畢業(yè)設(shè)計（論文）遠程多路智能家用電器控制器

1、 浙江工業(yè)大學(xué)之江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書題 目： 遠程多路智能家用電器控制器 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 200220370704 系（部）： 信息工程系 專業(yè)班級： 自動化0202 指導(dǎo)教師(姓名及專業(yè)技術(shù)職務(wù))： 評閱者(姓名及專業(yè)技術(shù)職務(wù))： 2006年 6月 杭州44 中 文 摘 要當今，電話已非常普及。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。在我的項目里，著重研究基于電話控制的家庭智能系統(tǒng)。這個系統(tǒng)可以用于控制家庭中的電器

2、設(shè)備。在把系統(tǒng)與固定電話相連之后，用戶可在撥號之后聽到操作提示，就像使用電話問答機一樣。此項目的目的是建立電話控制的家庭智能系統(tǒng)，同時能夠使用戶在離開家里時允許他們進行遠程控制家用電器設(shè)備。在用戶撥通他們家的電話號碼時，鍵入特定(約定)的電話按鍵，電話會告訴系統(tǒng)做相關(guān)的操作。關(guān)鍵詞：振鈴檢測；dtmf解碼；模擬摘機；單片機控制外 文 摘 要title：long range many roads intelligence home appliances controllerabstract：now, the telephone is already very universal .the tel

3、ephone controls from a distance to be used as a the new lesson a remote control for and normal regulations method compares, displaying certainly superior, do not need the specialized cloth in proceeding line, do not take up the radio frequency resources, avoid the electromagnetism pollution .at the

4、same time, because of telephone circuit every locality 聯(lián) net, can make use of the current telephone net well, therefore control from a distance the distance can across the city, even stride over the nation .in my item, i emphasize the research according to the family intelligence system of the telep

5、hone control .this system can used for the electric appliances equipments of the control family .fix the system connect with each other with telephone after, the customer can hear after stiring number the operation hints, resemble usage telephone question and answer machine .the purpose of this item

6、 is a family to establish the telephone control intelligence system, enabling the customer at the same time when they leave the house allow them to proceed the long range control home appliances equipments .when the customer dials the telephone number of their house, key-in the particular telephone

7、key, the telephone will tell the system do the related operation.keywords：flap the bell examination ;dtmf solution code ;imitate to take off the machine ;single a machine control 目 錄第一章 引言611 課題的背景及來源612 國內(nèi)外的研究狀況。613 課題研究中我們需要解決的問題814 項目研究的目的、意義及其市場前景分析8第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計921 系統(tǒng)功能指標922 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)923 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu).1024

8、智能家居控制系統(tǒng)的工作原理10第三章 硬件設(shè)計113. 1 cpu的選擇1132 振鈴檢測電路123.2.1 振鈴檢測電路重要組成元件光電耦合器的原理123.2.2 具體電路設(shè)計原理1333 模擬摘掛機電路1534 雙音多頻譯碼電路的設(shè)計163.4.1 雙音多頻信號的形成163.4.2 雙音多頻解碼電路的設(shè)計1835 信號音提示電路2036 電器控制電路213.6.1固態(tài)繼電器的特點及工作原理223.6.2 電器控制電路設(shè)計圖23第四章 軟件設(shè)計2341 系統(tǒng)軟件總流程圖2442 各子程序的設(shè)計244.2.1 振鈴計數(shù)子程序的設(shè)計254.2.2 按鍵輸入子程序的設(shè)計254.2.3 密碼校驗子程

9、序的設(shè)計254.2.4信號音提示子程序的設(shè)計27第五章 系統(tǒng)調(diào)試285.1 硬件調(diào)試285.1.1 振鈴檢測及模擬摘機模塊的電路調(diào)試285.1.2 dtmf雙音多頻解調(diào)模塊的電路調(diào)試285.1.3 電器控制電路的調(diào)試295.2 軟件調(diào)試305.3 聯(lián)機在線調(diào)試30結(jié) 論31致 謝33參 考 文 獻34附錄（程序清單）：35第一章 引言11 課題的背景及來源隨著人類社會的進步和科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，人類開始邁入以數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化為平臺的智能化社會，開始出現(xiàn)了諸如“智能化儀表、智能化機器人、智能化汽車”等具有不同智能程度的產(chǎn)品、設(shè)備、工具，并且呈現(xiàn)出迅猛發(fā)展的趨勢。家庭智能化的提出主要有以下兩方面原因

10、：(1)家用電器的多樣化及家庭內(nèi)通信資源的特點(客觀條件)目前，在城市家庭中，電話的普及率已接近100%，而且固定電話通信技術(shù)也發(fā)展得比較成熟，家庭電話與外界的聯(lián)系更具有雙向性和隨時性的特點，人們可以隨時隨地地與家庭取得聯(lián)系。(2)人們對生活質(zhì)量要求的提高(主觀要求)隨著生活質(zhì)量的提高，人們非常希望能像在家里一樣隨時隨地對家電進行遙控。這樣，炎炎的夏日，主人可以在下班前半小時遙控打開空調(diào)，下班進家就有一種很涼爽的感覺；可以遙控開啟微波爐、電飯鍋等炊具，一回到家便可享受美味的飯菜。為此，我們設(shè)計了一種“智能家居控制系統(tǒng)”，該系統(tǒng)以單片機為主控制器，利用現(xiàn)有的通信資源(公用電話網(wǎng)和電力線網(wǎng))與家用

