基于单片机的家用电器电话远程控制

内容摘要本文就是先容了一种基于电话网和单片机的家用电器远程控制系统。利用该系统，用户可通过打电话方便地远控家中的电器。例如用户放工前，可通过电话将家中的电饭锅、空调器和热水器提前打开。放工到家时，饭已煮好，房间温度正好合适，热水器中水已加热，既舒适又方便。另外，用户还能随时改变家用电器的工作状态，达到节能和进步无人住宅安全性的目的。下面具体先容该系统的组成和控制原理。随着经济、科技的发展和人们生活水平的不断进步，居住环境的智能化题目越来越受到人们关注。利用电话网实现对家用电器的远程控制，将会给人们的日常生活带来了极大的方便和享受，这也是小区、住宅智能化的重要标志之一。本文就是先容了一种基于电话网和单片机的家用电器远程控制系统。利用该系统，用户可通过打电话方便地远控家中的电器。例如用户放工前，可通过电话将家中的电饭锅、空调器和热水器提前打开。放工到家时，饭已煮好，房间温度正好合适，热水器中水已加热，既舒适又方便。另外，用户还能随时改变家用电器的工作状态，达到节能和进步无人住宅安全性的目的。下面具体先容该系统的组成和控制原理。索引关键词：电话网单片机远程控制目录第一章绪论.................................................................1本课题研究的背景.........................................................1第二章系统整体描述.........................................................1系统整体结构设计.........................................................1第三章系统硬件设计.........................................................23.1振铃检测电路.........................................................23.2模拟摘挂机电路.......................................................23.3DTMF解码电路........................................................33.4语音提示电路.........................................................43.5电源电路.............................................................4第四章软件设计.............................................................5后记......................................................................6参考文献....................................................................7-1-基于单片机的家用电器电话远程控制第一章绪论二十一世纪是信息时代，各种电信新技术推动了人类文明的进步。自从1876年，AlexanderGrahamBell（贝尔）发明电话以来，世界各国的电话网络发展非常迅速。进十年来，中国的固定电话业务呈现出举世瞩目的快速增长。1997年8月局用电话交换机总容量突破1亿门，网络规模跃居世界第二位，2004年7月固定电话用户总数突破2亿户。随着通讯产业的发展，电话机已经走进了千家万户；随着现代科学技术的发展，利用电话机进行远程控制的技术也日益用于生活中。现代电话网络是由交换机和电话传输线共同组成，它的性能已经有了很大的进展，而且可靠性非常高。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。第二章系统整体描述本系统以AT89S52单片机为核心控制器，系统主要包括振铃检测电路、模拟摘挂机电路、DTMF音频解码电路、语音提示电路、电源电路、家电控制电路等。系统组成框图如图2-1所示。图2-1控制器接收远端发送来的DTMF信号、并对其进行解码，解码后的信号由中央处理单元采集处理。为了方便用户使用，系统设计了语音提示界面。电话远程控制系统一般工作在无人值守环境，所以应具有自动离线、上线、复位功能。为了符合智能化要求，系统采用-2-AT89S52作为中央处理器。同时，电话远程控制系统正常工作还需电源供电电路、驱动电路等辅助电路。控制器并联于电话机的两端，不会影响电话机的正常使用。用户通过异地电话拨通控制器所连接外线的电话号码，通过程控交换机向电话机发出振铃信号。控制器检测到6次振铃后，即6次响铃后无人接听时电话自动摘机，进入密码检测阶段，输入正确密码后选择被控电器，然后输入开或关密码遥控被控电器，完成后返回。第三章系统硬件设计3.1振铃检测电路振铃检测电路如图3-1所示，二极管有2种作用:一是将不确定的线路供电正负变为固定的正负输出;二是将交流的振铃信号变为脉动直流以供检测。当没有振铃信号时，线路上的供电电压为48V(老式交换机为60V)，经4个二极管构成的全桥整流后，不足以使稳压管导通，振铃信号输出端电压接近0V，当振铃信号到来时，线路上的90V交流振铃信号经全桥整流变换后90V的脉动直流电，其峰值足以击穿耐压值为62V稳压管，经5.1K电阻对220u电容充电，振铃输出端电压升高，CPU可以根据振铃信号的高低检测有无振铃。