基于單片機(jī)的遠(yuǎn)程家居監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)設(shè)計(jì)題目： 基于單片機(jī)的遠(yuǎn)程家居監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué) 生： 指導(dǎo)教師： 講師 學(xué) 院： 機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 2011年6月2畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書題目名稱：基于單片機(jī)的遠(yuǎn)程家居監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 任務(wù)內(nèi)容（包括內(nèi)容、計(jì)劃、時(shí)間安排、完成工作量與水平具體要求）（1） 課題任務(wù)：實(shí)現(xiàn)家居智能控制，監(jiān)控家具設(shè)備，并將收集的信息傳送于上位機(jī)。 智能分析功能系統(tǒng)將根據(jù)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)分析處理，在上位機(jī)中統(tǒng)一監(jiān)控管理。 實(shí)現(xiàn)客戶端與上位機(jī)的連接，遠(yuǎn)程監(jiān)控管理。 時(shí)間安排：2月28日3月26日 實(shí)習(xí)、查閱資料、調(diào)研。3月27日4月23日 確定系統(tǒng)組成、選擇器件。4月24日

2、5月14日 確定研究?jī)?nèi)容，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，軟件編程（包括系統(tǒng)功能、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等）。5月15日6月15日 系統(tǒng)測(cè)試。（2） 工作量： 設(shè)計(jì)說(shuō)明書字?jǐn)?shù)不少于13000字，中文參考文獻(xiàn)篇數(shù)不少于20篇，外文參考文獻(xiàn)不少于3篇，設(shè)計(jì)圖紙1張。 將研究?jī)?nèi)容概括總結(jié)，反映研究?jī)?nèi)容的精華內(nèi)容字?jǐn)?shù)不少于400字。設(shè)計(jì)所涉及的內(nèi)容要熟悉，理解設(shè)計(jì)原理。畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書要求排版、打印，統(tǒng)一按學(xué)校要求進(jìn)行。專業(yè)負(fù)責(zé)人意見(jiàn)簽名：年 月 日基于單片機(jī)的遠(yuǎn)程家居監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要將住宅中各種通信設(shè)備，家用電器和家庭保安裝置內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)連接到一個(gè)智能控制系統(tǒng)上進(jìn)行集中或異地監(jiān)視、控制和事務(wù)管理的智能家居（smart home）系統(tǒng)，已成

3、為近年來(lái)的一個(gè)熱門研究課題。本文簡(jiǎn)要介紹了遠(yuǎn)程智能家居管理系統(tǒng)的課題背景，分析了智能家居的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀和未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)和應(yīng)用前景。分析了系統(tǒng)涉及的硬件配置、組網(wǎng)方式和軟件需求，給出了系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，研究了系統(tǒng)的通信狀態(tài)和通信協(xié)議設(shè)計(jì)的基本原理，設(shè)計(jì)了通信協(xié)議幀的基本格式及系統(tǒng)使用的部分協(xié)議的具體幀格式。在分析了智能控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)其特點(diǎn)、原理和運(yùn)行方式進(jìn)行了討論。本設(shè)計(jì)主要是應(yīng)用于在控制異地家用電器工作，系統(tǒng)由振鈴檢測(cè)電路、自動(dòng)摘掛機(jī)電路、密碼檢測(cè)電路、單片機(jī)主控電路、語(yǔ)音提示電路、開(kāi)關(guān)控制電路、電源電路七部份組成。采用at89c51單片機(jī)，配合dtmf解碼芯片cm8870和語(yǔ)音芯片isd

4、400，充分利用硬件電路的穩(wěn)定性，可靠性，成功實(shí)現(xiàn)了用電話對(duì)家居電器的遠(yuǎn)程控制。關(guān)鍵詞： 單片機(jī)；智能家居；遠(yuǎn)程監(jiān)控；cm8870；isd400 based on scm remote household monitoring system design abstractwill residence of communication equipment, household appliances and home security device internal network connected to an intelligent control system for centralized

5、 monitoring, control and or beyond the transaction management intelligent household (smart home) system in recent years, has become a popular research topic. this paper briefly introduces remote intelligent household management system, analyzes the background of the topic of the intelligent home sit

6、uation at home and abroad and the future development trends and application prospect. analyses the hardware configuration, involving network mode and software requirements, presented system overall design scheme of the system communication state and the communication protocol design basic principle,

7、 design the communication protocol frame of basic format and systems use part of the concrete frame format agreement. the intelligent control technology in analysis based on fuzzy neural network technology, intelligent household controller, constructed of its characteristics, principle and operation

8、 methods were discussed. this design is mainly applied in different household appliances work in control by ringing detection circuit, system, automatic picking hang circuit, password detection circuit and single-chip microcomputer control circuit, voice prompt circuit, switch control circuit, the p

9、ower circuit of seven parts. at89c51 microcontroller, with dtmf decoder chip cm8870 and pronunciation chip isd400, make full use of hardware circuit stability, reliability, the successful implementation of household appliances with phone remote control. key words：at89c51；smart home；remote monitoring

10、；cm8870；isd400目 錄摘要abstract1 緒論11.1 課題研究的主要內(nèi)容及其背景11.2 智能家居系統(tǒng)的一般功能21.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及智能家居在我國(guó)的發(fā)展情況趨勢(shì)32 遠(yuǎn)程家居智能監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)52.1 遠(yuǎn)程家居智能管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求52.1.1 遠(yuǎn)程家居智能管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則52.1.2 遠(yuǎn)程家居智能管理系統(tǒng)的功能52.2 遠(yuǎn)程家居智能管理系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案53 遠(yuǎn)程家居智能管理系統(tǒng)的硬件構(gòu)成及電路設(shè)計(jì)73.1 at89c51單片機(jī)73.1.1 at89c51的主要特性73.1.2 at89c51的主要引腳73.1.3 上電復(fù)位83.1. 4 時(shí)鐘電路83.1. 5 中斷

11、口p3.3（/intr1）83.2 振鈴檢測(cè)電路原理圖及工作原理93.3 自動(dòng)摘掛機(jī)電路原理圖及工作原理93.4 語(yǔ)音提示電路103.4.1 isd4004簡(jiǎn)介103.4.2 isd4004的主要特性103.4.3 isd4004的主要引腳103.4.4 isd404錄音電路113.4.5 語(yǔ)音提示電路工作過(guò)程113.5 密碼檢測(cè)電路123.5.1 cm8870簡(jiǎn)介123.5.2 密碼檢測(cè)電路的工作過(guò)程123.5.3 cm8870的外圍電路133.6 開(kāi)關(guān)控制電路133.6.1 uln2003簡(jiǎn)介133.6.2 開(kāi)關(guān)控制電路的工作原理143.7 電源電路144 軟件設(shè)計(jì)164.1 主程序框圖1

12、64.2 語(yǔ)音提示部分184.2.1 串行外圍接口spi184.3 密碼檢測(cè)部分184.3.1 密碼檢測(cè)部分的流程圖185 總結(jié)19參考文獻(xiàn)附錄致謝畢業(yè)設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的遠(yuǎn)程家居監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 課題來(lái)源：生產(chǎn)實(shí)踐1 緒論本章介紹了遠(yuǎn)程智能家居監(jiān)控系統(tǒng)的課題背景，國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，說(shuō)明了本文的主要研究?jī)?nèi)容。1.1 課題研究的主要內(nèi)容及其背景智能家居系統(tǒng)利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、綜合布線技術(shù)及單片機(jī)嵌入式技術(shù)，將與家居生活有關(guān)的各種子系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合在一起，通過(guò)統(tǒng)籌管理，讓家居生活更加舒適、安全、有效。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們已經(jīng)不滿足于各種家用電器設(shè)備