11、電器進行組網(wǎng)，使整個家庭的電器與網(wǎng)絡(luò)一體化，從而實現(xiàn)對家用電器的遠程智能控制。12 國內(nèi)外的研究狀況智能建筑起源于美國聯(lián)合科技建筑集團(united technologies building systems，簡稱utbs)所介紹的康涅狄格州市政大樓(city palace building)。而智能住宅的發(fā)展幾乎與智能大廈同步。早在1979年，美國斯坦福研究所就提出了在建筑物內(nèi)將家用電器、電器設(shè)備的控制線統(tǒng)一為家庭總線的概念。之后，美國成立了現(xiàn)代住宅研究會專門從事這一領(lǐng)域的研究。1983年美國電子工業(yè)協(xié)會開始制定家用電器設(shè)計標準。世界上第一幢智能建筑1984年在美國建成，同年美國住宅建筑者協(xié)

12、會成立了現(xiàn)代住宅開發(fā)公司，開始有關(guān)基礎(chǔ)性研究工作，并在1989年推出了將電力供應(yīng)、空調(diào)控制和數(shù)據(jù)通訊合成為整體的布線系統(tǒng)示范單元pt。世界上最大的電腦公司ibm，以“四海一家”作為其解決方案的指導(dǎo)思想，堅持網(wǎng)絡(luò)化、信息化是未來人類社會的發(fā)展方向，相繼推出acs(自動布線系統(tǒng))、home directo式（家居管理器）、smart home(智能住宅)等與智能化建筑相關(guān)的產(chǎn)品，結(jié)合ibm領(lǐng)先的網(wǎng)絡(luò)科技為智能小區(qū)提供一套從規(guī)劃到實施的完整解決方案。在這期間，智能住宅的概念在歐美等發(fā)達國家得到了廣泛的認同和發(fā)展。歐洲在1986年把集成化的家居系統(tǒng)研究列為“尤利卡計劃”，大力進行研究。在20世紀80年

13、代，歐洲電器標準化委員會制定了家用數(shù)字總線標準，進一步規(guī)劃了智能住宅技術(shù)標準。日本在80年代初即大力推進家居電子化。在80年代中期，將家用電器、保安設(shè)備、通訊設(shè)備功能綜合后，提出了家居智能化的新構(gòu)想。1988年，日本建立了住宅信息化促進會，主要開展家庭總線技術(shù)的研究，并且公布了總線標準，并于1989年開始在東京的國際會議中心區(qū)域建立了一個高水平智能化住宅小區(qū)，近年來，為了適應(yīng)大型住宅小區(qū)的需要，又提出了超級家庭總線的概念。19%年，日本推出多媒體住宅樣板計劃，將多媒體技術(shù)引入智能住宅，并取得重要研究成果。在東南亞，新加坡的智能建筑技術(shù)研究處于領(lǐng)先水平。如寶德勝家庭智能化系統(tǒng)，己經(jīng)用于30多個住

14、宅小區(qū)。在“98亞洲家庭電器與電子消費品國際展覽會”上展示的“未來之家”其智能品質(zhì)受到人們的關(guān)注。我國在這方面的起步較晚，急需完成的是研制出實現(xiàn)基本功能又符合我國應(yīng)用現(xiàn)狀的家庭智能控制系統(tǒng)。近年來對家庭智能控制的研究開始活躍并出現(xiàn)熱潮，有些單位己取得一批重要成果。以下是國內(nèi)有代表性的幾種智能家居系統(tǒng):(1) 科龍集團研制的“智能網(wǎng)絡(luò)家居系統(tǒng)”，由科龍集團研制的“智能網(wǎng)絡(luò)家居系統(tǒng)”，它由家庭網(wǎng)關(guān)、抄表控制器、安防控制器、家電控制器、燈控制器及家庭總線組成。通過遠程互聯(lián)網(wǎng)，可異地控制家庭設(shè)備；可以通過電視機遙控器就地關(guān)燈;空調(diào)、冰箱在不同的季節(jié)，其控制方法也會隨時而變等自適應(yīng)的特點。(2) 海信的

15、“智能家居控制系統(tǒng)”，實現(xiàn)一般電腦所能實現(xiàn)各種功能以外，同時還能夠獨立擔(dān)當家庭的“信息家電控制中心”的角色。用戶可以通過幾乎是一步到位的簡單編排，控制把諸如電視機、空調(diào)、vcd、功放等多種家用電器的控制功能分門別類地儲存起來，以便在需要的時候隨時調(diào)用。(3) 清華同方的e-home數(shù)字家園，它是清華同方基于家庭自動化和建筑自動化技術(shù)，配合相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)、計算機、軟件技術(shù)，為中國家庭及社區(qū)提供全方位的數(shù)字化服務(wù)。e-home數(shù)字家園包括三個層次，家庭自動化、小區(qū)智能化、社區(qū)信息化，目的是使人們的生活工作網(wǎng)絡(luò)化。(4) “卓越3000”的“家用電器智能控制”，方正“卓越3000”能將包括電視機、錄像機

