3034.智能家居控制系統(tǒng)(很好)

1、目 錄 引言引言 .3 3 1 1 緒緒 論論 .4 4 1.1 課題背景.4 1.2 智能家居控制系統(tǒng)的概述.5 1.3 課題研究的目的及意義 .6 1.4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要任務(wù) .6 2 2 方案設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì) .7 7 2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)與分析 .7 2.1.1 單片機(jī)控制部分.7 2.1.2 系統(tǒng)工作流程部分.8 2.2 遠(yuǎn)程控制設(shè)計(jì)與分析.8 2.2.1 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析.8 2.2.2 控制要求 .9 2.2.3 單元功能模塊.9 2.3 傳感器信號采集設(shè)計(jì)與分析.9 2.3.1 防火災(zāi)發(fā)生傳感器 .9 2.3.2 可燃?xì)怏w泄漏傳感器.10 2.3.3 防盜傳感器.10 2.3.4 信

2、號采集設(shè)計(jì)與分析 .10 2.4 gsm 模塊的接口與設(shè)計(jì) .10 2.4.1 tc35 模塊組成.10 2.4.2 tc35 模塊通信電路.10 2.4.3 tc35 模塊與 mcu 連接方式.10 2.5 紅外學(xué)習(xí)遙控設(shè)計(jì) .11 2.5.1 紅外學(xué)習(xí)遙控的設(shè)想 .11 2.5.2 紅外學(xué)習(xí)遙控的實(shí)現(xiàn) .11 3 3 硬件電路設(shè)計(jì)硬件電路設(shè)計(jì) .1212 3.1 相關(guān)芯片及模塊簡介.12 3.1.1 mcu sm8952ac25p 簡介.12 3.1.2 雙音多頻收發(fā)器 mt8870 簡介 .12 3.1.3 isd2500 系列單片語音錄放簡介.13 3.1.4 固態(tài)繼電器(ssr)簡介

3、 .13 3.2 遠(yuǎn)程控制電路設(shè)計(jì) .13 3.2.1 振鈴檢測電路.13 3.2.3 雙音頻解碼電路 .15 3.2.4 語言提示電路 .16 3.3 電源電路設(shè)計(jì) .17 3.3.1 5v 開關(guān)電源穩(wěn)壓器電路.17 3.3.2 其他電源穩(wěn)壓器電路 .17 3.4 tc35 短消息模塊電路設(shè)計(jì) .17 3.4.1 tc35 短消息模塊接口電路.17 3.4.2 tc35 短消息模塊控制設(shè)計(jì).18 3.5 紅外學(xué)習(xí)遙控電路設(shè)計(jì) .19 3.5.1 紅外學(xué)習(xí)遙控接收電路設(shè)計(jì) .19 3.5.2 紅外學(xué)習(xí)遙控發(fā)送電路設(shè)計(jì) .19 4 4 軟件部分軟件部分 .1919 4.1 下位機(jī)編程 .19 4

4、.1.1 主控單片機(jī)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) .19 4.1.2 遠(yuǎn)程控制程序設(shè)計(jì).21 4.1.3 短信息發(fā)送程序設(shè)計(jì).22 4.1.4 紅外學(xué)習(xí)遙控程序設(shè)計(jì).23 4.2 上位機(jī)（pc 機(jī)）編程 .24 4.2.1 用戶界面的設(shè)計(jì) .24 4.2.2 串行通信的實(shí)現(xiàn) .24 4.2.3 控件 mscomm 使用方法.25 5 5 系統(tǒng)制作及調(diào)試系統(tǒng)制作及調(diào)試 .2626 5.1 使用的儀器儀表及工具.27 5.2 硬件制作與調(diào)試.27 5.2.1 系統(tǒng) pcb 板的設(shè)計(jì).27 5.2.2 系統(tǒng)硬件調(diào)試.27 5.3 軟件及聯(lián)機(jī)調(diào)試.28 5.3.1 主控程序調(diào)試.28 5.3.2 短消息發(fā)送調(diào)試.28

5、 6 6 結(jié)論結(jié)論 .2929 謝謝 辭辭 .3030 附錄附錄 1 1.3232 附錄附錄 2 2.5454 附錄附錄 3 3.6262 附錄附錄 4 4.6363 引言 21 世紀(jì)是信息化的世紀(jì)，各種電信和互聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)推動了人類文明的 巨大進(jìn)步。本文介紹的數(shù)字化家居控制系統(tǒng)可以使得人們可以通過手機(jī)或 電話在任何時候、任意地點(diǎn)對家中的任意電器（空調(diào)、熱水器、電飯煲、 燈光、音響、dvd 錄像機(jī)）進(jìn)行遠(yuǎn)程控制；也可以在下班途中，預(yù)先將家 中的空調(diào)打開、讓熱水器提前燒好熱水、電飯煲煮好香噴噴的米飯； 而這一切的實(shí)現(xiàn)都僅僅是打一個簡單的電話。此外，該系統(tǒng)還可使家庭具 有多途徑報(bào)警、遠(yuǎn)程監(jiān)控等多種功

6、能，如果不幸出現(xiàn)某種險情，您和 110 可以在第一時間獲得通知以便進(jìn)一步采取行動。舒適、時尚的家居生活是 社會進(jìn)步的標(biāo)志，智能家居控制系統(tǒng)能夠在不改變家中任何家電的情況下， 對家里的電器、燈光、電源、家庭環(huán)境進(jìn)行方便地控制，使人們盡享高科 技帶來的簡便而時尚的現(xiàn)代生活。 實(shí)現(xiàn)智能化離不開運(yùn)算和控制單元，本系統(tǒng)采用 mcu(sm8952ac25p)作 為主控器件，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)由硬件和軟件組成。硬件由單片機(jī)擴(kuò)展的存 儲器、輸入/出設(shè)備以及各種實(shí)現(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)控制要求的接口電路和有關(guān) 的外圍電路芯片或部件組成；軟件由單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)其特定控制功能 的各種工作程序和管理程序組成。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)