13、帶來(lái)的便利，而是希望將家居逐步融入信息社會(huì)中，因此，智能家居 （smart home）概念應(yīng)運(yùn)而生。智能家居是it技術(shù)向傳統(tǒng)建筑產(chǎn)業(yè)滲透發(fā)展的必然結(jié)果。由社會(huì)背景層面來(lái)看，近年來(lái)信息化的高度發(fā)展，通信的自由化與高層次化，業(yè)務(wù)量的急速增加與人類生活對(duì)工作環(huán)境的安全性、舒適性、效率性要求的提高，造成家居智能化的需求大為增加；在科學(xué)技術(shù)方面，由于計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展與電子信息通信技術(shù)的成長(zhǎng)，也促成了智能家居的誕生。智能家居是具有適應(yīng)性、預(yù)測(cè)性的智能系統(tǒng)。智能家居的實(shí)現(xiàn)目標(biāo)是將家庭中各種與信息有關(guān)的通訊設(shè)備、家用電器和家庭保安裝置通過(guò)家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)連接到一個(gè)家庭智能化系統(tǒng)上，實(shí)現(xiàn)集中或異地的監(jiān)控，進(jìn)行家

14、庭事務(wù)管理，并保持這些家庭設(shè)施與家居環(huán)境的和諧與協(xié)調(diào)。智能家居不僅具有傳統(tǒng)家居的各項(xiàng)功能，而且使家庭與外部保持信息交流暢通，合理地控制能源，增強(qiáng)了家居生活的安全性、舒適性、節(jié)能性。智能家居是家居信息化未來(lái)發(fā)展的方向，智能家居網(wǎng)絡(luò)的普及將大大提高國(guó)民的生活水平和質(zhì)量。如前所述，智能家居本身是一個(gè)內(nèi)涵很廣泛的概念，涉及“人工智能”，“網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)”，“綜合布線技術(shù)”，“嵌入式系統(tǒng)”，“無(wú)線網(wǎng)絡(luò)”，“單片機(jī)系統(tǒng)”等學(xué)科內(nèi)容。本課題將主要專注于智能家居的總體設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)中部分軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。遠(yuǎn)程智能家居管理系統(tǒng)是由智能便攜設(shè)備、外部網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)以及家用設(shè)備所構(gòu)成的一套完整的家庭智能化控

15、制系統(tǒng)。它以家居系統(tǒng)中的服務(wù)器為核心，將智能終端遠(yuǎn)程控制和本地集中控制集成為一體，實(shí)現(xiàn)了家電、三表、安防的本地及遠(yuǎn)程控制，以此來(lái)改善用戶的生活質(zhì)量，創(chuàng)造舒適、安全、便利的生活空間。本課題的主要研究?jī)?nèi)容是：根據(jù)“智能家居”的概念，針對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境，定義“遠(yuǎn)程智能家居管理系統(tǒng)”的具體概念和功能；根據(jù)定義，設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)的硬件部署，軟件體系結(jié)構(gòu)。 目前，單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展趨勢(shì)將是進(jìn)一步向著cmos化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價(jià)格和外圍電路安裝化等幾個(gè)方面發(fā)展?？v觀單片機(jī)的發(fā)展過(guò)程，單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)大致有：低功耗cmos化,微型單片化,主流與多品種共存。單片機(jī)的技術(shù)進(jìn)步反映在內(nèi)部結(jié)

16、構(gòu)、功率消耗、外部電壓等級(jí)以及制造工藝上。在這幾方面，較為典型地說(shuō)明了數(shù)字單片機(jī)的水平。在目前，用戶對(duì)單片機(jī)的需要越來(lái)越多，但是，要求也越來(lái)越高。下面分別就這三個(gè)方面說(shuō)明單片機(jī)的技術(shù)進(jìn)步狀況。 1）內(nèi)部結(jié)構(gòu)的進(jìn)步 單片機(jī)在內(nèi)部已集成了越來(lái)越多的部件，這些部件包括一般常用的電路，例如：定時(shí)器，比較器，a/d 轉(zhuǎn)換器，d/a轉(zhuǎn)換器，串行通信接口，watchdog電路，lcd控制器等。有的單片機(jī)為了構(gòu)成控制網(wǎng)絡(luò)或形成局部網(wǎng)，內(nèi)部含有局部網(wǎng)絡(luò)控制模塊can。 2）功耗、封裝及電源電壓的進(jìn)步 現(xiàn)在新的單片機(jī)的功耗越來(lái)越小，特別是很多單片機(jī)都設(shè)置了多種工作方式,這些工作方式包括等待，暫停，睡眠，空閑，節(jié)電

17、等工作方式。3）工藝上的進(jìn)步 現(xiàn)在的單片機(jī)基本上采用cmos技術(shù)，技術(shù)的進(jìn)步大大地提高了單片機(jī)的內(nèi)部密度和可靠性。 在單片機(jī)應(yīng)用中，可靠性是首要因素為了擴(kuò)大單片機(jī)的應(yīng)用范圍和領(lǐng)域,提高單片機(jī)自身的可靠性是一種有效方法。近年來(lái)，單片機(jī)的生產(chǎn)廠家在單片機(jī)設(shè)計(jì)上采用了各種提高可靠性的新技術(shù)，這些新技術(shù)表現(xiàn)在如下幾點(diǎn): a）eft(electrical fast transient)技術(shù)eft 技術(shù)是一種抗干擾技術(shù)，它是指在振蕩電路的正弦信號(hào)受到外界干擾時(shí)，其波形上會(huì)迭加各種毛刺信號(hào)，如果使用施密特電路對(duì)其整形，則毛刺會(huì)成為觸發(fā)信號(hào)干擾正常的時(shí)鐘，在交替使用施密特電路和rc濾波電路時(shí)，就可以消除這些毛

18、否則令其作用失效，從而保證系統(tǒng)的時(shí)鐘信號(hào)正常工作。這樣，就提高了單片機(jī)工作的可靠性。motorola公司的mc68hc08系列單片機(jī)就采用了這種技術(shù)。 b）低噪聲布線技術(shù)及驅(qū)動(dòng)技術(shù)在傳統(tǒng)的單片機(jī)中，電源及地線是在集成電路外殼的對(duì)稱引腳上，一般是在左上，右下或右上，左下的兩對(duì)對(duì)稱點(diǎn)上。這樣，就使電源噪聲穿過(guò)整塊芯片，對(duì)單片機(jī)的內(nèi)部電路造成干擾?，F(xiàn)在，很多單片機(jī)都把地和電源引腳安排在兩條相鄰的引腳上。這樣，不僅降低了穿過(guò)整個(gè)芯片的電流，另外還在印制電路板上容易布置去耦電容，從而降低系統(tǒng)的噪聲。 c）采用低頻時(shí)鐘高頻外時(shí)鐘是噪聲源之一，不僅能對(duì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，還會(huì)對(duì)外界電路產(chǎn)生干擾，令電磁兼

