基于單片機(jī)的空調(diào)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于單片機(jī)的空調(diào)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

隨著家庭電話的普及，通過(guò)電話遠(yuǎn)程控制家庭電話是未來(lái)家電的發(fā)展方向。實(shí)際上,在消費(fèi)需求更趨個(gè)性化、人性化、現(xiàn)代化的今天,用戶(hù)已經(jīng)對(duì)傳統(tǒng)的空調(diào)產(chǎn)品提出了新的要求:即是否可以通過(guò)廣泛存在的電話網(wǎng)絡(luò)來(lái)控制自己的空調(diào)系統(tǒng),從而實(shí)現(xiàn)空調(diào)開(kāi)/關(guān)機(jī)、溫度設(shè)定等遠(yuǎn)程操作。以PIC16C54單片機(jī)為主控制器的家用空調(diào)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng),就是基于以上思想而設(shè)計(jì)的。利用該控制系統(tǒng),用戶(hù)可以通過(guò)任意一部雙音頻電話(包括手機(jī)和固定電話)遠(yuǎn)程遙控家中的空調(diào)。例如當(dāng)用戶(hù)要下班時(shí),可以通過(guò)電話提前打開(kāi)空調(diào),用戶(hù)回到家里時(shí),房子里溫度剛剛好。1遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)為簡(jiǎn)化電路、降低成本、提高可靠性,系統(tǒng)采用PIC16C54作為主控制器,它是由美國(guó)Microchip公司生產(chǎn)的8位一次性用戶(hù)可編程(OTP)單片機(jī),該單片機(jī)為RISC結(jié)構(gòu),內(nèi)部采用高速CMOS工藝,在4MHz的工作頻率下,每一個(gè)指令周期為1μs,運(yùn)行速度大大超過(guò)MCS-51系列,適用于對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的工業(yè)控制領(lǐng)域,并具備體積小、功耗低、性能強(qiáng)、體密性高和價(jià)格低等特點(diǎn)。除主控制器之外,系統(tǒng)還采用振鈴檢測(cè)與模擬摘機(jī)電路、DTMF雙音多頻解碼電路和音調(diào)提示電路等,接收遠(yuǎn)程操作指令,實(shí)現(xiàn)空調(diào)開(kāi)/關(guān)機(jī)、工作模式設(shè)定、溫度設(shè)定等各種遠(yuǎn)距離控制。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。圖2顯示了基于PIC單片機(jī)的家用空調(diào)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的工作原理,圖3示意了該系統(tǒng)的工作過(guò)程。由系統(tǒng)的工作原理圖可以看出,整個(gè)系統(tǒng)由振鈴檢測(cè)、模擬摘機(jī)、雙音多頻解碼、紅外遙控、電源等多個(gè)部分組成,各部分在PIC16C54單片機(jī)控制下,完成對(duì)空調(diào)器的遙控操作。當(dāng)有電話打入時(shí),振鈴電路檢測(cè)到電話振鈴信號(hào),鈴流進(jìn)入振鈴檢測(cè)電路輸入端,然后由輸出端輸出方波信號(hào),其脈沖數(shù)等于振鈴次數(shù),計(jì)數(shù)任務(wù)由CPU的RTCC端(實(shí)時(shí)時(shí)鐘/計(jì)數(shù)器輸入端)完成。當(dāng)RTCC端接收到系統(tǒng)默認(rèn)的振鈴次數(shù)后,啟動(dòng)自動(dòng)摘機(jī)電路實(shí)現(xiàn)摘機(jī),并發(fā)出1kHz的模擬摘機(jī)提示音,提示用戶(hù)此時(shí)可以進(jìn)行遙控操作。用戶(hù)連續(xù)輸入預(yù)先設(shè)定的密碼和操作碼后,雙音多頻解碼電路將讀取輸入數(shù)據(jù),與預(yù)設(shè)在控制裝置中的密碼和操作碼進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證,如果密碼或操作碼錯(cuò)誤,則系統(tǒng)自動(dòng)掛機(jī);若密碼和操作碼均正確,則系統(tǒng)進(jìn)入遙控狀態(tài),并通過(guò)DTMF雙音多頻解碼電路獲得用戶(hù)發(fā)出的命令,控制空調(diào)遙控器進(jìn)行相應(yīng)操作,從而實(shí)現(xiàn)空調(diào)開(kāi)/關(guān)機(jī)、工作模式設(shè)定、溫度設(shè)定等操作。當(dāng)在默認(rèn)的振鈴次數(shù)之前接聽(tīng)電話,則系統(tǒng)不進(jìn)入電話遠(yuǎn)程控制狀態(tài),因此不影響電話的正常通話使用。下面具體介紹遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)中各主要部分電路的原理和功能:1.1振鈴信號(hào)的下載振鈴檢測(cè)電路如圖4所示。二極管V1～V4有兩種作用:(1)將不確定的線路供電正負(fù)變?yōu)楣潭ǖ恼?fù)輸出;(2)將交流的振鈴信號(hào)變換為脈動(dòng)直流以供檢測(cè)。