16、、vcd,攝像機、家用空調(diào)等在內(nèi)的全部家用電器通過控制電路連接在一起，進行集中智能管理，大大提高了家用電器的工作效率和使用效益，成為了用戶家庭電的“家電主管”。13 課題研究中我們需要解決的問題智能家居經(jīng)過多年的發(fā)展，在世界各國都有了很大的進步，尤其是各種智能家居的產(chǎn)品已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。本文在對智能家居系統(tǒng)的充分認識和了解下，針對其中家居設(shè)備的集中控制提出了自己的方案，并實現(xiàn)了一個簡易型的智能家居系統(tǒng)。在導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)下，本文主要完成了以下幾方面的工作:(1) 了解智能家居以及智能家居在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀。(2) 對智能家居系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)進行分析、設(shè)計并確定所要實現(xiàn)的功能。(3) 選擇并實現(xiàn)

17、家庭內(nèi)部的聯(lián)網(wǎng)。(4) 智能控制器的軟硬件實現(xiàn)。(5) 基于電話網(wǎng)的接入方式的軟、硬件設(shè)計，重點是dtmf信號的接收和解碼算法的實現(xiàn)。14 課題研究的目的、意義及其市場前景分析在快節(jié)奏的工作生活中，人們希望能隨時對家用電器設(shè)備進行控制，以節(jié)約時間，提高效率，改善生活質(zhì)量。本課題研制和開發(fā)的目的和意義就是為了家具生活的高效、方便、安全、節(jié)能、舒適。近幾年來，智能家居頻繁地出現(xiàn)在各大媒體上，一時間成為人們能夠耳熟的詞匯。目前，關(guān)于智能家居的稱謂很多，但它們的含義和所要完成的功能大體是相同的。由于有些國外同類住宅智能化的設(shè)備和裝置的引進是極其昂貴的，很難讓中國百姓接受，不符合我國的國情。國內(nèi)廠家所生

18、產(chǎn)的該類設(shè)備主要都是對電話機進行改裝，或者出售專門的產(chǎn)品，如專用電話機等，這勢必對居民的現(xiàn)有資源造成浪費，并且還需要單獨布線。本課題研究的產(chǎn)品充分利用國外先進成熟的電子器件，并不需要對電話機進行改造，也不需要單獨布線。綜上所述，我們可以看到此智能家居控制系統(tǒng)的優(yōu)點是：（1）適合中國普通老百姓家庭使用，價格便宜。（2）系統(tǒng)并不對電話機做任何改裝，不需要單獨布線。（3）便于電話遠程控制，享受生活新體驗。正是基于以上敘述，該智能家居控制系統(tǒng)勢必會受到中國百姓的青睞。第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計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；

19、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、雙音頻dtmf識別、語音提示電路及電器控制。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。本裝置如果檢測到振鈴五次，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。21 系統(tǒng)功能指標（1）拔打電話控制遠端的電器時，若振鈴五次無人摘機，則模擬摘機；（2）接收密碼并且進行密碼校驗，并回語音信號音以示密碼字的正誤；（3）接收用戶所發(fā)的控制數(shù)據(jù)及譯碼，還可回送語音信號音以提示操作人

20、員，以使操作人員明確當時的操作狀態(tài)；（4）接通話路后，用戶可連續(xù)對多個電器實施控制，可以根據(jù)需要增控制。22 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) 振鈴檢測電路 模擬摘機電路 雙音多頻譯碼電路 信號音提示電路 電器控制電路電 話 線硬件系統(tǒng)模塊框圖（圖21）：振鈴檢測信號音反饋雙音多頻譯碼單 片 機 芯 片家電設(shè)備02家電設(shè)備01圖21 硬件系統(tǒng)模塊框圖23 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)為了能實現(xiàn)以上所述的所有功能及達到實驗的成功我們設(shè)計了系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)如圖2-3所示。圖22 軟件結(jié)構(gòu)圖24 智能家居控制系統(tǒng)的工作原理如圖2-1所示，中央控制器采用at89c51單片機。振鈴檢測電路主要由極性轉(zhuǎn)換電路、rc積分器及一片光耦4n25組成

21、，電話鈴響時，不管電話的電流輸入是正的還是負的，經(jīng)過極性轉(zhuǎn)換（整流橋路）使電流都成了定向性的；電話鈴流信息經(jīng)rc積分器然后經(jīng)過光耦，所以每振鈴一次光耦輸出一個高電平，送at89c51進行中斷處理。振鈴五次若無人摘機，at89c51通過i/o口輸出一高電平至模擬摘機回路，實現(xiàn)模擬摘機。與此同時，從單片機at89c51出來的信號音經(jīng)過lm386的放大，通過音頻變壓器（或喇叭直接輸出），報告當時的操作狀態(tài)。語音結(jié)束后，操作人員就可根據(jù)信號音進行以后的操作。雙音多頻譯碼電路的功能是接收操作人員送來的密碼和電器碼，并將dtmf信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后送at89c51。雙音多頻dtmf接收器由mt8870承擔(dān)

22、，其四位輸出與at89c51的p1.4p1.7相連。模擬摘機后，即電話接通后，該電路就可接收電話線路送來的雙音頻信號并對其譯碼，譯碼后，該電路輸出8421碼（如用戶按下鍵1時，譯碼輸出0001）送at89c51的p1.4p1.7，同時std腳變?yōu)楦唠娖剿蚢t89c51的腳，申請中斷，若此時允許中斷，軟件對所發(fā)的雙音頻碼進行處理。信號音提示電路主要完成的是提示音的播放功能，它由單片機控制，接收來自單片機的各種指令信號，根據(jù)需要單片機發(fā)出各種不同頻率的信號，通過lm386放大，反饋到電話線路。電器的驅(qū)動是由三極管（9013）輸出信號控制繼電器來實現(xiàn)的。各路電器的工作原理是一樣的，所以我們設(shè)計硬件時