19、容性不能滿足要求。對(duì)于要求可靠性較高的系統(tǒng)，低頻外時(shí)鐘有利于降低系統(tǒng)的噪聲。在一些單片機(jī)中采用內(nèi)部瑣相環(huán)技術(shù)，則在外部時(shí)鐘較低時(shí)。也能產(chǎn)生較高的內(nèi)部總線速度，從而保證了速度又降低了噪聲。1.2 智能家居系統(tǒng)的一般功能 智能家居是一個(gè)多功能的技術(shù)系統(tǒng)，隨著人類應(yīng)用需求和家居智能化的不斷發(fā)展，智能家居系統(tǒng)將擁有更加豐富的內(nèi)容，系統(tǒng)配置也越來(lái)越復(fù)雜。智能家居隨住戶的個(gè)性不同會(huì)有所差異，但一般應(yīng)具備以下基本功能：照明度控制功能，包括照明燈具及家庭背景音樂(lè)就地控制、場(chǎng)景朋遠(yuǎn)程控制及自動(dòng)控制；安全模式控制：度假模式控制；百葉窗窗簾的開(kāi)、關(guān)和調(diào)整。在較大的戶型（如別墅、錯(cuò)層、躍層）中安裝背景音響系統(tǒng)及燈光集

20、中控制系統(tǒng)，可以營(yíng)造家庭氣氛。安防控制功能，包括侵入報(bào)警（門禁系統(tǒng)）、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警、煤氣泄漏報(bào)警、漏電報(bào)警、漏水報(bào)警。例如：家庭防盜報(bào)警系統(tǒng)：防盜探頭一般有紅外線探頭、磁性探頭、微波探頭等。目前應(yīng)用于家庭的有被動(dòng)式室內(nèi)單（雙）鑒紅外線（微波）探頭，安裝在客廳、過(guò)道和樓梯的墻面或吊頂處，只要有人走動(dòng)就能探測(cè)到；還有主動(dòng)式單（多）光束紅外線探頭，警戒距離為15m250m。還可收、發(fā)兩探頭配對(duì)為一組，室內(nèi)應(yīng)用于門窗等處，室外應(yīng)用于圍墻上、陽(yáng)臺(tái)外、窗外等處，如有人非法侵入就會(huì)探測(cè)到。門磁、窗磁探頭安裝于門、窗閉合處，一旦門、窗被打開(kāi)，就會(huì)探測(cè)到，并即時(shí)報(bào)警。另外，作為完善的防盜系統(tǒng)，還可選用高速照相機(jī)

21、或攝像機(jī)，一旦發(fā)生報(bào)警，將自動(dòng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)照相或錄像。家庭防災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)：防災(zāi)探頭有煤氣泄漏探頭，感溫、感煙探頭。當(dāng)發(fā)生可燃性氣體泄漏時(shí)，就會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并將該信號(hào)傳到信息接入箱主機(jī)上，同時(shí)開(kāi)啟屋內(nèi)排氣扇排除有害氣體。當(dāng)所探測(cè)范圍內(nèi)溫度升高或煙霧彌漫，火災(zāi)探測(cè)器就會(huì)探測(cè)到并即時(shí)報(bào)警（聲光報(bào)警或通信報(bào)警）。如有消防噴淋系統(tǒng)，則會(huì)自動(dòng)進(jìn)行噴淋?？梢晫?duì)講系統(tǒng)：在門廳、書房等處安裝可視對(duì)講門鈴。來(lái)訪客人必須經(jīng)住戶同意，由住戶遙控開(kāi)啟單元防盜門方可進(jìn)入。單元門主機(jī)也可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與管理中心主機(jī)相連，將來(lái)訪者輸入的信號(hào)同時(shí)傳到管理主機(jī)上，便于值班人員掌握客人來(lái)訪情況。通信功能包括電話、網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程控制報(bào)警。網(wǎng)絡(luò)信息

22、家用電器控制系統(tǒng)智能化家居最實(shí)用的功能之一便是電話遠(yuǎn)程控制家用電器。今后的家用電器都會(huì)有數(shù)據(jù)接口，可以通過(guò)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控?？梢栽谛枰W(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程遙控的家用電器（如微波爐、電飯煲、熱水器、空調(diào)器、洗衣機(jī)等）的電源插座旁，設(shè)置數(shù)據(jù)信息插座。隨著信息家電的興起，更使遠(yuǎn)程控制家用電器成為可能。信息家電應(yīng)該是一種操作簡(jiǎn)便、實(shí)用性強(qiáng)、帶有pc主要功能的家電產(chǎn)品。信息家電把pc的某些功能分解出來(lái)，設(shè)計(jì)成應(yīng)用性更強(qiáng)、更家電化的產(chǎn)品，信息家電的出現(xiàn)將推動(dòng)家庭網(wǎng)絡(luò)市場(chǎng)的興起，同時(shí)家庭網(wǎng)絡(luò)市場(chǎng)的發(fā)展又反過(guò)來(lái)推動(dòng)信息家電的普及和深人應(yīng)用。環(huán)境控制功能包括房問(wèn)溫度、濕度、光線、二氧化碳濃度等對(duì)居室環(huán)境的控制。1.3

23、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及智能家居在我國(guó)的發(fā)展情況趨勢(shì)智能家居最早是在上世紀(jì)70年代起于美歐和日本，90年代進(jìn)入我國(guó)。目前，國(guó)內(nèi)外的許多公司和研究機(jī)構(gòu)對(duì)此類課題展開(kāi)了廣泛的研究。智能家居在國(guó)外的發(fā)展情況自從20世紀(jì)70年代中期智能家居技術(shù)在美國(guó)誕生以來(lái)，美國(guó)、加拿大、歐洲、澳大利亞和東南亞等經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)的國(guó)家先后提出了各種智能家居方案。1984年世界上第一個(gè)智能建筑在美國(guó)康倪迪格州出現(xiàn)口。德國(guó)弗勞恩霍研究會(huì)與11家公司聯(lián)手合作，建成世界上第一座智能家居樣板房，向人們展示了未來(lái)住宅的發(fā)展前景。在日本，網(wǎng)絡(luò)家電開(kāi)發(fā)已取得了重大進(jìn)展。日本的主要家電廠家制定了網(wǎng)絡(luò)家電的發(fā)展戰(zhàn)略，希望依靠網(wǎng)絡(luò)家電建立起一個(gè)新的家

24、電王國(guó)。2003年，微軟、索尼等數(shù)家技術(shù)巨頭宣布了一項(xiàng)名為“數(shù)字家庭組織”該計(jì)劃將使計(jì)算機(jī)、dvd、移動(dòng)電話在家庭網(wǎng)絡(luò)中可以彼此通訊。intel，hp和nokia也加入了該組織，并為將來(lái)的產(chǎn)品選擇網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。在我國(guó)2000年小康型城鄉(xiāng)住宅科技產(chǎn)業(yè)工程項(xiàng)目實(shí)施方案中，將建設(shè)智能化小康示范小區(qū)列入國(guó)家重點(diǎn)發(fā)展方向。這必然促使智能化從智能大廈建設(shè)向智能化住宅小區(qū)，乃至向家居智能化方向發(fā)展。建設(shè)部要求“到2010年，大中城市中60 的住宅要實(shí)現(xiàn)智能化”。到2010年，我國(guó)超過(guò)70的家庭將有互聯(lián)網(wǎng)入網(wǎng)設(shè)備，50 以上家庭會(huì)有多臺(tái)上網(wǎng)設(shè)備。1999年，我國(guó)經(jīng)貿(mào)委牽頭，成立了家庭信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)委員會(huì)。該委員會(huì)制

