畢業(yè)設(shè)計 基于單片機的家用電器電話遠程控制系統(tǒng)

1、基于單片機的家用電器電話遠程控制系統(tǒng)本文設(shè)計的是一種基于AT89C51單片機的遠程電話控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)是以AT89C51為核心、利用現(xiàn)有的個人通信終端,實現(xiàn)基于PLMN(陸基移動通信網(wǎng))和PSTN(公用電話交換網(wǎng))的電話遠程控制系統(tǒng)。電話遠程控制系統(tǒng)(ITRCS),以CCITT（國際電報電話咨詢委員會）及我國標準共同規(guī)定的部分標準程控交換信令(DTMF雙音多頻信號,振鈴信號,回鈴音信號等)作為系統(tǒng)控制命令,以PLMN與PSTN通信網(wǎng)作為傳輸介質(zhì),使用者可以在遠端利用固定電話或移動電話發(fā)送DTMF雙音多頻信號,實現(xiàn)對近端電器設(shè)備的實時遠程控制。該電話遠程控制系統(tǒng)不需進行專門的布線,不占用無線電頻

2、率資源,從而可避免電磁污染；且通過嵌入式的智能語音提示,突出的語音提示功能和密碼控制系統(tǒng),可使操作者根據(jù)各種提示音及時了解受控對象的有關(guān)信息。還可通過發(fā)出語音命令用電話遠程控制多個受控對象,用戶可以查詢其狀態(tài),提供密碼處理功能,只有輸入正確的密碼才能控制家電,從而提高了安全性。該系統(tǒng)設(shè)計實用，功能靈活多樣，可靠性高，操作方便，可以廣泛地應(yīng)用于家庭或者其它場所的智能控制。 關(guān)鍵詞AT89C51；遠程電話控制；DTMF；智能家電The Telephone Remote Control System for Household Electronic Appliance Base on Th

3、e MicrocontrollerAbstractThe article designed the remote telephone control system which based on microcontroller AT89C51. Basing on the PLMN and PSTN, the system which uses the core controller Single-chip microcomputer AT89C51 realizes long-distance control household appliances. The telephone contro

4、l system (ITRCS) which uses the telephone net convert and voice information receives DTMF code from the telephone net, and interpret the code, the core controller controls the state of household appliances responded to the interpretation. Long distance control of telephone does not require special w

5、ires distribution and does not take up wireless frequency resources. Electro magnetic pollution can thus be avoided. The designing of a system of longdistance control based on sound processing technology and DTMF decoding technology is presented in this paper. By using sound commands of sound recogn

6、ition technology, this system realizes its control of household electrical appliances through telephone networks and so realizes the intelligently control of them in residence. The embedded and intelligent sound indication, its outstanding sound function of prompt and its code control system enable

7、the operators to timely obtain the relative information of the controlled objects through indicated sounds. The system can use telephone to control many household electrical appliances in long distance through uttering sound commands and provides the code safeguard function. Only through inputting t

8、he correct password to control them, the users can control the condition of household electrical equipment, So the system security can be improved. This system is practical, and the function is flexible, and the operation is convenient with high reliability, which can be used extensive in various ki

9、nds of control equipment to home and others field. KeywordsAT89C51；Telephone remote control；DTMF；Household appliances 目錄摘要. IAbstract II 第1章 緒論. 11.1 本課題研究的背景. 11.2 遠程控制的內(nèi)容. 2第2章 系統(tǒng)設(shè)計可行性分析. 42.1 總體設(shè)計分析. 42.1.1 系統(tǒng)總體設(shè)計分析. 52.1.2 單片機簡介. 52.2 硬件模塊. 62.2.1 模擬摘機電路. 72.2.2 振鈴檢測電路. 72.2.3 控制部

10、分電路. 72.2.4 雙音解碼電路. 72.2.5 語音提示電路. 82.3 軟件模塊. 82.3.1 信號音檢測. 92.3.2 密碼檢測. 92.3.3 信號分析處理. 92.4 本章小結(jié). 9第3章 硬件單元電路設(shè)計. 103.1 振鈴檢測電路. 103.2 模擬摘掛機電路. 113.3 雙音頻解碼電路. 123.4 信號音提示電路. 153.5 電器控制電路. 173.6 本章小結(jié). 18第4章 軟件設(shè)計. 194.1 單片機初始化. 194.2 振鈴計數(shù)模塊. 204.3 語音提示模塊. 214.4 密碼檢測模塊. 234.5 密碼修改模塊. 244.6 控制電器模塊. 254.7

11、 本章小結(jié). 27第5章 系統(tǒng)應(yīng)用. 285.1 系統(tǒng)的應(yīng)用前景. 285.2 系統(tǒng)使用說明. 285.3 系統(tǒng)功能擴展. 29結(jié)論. 31致謝. 32參考文獻. 33附錄A. 34附錄B. 34附錄C. 34附錄D. 34第1章 緒論1.1 本課題研究的背景二十一世紀是信息時代，各種電信新技術(shù)推動了人類文明的進步。自從1876年，Alexander Graham Bell（貝爾）發(fā)明電話以來，世界各國的電話網(wǎng)絡(luò)發(fā)展非常迅速。進十年來，中國的固定電話業(yè)務(wù)呈現(xiàn)出舉世矚目的快速增長。1997年8月局用電話交換機總?cè)萘客黄?億門，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模躍居世界第二位，2004年7月固定電話用戶總數(shù)突破2億戶。隨著

12、通訊產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，電話機已經(jīng)走進了千家萬戶；隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，利用電話機進行遠程控制的技術(shù)也日益用于生活中?，F(xiàn)代電話網(wǎng)絡(luò)是由交換機和電話傳輸線共同組成，它的性能已經(jīng)有了很大的進展，而且可靠性非常高。遙控技術(shù)是通過一定的手段對被控物體實施一定距離的控制，常用的方式有無線電遙控、有線遙控、紅外線和超聲波遙控等。無線電遙控既是利用無線電信號對被控物體實施遠距離控制。無線電遙控不可避免的須占用一定的無線電頻率資源，造成電磁污染；常規(guī)的有線遙控需進行專門的布線，增加了投入；而紅外線、超聲波遙控則受距離所限?，F(xiàn)有的遙控方式中，還有載波通信控制手段和基于無線尋呼的遙控方式。載波方式即通過電力線傳遞信息，

