《基于單片機(jī)的家電遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（論文）》

基于單片機(jī)的家電遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)241181.緒論 5155051.1選題背景 6251491.2課題設(shè)計(jì)目標(biāo) 679842.系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)和主要芯片選擇 6199432.1系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 67022.2主要芯片介紹 731202.2.1AT89C51 7305032.2.2DTMF芯片 8252892.2.3AT24C02 948633.控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 9325033.1振鈴測(cè)試和模擬摘機(jī) 98823.2語音提示電路 1087793.3單片機(jī)控制和密碼存儲(chǔ)電路 11288223.4DTMF測(cè)試電路 11138543.5繼電器控制電路 123774.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 1410234.1系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)基本思路 14259464.2定時(shí)中斷子程序 156244.3MT8870中斷子程序 16132955.系統(tǒng)調(diào)試 19247375.1整體系統(tǒng)調(diào)試 1917580家電遠(yuǎn)程操控的測(cè)試環(huán)節(jié)對(duì)于必要的硬件設(shè)備是不可缺少的，為了調(diào)試順利進(jìn)行，將根據(jù)系統(tǒng)準(zhǔn)備好一下設(shè)備： 194374(1)一個(gè)值為5v的有線直流電源 1923906(2)數(shù)字萬用表一個(gè) 1921076(3)兩根電話線 1923213(4)周立功編程器和計(jì)算機(jī) 19281635.2硬件調(diào)試 19187045.3軟件調(diào)試 19271826.畢業(yè)設(shè)計(jì)總結(jié)與致謝 20緒論選題背景隨著現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速進(jìn)步和發(fā)展，人對(duì)生活質(zhì)量的要求也愈來愈高，而對(duì)家用電器的需求早已不再局限與四件套,五件套，而是隨著時(shí)代進(jìn)步逐步轉(zhuǎn)為智能化，其實(shí)“智能家居”的理念早已被提出，但一直沒有具體建筑實(shí)施工程，直到20世紀(jì)80年代，美國提出第一套智能家居系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了智能家居從無到有的重大突破，進(jìn)入21世紀(jì)以后，rfid技術(shù)的出現(xiàn)使得互通互聯(lián)從錯(cuò)綜復(fù)雜的有線方式換為了更簡(jiǎn)潔的無線方式。但為了滿足人們的快節(jié)奏生活，迫切需要在家中能夠營造一個(gè)能使人們提供方便至上的生活環(huán)境。用電話進(jìn)行遠(yuǎn)程控制是具有很大優(yōu)勢(shì)性的，所以設(shè)計(jì)出一種用電話進(jìn)行遠(yuǎn)程控制的設(shè)備或電路,會(huì)為人們的生活水平提供很大的方便。家用電器遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)由三部分組成：遠(yuǎn)程控制模塊、智能控制模塊以及主要功能模塊。嵌入式控制器遠(yuǎn)程電話線主要來自用戶接收通過通信網(wǎng)絡(luò)并行地嵌入式控制指令和信息家電解碼嵌入式智能控制器嵌入的電話線對(duì)系統(tǒng)發(fā)出嵌入式控制家電的指令。