25、訂了關(guān)于將家庭信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的體系研究和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)方面的國(guó)家技術(shù)創(chuàng)新專項(xiàng)計(jì)劃。進(jìn)入二十一世紀(jì)后，中國(guó)加快了網(wǎng)絡(luò)家庭發(fā)展的步伐，許多廠商紛紛推出了數(shù)字家庭的樣板間設(shè)想。自從2000年lg電子推出了世界上第一臺(tái)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)相連的“互聯(lián)網(wǎng)冰箱”后，國(guó)內(nèi)電子廠家紛紛跟進(jìn)，推進(jìn)了網(wǎng)絡(luò)家電的進(jìn)程，已成為行業(yè)內(nèi)關(guān)注的焦點(diǎn)。人類在追求高度物質(zhì)文明的同時(shí)，更加追求環(huán)境綠色化、生活信息化，安全、舒適、方便、現(xiàn)代的家居環(huán)境已成為21世紀(jì)居家生活的象征。進(jìn)入21世紀(jì)，日新月異的現(xiàn)代科技的力量，打破了傳統(tǒng)的時(shí)空界限，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和層出不窮的信息技術(shù)，改變了人類的生產(chǎn)、生活方式，科技正以超乎想象的速度深刻地影響著人類的思維模式和

26、生存狀態(tài)。住宅作為人類生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，必將受到信息技術(shù)的沖擊和影響，傳統(tǒng)住宅己不能滿足現(xiàn)代社會(huì)對(duì)其使用功能及其所能提供的環(huán)境的更高要求，未來(lái)住宅應(yīng)是高科技與傳統(tǒng)技術(shù)的有機(jī)融合體：不僅功能齊全、居住舒適、使用方便、而且安全節(jié)能，有益人類健康和自然生態(tài)環(huán)境。智能家居是家居技術(shù)創(chuàng)新的必然趨勢(shì)。20世紀(jì)80年代，信息技術(shù)飛速發(fā)展，特別是計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)（internet）技術(shù)、計(jì)算機(jī)集成制造技術(shù)（clms）更是得到了驚人的發(fā)展，人類從此開(kāi)始進(jìn)入知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代。從智能家居的發(fā)展進(jìn)程看，它經(jīng)歷了單一專用系統(tǒng)、多功能系統(tǒng)、部分集成系統(tǒng)、一體化的集成管理系統(tǒng)等幾個(gè)階段，每個(gè)階段都是技術(shù)創(chuàng)新的成果。智能家居建設(shè)是我國(guó)

27、可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的組成部分。我國(guó)人口眾多，地大而物不博，以快速竭盡自然資源和惡化生態(tài)環(huán)境為代價(jià)的粗放型產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式已不符合知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代的要求。中國(guó)21世紀(jì)議程提出了我國(guó)人居環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的總方向。在保持住宅產(chǎn)業(yè)高速增長(zhǎng)的前提下，實(shí)現(xiàn)資源的綜合利用和環(huán)境質(zhì)量的不斷改善，實(shí)現(xiàn)住宅產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。智能家居首先著眼于人居環(huán)境的所有社會(huì)功能，著眼于現(xiàn)實(shí)與未來(lái)的平衡，在可持續(xù)發(fā)展方面起先導(dǎo)和示范作用；節(jié)約能源，節(jié)省建材和配套器材等消耗型資源；以人為本，創(chuàng)造人與環(huán)境的和諧空間?？傊ㄔO(shè)智能家居具有時(shí)代的前瞻性，順應(yīng)了當(dāng)今信息社會(huì)的潮流，對(duì)進(jìn)一步提高居民生活水平和生活質(zhì)量具有非常重要的意義?？梢?jiàn)，智能家居

28、具有非常廣闊的發(fā)展前景。 2 遠(yuǎn)程家居智能監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2.1 遠(yuǎn)程家居智能管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求2.1.1 遠(yuǎn)程家居智能管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則(1) 安全性和可靠性 安全和可靠是對(duì)遠(yuǎn)程家居智能管理系統(tǒng)的基本要求，也是最重要的要求，是設(shè)計(jì)智能家居管理系統(tǒng)的主要目標(biāo)。(2) 滿足用戶需求 遠(yuǎn)程家居智能管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)將從用戶需求分析著手，并以滿足用戶的需求為目標(biāo)。(3) 合理性和經(jīng)濟(jì)性 在保證先進(jìn)性的同時(shí)，充分考慮系統(tǒng)的合理性、實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性。(4) 結(jié)構(gòu)化和可擴(kuò)充性遠(yuǎn)程家居智能管理系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)將是結(jié)構(gòu)化和模塊化的，具有很好的兼容性和可擴(kuò)充性，既可使不同的設(shè)備產(chǎn)品綜合在一個(gè)系統(tǒng)中，又可使系統(tǒng)能在日后需要時(shí)能

29、夠得以方便地加以擴(kuò)展，擴(kuò)充另外的設(shè)備產(chǎn)品。2.1.2 遠(yuǎn)程家居智能管理系統(tǒng)的功能我們對(duì)遠(yuǎn)程智能家居管理系統(tǒng)的用戶需求進(jìn)行了分析，并且研究了現(xiàn)有的智能家居的系統(tǒng)功能，提出了遠(yuǎn)程智能家居管理系統(tǒng)應(yīng)具備的功能。(1)用戶身份認(rèn)證：遠(yuǎn)程家居智能管理系統(tǒng)首先應(yīng)該鑒別用戶身份是否合法，只允許合法用戶登陸服務(wù)器，對(duì)家居狀態(tài)進(jìn)行查詢或管理。(2)家庭安防：安全是居民對(duì)智能家居的首要要求，因此家庭安防由是智能家居的最重要的組成部分。家庭安防報(bào)警、門窗磁報(bào)警、緊急求助報(bào)警、燃?xì)庑孤﹫?bào)警、火災(zāi)報(bào)警等。當(dāng)家庭智能安防端處于布防狀態(tài)時(shí)，紅外探頭探測(cè)到家中有人走動(dòng)，或者燃?xì)庑孤?，出現(xiàn)火災(zāi)等就會(huì)自動(dòng)報(bào)警，通過(guò)蜂鳴器和語(yǔ)音實(shí)