7、的過程中，應(yīng)不 斷調(diào)整軟、硬件，協(xié)調(diào)地進(jìn)行軟、硬件設(shè)計(jì)，以提高工作效率，當(dāng)系統(tǒng)硬 件和軟件緊密配合、協(xié)調(diào)一致，就可以組成高性能的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。本 課題完成了單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)其開發(fā)過程的系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、軟 件設(shè)計(jì)和系統(tǒng)調(diào)試，根據(jù)開發(fā)的實(shí)際需要，相互協(xié)調(diào)、交叉，有機(jī)的進(jìn)行。 本設(shè)計(jì)的 mcu 與各個芯片和模塊的接口、各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)都嚴(yán)格遵循國家有關(guān)標(biāo) 準(zhǔn)，為以后的產(chǎn)品化提供了良好的基礎(chǔ)。 本系統(tǒng)的電話遠(yuǎn)程控制是基于電話交換網(wǎng)絡(luò)的國際雙音頻通信標(biāo)準(zhǔn) dtmf 通信方式，程控交換信令作為系統(tǒng)控制命令，采用 mt8870 雙音頻編 解碼電路實(shí)現(xiàn)，單片機(jī)通過 mt8870 識別來自電話程控交換機(jī)的網(wǎng)絡(luò)

8、的控 制信號，用戶只需撥通家中的電話可以根據(jù)系統(tǒng)的語音提示進(jìn)行按鍵選擇 以實(shí)現(xiàn)用戶身份的識別、遠(yuǎn)程控制和安防操作；各種傳感器的檢測是利用 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將多路被測量值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，再經(jīng)過單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理， 實(shí)現(xiàn)實(shí)時測控；短消息發(fā)送部分采用基于 siemens tc35 gsm 模塊 tc35 modem 和 ti 公司的電平轉(zhuǎn)換芯片 max3238 等器件構(gòu)成的移動終端的硬件 電路可以完成短消息收發(fā)等功能。 在設(shè)計(jì)本系統(tǒng)時，面對各種檢測對象和大量控制單元，需要利用各種 接口標(biāo)準(zhǔn)和 mcu 進(jìn)行連接，再經(jīng)過 mcu 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)實(shí)時測控。而 此時采用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)智能家居控制系統(tǒng)不僅具有采集

9、控制方便、簡單、 靈活等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高采各模塊和芯片的協(xié)調(diào)性，從而大大提 高系統(tǒng)的可利用性。此次系統(tǒng)設(shè)計(jì)統(tǒng)正是把 mt8870、tc35 modem 與 sm8952ac25p 單片機(jī)有機(jī)的結(jié)合起來，順利的完成了本設(shè)計(jì)的要求。并且 實(shí)現(xiàn)了學(xué)習(xí)型遠(yuǎn)程紅外遙控功能，為控制紅外家電和設(shè)備提供了良好的基 礎(chǔ)。本系統(tǒng)也可應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)中,實(shí)現(xiàn)對無人值守崗位的遠(yuǎn)程監(jiān)控等。 1緒 論 1.1 課題背景 21 世紀(jì)是信息時代，各種電信新技術(shù)推動了人類文明的進(jìn)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，近十年來，中國的固定電話

10、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(jī)總?cè)萘客黄?1 億門，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模躍居 世界第二位，2006 年初固定電話用戶總數(shù)達(dá)到 35539.2 萬戶，移動電話用 戶達(dá)到 40407.2 萬戶，現(xiàn)代電話網(wǎng)絡(luò)是由程控交換機(jī)進(jìn)行交換傳輸，移動 通信也從模擬時代走向了高度數(shù)字化時代，它們的性能已經(jīng)有了很大的進(jìn) 展，而且可靠性非常高。 正是因?yàn)橥ㄐ偶夹g(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制技術(shù)的迅猛發(fā)展與 提高，促使了家庭實(shí)現(xiàn)了生活現(xiàn)代化，居住環(huán)境舒適化、安全化。這些高 科技已經(jīng)影響到人們生活的方方面面，改變了人們生活習(xí)慣，提高了人們 生活質(zhì)量，家居智能化也正是在這種形勢下應(yīng)運(yùn)而生的。智能家

11、居控制系 統(tǒng)的主要功能包括通信、設(shè)備自動控制、安全防范三個方面。 隨著新技術(shù)和自動化的發(fā)展，傳感器的使用數(shù)量越來越大，功能也越 來越強(qiáng)，各種傳感器都已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化這給智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 提供極大方便。 電話遠(yuǎn)程控制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(jìn)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。另外電話屬雙工通信手段。因此，這可 以大大體現(xiàn)出利用電話進(jìn)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(jìn)行進(jìn)一步的操作。電話遙控部分

12、 課題目前已有涉足者，但是只是還只限于實(shí)驗(yàn)室階段，因而距離實(shí)際應(yīng)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 雙工通信特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)正是針對這一點(diǎn)進(jìn)行了較大改進(jìn)，采取單片機(jī)智能 控制，利用不同的提示音達(dá)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(dá)到交互式與智能 化。而且本設(shè)計(jì)的調(diào)試都是在線調(diào)試，已經(jīng)在電信、鐵通的交換機(jī)實(shí)驗(yàn)并 且能夠成功的使用移動電話進(jìn)行操作。 短信息服務(wù)（short message service，sms）是 gsm（global system for mobile comm unication）系統(tǒng)中提

13、供的一種 gsm 終端（手機(jī)）之間， 通過服務(wù)中心(service center)進(jìn)行文本信息收發(fā)的應(yīng)用服務(wù)，其中服務(wù) 中心完成信息的存儲和轉(zhuǎn)發(fā)功能。短信息服務(wù)作為 gsm 網(wǎng)絡(luò)的一種基本業(yè) 務(wù)，已得到越來越多的系統(tǒng)運(yùn)營商和系統(tǒng)開發(fā)商的重視，基于這種業(yè)務(wù)的 各種應(yīng)用也蓬勃發(fā)展起來。由于 gsm 網(wǎng)絡(luò)在全國范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了聯(lián)網(wǎng)和漫游， 具有網(wǎng)絡(luò)能力強(qiáng)的特點(diǎn)，用戶無需另外組網(wǎng)，在極大提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的 同時為客戶節(jié)省了昂貴的建網(wǎng)費(fèi)用和維護(hù)費(fèi)用。同時，他對用戶的數(shù)量也 沒有限制，克服了傳統(tǒng)的專網(wǎng)通信系統(tǒng)投資成本大、維護(hù)費(fèi)用高、且網(wǎng)絡(luò) 監(jiān)控的覆蓋范圍和用戶數(shù)量有限的缺陷。比傳統(tǒng)的集群系統(tǒng)在無線網(wǎng)絡(luò)覆 蓋上