23、只設(shè)計了1路。至于具體的智能電話遙控器的各個組成部分的電路設(shè)計將會在下一章中詳細講解。第三章 硬件設(shè)計本系統(tǒng)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。3. 1 cpu的選擇經(jīng)過比較，我決定使用at89c51作為控制的單片機芯片。at89c51是一個低電壓，高性能cmos 8位單片機，片內(nèi)含4k bytes的可反復(fù)擦寫的flash只讀程序存儲器和128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ram），器件采用atmel公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準mcs-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和flash存儲單元，內(nèi)置

24、功能強大的微型計算機的at89c51提供了高性價比的解決方案。at89c51是一個低功耗高性能單片機，40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（i/o）端口，同時內(nèi)含2個外中斷口，2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，at89c51可以按照常規(guī)方法進行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和flash存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。圖31 at89c51主要性能參數(shù)：與mcs-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容4k字節(jié)可重擦寫flash閃速存儲器1000次擦寫周期全靜態(tài)操作：0hz-24mhz三級加密程序存儲器1288字節(jié)內(nèi)部ram32個可編程i/o口

25、線2個16位定時/計數(shù)器6個中斷源可編程串行uart通道低功耗空閑和掉電模式32 振鈴檢測電路3.2.1 振鈴檢測電路重要組成元件光電耦合器的原理在電子技術(shù)領(lǐng)域，光電耦合器通常被應(yīng)用于反饋控制，固態(tài)繼電器，開關(guān)電路及輸入輸出要求具有高絕緣的場合。它具有體積小，使用壽命長，工作溫度范圍廣等特點。光電耦合器件是一種光與電直接耦合的器件, 它由發(fā)光器件和光接收器件直接組合并集成在一起構(gòu)成。光電耦合器大致可分為三類, 其中用于傳遞模擬信號的光電耦合器, 其發(fā)光器件為二極管, 光接收器件為光敏三極管。典型電路原理如圖32 所示。圖32 光電耦合器其工作原理為: 當有電流通過發(fā)光二極管時,發(fā)光管發(fā)出波長為

26、0.9um的紅外光, 光源的光強取決于流過二極管電流的大小。該光源的光照射到光敏三極管表面上, 使光敏三極管產(chǎn)生一定的集電極電流, 該電流的大小與光照的強弱亦即流過二極管正向電流的大小或正比。由于光電耦合器件的輸入端和輸出端之間是通過光信號傳輸, 因而輸入和輸出之間在電氣上完全隔離, 沒有電信號的反饋和干擾, 因而性能穩(wěn)定, 抗干擾能力強。而且發(fā)光管和光敏管間的耦合電容小(3 pf 左右) , 耐壓高(215 kv 左右) , 故共模抑制比很高, 輸入和輸出間的電隔離程度取決于兩部分供電電源間的絕緣電阻。另外, 由于輸入電阻小(約10) , 對高內(nèi)阻源的噪聲等于被短接。因此, 由光電耦合器構(gòu)成

27、的隔離電路將具有優(yōu)良的電氣性能。由于振鈴檢測電路采用光電耦合器，因此該電路不會從整體電路吸收大量的電流，也不會將電流反饋致電話線上，而且可以隔離各種電磁干擾。速度快、價格低、接口簡單。3.2.2 具體電路設(shè)計原理振鈴檢測電路可以有多種方法實現(xiàn)，總體上可分為軟件計數(shù)和硬件計數(shù)兩種方法。（1） 振鈴檢測方案一：（軟件實現(xiàn)計數(shù)）圖33 振鈴檢測（方法一）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)來振鈴信號。振鈴信號為253hz的正弦波，諧鈴失真不大于10%，電壓有效值9015v。振鈴以5秒為周期，即1秒送，4秒斷。如圖33所示，在鈴流信號來時，鈴

28、流電壓經(jīng)r2降壓及c1充電加到光電耦合器的輸入端，使發(fā)光二極管導(dǎo)通發(fā)光，從而使光敏三極管導(dǎo)通，把port口的電平拉低。通過port口的電平變化就可以檢測到是否有鈴流信號。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)過光耦的隔離轉(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輸入口，通過軟件來完成整個振鈴音檢測和計數(shù)的過程。（2） 振鈴檢測方案二：（硬件同時實現(xiàn)振鈴檢測和計數(shù)）圖34 振鈴檢測（方法二）鈴流電壓經(jīng)c1隔直，r1降壓，b1橋式整流后，經(jīng)r3在c2上充電，鈴流停止時，

29、c2經(jīng)r2、r3即可改變電容c2的充放電時間，使電路的充電時間常數(shù)大于放電時間常數(shù)。這樣，每次鈴流停止時，電容上的電荷只放掉一部分，下一次又在此基礎(chǔ)上充電。調(diào)節(jié)充放電時間使得振鈴n次時電容的電荷積累達到觸發(fā)電平，使光耦管導(dǎo)通，達到了振鈴n次輸出檢測電平的目的。若設(shè)n3，則電容c2充放電波形示意圖如圖3-5所示。 觸發(fā)電平 t1 t2 t3 圖3-5 c2充放電示意圖考慮到實際調(diào)節(jié)操作的不方便，且不易改變所設(shè)定的延時時間，因此該振鈴檢測電路的設(shè)計仍采用軟件計數(shù)的方案，這樣設(shè)置方便且定時精確。33 模擬摘掛機電路模擬摘掛機電路：當檢測到振鈴信號時，單片機將port端置高，同時改變?nèi)龢O管q2的基極電

