郭志冬

(三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南三門峽472000)

隨著社會(huì)的發(fā)展和人們生活水平的提高，越來越多的家用電器進(jìn)入了人們的生活，這些家用電器給人們的生活帶來了很多的方便和享受，同時(shí)隨著電話在生活中的普及，利用電話實(shí)現(xiàn)家用電器的遠(yuǎn)程控制是一個(gè)發(fā)展方向。本文介紹了一種基于單片機(jī)的電話遙控裝置。利用該裝置，用戶可以通過任意一部雙音多頻電話(包括固定電話和移動(dòng)電話)遙控家中的電器。比如，用戶下班前，可通過電話提前打開空調(diào)和熱水器;當(dāng)用戶到家時(shí)，房間溫度剛好達(dá)到設(shè)定的溫度，水溫正好達(dá)到設(shè)定值。另外，用戶還可通過電話隨時(shí)監(jiān)控家中電器的使用情況，通過電話可隨時(shí)修改家用電器的控制命令等。總之，電話通到哪里，用戶就可從哪里遙控家中的電器。因此，本設(shè)計(jì)具有廣闊的應(yīng)用前景。

1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)以AT89S52單片機(jī)為核心控制器，系統(tǒng)主要包括振鈴檢測(cè)電路、模擬摘掛機(jī)電路、DTMF音頻解碼電路、語音提示電路、電源電路、家電控制電路等。系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。

控制器接收遠(yuǎn)端發(fā)送來的DTMF信號(hào)、并對(duì)其進(jìn)行解碼，解碼后的信號(hào)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(jì)了語音提示界面。電話遠(yuǎn)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(dòng)離線、上線、復(fù)位功能。為了符合智能化要求，系統(tǒng)采用AT89S52作為中央處理器。同時(shí)，電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)正常工作還需電源供電電路、驅(qū)動(dòng)電路等輔助電路。

控制器并聯(lián)于電話機(jī)的兩端，不會(huì)影響電話機(jī)的正常使用。用戶通過異地電話撥通控制器所連接外線的電話號(hào)碼，通過程控交換機(jī)向電話機(jī)發(fā)出振鈴信號(hào)?？刂破鳈z測(cè)到6次振鈴后，即6次響鈴后無人接聽時(shí)電話自動(dòng)摘機(jī)，進(jìn)入密碼檢測(cè)階段，輸入正確密碼后選擇被控電器，然后輸入開或關(guān)密碼遙控被控電器，完成后返回。

圖1 系統(tǒng)組成框圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 振鈴檢測(cè)電路

振鈴檢測(cè)電路如圖2所示，二極管有2種作用:一是將不確定的線路供電正負(fù)變?yōu)楣潭ǖ恼?fù)輸出;二是將交流的振鈴信號(hào)變?yōu)槊}動(dòng)直流以供檢測(cè)。當(dāng)沒有振鈴信號(hào)時(shí)，線路上的供電電壓為48V(老式交換機(jī)為60V)，經(jīng)4個(gè)二極管構(gòu)成的全橋整流后，不足以使穩(wěn)壓管導(dǎo)通，振鈴信號(hào)輸出端電壓接近0V，當(dāng)振鈴信號(hào)到來時(shí)，線路上的90V交流振鈴信號(hào)經(jīng)全橋整流變換后90V的脈動(dòng)直流電，其峰值足以擊穿耐壓值為62V穩(wěn)壓管，經(jīng)5.1K電阻對(duì)220u電容充電，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)有無振鈴。電路中耐壓值為4.3V的穩(wěn)壓管限制振鈴信號(hào)的幅度不超過CPU端口的允許電壓，保護(hù)CPU。