30、現(xiàn)本地報(bào)警；同時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)向主人的手機(jī)傳送報(bào)警信息。(3)家電控制：家電控制是智能家居集成系統(tǒng)的重要組成部分，代表著智能家居的發(fā)展方向。通過(guò)有線或無(wú)線的聯(lián)網(wǎng)接口，將家電、燈光與家庭智能終端相連，組成網(wǎng)絡(luò)家電系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)家用電器的遠(yuǎn)程控制。(4)遠(yuǎn)程抄表：水、電、氣表的遠(yuǎn)程自動(dòng)抄收計(jì)費(fèi)是智能家居管理的一個(gè)基本內(nèi)容。它的實(shí)現(xiàn)解決了入戶抄表的低效率、干擾性和不安全因素。2.2 遠(yuǎn)程家居智能管理系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案遠(yuǎn)程控制是通過(guò)一定的手段對(duì)異地的電器實(shí)施控制，目前研究開(kāi)發(fā)的主要是電話遠(yuǎn)程控制和internet遠(yuǎn)程控制。但基于我國(guó)現(xiàn)有的internet分布和價(jià)格情況的分析要利用internet該方式只能局限

31、于在發(fā)達(dá)地區(qū)，因此存在應(yīng)用范圍問(wèn)題。所以要利用網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)家居電器的遠(yuǎn)程控制是不現(xiàn)實(shí)的。電話遠(yuǎn)程控制作為一較新的課題與常規(guī)的遙控方式相比，顯示出一定的優(yōu)越性，不需進(jìn)行專門的布線，不占用無(wú)線電頻率資源，避免了電磁污染。同時(shí)，由于電話線路各地聯(lián)網(wǎng)，可以充分利用現(xiàn)有的電話網(wǎng)，因此控制距離可跨省市，甚至跨越國(guó)家，相對(duì)于internet來(lái)說(shuō)價(jià)格更低實(shí)現(xiàn)范圍更廣，更容易。電話屬雙工通信手段。因此，可以體現(xiàn)出利用電話進(jìn)行遠(yuǎn)程控制的更大優(yōu)越性。操作者可以通過(guò)各種提示音即時(shí)了解受控對(duì)象的有關(guān)信息，從而進(jìn)行進(jìn)一步的操作。本作品正是針對(duì)這一點(diǎn)進(jìn)行了較大改進(jìn)，采取單片機(jī)智能控制，利用不同的提示音達(dá)到對(duì)于不同操作的提示及

32、對(duì)受控方狀態(tài)的信息反饋，從而使操作者能夠及時(shí)了解受控方信息，使產(chǎn)品達(dá)到交互式與智能化1。電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)是由at89c51單片機(jī)構(gòu)成主控部分，進(jìn)行主要的信息處理，接收外部操作指令形成各種控制信號(hào)，并完成對(duì)各種信息的記錄；利用cm8870雙音頻dtmf解碼芯片及isd4004語(yǔ)音芯片進(jìn)行信號(hào)的傳輸。接口電路振鈴檢測(cè)、摘掛機(jī)控制、開(kāi)關(guān)控制電路提供單片機(jī)與電話外線及家居電器的連接。2該系統(tǒng)使用時(shí)可并聯(lián)在電話外線即可。系統(tǒng)原理框圖如圖所示。單 片 機(jī)開(kāi)關(guān)控制密碼檢測(cè)振鈴檢測(cè)自動(dòng)摘機(jī)語(yǔ)音提示電源電 話 線 接 口圖21系統(tǒng)框圖本系統(tǒng)并聯(lián)于電話機(jī)的兩端，不會(huì)影響到電話機(jī)的正常使用。當(dāng)用戶通過(guò)電話機(jī)撥通本系

33、統(tǒng)所連接外線的電話號(hào)碼，本裝置如果檢測(cè)到振鈴五次，即五次響鈴后無(wú)人接，自動(dòng)摘機(jī)，單片機(jī)啟動(dòng)語(yǔ)音提示，判斷是否進(jìn)入家電控制模式，摘機(jī)電路自動(dòng)摘機(jī)進(jìn)入控制狀態(tài)并將摘機(jī)信號(hào)輸入到單片機(jī)中，單片機(jī)接收到摘機(jī)信號(hào)后，啟動(dòng)語(yǔ)音提示電路發(fā)出提示音，提示作者輸入密碼。輸入的密碼經(jīng)cm8870轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)并與事先存儲(chǔ)在單片機(jī)中的密碼比較，如果不合，則語(yǔ)音提示密碼錯(cuò)誤，可重新輸入，若三次密碼錯(cuò)誤則發(fā)出提示音并自動(dòng)掛機(jī)，如果輸入正確密碼，則語(yǔ)音提示選擇被控制電器，按“1”鍵表示開(kāi)燈，按“2”鍵表示關(guān)燈，按“3”鍵表示開(kāi)空調(diào)，按“4”鍵表示關(guān)空調(diào)，按“5”鍵表退出家電控制模式，按下所要執(zhí)行的電器的按鍵則能進(jìn)行遠(yuǎn)程控

34、制電器的開(kāi)或關(guān)，完成后返回。本設(shè)計(jì)屬于單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。3確定單片機(jī)控制系統(tǒng)總體方案，是進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)最重要、最關(guān)鍵的一步?？傮w方案的好壞，直接影響整個(gè)控制系統(tǒng)的性能及實(shí)施細(xì)則?？傮w方案的設(shè)計(jì)主要是根據(jù)被控對(duì)象的任務(wù)及工藝要求而確定的。設(shè)計(jì)方法大致如下：根據(jù)系統(tǒng)的要求，首先確定出系統(tǒng)是采用開(kāi)環(huán)系統(tǒng)還是閉環(huán)系統(tǒng)，或者是數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。選擇檢測(cè)元件，在確定總體方案時(shí)，必須首先選擇好被測(cè)參數(shù)的測(cè)量元件，它是影響控制系統(tǒng)精度的重要因素之一。選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)是微型機(jī)控制系統(tǒng)的重要組成部件之一。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇一方面要與控制算法匹配，另一方面要根據(jù)被控對(duì)象的實(shí)際情況確定。選擇輸入/輸出通道及外圍設(shè)備。選擇時(shí)

35、應(yīng)考慮以下幾個(gè)問(wèn)題：被控對(duì)象參數(shù)的數(shù)量；各輸入/輸出通道是串行操作還是并行操作；各通道數(shù)據(jù)的傳遞速率；各通道數(shù)據(jù)的字長(zhǎng)及選擇位數(shù)；對(duì)顯示、打印有何要求；畫出整個(gè)系統(tǒng)流程圖和原理圖。3 遠(yuǎn)程家居智能管理系統(tǒng)的硬件構(gòu)成及電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)分為at89c51單片機(jī)、振鈴檢測(cè)、摘掛機(jī)控制、開(kāi)關(guān)控制、密碼檢測(cè)、語(yǔ)音電路、電源電路幾個(gè)模塊。充分利用硬件電路的可靠性、穩(wěn)定性和芯片的方便性，使整體電路達(dá)到比較高的穩(wěn)定性。3.1 at89c51單片機(jī)at89c51在本設(shè)計(jì)中作為主控部分，完成對(duì)各中段賦初值、方式字、密碼初始化、密碼檢測(cè)、電器開(kāi)關(guān)控制、振鈴計(jì)數(shù)初值等工作。其外形及引腳排列如圖2所示。3.1.1 at8

36、9c51的主要特性1)與mcs-51兼容 ；2)4k字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 ；3)可1000次寫/擦循環(huán)；4)數(shù)據(jù)保留10年；5)全靜態(tài)工作：0hz-24hz；6)三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定；7)1288位內(nèi)部ram；8)32可編程i/o線；9)兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；10)5個(gè)中斷源；11)可編程串行通道；12)低功耗的閑置和掉電模式；13)片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路。at89c51的外形及引腳排列如圖3.1所示。圖31 at89c51 外形及引腳排列3.1.2 at89c51的主要引腳p0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向i/o口，每腳可吸收8ttl門電流。當(dāng)p1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。p0能夠用