电路中耐压值为4．3V的稳压管限制振铃信号的幅度不超过CPU端口的允许电压，保护CPU。图3-13.2模拟摘挂机电路模拟摘挂机电路如图3-2所示。平时电话挂机时，两条电话线处于开路状态，两电话线的电压为48V(老式电话为60V)，加到电话机的振铃电路两端，当摘机时振铃电路断开，两电话线接通，阻值大约300Ω。当拨打电话号码时，来自电话线的高压振铃信号经铃流检测电路，形成方波脉冲信号送到单片机AT89S52的P3．5口，P35口对振铃脉冲进行计数，当振铃次数达到6次时，由单片机内部软件程序控制，使P0.0口输出一个低电平，然后P0.0口的高电平送往MC1413集成开关驱动电路的1脚进行放大，由16脚输出高电平送到三极管9013的基极，使三极管饱和导通，此时，+5V电源经继电器线圈，再通过三极管接地，继电器线圈得电，使继电器的常开触点闭合，300Ω的电阻接入电路当中，电话接通。当用户输入密码错误，或者是操作结束后，系统由软件控制P0.0口输出一个高电平，经MC1413驱动电路，16脚输出低电平，控制9013截止，继电器线圈失电，常开触点断开，电话线又处于开路状态，实现了模拟挂机。-3-图3-23.3DTMF解码电路DTMF(DualToneMultiFrequency)双音多频信号解码电路是目前在按键电话(固定电话、移动电话)、程控交换机及无线通信设备中广泛应用的集成电路。它包括DTMF发送器与DTMF接收器，前者主要应用于按键电话做双音频信号发送器，发送一组双音多频信号，从而实现音频拨号。双音多频信号是一组由高频信号与低频信号叠加而成的组合信号，电话键盘按键与双音多频信号的对应关系如表1所示。电话远程控制系统采用MITEL公司生产的MT8870DTMF接收器作为DTMF信号的解码核心器件。MT8870主要用于程控交换机、遥控、无线通信及广播系统，实现DTMF信号的分离滤波和译码功能，输出相应16种频率组合的4位并行二进制码。图3-3电话键盘与DTMF频率对应关系表图3-3MT8870提供了一个标准的微处理器总线接口，可以直接与MCS－51系列微机对接。它的2、3脚接收来自电话机的双音多频脉冲信号，该双音多频信号先经其内部的拨号音滤波器，滤除拨号音信号，然后经前置放大后送入双音频滤波器，将双音频信号按高、低音频信号分开，再经高、低群滤波器，幅度检测器送入输出译码电路，经过数字运算后，在其数据输输出相对应的8421码。MT8870的数据输出端Q4～Q1连到AT89S52的P1口的P1．0～P1．3，CPU经P1口识别4位代码。其中，A，B，C，D4个按键常被当做R/P、REDIAL、HOLD、HANDSFREE等功能使用。为了使单片机AT89S52获取有效数据，MT8870的STD有效端经反相后接CPU的INT0引脚。当MT8870获取有效双音多频信号后，STD电平由低变高，再反相为低，CPU检测后，指示P1口接收有效二进制代码。而无效的双音频信号(电话线路杂音、人们的语音信号等)是不会引起MT8870的STD端变化的。DTMF接收器的外围电路如图3-4所示。-4-图3-43.4语音提示电路当有电话呼入并且电话远程控制器摘机后，操作人员便会在语音提示电路的提示下输入密码，并进行家用电器的控制。语音提示电路采用语音录放芯片ISD1420。ISD1420是美国ISD公司出品的优质单片语音录放电路，由振荡器、语音存储单元、前置放大器、自动增益控制电路、抗干扰滤波器、输出放大器组成。一个最小的录放系统仅由一个麦克风、一个喇叭、两个按钮、一个电源、少数电阻电容组成。录音内容存入永久存储单元，提供零功率信息存储，这个独一无二的方法是借助于美国ISD公司的专利———直接模拟存储技术(DAST)实现的。利用它，语音和音频信号被直接存储，以其原本的模拟形式进入EEPROM存储器。直接模拟存储允许使用一种单片固体电路方法完成其原本语音的再现，不仅语音质量优胜，而且可以断电语音保护。ISD1420应用中使用操作模式时要注意下两以点:1)所有初始操作都是从0地址开始，0地址是ISD1420存储空间的起始端，以后的操作可根据模式的不同，而从不同的地址开始工作。当电路中录放音转换或进入省电状态时，地址计数器复位为0。2)当PLAYL、PLAYE或REC变为低电平，同时A6、A7为高电平时，执行对应操作模式。这种操作模式一直执行到下一个低电平控制输入信号出现为止，这一刻现行的地址/模式信号被取样并执行。3.5电源电路电源电路图如图3-5所示。电源部分由变压器、桥式整流器、电容滤波、集成稳压器(CW7805)组成，把220V交流电变成了5V直流电。5V直流电再由100u和0.1u电容进行滤波，输出比较稳定的5V直流电压，送到后级电路。图3-5-5-第四章软件设计本系统的软件设计主要分为系统初始化、振铃检测计数、控制摘挂机、双音频信号分析处理、控制电器、控制语音提示等部分。每个功能模块对于整体设计都是非常重要的，单片机AT89S52通过软件程序才能很好地对外部的信息进行采集、分析和决策。软件设计程序流程图如图4-1所示图4-1-6-后记在这次毕业设计过程中，我学会了应用自顶向下的结构化设计理念，掌握了多功能数字钟设计的基本流程，并且提高了EDA程序设计的能力。我觉得顶层模块的设计是本次设计最难的地方，因为设计顶层模块需要把各大功能模块按照电路原理有机地结合起来，这看起来容易，实则需要扎实的理论功底，而这正是我所欠缺的。相反，各个功能模块的设计要容易许多。在实际操作中，从系统各功能模块的