14、具有無法比擬的優(yōu)勢，加上 gsm 的 sms 本身具備的數(shù)據(jù)傳送功能，都 使得這些應(yīng)用得到迅速的普及。利用 gsm 短信息系統(tǒng)進(jìn)行無線通信還具有 雙向數(shù)據(jù)傳輸功能，性能穩(wěn)定，為遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳送和監(jiān)控設(shè)備的通信提供了 一個強(qiáng)大的支持平臺。在此以 gsm 網(wǎng)絡(luò)作為數(shù)據(jù)無線傳輸網(wǎng)絡(luò)，它可以應(yīng) 用在銀行、儲蓄點(diǎn)機(jī)房監(jiān)控、電信機(jī)房動力環(huán)境監(jiān)控、通信行業(yè)遠(yuǎn)端無人 值守站機(jī)房監(jiān)控和遠(yuǎn)程維護(hù)（如移動通信基站、微波站、光纖中繼站等） 及其他無人值守點(diǎn)（如倉庫、辦公樓等）監(jiān)控及城市公用事業(yè)實(shí)時監(jiān)控維 護(hù)系統(tǒng)像煤氣調(diào)壓站、自來水、污水管網(wǎng)和熱力系統(tǒng) 、電力系統(tǒng)城市中 電網(wǎng)等情況中。在此本系統(tǒng)采用了 siemens 公司

15、新一代無線通信 gsm 模塊 tc35 是，它設(shè)計(jì)小巧、功耗很低很大程度上方便了智能家居控制系統(tǒng)的設(shè) 計(jì)。 1.2 智能家居控制系統(tǒng)的概述 圖 1.1-1 智能家居控制系統(tǒng)示意圖 隨著社會信息化的加快，人們的工作、生活和通訊、信息的關(guān)系日 益緊密。信息化社會在改變?nèi)藗兩罘绞脚c工作習(xí)慣的同時，也對傳統(tǒng)的 住宅提出了挑戰(zhàn)，社會、技術(shù)以及經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步更使人們的觀念隨之巨變。 人們對家居的要求早已不只是物理空間，更為關(guān)注的是一個安全、方便、 舒適的居家環(huán)境。家居智能化技術(shù)起源于美國，它是以家為平臺進(jìn)行設(shè)計(jì) 的。 智能家居控制系統(tǒng)是以 hfc、以太網(wǎng)、現(xiàn)場總線、公共電話網(wǎng)、無線網(wǎng)的 傳輸網(wǎng)絡(luò)為物理平臺，

16、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為技術(shù)平臺，現(xiàn)場總線為應(yīng)用操作 平臺，構(gòu)成一個完整的集家庭通信、家庭設(shè)備自動控制、家庭安全防范等 功能的控制系統(tǒng)。 智能家居控制系統(tǒng)的總體目標(biāo)是通過采用計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控 制技術(shù)和集成技術(shù)建立一個由家庭到小區(qū)乃至整個城市的綜合信息服務(wù)和 管理系統(tǒng)，以此來提高住宅高新技術(shù)的含量和居民居住環(huán)境水平。 大型的智能家居控制系統(tǒng)通常由系統(tǒng)服務(wù)器、家庭控制器(各種模塊)、 各種路由器、電纜調(diào)制解調(diào)器頭端設(shè)備 cmts、交換機(jī)、通訊器、控制器、 無線收發(fā)器、各種探測器、各種傳感器、各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)、打印機(jī)等主要部 分組成。 1.3 課題研究的目的及意義 智能家居控制系統(tǒng)可以定義為一個過程或者

17、一個系統(tǒng)。利用先進(jìn)的計(jì) 算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、綜合布線技術(shù)、將與家居生活有關(guān)的各種子系 統(tǒng)，有機(jī)地結(jié)合在一起，通過統(tǒng)籌管理，讓家居生活更加舒適、安全、有 效。與普通家居相比，智能家居不僅具有傳統(tǒng)的居住功能，提供舒適安全、 高品位且宜人的家庭生活空間。還將原來的被動靜止結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂心軇?智慧的工具，提供全方位的信息交換功能，幫助家庭與外部保持信息交換 暢通，優(yōu)化人們的生活方式，幫助人們有效安排時間，增強(qiáng)家居生活的安 全性，甚至為各種能源費(fèi)用節(jié)約資金。 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化功能可以提供遙控、家電（空調(diào)，熱水器等）控制、照明控 制、室內(nèi)外遙控、窗簾自控、防盜報(bào)警、電話遠(yuǎn)程控制、可編程定時控制 及計(jì)算機(jī)控

18、制等多種功能和手段。使生活更加舒適、便利和安全。因智能 家居控制系統(tǒng)布線簡單、功能靈活，擴(kuò)展容易而被人們廣泛接受和應(yīng)用。 1.4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要任務(wù) 本文利用 sm8952ac25p、mt8870、tc35 modem 和各類家居傳感器設(shè)計(jì) 制作一款智能家居控制系統(tǒng)樣機(jī)。實(shí)驗(yàn)樣機(jī)的設(shè)計(jì)包括：系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì) 與調(diào)試和控制軟件的編寫與調(diào)試。 (1)硬件部分 智能家居控制系統(tǒng)其硬件部分主要由五大部分構(gòu)成，即電話交換網(wǎng)程 控交換信令部分、控制單元、傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、gsm 模塊 tc35 modem 與接口和電源部分。電話交換網(wǎng)程控交換信令部分主要由 mt8870 和電壓 檢測元件組成，它是系統(tǒng)中控制