1.2課題設(shè)計(jì)目標(biāo)課題設(shè)計(jì)目的是客戶在外面也能通過手機(jī)終端來實(shí)現(xiàn)對(duì)家用電器的遠(yuǎn)程操作與控制，實(shí)現(xiàn)這種控制操作的目的在于體現(xiàn)時(shí)代科技性帶來的更人性化更方便化的智能家居模式。這種智能家居模式的功能在于可實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)對(duì)家用電器的遠(yuǎn)程控制;給控制系統(tǒng)雙方實(shí)現(xiàn)在線身份信息驗(yàn)證與在線密保修改等功能;控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)語音提示功能,簡(jiǎn)化系統(tǒng)操作，優(yōu)化客戶體驗(yàn)。2.系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)和主要芯片選擇2.1系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)家電控制系統(tǒng)主要由兩個(gè)主控控制部分組成：系統(tǒng)主機(jī)接口和單片機(jī)控制接口,主要功能一是對(duì)各種控制信息進(jìn)行處理并記錄,二是采集來自外部的控制操作指令并生成多種控制信號(hào)。在控制接口中存在一種專用于管理單片機(jī)與有線座機(jī)的連接以及各種控制電路的接口連接。它主要包括振鈴測(cè)試電路、摘掛機(jī)自動(dòng)切換電路、雙音多頻信號(hào)譯碼電路、電話提示電路及一個(gè)單片摘掛機(jī)驅(qū)動(dòng)繼電器運(yùn)行自動(dòng)控制?？傮w設(shè)計(jì)框圖如下圖3-1所示。振鈴測(cè)試電路AT89C51振鈴測(cè)試電路AT89C51模擬控制摘機(jī)電話機(jī)端口繼電器1監(jiān)測(cè)電路繼電器1監(jiān)測(cè)電路繼電器2電話提示電路DTMF譯碼電路繼電器2電話提示電路DTMF譯碼電路電源電路電源電路3-1系統(tǒng)總體框圖該系統(tǒng)以單片機(jī)AT89C51為中心處理單元，還包括多音頻譯碼芯片MT8870和聲道譯碼芯片ISD2560。AT89C51在譯碼電話振鈴信號(hào)時(shí)，還控制著信號(hào)加密處理以及振鈴次數(shù)的記錄統(tǒng)計(jì)。此系統(tǒng)主要具有以下幾個(gè)單元的主要功能模塊:(1)電話機(jī)振鈴音信號(hào)測(cè)試、計(jì)數(shù);(2)自動(dòng)控制模擬電話摘掛機(jī);(3)電話機(jī)密碼的校驗(yàn);(4)電話機(jī)在線自動(dòng)修改電話機(jī)密碼;(5)電話機(jī)雙音頻振鈴信號(hào)的測(cè)試和解碼;(6)對(duì)座機(jī)輸入信號(hào)的處理;(7)家用電器開關(guān)的自處理;(8)電器運(yùn)行情況監(jiān)測(cè);系統(tǒng)突出了電話遙控的特點(diǎn)，具有信息采集和反饋處理功能,并致力于使電話遙控產(chǎn)品在市場(chǎng)上達(dá)到非常高性價(jià)比。2.2主要芯片介紹2.2.1AT89C51AT89C51單片機(jī)用閃爍4K字節(jié)的，低電壓的可擦可編程只讀存儲(chǔ)器，高性能CMOS8位微處理器，采用USATMEL公司高密度非易失性存儲(chǔ)器件的制造技術(shù)USATMEL公司。由于8位CPU和多功能組合在單個(gè)閃速存儲(chǔ)器芯片，AT89C51微控制器是圖3-2中示出：AT89C51功能介紹：1、兼容51系列單片機(jī)指令系統(tǒng)；2、Flash4K閃存；3、擁有1000次反復(fù)擦寫；4、6個(gè)中斷；5、32個(gè)輸入輸出口；6、2個(gè)16位定時(shí)器與計(jì)數(shù)器；7、多級(jí)內(nèi)存加密處理；8、8位內(nèi)部隨機(jī)存取存儲(chǔ)器；9、0Hz～24Hz范圍的全靜態(tài)；模式有低功耗空閑狀態(tài)和掉電狀態(tài)。