30、壓使三極管導(dǎo)通，c極降為低電平，使得三極管q1導(dǎo)通，于是將一個4.3伏的穩(wěn)壓二極管再加上三極管ce兩極電壓，使電話線路對地為5伏左右，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。若要掛機，則將port端置低。根據(jù)設(shè)計原理，原器件選取如下：1、 r10是三極管限流電阻，取2k；2、 q1，q2三極管是起模擬開關(guān)控制作用，取q1為9012，取q2為9013；3、 d1為4.3伏的穩(wěn)壓二極管；4、 c9取0.1uf。根據(jù)有關(guān)技術(shù)指標，模擬摘掛機電路設(shè)計如圖36所示：圖36 模擬摘掛機34 雙音多頻譯碼電路的設(shè)計3.4.1 雙音多頻信號的形成

31、眾所周知，電話機有兩種撥號方式，即脈沖撥號和雙音頻撥號。由于脈沖撥號方式是按一定的斷/續(xù)比和速率來斷、續(xù)電話線的環(huán)路而發(fā)出脈沖信號的，它存在以下缺點：（1）撥號速度慢。電話號碼越長，所用的時間越長，占用交換機的時間也長，這就使程控交換機接續(xù)速度快的優(yōu)點得不到發(fā)揮，從而影響了交換機的接通率。（2）脈沖信號在線路中傳輸產(chǎn)生波形畸變，可能產(chǎn)生錯號。（3）脈沖信號的幅度大，容易產(chǎn)生線間干擾。雙音撥號能克服脈沖信號的上述缺點，增加遙控器的可靠性，因此這里設(shè)計的遙控器只接收雙音頻信號。數(shù)字或 f h（hz）功能fl(hz) 1209133614471633697123a770456b852789c9410

32、d表331由表331我們可以看出：表征雙音多頻信號的頻率共有八個。我們把頻率低于1000hz的四個頻率稱為低頻群，高于1000hz的四個頻率成為高頻群。按鍵盤上的每一號或一個字符都是由一個高頻群的頻率和一個低頻群的頻率組成。如發(fā)出的號5其對應(yīng)的高頻群fh=1336hz，對應(yīng)的低頻群fl=770hz。所以當我們按“5”時，便同時產(chǎn)生770hz和1336hz這兩個頻率，交換機收到這樣的音頻信號組合后，其解碼器能立即解碼、辨認和接續(xù)。表中1633hz是作為備用頻率提出來的，用它可以擴大電話機的功能。普通電話機上的撥號盤通常不用這一頻率，而只用表中7個頻率，我們稱之為7中取2制。如果8個頻率全部用上，

33、我們稱之為8中取2制，也就是說每個號碼的數(shù)字是從8個頻率上取2個頻率（高頻群中取一個，比頻群中取一個）來表征。分析表331中，我們還可以得出：表中任意兩個頻率都不互為諧波關(guān)系。在音頻范圍內(nèi)，表中任意一個頻率都不等于其他任意兩個頻率之和或者之差，也不等于任意兩個頻率諧波的和或者差。這樣安排頻率的目的在于保證在撥號時不發(fā)生傳輸?shù)牟铄e，防止因非線性失真或者其它原因產(chǎn)生不需要的頻率，以提高對語言或雜音引起的虛假信號的防護能力。雙音多頻撥號電路較脈沖撥號電路有如下優(yōu)點：(1)接續(xù)速度快。幾乎是在用戶一壓按鈕，多頻信號即送出，交換機的解碼器立即解碼辨認，完成接續(xù)，而脈沖式則要先儲存，在將脈沖一個一個地送出

34、，然后由交換機辨認，需要很長時間。(2)效率高。由于接續(xù)快，交換機可在相同時間內(nèi)完成更多的接續(xù)。提高了可靠性。dtmf信號送出的是兩個正弦信號的復(fù)合波形，交換機只有同時收到兩個規(guī)定的頻率組合才有效，否則無效，這就大大提高了可靠性。(3)傳輸距離遠。脈沖信號會因傳輸距離遠而失真并錯號。dtmf信號不易失真，它只要求有一定的信噪比，所以可傳得更遠。(4)能完成更多的任務(wù)。dtmf信號常用于存儲程控式交換機，利用dtmf信號可組成16種組合，能完成比脈沖撥號更多的用戶服務(wù)。3.4.2 雙音多頻解碼電路的設(shè)計此部分是整個系統(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，我發(fā)現(xiàn)使用

35、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8870、8880、8888等，經(jīng)過反復(fù)論證比較，我決定使用雙音頻解碼集成片mt8870來完成此功能模塊。 mt8870是一種常用的雙音多頻信號譯碼器，也是一種大規(guī)模cmos集成電路，主要由濾波器、譯碼器和控制電路三部分組成，引腳如圖3-7所示。mt8870芯片具有低功耗(電源電壓5v時，消耗電流3ma)；使用外圍元件少，外接3.579mhz的晶振；采用運算放大器，輸出