19、部分關(guān)鍵的元件，它與控制單元組成控制 部分功能；傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、gsm 模塊 tc35 modem 和控制單元完成報(bào) 警等信號的處理和發(fā)送；電源部分則為各個部分提供工作電源。 (2)軟件部分 軟件設(shè)計(jì)部分主要由五大部分構(gòu)成：即數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)分析部分、電 話交換網(wǎng)程控交換信令識別與分析部分、gsm 模塊 tc35 modem 接口程序部 分、分析控制部分。其中數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)分析部分和電話交換網(wǎng)程控交換 信令識別需要作實(shí)時處理；gsm 模塊 tc35 modem 接口程序部分和分析控制 部分則是根據(jù)采集和電話交換網(wǎng)交換信令進(jìn)行分時操作有利于提高系統(tǒng)效 率。 2 2 方案設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì) 2.1 系

20、統(tǒng)總體設(shè)計(jì)與分析 本設(shè)計(jì)屬于單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。確定單片機(jī)控制系統(tǒng)總體方案，是進(jìn)行 系統(tǒng)設(shè)計(jì)最重要、最關(guān)鍵的一步?？傮w方案的好壞，直接影響整個控制系 統(tǒng)的性能及實(shí)施細(xì)則?？傮w方案的設(shè)計(jì)主要是根據(jù)被控對象的任務(wù)及工藝 要求而確定的。設(shè)計(jì)方法大致如下：根據(jù)系統(tǒng)的要求，首先確定出系統(tǒng)是 采用開環(huán)系統(tǒng)還是閉環(huán)系統(tǒng)，或者是數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。選擇檢測元件，在確 定總體方案時，必須首先選擇好被測參數(shù)的測量元件，它是影響控制系統(tǒng) 精度的重要因素之一。選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)是微型機(jī)控制系統(tǒng)的重要 組成部件之一。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇一方面要與控制算法匹配，另一方面要根 據(jù)被控對象的實(shí)際情況確定。 選擇輸入/輸出通道及外圍設(shè)備。

21、選擇時應(yīng) 考慮以下幾個問題：被控對象參數(shù)的數(shù)量；各輸入/輸出通道是串行操作 還是并行操作；各通道數(shù)據(jù)的傳遞速率；各通道數(shù)據(jù)的字長及選擇位數(shù)； 對顯示、打印有何要求；畫出整個系統(tǒng)流程圖和原理圖。 2.1.1 單片機(jī)控制部分 本系統(tǒng)是單片機(jī)在系統(tǒng)檢測以及工程控制方面的應(yīng)用，其特點(diǎn)是體積 小，成本低，功能強(qiáng)，功耗低，是微機(jī)應(yīng)用產(chǎn)品化的最佳機(jī)種之一，它已 廣泛地應(yīng)用在產(chǎn)品智能化和工業(yè)自動化上。而把單片機(jī)面向工控領(lǐng)域?qū)ο螅?嵌入到工控應(yīng)用系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)嵌入式應(yīng)用的計(jì)算機(jī)稱之為嵌入式計(jì)算機(jī)系 統(tǒng)，簡稱嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)一般分為四種:工控機(jī)，通用 cpu 模塊， 嵌入式微機(jī)處理，單片機(jī)。嵌入式系統(tǒng)具有以下

22、特點(diǎn)： (1)面對控制對象。如傳感信號輸入、人機(jī)交互操作,伺服驅(qū)動等。 (2)嵌入到工控應(yīng)用系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)形態(tài)。 (3)能在工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境中可靠運(yùn)行的品質(zhì)。 (4)突出控制功能。如對外部信息的捕捉、對控制對象實(shí)時控制和有 突出控制功能的指令系統(tǒng)(i/o 控制、位操作和轉(zhuǎn)移指令等)。 單片機(jī)有惟一的專門為嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的體系結(jié)構(gòu)與指令系統(tǒng)， 最能滿足嵌入式應(yīng)用要求。單片機(jī)是完全按嵌入式系統(tǒng)要求設(shè)計(jì)的單芯片 形態(tài)應(yīng)用系統(tǒng)，能滿足面對控制對象、應(yīng)用系統(tǒng)的嵌入、現(xiàn)場的可靠運(yùn)行 及非凡的控制品質(zhì)等要求，是發(fā)展最快、品種最多、數(shù)量最大的嵌入式系 統(tǒng)。 2.1.2 系統(tǒng)工作流程部分 圖 2.1-1 系統(tǒng)工作

23、流程 2.2 遠(yuǎn)程控制設(shè)計(jì)與分析 2.2.1 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析 系統(tǒng)控制器由 mt8870 接收遠(yuǎn)端發(fā)送來的 dtmf 信號、并對其進(jìn)行解碼， 解碼后的信號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 自動離線、上線、復(fù)位功能。為了符合 智能化要求，系統(tǒng)采用 sm8952ac25p 作為中央處理器。同時，電話遠(yuǎn)程控 制系統(tǒng)正常工作還需電源供電電路、驅(qū)動電路等輔助電路。系統(tǒng)組成框圖 如圖 2.2-1 示。由圖可知，系統(tǒng)主要由振鈴檢測電路、模擬摘掛機(jī)電路、 dtmf 音頻解碼電路、語音提示電路、中央處理單元（sm8952ac

24、25p） 、控制 電路、電源電路等組成。 火災(zāi)煙霧 傳感器 可燃?xì)怏w 傳感器 擴(kuò)展信號a/d 轉(zhuǎn)換 放大、 整形 放大、 整形 單片機(jī)信 號分析處 理 短信息發(fā)送 紅外 學(xué)習(xí) 光電 隔離 功率器 件 程控交換信令 執(zhí)行器件 lcd 顯示 門窗磁信 號 電壓 轉(zhuǎn) 換 rs232 pc 機(jī) 圖 2.2-1 遠(yuǎn)程控制系統(tǒng) 控制器并聯(lián)于電話機(jī)的兩端，不會影響電話機(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碼，通過程控交換機(jī)向電話機(jī)發(fā) 出振鈴信號?？刂破鳈z測到六次振鈴后，即六次響鈴后無人接聽時電話自 動摘機(jī)，進(jìn)入密碼檢測階段，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，