3-2AT89C51單片機(jī)引腳2.2.2DTMF芯片MT8870有著用來收集譯碼信號(hào)的雙音多頻電路，這種電路在目前的譯碼電路中應(yīng)用廣泛，在數(shù)字信號(hào)濾波器模塊里,它具有NF和信號(hào)解碼功能并把開關(guān)濾波器和電容技術(shù)結(jié)合在一起，然后在芯片上放置的差分信號(hào)輸入放大器，外加CLOCK晶振和可鎖存的三態(tài)信號(hào)輸出，有這三種器件可完成大部分功能，可有效節(jié)省器件空間，使系統(tǒng)簡(jiǎn)潔化更明顯。2.2.3AT24C02AT24C02所采用的存儲(chǔ)是一個(gè)閃存內(nèi)含256×8位的動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)磁盤空間,具有內(nèi)存寫入快和工作電壓寬、擦寫工作次數(shù)多、寫入快和輸出運(yùn)行速度快等特點(diǎn)。AT24C02中繼器采用了一個(gè)帶有片內(nèi)內(nèi)存數(shù)據(jù)包的寫入輸出地址的數(shù)據(jù)寄存器。每一次數(shù)據(jù)寫入或存取讀出一個(gè)片內(nèi)片外數(shù)據(jù)地址字節(jié)后,該片內(nèi)數(shù)據(jù)地址寫入寄存器后該地址主動(dòng)加一,這是為了方便再次讀寫下一個(gè)存儲(chǔ)單元。數(shù)據(jù)讀取字節(jié)都每次以一次寫入的方式依次對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取，器件規(guī)則規(guī)定一次可最多寫入可寫的8個(gè)字節(jié)。I2C系列數(shù)字通信總線系統(tǒng)是一種廣泛應(yīng)用于能在IC和C系列射頻器件之間自動(dòng)完成連接的新型通用二線制射頻數(shù)字通信總線。它通過SDA(并列串行數(shù)字二進(jìn)制時(shí)鐘數(shù)據(jù)線)與SCL(串列并行時(shí)鐘數(shù)據(jù)線)在數(shù)字時(shí)鐘總線上相連，然后通過串行二進(jìn)制接口器件間的自動(dòng)識(shí)別并交換地址信息,并根據(jù)每個(gè)器件的連接地址信號(hào)自動(dòng)識(shí)別每個(gè)串行二進(jìn)制接口器件。3.控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)設(shè)計(jì)目的首先考慮的一點(diǎn)是遠(yuǎn)程控制家用電器的穩(wěn)定和可靠程度的可提升性，即系統(tǒng)最大限度的提升自身穩(wěn)定，所以特選用很多硬件來輔助單片機(jī)完成系統(tǒng)功能模塊。這些硬件電路中主要的組成部分包括測(cè)試座機(jī)的線路摘掛機(jī)的和響鈴的集成電路,檢查測(cè)量語音信號(hào)提示電路,單片機(jī)自動(dòng)運(yùn)行和加密信號(hào)存儲(chǔ),測(cè)試雙音多頻和驅(qū)動(dòng)電路。3.1振鈴測(cè)試和模擬摘機(jī)振鈴測(cè)試的主要就是用于測(cè)試當(dāng)振鈴時(shí)線路中存不存在信號(hào),即移動(dòng)端和交換機(jī)通信時(shí),交換機(jī)就會(huì)發(fā)出振鈴信號(hào)。典型的振鈴信號(hào)測(cè)試與模擬摘機(jī)電路如下圖3-1所示。圖3-1典型的振鈴測(cè)試與模擬摘機(jī)電路3.2語音提示電路語音提示電路作為系統(tǒng)的重要模塊,要求能快速給系統(tǒng)用戶配置更簡(jiǎn)潔更有效的語音提示信息,從而使語音提示電路更方便操作,語音系統(tǒng)電路配置了更優(yōu)秀的語音提示模塊,將一些語音操作提示直接儲(chǔ)存在語音提示模塊中,分析不同的雙音多頻信號(hào)來選擇與之對(duì)應(yīng)的語音操作提示,使用戶得到更好的操作體驗(yàn),因?yàn)橹苯訉⒄Z音提示信息存儲(chǔ)于模塊中，導(dǎo)致存儲(chǔ)空間需求過大，為滿足這一點(diǎn)，本設(shè)計(jì)特采用可以存儲(chǔ)60S的語音信息的ISD2560芯片，足以滿足本系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求,電路如圖3-2所示。 