37、于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的低八位。在fiash編程時(shí)，p0口作為原碼輸入口，當(dāng)fiash進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，p0輸出原碼，此時(shí)p0外部必須被拉高，即是要接上拉電阻。p1、p2、p3口都是內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向i/o口，能接收輸出4ttl門電流。當(dāng)各自管腳寫入1后，內(nèi)部上拉為高，都可用作輸入。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，p1口作為低八位地址接收；p2口接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。p3口可作為at89c51的一些特殊功能口。rst是復(fù)位信號(hào)引腳。/ea/vpp是程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)端。當(dāng)/ea保持低電平時(shí)，對(duì)rom的讀操作限定在外部程序存儲(chǔ)器；當(dāng)/ea端保持高電平時(shí)，對(duì)rom的

38、讀操作從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器開(kāi)始。xtal1(19腳)是反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入端。xtal2(18腳)是來(lái)自反向振蕩器的輸出端。3.1.3 上電復(fù)位在圖3.2電路中c4和r1組成單片機(jī)的復(fù)位電路，連接到單片機(jī)的第9腳，它是施密特觸發(fā)輸入，當(dāng)振蕩器起振后，單片機(jī)上電瞬間，rc電路充電，rst引腳端出現(xiàn)正脈沖，rst高電平單片機(jī)保持復(fù)位狀態(tài)。此時(shí)，ale、/psen、p0、p1、p2、p3口都輸出高電平，rst變成低電平后，進(jìn)入工作狀態(tài)。復(fù)位操作不影響片內(nèi)ram的內(nèi)容。3.1. 4 時(shí)鐘電路在圖3.2電路中y1、c5、c6組成了單片機(jī)的時(shí)鐘電路,這種是內(nèi)部時(shí)鐘方式，采用了外接晶體和

39、電容組成的并聯(lián)諧振電路，晶振可以在1.2-12hmz之間任選，電容可以在20-60pf之間選擇。在本部分晶振選12hmz，電容選30pf。3.1. 5 中斷口p3.3（/intr1）圖32 at89c51單片機(jī)主控電路在本系統(tǒng)中p3.3（/intr1）作為中斷口，控制整個(gè)at89c51單片機(jī)主控電路工作。當(dāng)單片機(jī)上電復(fù)位時(shí)，p3.3（/intr1）輸出高電平，由于p3.3口外接振鈴檢測(cè)電路，當(dāng)有振鈴到來(lái)時(shí)，鈴流就會(huì)以方波信號(hào)的形式從振鈴檢測(cè)電路的光耦輸出送到中斷口p3.3（/intr1），該中斷口檢測(cè)到該方波信號(hào)由高電平跳變到低電平時(shí)中斷口有效，即在下降沿有效。此時(shí)單片機(jī)工作，控制各部分電路工

40、作。如果沒(méi)有振鈴輸入，則該中斷口保持高電平，等待信號(hào)的到來(lái)。在本設(shè)計(jì)中p0.0-p0.4口用于接收cm8870輸出的8421碼。p1.0-p1.6口用于輸出用戶輸入的控制開(kāi)關(guān)的命令。p2.0-p2.4口用作于語(yǔ)音芯片連接的接口。p0.7外接自動(dòng)摘機(jī)電路。p3.3口外接振鈴檢測(cè)電路。第9腳用于復(fù)位輸入。第18、19腳外接12mhz的石英晶體和振蕩電容。at89c51單片機(jī)主控電路如圖3.2所示。3.2 振鈴檢測(cè)電路原圖及工作原理圖33振鈴檢測(cè)電路在電話線路沒(méi)有振鈴信號(hào)前，電話線路由電話交換機(jī)提供60v的直流電壓。當(dāng)用戶被呼叫時(shí)，電話交換機(jī)發(fā)來(lái)振鈴信號(hào)。振鈴信號(hào)為253伏的正弦波，諧鈴失真不大于1

41、0%，電壓有效值9015v。振鈴以5秒為周期，即1秒通，4秒斷。振鈴檢測(cè)電路如圖3.3所示。本部份電路的設(shè)計(jì)采用光耦el817作為主要元件，利用振鈴的周期檢測(cè)振鈴。當(dāng)電話來(lái)電時(shí)，為正弦波振鈴信號(hào)通過(guò)電阻r20限流、電容c11隔直，二極管d8進(jìn)行27v穩(wěn)壓又經(jīng)r19限流再?gòu)墓怦畹?腳輸入，光耦el817導(dǎo)通工作，將交流的振鈴信號(hào)轉(zhuǎn)換成方波信號(hào)，該方波信號(hào)再通過(guò)光耦4腳接輸出，該方波接入at89c51的外中斷int1（p3.3）口，p3.3端口低電平有效，當(dāng)計(jì)數(shù)5次產(chǎn)生int1中斷，則單片機(jī)發(fā)出信號(hào)控制繼電器自動(dòng)摘機(jī)，完成振鈴檢測(cè)。3.3 自動(dòng)摘掛機(jī)電路原理圖及工作原理由于程控電話交換機(jī)對(duì)電話摘機(jī)

42、的響應(yīng)是電話線回路電流突然變大為約30ma的電圖34自動(dòng)摘掛機(jī)電路 流，交換機(jī)檢測(cè)到回路電流變大就認(rèn)為電話機(jī)已經(jīng)摘機(jī)。自動(dòng)摘掛機(jī)電路如圖3.4所示在本設(shè)計(jì)中直接采用硬件電路控制自動(dòng)摘掛機(jī)。4在單片機(jī)上電復(fù)位時(shí)p0.7口輸出高電平，當(dāng)有鈴流來(lái)時(shí)中斷口檢測(cè)到低電平，此時(shí)p0.7口置低電平，則三極管q2的b極為低電平，又因三極管q2的e極接+5v，q2導(dǎo)通，由于q3的c極通過(guò)繼電器k4接+12v，則q3導(dǎo)通，繼電器k4工作，k4被吸合，使電阻r20導(dǎo)通接入電話線兩端。由于r20是250較小，電路電流變大，控制電路向交換機(jī)發(fā)出模擬摘機(jī)的信號(hào)，交換機(jī)響應(yīng)摘機(jī)信號(hào)，完成電話線接通，則完成自動(dòng)摘掛機(jī)過(guò)程。程

43、序則轉(zhuǎn)入語(yǔ)音提示、密碼檢測(cè)部分。如果沒(méi)有鈴流到來(lái)，則p0.7口保持高電平，q2截止，q3導(dǎo)通。在此d9是保護(hù)三極管9013，d10為是摘機(jī)指示燈。3.4 語(yǔ)音提示電路3.4.1 isd4004簡(jiǎn)介isd4004是一種采用chipcorder專利技術(shù)的語(yǔ)音芯片。該芯片內(nèi)含振蕩器、抗混疊濾波器、平滑濾波器、音頻放大器、自動(dòng)靜噪及高密度多電平閃爍存貯陳列。isd4004采用多電平直接模擬量存儲(chǔ)技術(shù)，每個(gè)采樣值直接存貯在片內(nèi)閃爍存貯器中，因此能非常真實(shí)、自然地再現(xiàn)語(yǔ)音、音調(diào)和效果聲，避免了一般固體錄音電路因量化和壓縮造成的量化噪聲和“金屬聲”。 3.4.2 isd4004的主要特性圖35 isd400