13、該方式只能局限于同一變電所、同一變壓器所轄范圍內(nèi)。因此也存在距離問題，應(yīng)用范圍有限?；跓o線尋呼的遙控方式利用了現(xiàn)有的尋呼頻率資源，不需占用額外的頻譜。而且，隨著尋呼網(wǎng)的全國聯(lián)網(wǎng)，其遙控的距離基本不受限制。但該方式的受控方動作滯后于控制方的操作，不具備實時性，而且不具備很高的可靠性。本文介紹了一種電話遠程控制技術(shù)。該系統(tǒng)用于具有單片機控制的家用電器的電話遙控，用戶可通過任意一部雙音多頻電話（包括手機，電話分機）對自己家庭安裝的各種電器（如空調(diào)，微波爐，熱水器等）進行開機，停機等操作。其控制示意圖如圖11所示。圖11  控制示意圖 作品為突出電話遙控的信息反饋功能，并使產(chǎn)品達

14、到非常高性價比。故未對電話裝置的其他功能進行進一步的擴展，而且所有使用的集成電路和其它元器件都盡量選擇高性價比的。在該作品的基礎(chǔ)上進行了功能擴展是很方便的。譬如:使用語音芯片作為信號音反饋，提高本作品的實用性（此次為了保證整體電路的經(jīng)濟性，所以并未使用昂貴的語音芯片）。加上留言電路，主人不在家時客人留言。利用遙控方式可使主人很方便地在異地提取留言信息；在各路終端上接上傳感器即可實現(xiàn)對環(huán)境聲響的監(jiān)聽；接上自動撥碼電路可定時將預(yù)定信息轉(zhuǎn)至主人傳呼機或特定電話，從而達到定時提醒主人的目的。本作品還可以應(yīng)用于工廠企業(yè)的自動化控制等領(lǐng)域。1.1 遠程控制的內(nèi)容4月17日舉行的2008中國國際家電展上，海

15、爾集團展出了自主研發(fā)的U-home智能家電系統(tǒng)，包含家庭智能網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)絡(luò)空調(diào)、網(wǎng)絡(luò)洗衣機、網(wǎng)絡(luò)熱水器等。下班回家的路上，用手機給家中的電熱水器發(fā)個短信，到家后就能洗上熱水澡；給空調(diào)發(fā)個短信，設(shè)定溫度，到家就能享受舒適的室溫；給洗衣機發(fā)個指令，它就自動將衣物洗滌干凈，到家后就能直接晾曬這些過去只在幻想中出現(xiàn)的場景，如今已經(jīng)變成現(xiàn)實。然而當今大多數(shù)家庭仍然使用的是傳統(tǒng)家用電器，本文主要設(shè)計一種可以遠程控制傳統(tǒng)家電的電話控制系統(tǒng)。家庭智能控制系統(tǒng)的主要功能集中在家庭安全報警、電話遠程控制、紅外集中遙控、自動抄表控制等方面。組網(wǎng)方式分為兩大類：有線組網(wǎng)和無線組網(wǎng)。有線組網(wǎng)主要是利用家中的電話線、單獨布置

16、通信控制線路或電力線載波通信進行組網(wǎng)；無線組網(wǎng)的主要技術(shù)有家庭射頻技術(shù)(HomeRF)、藍牙技術(shù)(Bluetooth)及家庭電話線網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟技術(shù)(HomePAN)等。電話遙控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，不需進行專門的布線，不占用無線電頻率資源，避免了電磁污染。同時，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)，因此遙控距離可跨省市，甚至跨越國家。電話屬半雙工通信手段。因此，這可以大大體現(xiàn)出利用電話進行遙控的更大優(yōu)越性。操作者可以通過各種提示音即時了解受控對象的有關(guān)信息，從而進行進一步的操作。電話遙控這一課題目前已有涉足者，但是只是還只限于實驗室階段，因而距離實際應(yīng)

17、用，尤其是對于日常生活尚有一定的差距，并不能完全體現(xiàn)出電話遙控方式的半雙工通信特點。本作品正是針對這一點進行了較大改進，采取單片機智能控制，利用不同的提示音達到對于不同操作的提示及對受控方狀態(tài)的信息反饋，從而使操作者能夠及時了解受控方信息，使產(chǎn)品達到交互式與智能化。本作品的各種電器接口、各項標準都嚴格遵循國家有關(guān)標準，為以后的產(chǎn)品化提供了良好的基礎(chǔ)。電話遠程控制系統(tǒng)接收遠端發(fā)送來的DTMF信號,并對其進行解碼,解碼后的信號再由中央處理單元采集處理,為了方便用戶使用,系統(tǒng)設(shè)計了語音提示界面,電話遠程控制系統(tǒng)一般工作在無人值守環(huán)境,所以應(yīng)具有自動摘掛機功能、復(fù)位功能；為了符合智能化要求,系統(tǒng)采用A

18、T89C51作為中央處理器。同時,電話遠程控制系統(tǒng)正常工作還需電源供電電路、驅(qū)動電路等輔助電路。由此可以看出,系統(tǒng)主要由流鈴檢測電路、自動摘掛機電路、由DTMF雙音頻解碼電路、語音提示電路、中央處理單元AT89C51、電器控制驅(qū)動電路等組成。第1章 系統(tǒng)設(shè)計可行性分析1.1 總體設(shè)計分析電話智能遙控器由單片機構(gòu)成主控部分，進行主要的信息處理，接收外部操作指令形成各種控制信號，并完成對于各種信息的記錄；接口電路提供單片機與電話外線的接口。其中包括鈴流檢測、摘掛機控制、忙音檢測、雙音頻DTMF識別，及語音提示電路。系統(tǒng)原理框圖如圖21所示。圖21系統(tǒng)組成框圖 語音提示電路是該作品重要組成