圖3-2語音提示電路3.3單片機(jī)控制和密碼存儲(chǔ)電路單片機(jī)AT89C51作為主要控制模塊，負(fù)責(zé)對(duì)信號(hào)的處理與控制,使用帶電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器存儲(chǔ)密碼。為節(jié)省器件空間和減少系統(tǒng)輸入輸出端口，存儲(chǔ)器配置了2k容量的24C02，且有掉電保護(hù)。如圖3-3所示密碼存儲(chǔ)電路。圖3-3密碼存儲(chǔ)電路3.4DTMF測(cè)試電路此系統(tǒng)運(yùn)行流暢的可靠保障是保證雙音多頻測(cè)試電路的可靠運(yùn)行。雙音多頻編、譯碼方式是各種電話呼叫集成系統(tǒng)中主流方式,抗干擾性突出就是其優(yōu)勢(shì)所在。在系統(tǒng)中經(jīng)常應(yīng)用的電路信號(hào)的測(cè)試和解碼是通過特別的DTMF信號(hào)編譯碼集成芯片實(shí)現(xiàn)。因此系統(tǒng)設(shè)計(jì)不但簡(jiǎn)潔，還保證了系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。測(cè)試和解碼電話特異性雙音集成電路之后，信號(hào)可被轉(zhuǎn)換成不同的代碼系統(tǒng)的信號(hào)可以由微控制器直接讀取。反復(fù)論證和比較之后，它可以使用雙音頻編碼解碼器芯片MT8870集成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)直接完成這個(gè)功能模塊來確定。在如圖3-4所示的DTMF信號(hào)測(cè)試集成電路。圖3-4DTMF測(cè)試電路單片機(jī)主控內(nèi)部電話線的一個(gè)雙音多頻輸出信號(hào)給到MT8870接收器，在準(zhǔn)備高頻輸出時(shí),P3.2給一個(gè)中斷的高頻信號(hào)。3.5繼電器控制電路電器的自動(dòng)控制電路可以認(rèn)為是通過采用開關(guān)繼電器,可控多晶硅等多種開關(guān)控制元件作用來同時(shí)自動(dòng)控制家用電器強(qiáng)電的通與過中斷,為了更好地能夠達(dá)到電話控制機(jī)實(shí)現(xiàn)家電開關(guān)按鍵的功能,此處設(shè)計(jì)了兩處按鍵分別連接兩個(gè)繼電器,如下圖圖3-5所示。圖3-5電器控制電路單片機(jī)控制著繼電器的開啟關(guān)閉,繼電器還可以自行延時(shí)來決定開關(guān)的開啟與關(guān)閉。在繼電器系統(tǒng)中有三個(gè)控制按鍵：兩個(gè)按鍵負(fù)責(zé)控制兩個(gè)繼電器開啟與關(guān)閉,還有一個(gè)復(fù)位按鍵，其作用是初始化密碼。4.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)基本思路系統(tǒng)軟件流程圖主要包括振鈴測(cè)試模塊、模擬摘機(jī)模塊、信號(hào)音提示模塊等功能模塊。程序開始后，先通過正常的振鈴測(cè)試，然后模擬摘機(jī)，在聽到信號(hào)的提示音后輸入密碼，如果密碼正確，代表操作完成，電話掛機(jī)，操作結(jié)束。應(yīng)用程序的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其工作基本流程如下表圖4-1所示開始5次正常振鈴密碼正確否振鈴測(cè)試模擬摘機(jī)信號(hào)音提示開始5次正常振鈴密碼正確否振鈴測(cè)試模擬摘機(jī)信號(hào)音提示 N 操作完成否操作完成否Y掛機(jī)掛機(jī)結(jié)束結(jié)束圖4-1系統(tǒng)軟件流程圖由于家用電器遠(yuǎn)程控制需要極高的流暢性與準(zhǔn)確率作為保障，因此它的可靠性提高需要考慮到方方面面,為此不僅在硬件的選擇上需要簡(jiǎn)潔，在軟件的編程方面同樣要做到簡(jiǎn)潔高效，二者相輔相成，使用軟件編程來對(duì)系統(tǒng)硬件功能控制與電話交換機(jī)的結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。因此,在電路系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中軟件設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)與硬件設(shè)計(jì)同樣重要。