44、4的外形及引腳排列此芯片無(wú)須a/d轉(zhuǎn)換和壓縮就可以直接儲(chǔ)存，沒(méi)有a/d轉(zhuǎn)換誤差，在一個(gè)記錄位可存儲(chǔ)250級(jí)聲音信號(hào)，相當(dāng)于通常的a/d記錄的8倍。isd4004系列錄放時(shí)間為816分鐘。采樣頻率可為4.0、5.3、6.4、8.0khz，頻率越低，錄放時(shí)間越長(zhǎng)，音質(zhì)則有所下降， 片內(nèi)信息存于閃爍存貯器中，可在斷電情況下保存100年，反復(fù)錄音10萬(wàn)次。isd4004的外形及引腳排列如圖3.5所示。3.4.3 isd4004的主要引腳vcca，vccd是電源；vssa，vssd是地線；anain+是錄音信號(hào)的同相輸入端。ana in-是錄音信號(hào)的反相輸入端。aud out提供音頻輸出，可驅(qū)動(dòng)5k的負(fù)

45、載。ss為片選端。此端為低，即向該isd4004芯片發(fā)送指令，兩條指令之間為高電平。mosi為串行輸入端；miso為isd的串行輸出端。isd未選中時(shí)，本端呈高阻態(tài)。sclk為isd的時(shí)鐘輸入端；中斷int為漏極開(kāi)路輸出5。3.4.4 isd404錄音電路 在把語(yǔ)音該芯片安裝前必須要把語(yǔ)音通過(guò)錄放系統(tǒng)從該芯片的第16腳（in-）錄進(jìn)語(yǔ)音芯片內(nèi)，后才可以安裝到工作電路板上。mic是駐極體電容式話筒，即是語(yǔ)音信號(hào)的輸入端，聲音經(jīng)聲電轉(zhuǎn)換輸出的模擬信號(hào)通過(guò)由9014三極管組成的放大電路加到isd4004語(yǔ)音芯片的輸入端（16腳），并以模擬信號(hào)的形式保存在芯片內(nèi)的模擬存儲(chǔ)器單元。錄音信號(hào)輸出經(jīng)濾波器、

46、輸出放大器送到auout端輸出經(jīng)電容耦合到電話線，從而完成話音的重放。當(dāng)然要完成該芯片的錄音必須要該系統(tǒng)的錄音程序配合才能成功。電路中9014選擇=100，集電極的電流是1ma；由于話筒的輸入靈敏度為10mv，輸出音頻信號(hào)的電壓為1v則電壓放大倍數(shù)為100。圖3.6為該芯片的錄音系統(tǒng)。 圖36 isd4004錄音電路3.4.5 語(yǔ)音提示電路工作過(guò)程單片機(jī)at89c51的p2.0輸出置高電平，則當(dāng)isd4004的/ss（第1腳）檢測(cè)為低電平，則從單片機(jī)at89c51的p2.2口（第23腳）向isd4004芯片發(fā)送控制指令，控制指令從isd4004芯片的mosi端口（第2腳）送進(jìn)該芯片，并在scl

47、k為上升沿時(shí)被鎖存到芯片內(nèi)，且在sclk為下降沿時(shí)移出isd4004芯片從miso端口（第3腳）輸出返回信號(hào)給單片機(jī)at89c51的p2.3口（第24腳）說(shuō)明控制指令發(fā)送成功，且啟動(dòng)語(yǔ)音電路isd4004,從該芯片的audout端口（第13腳）發(fā)出語(yǔ)音提示：“進(jìn)入家電控制模式請(qǐng)按1鍵”并通過(guò)c15耦合到電話線上，用戶就可以通過(guò)聽(tīng)筒接聽(tīng)到提示音，進(jìn)一步進(jìn)行下一步控制。在完成一個(gè)讀取周期，后一個(gè)周期開(kāi)始int中斷狀態(tài)開(kāi)始清除，/int端口（第25腳）就會(huì)向單片機(jī)發(fā)出中斷指令。在電路中，c16用1uf的電容，能消除噪音，使語(yǔ)音提示更清晰。語(yǔ)音提示電路原理圖如圖3.7所示。圖37語(yǔ)音提示電路原理圖3.

48、5 密碼檢測(cè)電路 3.5.1 cm8870簡(jiǎn)介cm8870是用于雙音頻接收的專用芯片，主要包括輸入端運(yùn)算放大器、頻帶分割濾波器、數(shù)字解碼器和輸出控制單元等4個(gè)部分。在輸入端，運(yùn)算放大器部分對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行必要的增益處理，輸出的信號(hào)通過(guò)基于開(kāi)關(guān)電容技術(shù)的頻帶分割濾波器進(jìn)行濾波和頻帶分割，提取高頻信號(hào)和低頻組信號(hào)，再將高頻信號(hào)和低頻組信號(hào)進(jìn)行特征提取，最后確定出組成按鍵的兩個(gè)頻率。將這兩個(gè)頻率值送到相應(yīng)的輸出口進(jìn)行解碼，輸出相應(yīng)的按鍵代碼，這樣就完成了一個(gè)按鍵的檢測(cè)。其外形及引腳排列如圖3.8所示圖38 cm8870外形及引腳排列3.5.2 密碼檢測(cè)電路的工作過(guò)程在用戶聽(tīng)到提示音后，按照提示音的要求

49、輸入密碼或者控制家用電器開(kāi)關(guān)的命令，該密碼或命令通過(guò)電話線以雙音頻dimf信號(hào)的形式從cm8870的in+和in-兩端輸入經(jīng)內(nèi)部的撥號(hào)音頻濾波器濾除撥號(hào)音頻信號(hào)，然后經(jīng)前置放大后送入雙音頻濾波器，將雙音頻信號(hào)按高低音頻信號(hào)分開(kāi)，再經(jīng)高低音頻濾波器，幅度檢測(cè)器送入輸入譯碼電路，經(jīng)過(guò)數(shù)字運(yùn)算后從cm8870的q1-q4端（第11-14腳）輸出對(duì)應(yīng)的8421碼。當(dāng)單片機(jī)at89c51的p0.4口（第35腳）檢測(cè)到cm8870的std端口（第15腳）電平由低變高，再反相為低時(shí)，則單片機(jī)at89c51的p0.0-p0.3口就開(kāi)始接收從cm8870的q1-q4端（第11-14腳）輸出的有效二進(jìn)制碼。同時(shí)c