19、部分。為了降低本裝置的造價，作品的提示音使用程序產(chǎn)生。語音提示電路受單片機的控制產(chǎn)生相應(yīng)的提示音提示，并通過反饋電路反饋至電話外線。從而使操作者對電器的操作達到交互式，并能即時了解有關(guān)的信息；顯示電路用于狀態(tài)設(shè)置時的顯示；控制部分即受控的終端，如前所述，可通過接駁不同的終端并對電話進行必要的改動從而達到功能的擴展。這一點，可使產(chǎn)品達到系列化。本系統(tǒng)的每一個接口電路（振鈴檢測、模擬摘掛機、語音反饋、電器開展、雙音頻解碼等）具有很強的實用性。本系統(tǒng)使用最簡單的電路、最可靠的電路芯片實現(xiàn)了完善的功能。本系統(tǒng)還有許多可以添加的功能，具有很強的市場前景。本裝置并聯(lián)于電話機的兩端，不會影響到電話機的正常使

20、用。用戶通過異地的電話機撥通本裝置所連接外線的電話號碼，通過市局交換機向電話機發(fā)出振鈴信號，振鈴檢測電路將檢測到的振鈴信號送至系統(tǒng)的中央控制單元，如果本裝置檢測到振鈴五次，即五次響鈴后無人接，自動摘機，進入密碼檢測，輸入正確后選擇被控制電器，然后輸入開或關(guān)進行遙控電器，完成后返回，這是自動方式；第二種是手動方式。即當中央控制單元接收到振鈴信號后，便發(fā)出摘機信號，通過模擬摘掛機電路實現(xiàn)模擬摘機。同時，中央控制單元發(fā)出控制信號使語音錄放電路啟動，發(fā)出事先錄制好的語音提示。用戶聽到語音提示后便會按鍵進行操作，用戶按鍵產(chǎn)生的信號經(jīng)雙音多頻DTMF（Dual Tone Multi-Frequency）解

21、碼電路解碼后，送入中央控制單元。中央控制單元將根據(jù)DTMF解碼的結(jié)果通過驅(qū)動電路進行相應(yīng)的動作（接通分機或開關(guān)家電）。1.1.1 系統(tǒng)總體設(shè)計分析根據(jù)電話遠程智能遙控系統(tǒng)的具體設(shè)計要求：1、 通過電話網(wǎng)對異地的電器實現(xiàn)控制（開/關(guān)）；2、 控制器可以實現(xiàn)自動模擬摘掛機；3、 控制器設(shè)置密碼校驗；設(shè)計的此系統(tǒng)必須具有以下單元功能模塊：1、 鈴音檢測、計數(shù)；2、 自動摘掛機；3、 密碼校驗；4、 在線修改密碼5、 雙音頻信號解碼；6、 輸入信息分析；7、 控制電器開關(guān)；8、 電器狀態(tài)查詢；9、 忙音檢測；根據(jù)電話機和交換機發(fā)出的不同信號音以及電話線各種狀態(tài)的不同要求，結(jié)合實際情況對具體的單元功能模

22、塊作出軟件或硬件上的不同分工，具體如下：1、理論上交換機所發(fā)出的各種信號音都可以通過軟件編程而識別，即通過單片機發(fā)出的脈沖信號來檢測信號音單位時間內(nèi)的脈沖個數(shù)計算出其頻率，從而完成信號音識別。但是從系統(tǒng)的可靠性和程序的結(jié)構(gòu)設(shè)計上分析，選擇了硬件來解決振鈴音檢測、忙音檢測、雙音頻信號解碼等功能模塊。2、 自動摘掛機和電器的控制必須使用具體硬件電路來實現(xiàn)。3、振鈴音計數(shù)、忙音計數(shù)、密碼校驗、在線修改密碼、輸入信息分析、電器狀態(tài)查詢等功能模塊使用軟件編程方式要比硬件電路簡單的多，實現(xiàn)也很容易。綜上所述，本設(shè)計的信號音檢測、自動摘掛機、控制電器、雙音頻解碼等功能模塊使用硬件電路實現(xiàn)。而信號音計數(shù)、密碼

23、校驗、在線修改密碼、信息分析、電器狀態(tài)查詢等功能模塊使用軟件編程完成。1.1.2 單片機簡介本系統(tǒng)用的核心控制單片機芯片的型號是AT89C51。它是由Atmel公司生產(chǎn)的能與MCS-51系列兼容的單片機，其引腳如圖22所示。C51單片機引腳功能介紹：單片機的40個引腳大致可分為4類：電源、時鐘、控制和I/O引腳。1、  電源：（1）VCC芯片電源，接+5V；（2）VSS接地端；2、  時鐘：XTAL1、XTAL2晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。3、  控制線：控制線共有4根：（1）ALE/PROG：地址鎖存允許/片內(nèi)EPROM編程脈沖；ALE功能：用來鎖存P0口送

24、出的低8位地；PROG功能：片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，此引腳輸入編程脈沖。（2）PSEN：外ROM讀選通信號；（3）RST/VPD：復(fù)位/備用電源；RST（Reset）功能：復(fù)位信號輸入端；VPD功能：在Vcc掉電情況下，接備用電源。（4）EA/Vpp：內(nèi)外ROM選擇/片內(nèi)EPROM編程電源；EA功能：內(nèi)外ROM選擇端；Vpp功能：片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，施加編程電源Vpp。4、  按I/O線：AT89C51共有4個8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32個引腳。P3口還具有第二功能，用于特殊信號輸入輸出和控制信號（屬控制總線）。

25、1.1  硬件模塊本作品使用了大量的硬件電路完成部分功能模塊，其目的就是充分利用硬件電路的可靠性、穩(wěn)定性，使整體電路達到比較高的穩(wěn)定性，采用硬件電路實現(xiàn)部分功能，而且使用了大量的抗干擾元器件，例如：光耦合器，去耦電容等，提高系統(tǒng)的看干擾能力，從而是整個系統(tǒng)的性能更可靠。 1.1.1 模擬摘機電路因為程控電話交換機對電話摘機的響應(yīng)是電話線回路電流突然變大為約30mA的電流，交換機檢測到回路電流變大就認為電話機已經(jīng)摘機。當用戶摘機時，電話機通過叉簧接上約200的負載，使整個電話線回路流過約30mA的電流。交換機檢測到該電流后便停止鈴流發(fā)送，并將線路電壓變?yōu)槭畮追闹绷?，完成接續(xù)