4.2定時(shí)中斷子程序定時(shí)中斷在整個(gè)家電遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)中的地位重要至極，什么時(shí)候開中斷，什么時(shí)候關(guān)中斷都直接影響著系統(tǒng)運(yùn)行。定時(shí)的中斷是一個(gè)用于兩路中斷電器之間延時(shí)的開和關(guān)中斷時(shí)間的最小單位計(jì)時(shí),延遲打開和關(guān)閉應(yīng)具有的計(jì)數(shù)值，當(dāng)所述計(jì)數(shù)器的打開和關(guān)閉被降低到0，為雙向電中斷操作。voidtimer0()interrupt1using1{TL0=0xb0;TH0=0x3c;dlycount1--;if(dlycount1==0){dlycount1=1200;if(opencount1!=0){opencount1--;if(opencount1==0){p24=0;}}if(opencount2!=0){opencount2--;if(opencount2==0){p25=0;}}if(closecount1!=0){closecount1--;if(closecount1==0){p24=1;}}if(closecount2!=0){closecount2--;if(closecount2==0){p25=1;}}if(!(opencount1|opencount2|closecount1|closecount2)){TR0=0;}}}4.3MT8870中斷子程序?qū)τ谙到y(tǒng)中斷而言，可屏蔽的中斷被稱為外部中斷，MT8870DTMF譯碼芯片時(shí)需要一個(gè)外部中斷作為輔助,每當(dāng)雙音多頻信號(hào)被譯碼成功后，它就會(huì)在固定引腳產(chǎn)生一個(gè)用來表示譯碼成功的高頻信號(hào)，當(dāng)看到此高頻信號(hào)，也就說明又一個(gè)信號(hào)被譯碼成功了。voidint0()interrupt0using1{uchari,j,k;k=0;dat=P1;dat=dat&0x0f;if(allow==1){function();}if(allow==0){count1++;if(count1<7){if(dat==10){data1[count1-1]=0;}else{data1[count1-1]=dat;}}else{if(dat==0x0c){for(i=0;i<6;i++){if(passward[i]==data1[i]){k++;_nop_();}}if(k==6){allow=1;count1=0;i=0;j=0;k=0;//修改密碼}你需要輸入正確的密碼<br>play(5);}else{allow=0;j++;i=0;k=0;count1=0;if(j==1){play(1);}if(j>=2){p31=1;j=0;}//密碼輸入錯(cuò)誤兩次則掛機(jī)}}}}}5.系統(tǒng)調(diào)試5.1整體系統(tǒng)調(diào)試家電遠(yuǎn)程操控的測(cè)試環(huán)節(jié)對(duì)于必要的硬件設(shè)備是不可缺少的，為了調(diào)試順利進(jìn)行，將根據(jù)系統(tǒng)準(zhǔn)備好一下設(shè)備：一個(gè)值為5v的有線直流電源數(shù)字萬用表一個(gè)兩根電話線周立功編程器和計(jì)算機(jī)5.2硬件調(diào)試系統(tǒng)采用單片機(jī)作為核心處理,調(diào)試時(shí)要保持手機(jī)硬件通信暢通。先進(jìn)行的是解碼移動(dòng)中斷的雙音多頻信號(hào)，調(diào)試振鈴測(cè)試電路。（1）先使用萬用表檢查實(shí)驗(yàn)電路的完整性，即系統(tǒng)電路是否有短接和斷路。（2）打開電源開關(guān),觀察MT8870芯片和AT89C51芯片的運(yùn)行情況，在接通電源的情況下，能否正常運(yùn)行。（3）使用smartprox5編程器，把目標(biāo)振鈴信號(hào)從編程器上下載解碼到單片機(jī)AT89C51中,使用移動(dòng)終端向系統(tǒng)發(fā)送雙音多頻信號(hào),看譯碼