25、完成后返回。 2.2.2 控制要求 完成遠(yuǎn)程控制部分必須完成一下要求： (1) 通過電話網(wǎng)對異地的電器實(shí)現(xiàn)控制（開/關(guān)） 。 (2) 控制器可以實(shí)現(xiàn)自動模擬摘掛機(jī)。 (3) 控制器設(shè)置密碼校驗(yàn)。 2.2.3 單元功能模塊 本設(shè)計(jì)此系統(tǒng)必須具有以下單元功能模塊： (1) 鈴音檢測、計(jì)數(shù)； (2) 自動摘掛機(jī)； (3) 密碼校驗(yàn)； (4) 在線修改密碼； (5) 雙音頻信號解碼； (6) 輸入信息分析； 電源電路 語音提示 控制電路 sm8952ac 25p 單片 機(jī) 振鈴 檢測 模擬 摘機(jī) dtmf 解碼 (7) 控制電器開關(guān)； (8) 電器狀態(tài)查詢； 2.2.4 軟硬件方案確定 根據(jù)電話機(jī)和交

26、換機(jī)發(fā)出的不同信號音以及電話線各種狀態(tài)的不同要 求，本設(shè)計(jì)方案結(jié)合實(shí)際情況對具體的單元功能模塊作出軟件或硬件上作 了以下分工： 交換機(jī)所發(fā)出的各種信號音都大多數(shù)可以通過軟件編程來識別，即通過單 片機(jī)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(jì)算出其頻率， 從而完成信號音的識別。但從系統(tǒng)的可靠性和程序的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上分析，用 硬件來解決振鈴音檢測、雙音頻信號解碼等功能相對穩(wěn)定可靠。 設(shè)計(jì)中 自動摘掛機(jī)和電器的控制必須使用具體硬件電路來實(shí)現(xiàn)。而振鈴音計(jì)數(shù)、 密碼校驗(yàn)、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，易于實(shí)現(xiàn)。 綜上所述，本設(shè)計(jì)信號音檢測、自

27、動摘掛機(jī)、控制電器、雙音頻解碼等功 能模塊使用硬件電路實(shí)現(xiàn)。而信號音計(jì)數(shù)、密碼校驗(yàn)、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。 2.3 傳感器信號采集設(shè)計(jì)與分析 2.3.1 防火災(zāi)發(fā)生傳感器 火災(zāi)煙霧傳感器是一種在消防管理、安全防范系統(tǒng)中常用的報(bào)警器材， 它工作可靠、體積小巧，火災(zāi)煙霧傳感器是把煙霧信號轉(zhuǎn)換為電信號，電 路設(shè)計(jì)時可以在背后設(shè)計(jì)專用的卡口以便地固定在墻體或者天花板上，使 用時通過設(shè)置在廚房的感溫探測器和設(shè)置在客廳、臥室等的感煙探測器， 監(jiān)視各個房間內(nèi)有無火災(zāi)的發(fā)生。如有火災(zāi)發(fā)生控制器發(fā)出聲光和短信報(bào) 警信號，通知家人及小區(qū)物業(yè)管理部門。家庭控制器還可以根據(jù)

28、有人在家 或無人在家的情況，調(diào)節(jié)感溫探測器和感煙探測器的靈敏度。本系統(tǒng)采用 nis-09c 型煙霧傳感器。 2.3.2 可燃?xì)怏w泄漏傳感器 通過設(shè)置在廚房的可燃?xì)怏w探測器，監(jiān)視燃?xì)夤艿?、灶具有無燃?xì)庑?漏。如有燃?xì)庑孤┘彝タ刂破靼l(fā)出聲光報(bào)警信號，并聯(lián)動關(guān)閉燃?xì)夤艿郎?的電磁閥，同時短信通知家人及小區(qū)物業(yè)管理部門。這里采用 tp-2 高溫 型一氧化碳傳感器報(bào)警器需在一氧化碳濃度達(dá)到設(shè)定制值時系統(tǒng)應(yīng)啟動報(bào) 警。 2.3.3 防盜傳感器 防盜報(bào)警的防護(hù)區(qū)域分成兩部分，即住宅周界防護(hù)和住宅內(nèi)區(qū)域防護(hù)。 住宅周界防護(hù)是指在住宅的門、窗上安裝門磁開關(guān)，在對外的玻璃窗、門 附近安裝玻璃破碎探測器；住宅內(nèi)區(qū)域

29、防護(hù)是指在主要通道、重要的房間 內(nèi)安裝被動紅外探測器或被動紅外微波雙技術(shù)探測器。當(dāng)家中有人時， 住宅周界防護(hù)的防盜報(bào)警設(shè)備(門磁開關(guān)、玻璃破碎探測器)設(shè)防，住宅內(nèi) 區(qū)域防護(hù)的防盜報(bào)警設(shè)備(紅外探測器或被動紅外微波雙技術(shù)探測器)撤 防。當(dāng)家人出門后，住宅周界防護(hù)的防盜報(bào)警設(shè)備(門磁開關(guān)、玻璃破碎 探測器)和住宅內(nèi)區(qū)域防護(hù)的防盜報(bào)警設(shè)備(被動紅外探測器或被動紅外 微波雙技術(shù)探測器)均設(shè)防。當(dāng)有非法侵入時，家庭控制器發(fā)出聲光報(bào)警 信號，并短信通知家人及小區(qū)物業(yè)管理部門。另外，通過程序可設(shè)定報(bào)警 裝置的等級和報(bào)警器的靈敏度。 2.3.4 信號采集設(shè)計(jì)與分析 傳感器是將外界信息轉(zhuǎn)換成電信號的裝置，其中的

30、電信號包括數(shù)字信 號和模擬信號，數(shù)字信號可以通過電氣隔離直接送給單片機(jī)或微型計(jì)算機(jī) 進(jìn)行處理，模擬信號則利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將多路被測量值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量， 再經(jīng)過單片機(jī)或微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)實(shí)時測控。 2.4 gsm 模塊的接口與設(shè)計(jì) 2.4.1 tc35 模塊組成 siemens 公司的 tc35 模塊主要由 gsm 基帶處理器、gsm 射頻模塊、供 電模塊(asic)、閃存、zif 連接器、天線接口六部分組成。作為 tc35 的核 心，基帶處理器主要處理 gsm 終端內(nèi)的語音、數(shù)據(jù)信號，并涵蓋了蜂窩射 頻設(shè)備中的所有的模擬和數(shù)字功能。在不需要額外硬件電路的前提下，可 支持 fr、hr 和