26、。自動摘掛機電路可以通過單片機控制一個繼電器的開關(guān)，繼電器的控制端連接一個大約200的電阻接入電話線兩端，從而完成模擬摘掛機。1.1.2 振鈴檢測電路當用戶被呼叫時，電話交換機發(fā)來鈴流信號。振鈴為25±3伏的正弦波，諧鈴失真不大于10%，電壓有效值90±15V。振鈴以5秒為周期，即1秒送，4秒斷。根據(jù)振鈴信號電壓比較高的特點，可以先使用高壓穩(wěn)壓二極管進行降壓，然后輸入至光電耦合器。經(jīng)過光電耦合器的隔離轉(zhuǎn)換，從光電耦合器輸出的波形是時通時斷的正弦波，經(jīng)過RC回路進行濾波輸出很標準的方波。方波信號就可以直接輸出至單片機的中斷計數(shù)器輸入口，完成整個振鈴音檢測和計數(shù)的過程。1.1.

27、3 控制部分電路本單元電路主要是由反向電路、D觸發(fā)器和繼電器等控制電路組成，電路不是很復(fù)雜，只是通過單片機控制多路繼電器的開關(guān)即可，常用的電路已經(jīng)很成熟可以直接應(yīng)用。1.1.4 雙音解碼電路此部分是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵，它的工作情況直接決定了系統(tǒng)的可靠性。經(jīng)過翻閱大量的文獻資料，發(fā)現(xiàn)使用電話專用的雙音頻編解碼芯片進行輸入雙音頻信號的解碼，是比較常用的一種方法。使用集成電路不但外圍電路簡單，而且可靠性強。經(jīng)過專用集成電路的解碼，信號轉(zhuǎn)換成為不同的碼制信號，可以直接被單片機讀取。一般常用的電話雙音頻編解碼集成電路有MT8870、MT8880、MT8888等，經(jīng)過反復(fù)論證比較，決定采用雙音頻解碼集成片MT

28、8870來完成此功能模塊。有關(guān)MT8870的詳細介紹請參閱本報告的后面附錄C部分。遠程用戶通過電話按鍵發(fā)送的DTMF信號，經(jīng)耦合電容的隔直、濾波后，由MT8870接收并進行硬件譯碼，輸出的四位二進制數(shù)據(jù)直接與AT89C51單片機的P1.0P1.3口連接， MT8870接收到有效的DTMF信號并解出正確的BCD數(shù)據(jù)時，會使CID端置高電平，通知CPU取走數(shù)據(jù)。CPU從P1口讀入數(shù)據(jù)，去掉高四位后將數(shù)據(jù)保存于內(nèi)部R7寄存器單元，并對讀入的數(shù)值進行判斷，從而得到遠程控制者的輸入命令。1.1.5 語音提示電路電話遠程控制系統(tǒng)利用語音提示電路實現(xiàn)用戶和系統(tǒng)的交流。語音提示電路預(yù)先存儲若干段系統(tǒng)提示音，A

29、T89C51中央處理單元電路判斷用戶發(fā)送的DTMF信號后，對語音提示電路進行尋址，播放相應(yīng)的提示音，從而向用戶反饋信息提示下一步該如何操作。 本系統(tǒng)語音存儲采用了美國ISD公司的ISD2590芯片，該芯片具有抗斷電、音質(zhì)好，使用方便等優(yōu)點。有10個地址輸入端，尋址能力可達1024位；最多能分600段；設(shè)有OVF（溢出）端，便于多個器件級聯(lián)。ISD2590芯片如圖23所示。當有電話呼入并且電話遠程控制器拾機后，操作人員便會在語音提示電路的提示下輸入密碼，選擇通道，設(shè)定各種數(shù)值，執(zhí)行開機、掛機等操作，語音電路采用語音錄放芯片ISD2590。內(nèi)含振蕩器、防混淆濾波器、平滑濾波器、音頻放大器

30、、自動靜噪及高密度多電平閃爍存儲陣列。芯片設(shè)計是基于所有操作必須由微控制器控制，操作指令可通過串行通信接口（SPI或Microwire）送入，芯片采用多電平直接模擬量存儲技術(shù)，每個采樣值直接存貯在片內(nèi)閃存中，因此能夠非常真實，自然地再現(xiàn)語音、音樂、音調(diào)及效果聲，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”。采樣頻率可為4.0，5.3，6.4，8.0KHz，頻率越低，錄放時間越長，而音質(zhì)則有所下降，可以在斷電情況下保存100年（典型值），反復(fù)錄音10萬次，將需要提示的語音信息按段錄入到芯片后，在CPU的控制下將錄入的信息順序由音頻輸出端輸出，然后經(jīng)音頻功率放大器放大后輸送到電話線

31、路上。 1.1 軟件模塊經(jīng)過比較，決定使用AT89C51作為控制的單片機芯片，具體有關(guān)AT89C51的介紹不在這里累述，其詳細資料請參閱本報告的2.1.2部分。系統(tǒng)軟件主要功能如下：1、系統(tǒng)身份認證：功能為了保證只有合法用戶才能操作系統(tǒng)，電話遠程控制系統(tǒng)上線以后，用戶必須輸入密碼，待系統(tǒng)確認后才具有對系統(tǒng)的操作權(quán)限。2、用戶信令解釋功能：對收到的用戶信號，系統(tǒng)按照軟件設(shè)定加以解釋，并決定對語音提示電路尋址，播放相應(yīng)的系統(tǒng)提示音，實現(xiàn)用戶和電話遠程控制系統(tǒng)間的交互操作，或者對外部受控設(shè)備發(fā)出相應(yīng)的驅(qū)動信號。3、軟件定時功能：系統(tǒng)軟件設(shè)定系統(tǒng)自動復(fù)位的軟件定時器，定時器的設(shè)置值規(guī)定了系統(tǒng)