36、放大倍數(shù)調(diào)整方便且可提高增益及輸入阻抗高等特點。圖37 mt8870引腳圖引腳端說明：in+ 、in- 運放同、反相輸入，模擬信號或dtmf信號從此端輸入。q0q3數(shù)據(jù)輸出，它是相應(yīng)于16種dtmf信號（高、低單音組合）的位二進制并行碼，為三態(tài)緩沖輸出。gs運放輸出，外接反饋電阻可調(diào)節(jié)輸入放大器的增益。std 控制輸入延遲，當一有效單音對被接收，st超過vtst，輸出鎖存器被更新，則std為高電平，若st低于vtst，則std返至低電平。vref 基準電壓輸出。est 初始控制輸出，若電路檢測出一可識別的單音對，則此端即變?yōu)楦唠娖?，若無輸入信號或連續(xù)失真，則返回低電平。inh pwdn 內(nèi)部連

37、接端，應(yīng)接地。st/gt 控制輸入時間監(jiān)測輸出?？刂戚斎?，若此輸入電壓高于門限vts則電路將接收dtmf單音對，并鎖存相應(yīng)碼子于輸出，若輸入電壓低于vtst，則電路不接收新的單音對。osc1、osc2 振蕩器輸入、輸出。兩端外接3.5795mhz晶體。vdd 正電源，通常接+5v。toe 數(shù)據(jù)輸出允許端，若為高電平輸入，即允許d01-d04輸出，若為低電平輸入，則禁止d01-d04輸出。vss 接負電源，通常接地。mt8870 在常規(guī)使用時,其電路連接如圖3-8所示：圖38 mt8870常規(guī)使用時接線方式用戶音頻電話機發(fā)出的雙音多頻（dtmf）信號通過電容（0.1uf）及電阻(100k)耦合到

38、芯片的第腳，腳是芯片內(nèi)部運算放大器的反向輸入端，腳是運放的輸出端，輸入輸出之間接一個100k的比例放大電阻。芯片的11腳至14腳是dtmf信號的二進制代碼的輸出數(shù)據(jù)通道。它們與單片微處理機的數(shù)據(jù)總線相連。芯片內(nèi)部的dtmf信號代碼可通過此通道進入控制電路的ram中。芯片的18腳接電源5v，16、17腳與18腳之間所接的電阻（100k）及電容（0.1uf）是識別dtmf信號時所需的時間常數(shù)電路。、腳接地，腳與腳相連，、腳之間接一個.5795z的晶振，分頻產(chǎn)生芯片內(nèi)部所需的dtmf信號雙音對中的各單音比較信號。芯片的腳是dtmf信號檢測輸出，當芯片接收到雙音多頻信號時，腳輸出高電平，平時腳為低電平

39、。芯片的腳為數(shù)據(jù)允許輸出端，允許芯片接收到的dtmf二進制代碼從腳上輸出，高電平有效。平時腳保持低電平，腳為高阻態(tài)。這種接線方式是常規(guī)使用時的接線方式。一塊芯片在同一時刻只能接收一個用戶終端送來的dtmf信號。mt8870譯碼如表表 3-4-1 mt8870譯碼表元器件列表：1、 r1和r2是輸入平衡電阻，取100k,c1隔直電容，取0.1uf；2、 芯片外部晶振選擇3.579mhz；3、 ic1是雙音頻解碼芯片，選取mt8870；4、 c2選取0.1uf；5、 r3是輸出平衡電阻，選取100k。35 信號音提示電路原理說明：為了方便本系統(tǒng)的使用者，本人設(shè)計了信號音提示音電路，如圖3-9信號音

40、提示電路。圖39 信號音提示音電路信號音從單片機at89c51的rxd/p3.0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c7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。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。lm386n-1放大增益為50db的連接方式,其電路連接如圖3-10所示：圖310 lm386n-1放大增益為50db的連接方式36 電器控制電路當at8

41、9c51的應(yīng)用系統(tǒng)對某一電器進行開頭控制時，輸出一高電平或低電平至此電路，通過固態(tài)繼電器的吸合或釋放，控制電器開頭，驅(qū)動電器。3.6.1 固態(tài)繼電器的特點及工作原理繼電器是我們生活中常用的一種控制設(shè)備，通俗的意義上來說就是開關(guān)，在條件滿足的情況下關(guān)閉或者開啟。繼電器的開關(guān)特性在很多的控制系統(tǒng)尤其是離散的控制系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。從另一個角度來說，由于為某一個用途設(shè)計使用的電子電路，最終或多或少都需要和某一些機械設(shè)備相交互，所以繼電器也起到電子設(shè)備和機械設(shè)備的接口作用。ssr成功地實現(xiàn)了弱信號對強電(輸出端負載電壓)的控制。由于光耦合器的應(yīng)用，使控制信號所需的功率極低(約十余毫瓦就可正常工作)，

42、而且所需的工作電平與ttl、htl、cmos等常用集成電路兼容，可以實現(xiàn)直接聯(lián)接。這使ssr在數(shù)控和自控設(shè)備等方面得到廣泛應(yīng)用。在相當程度上取代傳統(tǒng)的“線圈簧片觸點式”繼電器(簡稱“mer”)。ssr由于是全固態(tài)電子元件組成，與mer相比，它沒有任何可動的機械部件，工作中也沒有任何機械動作；ssr由電路的工作狀態(tài)變換實現(xiàn)“通”和“斷”的開關(guān)功能，沒有電接觸點，所以它有一系列mer不具備的優(yōu)點，即工作高可靠、長壽命(有資料表明ssr的開關(guān)次數(shù)可達108-109次，比一般mer的106高幾百倍)；無動作噪聲；耐振耐機械沖擊；安裝位置無限制；很容易用絕緣防水材料灌封做成全密封形式，而且具有良好的防潮