31、 efr 語音信道編碼。 2.4.2 tc35 模塊通信電路 數(shù)據(jù)通信電路主要完成短消息收發(fā)、與微機(jī)機(jī)通信、軟件流控制等功 能。tc35 的數(shù)據(jù)接口采用串行異步收發(fā)，符合 itu-t rs-232 接口電路標(biāo) 準(zhǔn)，工作在 cmos 電平(2.65v)。數(shù)據(jù)接口配置為 8 位數(shù)據(jù)位、1 位停止位、 無校驗(yàn)位，可以在 300bps115kbps 的波特率下運(yùn)行，支持的自動波特率 為 4.8kbps115kbps（14.4kbps 和 28.8kbps 除外） 。tc35 模塊還支持 rts0/cts0 的硬件握手和 xon/xoff 的軟件流控制。 2.4.3 tc35 模塊與 mcu 連接方式

32、單片機(jī)與 tc35 一般采用串行異步通信接口，具有紅外和通信電纜兩 種連接方式其中電平轉(zhuǎn)換及串口通信功能以 ti 公司的 max3238 芯片為核 心，通信速度可設(shè)定，通常為 19200bps。采用紅外接口的優(yōu)點(diǎn)是單片機(jī)系 統(tǒng)與手機(jī)電氣隔離，相互不干擾，接口各自獨(dú)立，使用方便；缺點(diǎn)是通信 距離較短，紅外傳播的方向性對接口相對位置有要求。采用電纜連接時， 數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃暂^好；其主要缺點(diǎn)是接口的電氣參數(shù)不兼容，設(shè)計(jì)不當(dāng) 時就會對手機(jī)的通信質(zhì)量產(chǎn)生影響。這個單片機(jī)系統(tǒng)其實(shí)就是一個具有 gprs 功能的 gsm 手機(jī)模塊加上單片機(jī)控制系統(tǒng)，gsm 手機(jī)模塊主要是用來 建立無線信道，接收和發(fā)出短消息。

33、單片機(jī)系統(tǒng)用來控制手機(jī)模塊，并且 對收到的短消息信息進(jìn)行解釋并執(zhí)行，目前全國共有 8 種短消息格式包含 從互聯(lián)網(wǎng)平臺發(fā)出的短消息。本系統(tǒng)采用通信電纜的連接方式。 2.5 紅外學(xué)習(xí)遙控設(shè)計(jì) 2.5.1 紅外學(xué)習(xí)遙控的設(shè)想 對于空調(diào)、電視等需要紅外遙控器才可控制的紅外控制類家電僅靠接 通交流電源是無法使其進(jìn)入工作狀態(tài)的。因此本人提出使用紅外遙控進(jìn)行 對空調(diào)以及其他紅外電氣的控制方案，使系統(tǒng)具有的紅外學(xué)習(xí)功能可實(shí)現(xiàn) 對這類家電的有效控制。又如紅外插座、紅外開關(guān)等，雖然紅外遙控在家 電產(chǎn)品中有廣泛應(yīng)用，但各產(chǎn)品的遙控器不能相互兼容，目前市面上常見 的萬能遙控器只能對某幾種產(chǎn)品進(jìn)行控制，不是真正的“萬能

34、” 。本系統(tǒng) 可以學(xué)習(xí)并記憶各種紅外控制類家電的遙控指令，利用單片機(jī)對遙控器的 發(fā)射信號的波形進(jìn)行測量，然后將測量的數(shù)據(jù)回放，由于只關(guān)心發(fā)射信號 波形中的高低電平的寬度，不管其如何編碼，因此做到了真正的“萬能” 。 也為整個控制器的實(shí)現(xiàn)提供了良好的基礎(chǔ)。當(dāng)用戶可以通過任意操作方式 對這類家電進(jìn)行控制時，紅外插座或開關(guān)會向受控電器發(fā)送相應(yīng)的紅外遙 控指令，從而控制電器的運(yùn)行狀態(tài)。 2.5.2 紅外學(xué)習(xí)遙控的實(shí)現(xiàn) 經(jīng)過充分的論證和研討，本系統(tǒng)采用各設(shè)備集中控制的方式實(shí)現(xiàn)。集 中各設(shè)備的方法是首先對各設(shè)備的紅外遙控信號進(jìn)行識別并存儲，然后在 需要時進(jìn)行還原，以控制對應(yīng)設(shè)備動作。由單片機(jī)構(gòu)成集中控制器

35、，它是 自學(xué)習(xí)與還原的核心部分，紅外接收部分由 cx20106 解調(diào)電路或一體化紅 外接收頭組成，發(fā)射部分有紅外發(fā)光管極其驅(qū)動部分組成。 通常，紅外遙控器將遙控信號調(diào)制在 38khz 的載波上，經(jīng)緩沖放大后 送至紅外發(fā)光二極管，轉(zhuǎn)化為紅外信號發(fā)射出去。二進(jìn)制脈沖碼的形式有 多種，其中最為常用的是 pwm 碼(脈沖寬度調(diào)制碼)和 ppm 碼(脈沖位置調(diào) 制碼)。pwm 碼以寬脈沖表示 1，窄脈沖表示 0。ppm 碼脈沖寬度一樣，但 是碼位的寬度不一樣，碼位寬的代表 1，碼位窄的代表 0。 遙控編碼脈沖信號（以 ppm 碼為例）通常由引導(dǎo)碼、系統(tǒng)碼、系統(tǒng)反 碼、功能碼、功能反碼等信號組成。引導(dǎo)碼也