32、一次上線工作的最大時間。若一次工作超時，系統(tǒng)自動離線，進入待機狀態(tài)。1.1.1 信號音檢測本單元可以使用AT89C51的兩個計數(shù)器的外部中斷方式來實現(xiàn)對不同信號音的計數(shù)。1.1.2 密碼檢測本單元可以在系統(tǒng)初始化的時候，在單片機內(nèi)部的存儲器的內(nèi)部開辟一塊空間放置密碼。當用戶輸入密碼的時候，單片機把輸入的密碼寫入另外的一塊空間，然后利用減法運算比較兩者是否相等，這樣就可以實現(xiàn)密碼檢測的功能。1.1.3 信號分析處理本單元可以利用查表方式，也可以用簡單的語句，稍微長一點的語句實現(xiàn)，例如CASE語句等。1.2 本章小結(jié)本章主要是對系統(tǒng)的總體可行性設(shè)計進行了分析和核心控制芯片單片機AT89C51進行了

33、簡要的介紹。系統(tǒng)的總體可行性設(shè)計包括：硬件電路和軟件模塊，硬件電路的分析主要是振鈴檢測電路、模擬摘機電路、雙音解碼電路、語音提示電路、控制部分電路等部分的分析；軟件模塊的分析包括：初始化、信號音（流鈴）計數(shù)、密碼檢測、信號分析處理。經(jīng)過翻閱大量的技術(shù)資料，對具體要求實現(xiàn)的功能進行完整的系統(tǒng)分析，本設(shè)計電話遙控系統(tǒng)設(shè)計基本符合實際情況，可以完成設(shè)計任務(wù)所要求實現(xiàn)的基本功能。 后續(xù)基于單片機的家用電器電話遠程控制系統(tǒng)（2）第1章 硬件單元電路設(shè)計1.1 振鈴檢測電路在電話線路未來鈴流前，電話線路由電話交換機提供大約48V的直流電壓。當用戶被呼叫時，電話交換機發(fā)來鈴流信號。振鈴信號為25&

34、#177;3伏的正弦波，諧鈴失真不大于10%，電壓有效值90±15V。振鈴以5秒為周期，即1秒送，4秒斷。在本電路檢測鈴流信號時，以五次鈴響為準，即五次振鈴后無人摘機，便由單片機控制自動模擬摘機，振鈴檢測電路設(shè)計如圖31所示。原理說明：電話振鈴信號通過電容C1隔直、D1穩(wěn)壓二極管、R1限流電阻輸入至光電耦合器4N25的輸入端1口，C1、D1和R1共同組成振鈴信號變換電路，它們使輸入電壓和電流不會太大，對后面的光電耦合器起保護作用。光電耦合器4N25起的是隔離作用，光電耦合器是一種電信號的耦合器件，它一般是將發(fā)光二極管和光敏三極管的光路耦合在一起，輸入和輸出之間不可共地，輸入電信號加于

35、發(fā)光二極管上，輸出信號由光敏三極管取出。光電耦合器以光電轉(zhuǎn)換原理傳輸信息，它不僅使信息發(fā)出端（一次側(cè)）與信息接收并輸出端（二次側(cè)）是絕緣的，從而對電位差干擾有很強的抑制，而且具有很強的抑制電磁干擾能力、速度高、價格低、接口簡單的特點。振鈴信號通過光耦4N25的4腳輸出振鈴正弦波，R2和C2共同組成濾波電路，信號到了開關(guān)三極管T1的基極就變成了方波。經(jīng)過一個施密特反向器（可用74LS04代替）的整形輸出到單片機AT89C51的T0/P3.4口，中斷方式采用外部中斷，計數(shù)5次產(chǎn)生T0中斷，控制繼電器模擬摘機，完成振鈴音檢測。 圖31振鈴檢測電路設(shè)計原器件選取：1、C1隔直電容，因為是過濾直流，濾出

36、低頻信號，而且振鈴信號的電壓還比較高，因此選取10F耐壓100V的瓷片電容；2、D1為穩(wěn)壓二極管，選取36V的穩(wěn)壓二極管；3、R1是4N25的限流電阻，取33 k；4、IC1選取光電耦合器4N25；5、R2和C2共同組成振鈴信號音濾波電路，根據(jù)電話振鈴的技術(shù)指標：頻率25Hz的正弦波，1秒通，4秒斷，=RC可以推出0.024（S）。為了使振鈴信號音輸出很好的方波波形，如圖32所示，計算后選取R2=10k，C2=100F，=1s；圖32振鈴信號音輸出方波波形6、R3和D3共同組成振鈴指示燈，R3=100，D3為黃色5mm發(fā)光二極管；7、T1和R4組成模擬開關(guān)電路，T1選取9013，根據(jù)分壓原理和

37、74LS04的低電平有效值，R4取2.9 k；8、反向器由74LS04中的二組反向器組成，起整流作用；1.1 模擬摘掛機電路設(shè)計主要思路：根據(jù)國家有關(guān)標準規(guī)定：不論任何電話機，摘機狀態(tài)的直流電阻應(yīng)300，有“R”鍵的電子電話機的摘機狀態(tài)直流電阻應(yīng)350。在掛機狀態(tài)下，其漏電流5A。當用戶摘機時，電話機通過叉簧接上約200的負載，使整個電話線回路流過約30mA的電流。交換機檢測到該電流后便停止鈴流發(fā)送，并將線路電壓變?yōu)槭畮追闹绷鳎瓿山永m(xù)。根據(jù)有關(guān)技術(shù)指標，模擬摘掛機電路設(shè)計如圖33所示，模擬摘掛機電路主要由一個光電耦合器開關(guān)電路控制繼電器的開關(guān)，繼電器控制接入電話線兩端的200電阻。摘掛機信

