馈至电话外线。从而使操作者对电器的操作达到交互式，并能即时了解有关的信息。但是该方案在程序中实现会非常麻烦，增加了编程的难度和软件调试的难度。2.2.2最终选择方案根据以上分析，决定采用方案一来完成语音控制并形成如下总体设计方案：（1）DTMF解码电路采用FM9270芯片接收从TEL0、TEL1输入的双音多频信号并将其转换成二进制编码，然后输至单片机进行数据处理，进而实现控制功能。（2）语音提示电路采用ISD1420芯片，可以使操作者能及时了解到受控家用电器的信息，使产品达到交互式与智能化。（3）主控制器采用AT89C51，它是一款与MCS51完全兼容且内部自带有4KB的Flash存储器及256KBRAM单元的芯片，因此可以不需另外扩展EEPROM及静态RAM就可以实现所需功能。3硬件设计主要器件：AT89C51单片机、ISD1420、FM92703.1AT89C51单片机AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器FPEROM的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。1.主要特性：·与MCS-51兼容·4K字节可编程闪烁存储器寿命：1000写/擦循环数据保留时间：10年·全静态工作：0Hz-24Hz天津大学网络教育学院专科毕业论文