36、叫起始碼，由寬度為 9ms 的 高電平和寬度為 4.5ms 的低電平組成（不同的遙控系統(tǒng)在高低電平上有一 定的區(qū)別） ，用來標(biāo)志遙控編碼脈沖的開始。系統(tǒng)碼也叫識別碼，它用來 指示遙控系統(tǒng)的種類，以區(qū)別其他遙控系統(tǒng)，防止各種遙控系統(tǒng)的誤操作。 功能碼也叫指令碼，它代表了相應(yīng)的控制功能，接收機(jī)中的微控制器可根 據(jù)功能碼的數(shù)值完成各種功能操作。系統(tǒng)反碼與功能反碼是系統(tǒng)碼與功能 碼的反碼，反碼的加入是為了能在接收端校對傳輸過程中是否產(chǎn)生差錯。 為了提高抗干擾性能和降低電源消耗，將上述的遙控編碼脈沖對頻率為 38khz（周期為 26.3ms）的載波信號進(jìn)行脈幅調(diào)制（pam） ，再經(jīng)緩沖放大 后送到紅外發(fā)

37、光管，將遙控信號發(fā)射出去。 由于遙控器的二進(jìn)制編碼脈沖有一定的寬度，而且它的高低電平均不 斷的交替變化，因此容易讓我們想到一種容易且方便的方法，脈寬測量。 雖然它的二進(jìn)制脈沖的高低電平的寬度有所不同，但它們大都是毫秒級的， 因而，采用單片機(jī)的定時器來測量它的脈沖寬度，然后存儲，還原是完全 可以實(shí)現(xiàn)的。實(shí)際證明這種思路是可行的，而且電路簡單，容易實(shí)現(xiàn)。 3 硬件電路設(shè)計(jì) 3.1 相關(guān)芯片及模塊簡介 3.1.1 mcu sm8952ac25p 簡介 sm8952c25的最高主頻為25mhz,內(nèi)帶8kb閃存的mcu，sm8951/8952系列 產(chǎn)品是內(nèi)嵌4/8k字節(jié)閃存的8 位單片微控制器它具有多達(dá)

38、32個i/o口其 4k/8k的閃存既可作程序存儲空間也可以作數(shù)據(jù)存儲空間或程序數(shù)據(jù)混合 空間這些硬件特征和其強(qiáng)大的指令系統(tǒng)和其自帶可編程看門狗使它能應(yīng)用 于不同的場合，因此是一種通用的和性能價格比高的控制器， sm8951/8952允許用戶還可以通過置位sconf寄存器的位0(ale1)來降低 emi，其中的看門狗定時器(wdt)是1個16位自運(yùn)行計(jì)數(shù)器在計(jì)數(shù)器溢出時 會產(chǎn)生復(fù)位信號。wdt對那些易受噪聲干擾電壓波動或放電現(xiàn)象影響的系 統(tǒng)很有用在程序跑飛或死機(jī)的情況下，wdt可以使用戶程序脫離不正常狀 態(tài)。wdt不同于8052系統(tǒng)的定時器0定時器1和定時器2。通過軟件周期性的 清除wdt計(jì)數(shù)器

39、的值可以防止wdt產(chǎn)生復(fù)位信號。片上閃存可以使用商用編 程器進(jìn)行編程。 3.1.2 雙音多頻收發(fā)器 mt8870 簡介 mt8870 是一種帶呼叫進(jìn)展過濾器的單片雙音多頻收發(fā)器。它包括一個 帶增益可調(diào)放大器的 dtmf 接收器和一個 dtmf 發(fā)送器。其中濾波電路采用 高頻群和低頻群兩個六階開關(guān)電容帶通濾波器，解碼采用數(shù)字計(jì)數(shù)器技術(shù) 來確定輸入的 dtmf 音調(diào)的頻率，并將其譯成標(biāo)準(zhǔn)的四位二進(jìn)制碼。發(fā)送 器采用開關(guān)電容 d/a 變換器。片內(nèi)使用了一個脈沖計(jì)數(shù)器，能合成精確的 音調(diào)脈沖，保證音調(diào)脈沖準(zhǔn)確的定時發(fā)送。mt8870 提供了一個標(biāo)準(zhǔn)的微處 理器總線接口，可以直接與 mcs-51 系列

40、mcu 和微機(jī)接口。它還可以選用 呼叫進(jìn)展方式工作，通過呼叫進(jìn)展濾波器來檢測特定通帶內(nèi)的信號頻率， 供微處理機(jī)或計(jì)數(shù)器電路分析，以確定檢測到的呼叫進(jìn)展音的性質(zhì)。它從 接收端接收來自電話機(jī)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(yùn)算后，在其數(shù)據(jù)輸出端輸出相對應(yīng)的 8421 碼。 3.1.3 isd2500 系列單片語音錄放簡介 美國isd公司的2500芯片，按錄放時間60秒、75秒、90秒和120秒分成 isd2560、2575、25

41、90和25120四個品種。isd2500系列和1400系列語音電 路一樣，具有抗斷電、音質(zhì)好，使用方便等優(yōu)點(diǎn)。它的最大特點(diǎn)在于片內(nèi) e2prom容量為480k(1400系列為128k)，所以錄放時間長；有10個地址輸入 端(1400系列僅為8個)，尋址能力可達(dá)1024位；2500系列最多可分為600段， 只要在分段錄/放音操作前(不少于300納秒)，給地址a0a9賦值，錄音及 放音功能均從設(shè)定的起始地址開始，錄音結(jié)束由停止鍵操作決定，芯片內(nèi) 部自動在該段的結(jié)束位置插入結(jié)束標(biāo)志（eom）；而放音時芯片遇到eom標(biāo) 志即自動停止放音，設(shè)有ovf（溢出）端，便于多個器件級聯(lián)。 3.1.4 固態(tài)繼電器