38、指令由單片機通過使TXD/P3.1口變?yōu)楦唠娖綄崿F(xiàn)。經(jīng)過一個反向器驅(qū)動發(fā)光二極管D1指示摘機，同時改變光敏三極管T1的基極電壓，使T1處于導(dǎo)通狀態(tài)，從而開啟繼電器J1，J1使電阻R3接入電話線兩端。因為R3的電阻為200，使回路電流變大，控制電路向交換機發(fā)出模擬摘機的信號，交換機響應(yīng)摘機信號，完成電話線路接通。整個電路完成自動模擬摘機過程。 圖33模擬摘掛機電路根據(jù)設(shè)計原理，原器件選取如下：1、IC1是光控三極管，其中T1三極管是起對單片機控制信號的放大作用，D1是摘機指示燈，取5mm綠色發(fā)光二極管；2、R1是摘機指示燈限流保護電阻，取220；3、L1是變壓器感應(yīng)變壓輸出；4、C1起對電話線電

39、壓積累作用；5、R2是三極管限流電阻，取2k；6、D2二極管是起繼電器反向保護的作用，取4001；7、J1是繼電器控制開關(guān)，取JRC 4001F(DC5V)；8、R3是摘機電阻，取200；1.1 雙音頻解碼電路原理簡介：雙音多頻DTMF信號解碼電路采用MT8870芯片。MT8870的連線如圖34所示，它的IN+、IN-腳接收來自電話機的雙音多頻脈沖信號，該雙音多頻信號先經(jīng)其內(nèi)部的撥號音濾波器，濾除撥號音信號，然后經(jīng)前置放大后送入雙音頻濾波器，將雙音頻信號按高，低音頻信號分開，再經(jīng)高低群濾波器，幅度檢測器送入輸出譯碼電路，經(jīng)過數(shù)字運算后，在其數(shù)據(jù)輸出端（1114腳）輸出相對應(yīng)的8421碼。MT8

40、870的數(shù)據(jù)輸出端Q4Q1連到AT89C51的P1口的P1.0P1.3，單片機經(jīng)P1口識別4位代碼。MT8870芯片簡介和電話按鍵與相應(yīng)譯碼（Q4Q1）輸出見附錄C。其中，A，B，C，D 4個按鍵常被當作R/P，REDIAL，HOLD，HANDSFREE等功能使用。注意，需要特別指出的是，對于“0”號碼，MT8870輸出的8421碼并非是“0000”，而是“1010”；另外，“*”，“#”字號碼，MT8870輸出的8421碼分別為“1011”和“1100”。為了使單片機AT89C51獲取有效數(shù)據(jù)，MT8870的CID有效端經(jīng)施密特反相器后接AT89C51的INT0引腳。當MT8870獲取有效雙

41、音多頻信號后，CID電平由低變高，再反相為低，單片機檢測后，指示P1口接收有效二進制代碼。而無效的雙音頻信號（電話線路雜音、人們的語音信號等）是不會引起MT8870的CID端變化的。DTMF接收器的外圍電路如圖3.4所示。其中，接在電源處的電容對抗干擾有一定的作用。在實際應(yīng)用中，存在這樣一個問題：MT8870的使能控制端不允許中斷時，將使MT8870的CID端中斷關(guān)閉。其解決辦法是，將CID端接與非門的一端輸入，與非門的另一輸入端接一不定電平端P。對CID的有效控制（即中斷開放）為，EN=1則P3.2/INT0中斷允許；EN=0時則P3.2/INT0中斷關(guān)閉。本單元元器件列表：1、R1、R2、

42、C1和C2共同組成整流電路，其中R1、R2均取17K,C1、C2隔直電容，均取0.1F；2、R3、R4、R5是輸入平衡電阻，取100K,3、芯片外部晶振Y1選擇3.579MHz；4、IC1是雙音頻解碼芯片，選取MT8870；5、C3選取0.1F；6、R6是輸出平衡電阻，選取470K；7、反向器選取74LS04的一組反向器；圖34 DTMF解碼電路 DTMF技術(shù)是一種利用聲音頻率的不同音調(diào)來傳送撥號信號以取代直接撥號脈沖的方法。DTMF是由低頻組（697Hz941Hz）和高頻組（1209Hz1633Hz）兩組頻率信號疊加構(gòu)成的。設(shè)v(t)為DTMF信號，vl(t)和vh(t)分別代表選

43、自低頻組和高頻組的兩個信號，它們之間滿足關(guān)系v(t) = vl(t) + vh(t) = Asinlt + Bsinht。低頻組和高頻組中均僅有4個獨立的音調(diào)，這些音調(diào)的選擇是依據(jù)它們之間的諧波不相關(guān)，它們的互調(diào)制信號對主信令的影響最小。DTMF信號共有16（24）種組合，其中10種組合分別代表數(shù)字0到9，其余6種組合（#、*、A、B、C、D）用做特別的信令。CCITT和我國國家標準都規(guī)定了電話鍵盤按鍵與DTMF信號的對應(yīng)關(guān)系，如表35所示。表35  電話鍵盤按鍵與DTMF信號的對應(yīng)關(guān)系電話鍵盤按鍵高頻組(Hz)1209133614771633低頻組(Hz)697123A770456

44、B852789C941*0#DMT8870 芯片介紹：實現(xiàn)DTMF解碼的芯片是MT8870，它是MITEL公司生產(chǎn)的,為CMOS電路,DIP封裝。它具有DTMF信號分離濾波和譯碼功能，可直接與MCS-51系列單片機接口。圖36為MT8870引腳分配圖。其引腳說明如下：IN+、IN-為運放的同、反相輸OSCI入,DTMF信號輸入端；FB為運放輸出端，通過外部接入的反饋電阻可調(diào)節(jié)其內(nèi)部放大器增益；VREF為基準電壓輸出；IC為內(nèi)部連接點,應(yīng)接至VSS端；OSCI、OSCO為振蕩器輸入、輸出可外接3.58MHZ晶振；EN為數(shù)據(jù)輸出控制端，當它為高電平時允許輸出數(shù)據(jù)Q1Q4為數(shù)據(jù)輸出端；CID為延遲控