圖2 振鈴檢測(cè)電路

2.2 模擬摘掛機(jī)電路

模擬摘掛機(jī)電路如圖3所示。平時(shí)電話掛機(jī)時(shí)，兩條電話線處于開路狀態(tài)，兩電話線的電壓為48V(老式電話為60V)，加到電話機(jī)的振鈴電路兩端，當(dāng)摘機(jī)時(shí)振鈴電路斷開，兩電話線接通，阻值大約300Ω。當(dāng)撥打電話號(hào)碼時(shí)，來自電話線的高壓振鈴信號(hào)經(jīng)鈴流檢測(cè)電路，形成方波脈沖信號(hào)送到單片機(jī)AT89S52的P3.5口，P3.5口對(duì)振鈴脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)振鈴次數(shù)達(dá)到6次時(shí)，由單片機(jī)內(nèi)部軟件程序控制，使P0.0口輸出一個(gè)低電平，然后P0.0口的高電平送往MC1413集成開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路的1腳進(jìn)行放大，由16腳輸出高電平送到三極管9013的基極，使三極管飽和導(dǎo)通，此時(shí)，+5V電源經(jīng)繼電器線圈，再通過三極管接地，繼電器線圈得電，使繼電器的常開觸點(diǎn)閉合，300Ω的電阻接入電路當(dāng)中，電話接通。當(dāng)用戶輸入密碼錯(cuò)誤，或者是操作結(jié)束后，系統(tǒng)由軟件控制P0.0口輸出一個(gè)高電平，經(jīng)MC1413驅(qū)動(dòng)電路，16腳輸出低電平，控制9013截止，繼電器線圈失電，常開觸點(diǎn)斷開，電話線又處于開路狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了模擬掛機(jī)。

圖3 模擬摘掛機(jī)電路

2.3 DTMF 解碼電路

DTMF(Dual Tone Multi Frequency)雙音多頻信號(hào)解碼電路是目前在按鍵電話(固定電話、移動(dòng)電話)、程控交換機(jī)及無線通信設(shè)備中廣泛應(yīng)用的集成電路。它包括DTMF發(fā)送器與DTMF接收器，前者主要應(yīng)用于按鍵電話做雙音頻信號(hào)發(fā)送器，發(fā)送一組雙音多頻信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)音頻撥號(hào)。雙音多頻信號(hào)是一組由高頻信號(hào)與低頻信號(hào)疊加而成的組合信號(hào)，電話鍵盤按鍵與雙音多頻信號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所示。電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)采用MITEL公司生產(chǎn)的MT8870 DTMF接收器作為DTMF信號(hào)的解碼核心器件。MT8870主要用于程控交換機(jī)、遙控、無線通信及廣播系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)DTMF信號(hào)的分離濾波和譯碼功能，輸出相應(yīng)16種頻率組合的4位并行二進(jìn)制碼。

表1 電話鍵盤與DTMF頻率對(duì)應(yīng)關(guān)系表

MT8870提供了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的微處理器總線接口，可以直接與MCS－51系列微機(jī)對(duì)接。它的2、3腳接收來自電話機(jī)的雙音多頻脈沖信號(hào)，該雙音多頻信號(hào)先經(jīng)其內(nèi)部的撥號(hào)音濾波器，濾除撥號(hào)音信號(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，再經(jīng)高、低群濾波器，幅度檢測(cè)器送入輸出譯碼電路，經(jīng)過數(shù)字運(yùn)算后，在其數(shù)據(jù)輸出端(11～14腳)輸出相對(duì)應(yīng)的8421碼。MT8870的數(shù)據(jù)輸出端Q4～Q1連到AT89S52的P1口的P1.0～ P1.3，CPU 經(jīng) P1口識(shí)別4位代碼。其中，A，B，C，D 4 個(gè)按鍵常被當(dāng)做 R/P、REDIAL、HOLD、HANDSFREE等功能使用。為了使單片機(jī)AT89S52獲取有效數(shù)據(jù)，MT8870的STD有效端經(jīng)反相后接CPU的INT0引腳。當(dāng)MT8870獲取有效雙音多頻信號(hào)后，STD電平由低變高，再反相為低，CPU檢測(cè)后，指示P1口接收有效二進(jìn)制代碼。而無效的雙音頻信號(hào)(電話線路雜音、人們的語音信號(hào)等)是不會(huì)引起MT8870的STD端變化的。DTMF接收器的外圍電路如圖4所示。