43、防霉防腐性能；在防爆和防止臭氧污染方面的性能也極佳。圖311 固態(tài)繼電器示意圖 繼電器的結(jié)構(gòu)如圖3-11所示。從整體上看，ssr只有兩個輸入端(a和b)及兩個輸出端(c和d)，是一種四端器件。工作時只要在a、b上加上一定的控制信號，就可以控制c、d兩端之間的“通”和“斷”，實現(xiàn)“開關(guān)”的功能，其中耦合電路的功能是為a、b端輸入的控制信號提供一個輸入/輸出端之間的通道，但又在電氣上斷開ssr中輸入端和輸出端之間的(電)聯(lián)系，以防止輸出端對輸入端的影響，耦合電路用的元件是“光耦合器”，它動作靈敏、響應(yīng)速度高、輸入/輸出端間的絕緣(耐壓)等級高；由于輸入端的負載是發(fā)光二極管，這使ssr的輸入端很容易

44、做到與輸入信號電平相匹配，在使用可直接與單片機輸出口相接，即受“1”與“0”的邏輯電平控制。觸發(fā)電路的功能是產(chǎn)生合乎要求的觸發(fā)信號，驅(qū)動開關(guān)電路工作。 本設(shè)計所選用的繼電器為hrs1h-s-dc5v，分別帶一個感應(yīng)線圈，一對常開觸點和一對常閉觸點，其結(jié)構(gòu)圖如圖312：圖312 hrs1h-s-dc5v結(jié)構(gòu)圖3.6.2 電器控制電路設(shè)計圖圖312 電器控制電路圖當三極管q3導(dǎo)通時（通過port口控制實現(xiàn)），繼電器的線圈中有電流流過，電流足夠時，繼電器吸合，電器插頭就上220v的交流電（表示受控制的電器）。第四章 軟件設(shè)計在前一章的敘述中，我們已經(jīng)了解到，許多功能是通過軟件得以實現(xiàn)的，如振鈴計數(shù)，

45、模擬摘機，信號音的發(fā)生等。下面具體介紹一下該遙控器各個程序模塊的設(shè)計。41 系統(tǒng)軟件總流程圖start初 始 化振 鈴 檢 測是否振鈴5次 n模 擬 摘 機輸入密碼密碼檢測是否輸入三次？ n是否正確？ n執(zhí)行操作 y掛機圖41 系統(tǒng)軟件總流程圖42 各子程序的設(shè)計軟件設(shè)計根據(jù)功能不同，可以劃分為：振鈴計數(shù)、按鍵輸入、密碼校驗、電器控制、信號音提示（延時程序）這幾個子程序。為了便于理解。這里根據(jù)程序的執(zhí)行順序分別對它們的框圖作一介紹并給出必要的解釋。4.2.1 振鈴計數(shù)子程序的設(shè)計在電話網(wǎng)絡(luò)中經(jīng)常有干擾信號進入電話線，所以在振鈴檢測是要先判斷電話線上的信號是否為振鈴信號。正常的振鈴信號是一組1秒

46、通、4秒斷的25hz3hz 的正弦信號，經(jīng)過光電耦合器后出來的是25hz3hz的方波信號，也就是說在1秒鐘內(nèi)有253個中斷信號進入cpu，就說明來的信號是振鈴信號。在設(shè)定好振鈴次數(shù)后就開中斷等待振鈴信號的進入，進入中斷先判斷是否是振鈴信號，然后就進行振鈴的次數(shù)的判斷，符合振鈴次數(shù)后就進入下一步，模擬摘機。4.2.2 按鍵輸入子程序的設(shè)計在有按鍵信號后，cpu就讀dtmf雙音多頻解碼后的q1q4的值，根據(jù)這個值就可以讀出按鍵的鍵值。按鍵信號是通過int0中斷信號提示cpu有鍵按下，然后cpu就取按鍵值，這樣就完成按鍵輸入并識別鍵值的任務(wù)了。圖43 按鍵輸入流程圖4.2.3 密碼校驗子程序的設(shè)計本

47、系統(tǒng)密碼校驗的基本原理是：在系統(tǒng)初始化的時候把原始密碼寫入地址為30h開始的存儲空間內(nèi)，密碼的位數(shù)“5”賦給r7。當系統(tǒng)摘機時，要求輸入密碼，單片機把解碼后的數(shù)據(jù)（使用者輸入的密碼）存儲在38h開始的存儲空間內(nèi)。然后單片機對進行兩個存儲地址的內(nèi)容逐位進行比較，直到完全相等才能轉(zhuǎn)到下一進程，有一位不同，程序就提示出錯，要求重新輸入密碼，如果輸入3次錯誤就直接掛機。4.2.4 信號音提示子程序的設(shè)計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)頻率為20hz至20khz的范圍，和ccitt規(guī)定的電話話音信號的頻率范圍是300hz至3400hz，我在本功能單元的發(fā)聲頻率定為50

48、0hz和1000hz兩種。主要分為五種提示音：1、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=1000hz，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)，從而形成方波在整個信號音提示程序的設(shè)計中，

49、我們要用到了幾個延時子程序，我們采用軟件延時的方法。軟件延時一般都是用指令djmz rn,rel來實現(xiàn)，具體過程如下（以1s延時為例）：delay: mov r5,#25delay1: mov r6,#100delay2: mov r7,#100 djnz r7,$djnz r6,delay2 djnz r5,delay1 ret因為執(zhí)行mov rn,#data指令需12個振蕩周期，即兩個機器周期，每個機器周期為2us,所以完成該指令需4us,所以執(zhí)行delay子程序所需的時間為：（1004+2+4）10025=1015000us=1.015s第五章 系統(tǒng)調(diào)試5.1 硬件調(diào)試在搭好整個電路后，