50、m8870的第15腳最后輸出高電平，說(shuō)明輸出數(shù)據(jù)有效，此信號(hào)通常作為后級(jí)電路的片選或使能信號(hào)。當(dāng)單片機(jī)接收到從圖39密碼檢測(cè)電路cm8870的q1-q4端（第11-14腳）輸出的有效二進(jìn)制碼后則會(huì)把此有效的二進(jìn)制碼存儲(chǔ)到單片機(jī)內(nèi)部的ram里，并將其與原先存儲(chǔ)在單片機(jī)內(nèi)部的二進(jìn)制密碼或命令相比較，如果完全相符則單片機(jī)啟動(dòng)語(yǔ)音提示用戶的下一步工作；如果不相符則語(yǔ)音提示用戶重新輸入或退出系統(tǒng)。密碼檢測(cè)電路如圖3.9。3.5.3 cm8870的外圍電路cm8870的第7、8腳接3.579mhz晶體諧振器，為芯片提供標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘。第3腳（gs）為增益選擇端，外接的電路通過(guò)r14-r18幾個(gè)電阻控制輸入信號(hào)的

51、增益，并與第4腳（vref）輸出的參照電壓相比較。第5、6、9腳接地。第16、17腳接由r7、c7組成的rc振蕩電路。密碼檢測(cè)電路如圖3.9所示。3.6 開(kāi)關(guān)控制電路3.6.1 uln2003簡(jiǎn)介 圖310 uln2003的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖311 uln2003的形引腳排列 uln2003是由七個(gè)硅npn達(dá)林頓管組成6，專門用來(lái)驅(qū)動(dòng)繼電器的芯片，甚至在芯片內(nèi)部做了一個(gè)消線圈反電動(dòng)勢(shì)的二極管。在5v的工作電壓下它能與ttl和cmos電路直接相連，uln2003的輸出端允許通過(guò)ic電流200ma，飽和壓降vce約1v左右，耐壓bvceo 約為36v。用戶輸出口的外接負(fù)載可根據(jù)以上參數(shù)估算。采用集電極開(kāi)

52、路輸出，輸出電流大，故可以直接驅(qū)動(dòng)繼電器或固體繼電器(ssr)等外接控制器件，也可直接驅(qū)動(dòng)低壓燈泡。其外形引腳排列及內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3.10、圖3.11所示。3.6.2 開(kāi)關(guān)控制電路的工作原理本單元電路主要是由反向電路、繼電器控制電路組成。在本裝置中uln2003的第8腳接地，第9腳接電源，第1-7腳作為控制信號(hào)的輸入，第10-16腳作為控制信號(hào)的輸出端。 開(kāi)關(guān)控制電路圖如圖3.12所示圖312開(kāi)關(guān)控制電路本電路工作時(shí)，當(dāng)單片機(jī)送“1”使驅(qū)動(dòng)器三極管導(dǎo)通，單片機(jī)送“0”使驅(qū)動(dòng)器三極管截止。本電路上的輸出驅(qū)動(dòng)器件uln2003中內(nèi)部帶有吸收二極管，可有效地吸收感性負(fù)載啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的達(dá)600ma的峰值電

53、流。所有的開(kāi)關(guān)量輸出信號(hào)均帶有鎖存功能。當(dāng)cpu對(duì)設(shè)定的一個(gè)io地址執(zhí)行一次寫操作，就送出了一組輸出信號(hào)。7例如當(dāng)單片機(jī)設(shè)定對(duì)的in1（第1腳）進(jìn)行寫操作，即當(dāng)uln2003檢測(cè)到第1腳為高電平時(shí)，則通過(guò)uln2003內(nèi)部反相，從out1（第16腳）輸出低電平，繼電器k1吸合，外部家用電器工作。通過(guò)uln2003電路將外部電器電路與單片機(jī)電路隔離，有效地保護(hù)的單片機(jī)。uln2003可以驅(qū)動(dòng)7個(gè)繼電器該系統(tǒng)可控制七路電器，在此只用了三路開(kāi)關(guān)控制。3.7 電源電路圖313電源電路圖電源電路部分的電路經(jīng)過(guò)變壓整流變成12v，+12v電壓為繼電器提供電源，+12v經(jīng)限流電阻到三端穩(wěn)壓管7805產(chǎn)生+5

54、v的直流電壓為振鈴檢測(cè)電路，自動(dòng)摘掛機(jī)電路，密碼檢測(cè)電路，單片機(jī)主控電路，語(yǔ)音提示電路幾部分提供電壓。7805為正5v穩(wěn)壓管，將它有印刷字母的一面面對(duì)自己，右邊腳為輸出，左邊腳為輸入，中間腳接地。根據(jù)7805的輸入電壓要求，要高于所需輸出電壓2v以上8。電源電路圖如圖3.13所示：本電源設(shè)計(jì)是由市電經(jīng)過(guò)12v變壓器變壓后，再經(jīng)過(guò)d1-d4組成的橋式整流器流變成12v直流電壓后經(jīng)c1、c2濾波輸出再供繼電器工作，再經(jīng)7805三端穩(wěn)壓后得到5v直流電源，最后經(jīng)過(guò)c3濾波輸出。94 軟件設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的軟件部分是運(yùn)用在keil開(kāi)發(fā)軟件下的匯編語(yǔ)言來(lái)進(jìn)行編程，在設(shè)計(jì)中軟件的模塊起著重要的作用，也是比較困難

55、的部分。經(jīng)過(guò)比較，10采用了at89c51作為控制的單片機(jī)芯片。本系統(tǒng)主要程序模塊包括at89c51主控程序、振鈴檢測(cè)計(jì)數(shù)、控制摘掛機(jī)、雙音頻信號(hào)分析處理、控制電器、語(yǔ)音提示幾部分。每個(gè)功能模塊對(duì)于整體設(shè)計(jì)都是非常重要，單片機(jī)at89c51通過(guò)軟件程序才能很好的對(duì)外部的信息進(jìn)行采集、分析和決策。114.1 主程序框圖圖41主程序框圖圖42密碼檢測(cè)流程圖4.2 語(yǔ)音提示部分本功能模塊主要是重放提示音，為了方便用戶，直接使用預(yù)先錄制在isd4004語(yǔ)音芯片內(nèi)的提示音。12所以必須要先把所需的聲音通過(guò)錄音程序錄進(jìn)語(yǔ)音芯片內(nèi)。因此有必要先介紹isd4004語(yǔ)音芯片的spi傳輸協(xié)議。4.2.1 串行外圍

56、接口spispi協(xié)議是一個(gè)同步串行數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，該協(xié)議假定微控制器的spi移位寄存器在sclk的下降沿工作。對(duì)isd4004而言，在時(shí)鐘上升沿將鎖存mosi引腳的數(shù)據(jù)，而在下降沿則將數(shù)據(jù)送至miso引腳。spi控制寄存器用于各個(gè)器件功能的控制，這些控制包括放音、錄音、報(bào)文插入、上電和掉電、啟動(dòng)和停止操作以及忽略地址指針等。在控制這些功能時(shí)，特別在編寫錄音、放音程序中必須要嚴(yán)格按照spi接口指令定義13。在本系統(tǒng)中的提示音主要有：1、詢問(wèn)是否進(jìn)入家電控制模式：“進(jìn)入家電控制模式請(qǐng)按“1”鍵”錄在isd4004開(kāi)始地址為01h；“請(qǐng)輸入密碼，以#字結(jié)束” 錄在isd4004開(kāi)始地址為03h；“密碼錯(cuò)誤，請(qǐng)重新輸入，以#字結(jié)束” 錄在isd4004開(kāi)始地址05h。2、電器開(kāi)關(guān)控制：“請(qǐng)選擇操作電器，按“1”