45、制輸出端;CI/GTO為控制輸入端/時間監(jiān)測輸出端;ECO為初始控制輸出端；VDD、VSS為正負電源。 圖36  MT8870引腳 MT8870的輸出代碼（Q8Q4Q2Q1）與電話鍵盤上按鍵的對應(yīng)關(guān)系如表37所示：按鍵輸出代碼按鍵輸出代碼按鍵輸出代碼按鍵輸出代碼Q8Q4Q2Q1Q8Q4Q2Q1Q8Q4Q2Q1Q8Q4Q2Q110 0 0 150 1 0 191 0 0 1A1 1 0 120 0 1 060 1 1 001 0 1 0B1 1 1 030 0 1 170 1 1 1×1 0 1 1C1 1 1 140 1 0 081 0 0 01 1 0

46、 0D0 0 0 01.2 信號音提示電路原理說明：為了方便本系統(tǒng)的使用，設(shè)計了信號音提示音電路如圖38，首先規(guī)定了信號音的規(guī)范以及其對應(yīng)含義：1、響1聲，頻率為500Hz：請輸入密碼；2、響2聲，頻率為500Hz：請輸入需要控制的電器號；3、響3聲，頻率為500Hz：請輸入控制開/關(guān)；4、響1聲，頻率為1000Hz：完成操作；5、響3聲，頻率為1000Hz：密碼錯誤；語音提示芯片ISD2590的最高地址位PLAYL(腳9)，PLAYE(腳10)置為高電平時，芯片即進入操作模式狀態(tài)。操作模式根據(jù)引腳A0A7的高低電平不同組合總共分為256種不同的模式，實現(xiàn)不同的功能。為盡量節(jié)省I/O口線，采用

47、了M1和M6相結(jié)合的方法實現(xiàn)對ISD2590操作，將所需的語音通過開始/暫停按鈕一段一段從話筒錄入芯片，只需記住各段的序號即可。ISD2590的信息檢索模式的使用方法：首先將芯片的錄放控制P/R端置高，地址位A0A7置高，現(xiàn)在芯片即處于信息檢索模式的信息讀取狀態(tài)。要播放第N段的語音，先給PD端一高電平脈沖，使地址指針復(fù)位為0。因為所有的序號都以存儲器起始處為基準，除第一段外，只需要CE端收到10us低脈沖，即可使地址指針按A0-A7尋址第N段的開始處，然后拉高SP+，在CE端加一個低脈沖即可播放第N段的語音信息，直到此段后的EOM標志出現(xiàn)為止。由此可知準確檢索的關(guān)鍵在于正確檢測到每一段的EOM

48、結(jié)束標志。因為在快進狀態(tài)下，EOM脈沖的寬度只有10us左右，對于速度不高的單片機不易檢測到，此時可用外部中斷來檢測EOM標志位。信號音從ISD2590的SP+口輸出，先經(jīng)過一組反向器進行整流、隔離，從反向器輸出的是頻率一定，時通時斷的方波，提示信號經(jīng)過隔直電容C1輸入到音頻放大集成電路LM386N-1的輸入端。經(jīng)過LM386N-1的放大，信號音經(jīng)耦合電容C4至變壓器T1，它是音頻輸出專用的耦合變壓器，正好符合阻抗匹配的要求。(本電路重點在于耦合變壓器T1(參看模擬摘掛機電路)的選取。因為電話線中直流電壓比較高，而且還有各種信號音，這些都會影響到語音信號加載到電話線上，因此本裝置使用一個耦合變

49、壓器作為隔離器件。這個耦合變壓器的阻抗匹配問題是設(shè)計的難點，這種耦合變壓器分兩種，一種是輸入，一種是輸出，經(jīng)過實驗表明輸入用的耦合變壓器反饋語音性能比較好，其體積大約是10mm×10mm×8mm。)音頻放大集成電路LM386的連接比較簡單，本裝置的使用是LM386放大增益為50dB的連接方式。利用LM386低壓音頻功率放大器，LM386是為低壓用戶設(shè)計的功率放大器，內(nèi)部增益為20倍，在1腳和8腳接電阻和電容時，可使增益增加到200倍，用途廣泛，使用方便，外接元件數(shù)目較少，本系統(tǒng)的音頻放大電路如圖39所示。圖38信號音提示音電路原器件選?。?、反向器選取74LS04中的一組反

50、向器；2、C1的是對音頻信號起隔直耦合的作用，所以取100F的電解電容，耐壓性能無特殊要求；3、IC1、R1、R2、R3、R4、C2、C3和C4共同組成音頻放大電路，IC1選取LM386N-1，R1取1k，R2取1k，R3取20K，R4取10K,C2取10F的電解電容，C3取10F的電解電容，C4取100F的電解電容；4、T1是音頻輸出專用變壓器(參看模擬摘掛機電路)；圖39音頻放大電路 1.3 電器控制電路原理說明：本單元電路主要是由反向電路、D觸發(fā)器和繼電器等控制電路組成。電路圖如圖310所示。首先，單片機AT89C51從P0口的八位都用作輸出控制信號。這八位數(shù)據(jù)連接八個反向器進

51、行整流隔離，然后連接D觸發(fā)器進行數(shù)據(jù)鎖存。每個D觸發(fā)器的輸出端都控制一路繼電器，而每一路繼電器也控制一路電器的開關(guān)。二極管指示燈串聯(lián)在開關(guān)三極管基極作為電器開關(guān)指示。這樣就可以完成單片機對多路電器的控制。設(shè)計采用控制帶有繼電器的電源插座來實現(xiàn)對家電的最終控制，諸如電飯煲、熱水器、空調(diào)之類的電器只需插上插頭，主控單片機即可通過控制插座中各繼電器來控制電器電源的通斷。該方式簡單且易于實現(xiàn)。圖3.7所示的為一路電器控制電路圖，在本裝置中一共有八路電器可以控制，其它電器控制相同。 元器件選?。?、反向器選取兩片74LS04（每一片內(nèi)有六個反向器）中的九個反向器；2、繼電器開關(guān)K1-8選取八個