圖4 DTMF解碼電路

2.4 語音提示電路

當(dāng)有電話呼入并且電話遠(yuǎn)程控制器摘機(jī)后，操作人員便會(huì)在語音提示電路的提示下輸入密碼，并進(jìn)行家用電器的控制。語音提示電路采用語音錄放芯片ISD1420。ISD1420是美國ISD公司出品的優(yōu)質(zhì)單片語音錄放電路，由振蕩器、語音存儲(chǔ)單元、前置放大器、自動(dòng)增益控制電路、抗干擾濾波器、輸出放大器組成。一個(gè)最小的錄放系統(tǒng)僅由一個(gè)麥克風(fēng)、一個(gè)喇叭、兩個(gè)按鈕、一個(gè)電源、少數(shù)電阻電容組成。錄音內(nèi)容存入永久存儲(chǔ)單元，提供零功率信息存儲(chǔ)，這個(gè)獨(dú)一無二的方法是借助于美國ISD公司的專利——直接模擬存儲(chǔ)技術(shù)(DAST)實(shí)現(xiàn)的。利用它，語音和音頻信號(hào)被直接存儲(chǔ)，以其原本的模擬形式進(jìn)入EEPROM存儲(chǔ)器。直接模擬存儲(chǔ)允許使用一種單片固體電路方法完成其原本語音的再現(xiàn)，不僅語音質(zhì)量優(yōu)勝，而且可以斷電語音保護(hù)。

ISD1420應(yīng)用中使用操作模式時(shí)要注意下兩以點(diǎn):

1)所有初始操作都是從0地址開始，0地址是ISD1420存儲(chǔ)空間的起始端，以后的操作可根據(jù)模式的不同，而從不同的地址開始工作。當(dāng)電路中錄放音轉(zhuǎn)換或進(jìn)入省電狀態(tài)時(shí)，地址計(jì)數(shù)器復(fù)位為0。

2)當(dāng)PLAYL、PLAYE或REC變?yōu)榈碗娖剑瑫r(shí)A6、A7為高電平時(shí)，執(zhí)行對(duì)應(yīng)操作模式。這種操作模式一直執(zhí)行到下一個(gè)低電平控制輸入信號(hào)出現(xiàn)為止，這一刻現(xiàn)行的地址/模式信號(hào)被取樣并執(zhí)行。

2.5 電源電路

電源電路圖如圖5所示。電源部分由變壓器、橋式整流器、電容濾波、集成穩(wěn)壓器(CW7805)組成，把220V交流電變成了5V直流電。5V直流電再由100u和0.1u電容進(jìn)行濾波，輸出比較穩(wěn)定的5V直流電壓，送到后級(jí)電路。

圖5 電源電路圖

3 軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要分為系統(tǒng)初始化、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、控制語音提示等部分。每個(gè)功能模塊對(duì)于整體設(shè)計(jì)都是非常重要的，單片機(jī)AT89S52通過軟件程序才能很好地對(duì)外部的信息進(jìn)行采集、分析和決策。軟件設(shè)計(jì)程序流程圖如圖6所示。

圖6 軟件設(shè)計(jì)程序流程圖

4 結(jié)束語

本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用了AT89S52單片機(jī)作為系統(tǒng)的中央控制單元，并結(jié)合軟件編程，實(shí)現(xiàn)了語音界面及安全認(rèn)證機(jī)制，豐富了系統(tǒng)功能，符合未來家電的智能化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展方向。利用該系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)固定電話和移動(dòng)電話對(duì)空調(diào)器、電熱水器、電燈等家用電器設(shè)備的遠(yuǎn)程控制，用戶可以提前將居室的空調(diào)打開，一進(jìn)家門便享受清涼世界;用戶外出時(shí)，通過本系統(tǒng)開關(guān)居室的電燈、電視，造成有人在家的假象，提高家居安全。該系統(tǒng)操作起來非常簡單易學(xué)，并且成本低廉、運(yùn)行可靠，為家用電器的遠(yuǎn)程控制提供了一種非常實(shí)用的方案。此外，本系統(tǒng)還可以應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)無人值守崗位的遠(yuǎn)程控制。

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