當(dāng)沒(méi)有振鈴信號(hào)時(shí),線路上的供電電壓為48V(老式交換機(jī)為60V),經(jīng)二極管V1～V4整流后不足以使穩(wěn)壓管V5導(dǎo)通,振鈴信號(hào)輸出端電壓接近0V,當(dāng)振鈴信號(hào)到來(lái)時(shí),線路上的90V交流振鈴信號(hào)經(jīng)過(guò)二極管V1～V4整流變換成為峰值90V的脈動(dòng)直流電,其峰值足以擊穿穩(wěn)壓管V5,經(jīng)R1對(duì)C1充電,振鈴輸出端電壓升高,CPU可以根據(jù)振鈴信號(hào)的高低檢測(cè)有無(wú)振鈴。電路中穩(wěn)壓管V6限制振鈴信號(hào)的幅度不超過(guò)CPU端口的允許電壓,保護(hù)CPU。1.2摘機(jī)信號(hào)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)摘機(jī)電路如圖5所示。當(dāng)CPU檢測(cè)到系統(tǒng)設(shè)定的振鈴次數(shù)之后,送出摘機(jī)信號(hào),驅(qū)動(dòng)三極管V7導(dǎo)通,電阻R2接入電路,實(shí)現(xiàn)摘機(jī)。當(dāng)CPU檢測(cè)到正確的密碼和操作碼并按照用戶(hù)設(shè)定要求工作后,或者檢測(cè)到錯(cuò)誤的密碼和操作碼后,CPU均能自動(dòng)取消摘機(jī)信號(hào),三極管截止,系統(tǒng)掛機(jī)。1.3圍電路簡(jiǎn)單,具體解碼電路是將用戶(hù)所按電話的密碼、操作碼信號(hào)解碼后送入單片機(jī),然后由單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)空調(diào)器紅外遙控器的控制,最終達(dá)到控制空調(diào)器的目的。DTMF雙音多頻解碼電路由常用的雙音多頻解碼芯片MT8870實(shí)現(xiàn)，該芯片外圍電路簡(jiǎn)單、功耗小、抗干擾能力強(qiáng)。DTMF雙音多頻解碼電路如圖6所示。系統(tǒng)由電話線送進(jìn)來(lái)的雙音多頻(DTMF)信號(hào)經(jīng)電容隔直后送到入MT8870,由MT8870內(nèi)部放大后送入兩級(jí)濾波器,第一級(jí)為撥號(hào)音濾波器,濾除350Hz和440Hz的信號(hào),防止撥號(hào)音干擾電路正確解碼,然后將信號(hào)送入高頻群和低頻群信號(hào)濾波器,取出高頻音和低頻音,送入數(shù)字計(jì)數(shù)電路解調(diào)出高頻音和低頻音的頻率,當(dāng)檢測(cè)到正確的高頻音和低頻音信號(hào)后,解調(diào)出對(duì)應(yīng)按鍵并將解調(diào)值鎖存,置STD信號(hào)為高,輸入到單片機(jī)中,單片機(jī)將TOE置高并通過(guò)Q1-Q4引腳讀入指令代碼。收到代表?yè)芴?hào)值的4位數(shù)值后對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理。電話按鍵與相應(yīng)的譯碼輸出關(guān)系如表1所示。2遠(yuǎn)程操作空調(diào)器吸附法提取系統(tǒng)功能本系統(tǒng)控制程序的主要工作是對(duì)電話信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)以及接收用戶(hù)指令控制空調(diào)器的工作狀態(tài)。系統(tǒng)的軟件流程如圖7所示。為了保證系統(tǒng)的安全性,通過(guò)程序?yàn)橄到y(tǒng)設(shè)置了密碼,同時(shí)系統(tǒng)還提供了模擬摘機(jī)后10秒鐘內(nèi)無(wú)任何操作或操作不完整就自動(dòng)掛機(jī)的功能。下面以遠(yuǎn)程操作空調(diào)器關(guān)機(jī)為例說(shuō)明系統(tǒng)的工作過(guò)程:假設(shè)系統(tǒng)的密碼為66,空調(diào)器關(guān)機(jī)的操作碼為1#。當(dāng)操作人員撥通控制目標(biāo)電話號(hào)碼時(shí),振鈴檢測(cè)電路開(kāi)始檢測(cè)振鈴信號(hào),當(dāng)CPU連續(xù)收到8次振鈴時(shí),RB5端輸出高電平,致使外線電壓降至5V左右,接通電話線路,此時(shí),CPU發(fā)模擬摘機(jī)提示音,操作人員聽(tīng)到提示音后,可以連續(xù)輸入密碼和操作碼。當(dāng)密碼有效且操作碼正確時(shí)(如661#),對(duì)應(yīng)的輸出端RB1端輸出高電平,同時(shí)發(fā)操作成功提示音,然后系統(tǒng)自動(dòng)掛機(jī)。若密碼或操作碼無(wú)效,則系統(tǒng)直接掛機(jī)不發(fā)提示音。每次操作成功后,空調(diào)器將會(huì)按照遠(yuǎn)程設(shè)定的狀態(tài)運(yùn)行。3遠(yuǎn)程操作的效果基于PIC16C54單片機(jī)的家用空調(diào)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng),可通過(guò)電話實(shí)現(xiàn)對(duì)空調(diào)開(kāi)/關(guān)機(jī)、溫度設(shè)定、工作模式設(shè)定等常規(guī)功能的遠(yuǎn)程操作,有較強(qiáng)的實(shí)用性。本系