52、JRC-4100F DC5V繼電器；3、D觸發(fā)器IC1_8選取四片4013（每一片內(nèi)有兩個D觸發(fā)器）；4、三極管T1_8選取八個9013；5、二極管D1_8起保護作用，選取八個4001；6、指示燈LCD1_8選取八個紅色5mm發(fā)光二極管；7、指示燈限流電阻R11_R18選取八個1k的電阻；8、三極管的限流電阻R21_R28選取八個2k的電阻；1.4 本章小結(jié)本章主要是對系統(tǒng)所涉及到的六部分硬件模塊進行了詳細的功能介紹、工作原理、設(shè)計實現(xiàn)方法、硬件品質(zhì)選擇及參數(shù)要求等。硬件單元電路設(shè)計包括的六部分是：振鈴檢測電路、模擬摘掛機電路、雙音頻解碼、信號音提示電路、音頻放大電路、電器控制電路。此外還給出

53、了用Protel 99 SE設(shè)計的各部分電路結(jié)構(gòu)圖。第2章 軟件設(shè)計本系統(tǒng)的軟件設(shè)計主要分為系統(tǒng)初始化、振鈴檢測計數(shù)、控制摘掛機、雙音頻信號分析處理、語音提示、密碼處理、控制電器等部分組成。每個功能模塊對于整體設(shè)計都是非常重要的，單片機AT89C51通過軟件程序才能很好的對外部的信息進行采集、分析、決策和執(zhí)行。下面就整體設(shè)計以及每個單元功能模塊分別進行說明。整體流程圖如41圖所示：圖41 整體流程圖1.1 單片機初始化單片機的存儲系統(tǒng)的分配利用在其工作過程中起非常大的作用，所以就必須對其進行必要的初始化。程序代碼：（1）片內(nèi)RAM初始化子程序IBCLR： MOV  A，R0MOV&#

54、160; R1，ACLR  AIBC1 ：  MOV  R1，AINC  R1DJNZ  R7，IBC1RET（2）片外RAM初始化子程序EBCLR1： MOV  A，ADDPLMOV  DPL，AMOV  A，ADDPHMOV  DPH，ACLR  CEBC11：   MOVX  DPTR，AINC  DPTRDJNZ  R7，EBC11RET（3）片外RAM初始化子程序(雙字節(jié)單元)EBCLR2： MOV  A，ADDPLMOV&#

55、160; DPL，AMOV  A，ADDPHMOV  DPH，AMOV  A，R7JZ  EBC21INC  R6EBC21：   CLR  AMOVX  DPTR，AINC  DPTRDJNZ  R7，EBC21DJNZ  R6，EBC21RET1.2 振鈴計數(shù)模塊本單元是通過計數(shù)器T0的外部中斷方式來計數(shù)的。程序代碼：ORG  0090HTT0： SETB 7DHRETI1.1 語音提示模塊本功能模塊主要是產(chǎn)生信號提示音，方便不同的使用者。根據(jù)普通人耳的反應(yīng)頻率

56、為20Hz至20KHz的范圍，而CCITT規(guī)定的電話話音信號的頻率范圍是300Hz至3400Hz，所以在本功能單元的發(fā)聲頻率定為500Hz和1000Hz兩種。主要分為五種提示音：1、一聲低音，表示裝置已經(jīng)摘機，請輸入密碼，其參數(shù)：頻率f=500Hz，延時t=0.5秒/聲；2、兩聲低音，表示密碼已經(jīng)通過，請選擇電器，其參數(shù)：頻率f=500Hz，延時t=0.5秒/聲；3、三聲低音，表示電器已經(jīng)選定，請控制（開/關(guān)），其參數(shù)：頻率f=500Hz，延時t=0.5秒/聲；4、三聲高音，表示密碼輸入錯誤，其參數(shù)：頻率f=1000Hz，延時t=0.3秒/聲；5、一聲高音，表示控制已經(jīng)完成，其參數(shù)：頻率f=1

57、000Hz，延時t=0.3秒/聲；提示音發(fā)生是使用有限循環(huán)，反復(fù)使單片機的RXD口的電平反轉(zhuǎn)，從而形成方波信號 。子程序代碼：ORG 1100HRING10：MOV  R6，#20           ；請輸入密碼，RING11：MOV  R7，#20           ；500Hz，RING12：LCALL  DL10    

58、;        ；發(fā)出提示音，1CPL  P3.0                ；延時0.5sDJNZ  R7，RING12DJNZ  R6，RING11CLR  P3.0RETORG  1150HRING20：MOV R3，#03RING21：MOV  R6，#20    

59、       ；選擇電器，RING22：MOV  R7，#20           ；500Hz，RING23：LCALL  DL20            ；發(fā)出提示音2，CPL  P3.0         

60、       ；延時0.3sDJNZ  R7，RING23DJNZ  R6，RING22CLR  P3.0MOV  R7，#200RING24：LCALL  DL10DJNZ  R7，RING24DJNZ  R3，RING21CLR  P3.0RETORG  1200HRING30：MOV  R3，#02RING31：MOV  R6，#20       &#

61、160;   ；電器控制，RING32：MOV  R7，#20           ；500Hz，RING33：LCALL  DL10            ；發(fā)出提示音3，CPL  P3.0            &#

62、160;   ；延時0.3sDJNZ  R7，RING33DJNZ  R6，RING32CLR  P3.0MOV  R7，#200RING34：LCALL  DL10DJNZ  R7，RING34DJNZ  R3，RING31CLR  P3.0RETORG  1250HRING40：MOV  R3，#03RING41：MOV  R6，#20           ；輸入

63、的密碼錯誤，RING42：MOV  R7，#20           ；1000Hz，RING43：LCALL  DL10            ；發(fā)出提示音4，CPL  P3.0               

64、 ；延時0.3sDJNZ  R7，RING43DJNZ  R6，RING42CLR  P3.0MOV  R7，#100RING44：LCALL  DL10DJNZ  R7，RING44DJNZ  R3，RING41CLR  P3.0RETORG  1300HRING50：MOV  R6，#40            ；操作完成，RING51：MOV  R7，#20            ；1000Hz，RING52：LCALL  DL20