50、要先對各個模塊進行調(diào)試，確保單個模塊能正常工作。調(diào)試所使用的測試儀器儀表和工具：(1) 雙蹤示波器一臺；(2) 萬用表一個；(3) 可調(diào)穩(wěn)壓電源一個；(4) 電話單機兩臺；(5) 電話線一條；5.1.1 振鈴檢測及模擬摘機模塊的電路調(diào)試在上電后，接上電話線，讓外線撥打該電話是其振鈴，用示波器接光耦的輸出端，測其相對地的電平。鈴流來時，其輸出腳跳變?yōu)楦唠娖剑缓舐錇榈碗娖?，下一次鈴流來時，又跳變成高電平，鈴流期間，重復(fù)此過程，說明振鈴檢測模塊工作正常。當振鈴5次后，單片機p3.1（txd）發(fā)出一個高電平，使得電話線的電壓降為5v左右，電話接通，而且振鈴結(jié)束，說明模擬摘機模塊能正常工作。5.1.2

51、 dtmf雙音多頻解調(diào)模塊的電路調(diào)試為了能檢測到雙音多頻解調(diào)結(jié)果，在q1q4口各接一個發(fā)光二極管。如果輸出是“1”（高電平），發(fā)光二級管就發(fā)光。在模擬摘機后按下鍵，四個發(fā)光二極管沒有反應(yīng)，說明解調(diào)模塊存在問題，但不知道是什么問題，就只能逐級查問題。先查輸入信號，用示波器測mt8870的2號腳對地信號，摘機后按鍵，觀察示波器，沒有波形出來，說明輸入有問題。于是就查電路，經(jīng)仔細檢查后，電路沒大問題。在一次不經(jīng)意間，我用示波器測mt8870的2號腳對交換機地的信號時，發(fā)現(xiàn)有波形出現(xiàn)，如圖51所示。經(jīng)查資料發(fā)現(xiàn)此波形就是dtmf信號，這就說明問題的關(guān)鍵就是信號地與電源地的參考地問題。于是就把電源地與交

52、換機的gnd共地，摘機后按鍵，用發(fā)光二極管檢測q1q4有輸出，而且輸出值就是按鍵值。為了解決共地問題，對電路進行了改進，如圖52所示。不把電話線a、b雙線直接接入mt8870的2號腳和地，而是通過一個橋路后再接入mt8870的2號腳，這樣就解決了信號對地的參考問題。對該進后的電路調(diào)試，q1q4能正常輸出，說明dtmf解調(diào)模塊工作正常。圖51 dtmf信號圖52 dtmf信號解調(diào)模塊修改后的電路5.1.4 電器控制電路的調(diào)試電器控制電路主要還是繼電器的動作，把圖312中的port口接vcc，聽到“嗒”聲，說明繼電器能工作，電器控制模塊能正常工作。5.2 軟件調(diào)試硬件的各個模塊都通過調(diào)試，證明硬件

53、都能正常工作。接下來就要對軟件實行調(diào)試，實現(xiàn)要完整的功能。調(diào)試所使用的工具：(1) 偉福系列仿真器一臺；(2) 實驗程控交換機一臺；(3) 雙音多頻電話機兩臺；(4) 主頻為50mhz的微機一臺；(5) 雙蹤示波器一臺。 調(diào)試過程是把各個模塊分別編成子程序的方法，在主程序中調(diào)用各個子程序。完成各個模塊的功能和連接。調(diào)試是先通過單步執(zhí)行，確定編的程序在邏輯上沒問題。由于用的是匯編語言，語句間的跳轉(zhuǎn)很多而且很煩，所以調(diào)的過程是一個痛苦的過程，要耐心仔細。5.3 聯(lián)機在線調(diào)試由于在聯(lián)機調(diào)試前既有硬件調(diào)試，又有軟件調(diào)試，調(diào)試起來比較麻煩，所以聯(lián)機調(diào)試時出現(xiàn)了一些問題，后來根據(jù)調(diào)試出現(xiàn)的問題，對硬件和軟

54、件都做出了相應(yīng)的調(diào)整，使整個設(shè)計能正常的運行。結(jié) 論前幾章的分析和設(shè)計，以及硬件與開發(fā)系統(tǒng)的聯(lián)合調(diào)試，證明該電話控制智能家居系統(tǒng)的硬件和軟件都是可行的。通過外線來控制電器的狀態(tài)，電器得到正確控制。這進一步證明我們設(shè)計的電話控制智能家居系統(tǒng)工作正常，可以完成我們在第一章中指出的所有功能。利用智能電話遠程控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)固定電話和移動電話對空調(diào)器、電燈、電飯煲等家用電器設(shè)備的遠程控制,如可以提前將居室的空調(diào)打開,一進家門便享受清涼世界；用戶外出旅游或出差時,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。另外,本系統(tǒng)也可應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)中,實現(xiàn)對無人值守崗位的遠程控制。電話控制智能家居系統(tǒng)設(shè)計采用了at89c51單片機作為系統(tǒng)的中央控制單元,并結(jié)合軟件編程,實現(xiàn)了語音界面及安全認證機制,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。另外，該遙控器功耗小，它操作簡單，經(jīng)濟實用，抗干擾性強，可靠性好，