42、(ssr)簡介 繼電器是本系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，本系統(tǒng)選用d4810型固態(tài)繼電器，固態(tài) 繼電器(ssr)與機(jī)電繼電器相比，是一種沒有機(jī)械運(yùn)動，不含運(yùn)動零件的 繼電器，但它具有與機(jī)電繼電器本質(zhì)上相同的功能。ssr是一種全部由固 態(tài)電子元件組成的無觸點(diǎn)開關(guān)元件，他利用電子元器件的點(diǎn)，磁和光特性 來完成輸入與輸出的可靠隔離，利用大功率三極管，功率場效應(yīng)管，單項(xiàng) 可控硅和雙向可控硅等器件的開關(guān)特性，來達(dá)到無觸點(diǎn)，無火花地接通和 斷開被控電路。 固態(tài)繼電器有三部分組成:輸入電路，隔離(耦合)和輸出 電路。安輸入電壓的不同類別，輸入電路可分為直流輸入電路，交流輸入 電路和交直流輸入電路三種。有些輸入控制電路還具

43、有與ttl/cmos兼容， 正負(fù)邏輯控制和反相等功能。固態(tài)繼電器的輸入與輸出電路的隔離和耦合 方式有光電耦合和變壓器耦合兩種。固態(tài)繼電器的輸出電路也可分為直流 輸出電路，交流輸出電路和交直流輸出電路等形式。交流輸出時，通常使 用兩個可控硅或一個雙向可控硅，直流輸出時可使用雙極性器件或功率場 效應(yīng)管。固態(tài)繼電器有壽命長、可靠性高、靈敏度高、控制功率小、電磁 兼容性好、 快速轉(zhuǎn)換、電磁干擾小的優(yōu)點(diǎn)。d4810型繼電器輸入電流為5- 40ma，電壓330v，額定輸出電流10a，輸出電壓范圍寬為20-220v，滿足 項(xiàng)目的要求。 3.2 遠(yuǎn)程控制電路設(shè)計(jì) 3.2.1 振鈴檢測電路 振鈴檢測電路如圖 3

44、.2-1 所示，圖中二極管有 2 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）將交流的振鈴信號變?yōu)槊}動直流以供檢測。 當(dāng)沒有振鈴信號時，線路上的供電電壓為 48v（部分交換機(jī)為 60v）， 經(jīng)四個二極管構(gòu)成的全橋整流后，不足以使 62v 穩(wěn)壓管導(dǎo)通，振鈴信號輸 出端電壓接近 0v，當(dāng)振鈴信號到來時，線路上的 90v 交流振鈴信號經(jīng)全橋 整流變換后 90v 的脈動直流電，其峰值足以擊穿耐壓值為 62v 穩(wěn)壓管，經(jīng) 電阻 r1 給 u1 提供電壓，從光電耦合器輸出的波形是時通時斷的方波方波 信號，可以直接輸出至單片機(jī)的中斷輸入口， cpu 可以根據(jù)振鈴信號光電 轉(zhuǎn)換后的高低電

45、平檢測有無振鈴。其中通過光電耦合一次側(cè)的輸入及的電 流為： 1 max 2 r uuu i gd （3-1） 1 max 5100 7.062290 i ai013.0 max 即 r1 取 5.1k 滿足設(shè)計(jì)要求。 電路中光電耦合 u1 隔離了振鈴信號和單片機(jī)的直接連接，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，從而對地電位差干擾有很強(qiáng)的抑制能力， 而且有很強(qiáng)的抑制電磁干擾能力。保護(hù)單片機(jī)也提高了穩(wěn)定性。 d5 62v u1 1 2 3 4 d1-d4 in4004x4 業(yè)業(yè)業(yè) 業(yè)業(yè)業(yè) r1 5.1k gnd r2 10k vcc

46、 業(yè)業(yè)業(yè)業(yè) int1 圖 3.2-1 振鈴檢測電路 3.2.2 模擬摘掛機(jī)電路 設(shè)計(jì)主要思路： 根據(jù) itu 及國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：不論任何電話機(jī)，摘機(jī)狀態(tài)的直流電阻應(yīng) 300，有“r”鍵的電子電話機(jī)的摘機(jī)狀態(tài)直流電阻應(yīng)350。在掛 機(jī)狀態(tài)下，其漏電流5a。當(dāng)用戶摘機(jī)時，電話機(jī)通過叉簧接上約 250 的負(fù)載，使整個電話線回路流過約 30ma 的電流。交換機(jī)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)。 模擬摘掛機(jī)電路如圖 3.2-2 所示。平時電話掛機(jī)時，兩條電話線處于 開路狀態(tài)，兩電話線的電壓為 48v（部分電話為 60v），加到電話機(jī)的振 鈴電路兩端，當(dāng)摘機(jī)時振鈴電路斷

47、開，兩電話線接通，阻值大約 250。 當(dāng)撥打電話號碼時，來自電話線的高壓振鈴信號經(jīng)鈴流檢測電路，通過光 電耦合器在其二次側(cè)形成方波脈沖信號送到單片機(jī)進(jìn)行振鈴脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)， 當(dāng)振鈴次數(shù)達(dá)到設(shè)定次數(shù)時，由單片機(jī)內(nèi)部軟件程序控制，控制摘掛機(jī)口 輸出一個低電平，然后電平送到三極管 pnp1 的基極，使三極管飽和此時， +5v 電源經(jīng)三極管，再通過繼電器線圈接地，繼電器線圈得電，使繼電器 的常開觸電閉合，250 的電阻接入電路當(dāng)中，電話接通。當(dāng)用戶輸入密 碼錯誤，或者是操作結(jié)束后，系統(tǒng)由軟件控制 pnp1 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)，從而實(shí)現(xiàn)模擬掛機(jī)。 圖 3.2-2 模

48、擬摘掛機(jī)電路 3.2.3 雙音頻解碼電路 dtmf（dual tone multi frequency）雙音多頻信號解碼電路是目前 在按鍵電話（固定電話、移動電話）、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 接受器，前者主要應(yīng)用于按 鍵電話作雙音頻信號發(fā)送器，發(fā)送一組雙音多頻信號，從而實(shí)現(xiàn)音頻撥號。 雙音多頻信號是一組由高頻信號與低頻信號疊加而成的組合信號，ccitt 和我國國家標(biāo)準(zhǔn)都規(guī)定了電話鍵盤按鍵與雙音多頻信號的對應(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 接受器作為 1 2 3 4 d1-d4

49、in4004x4 業(yè)業(yè)業(yè) 業(yè)業(yè)業(yè) r1 150 gnd r2 1k vcc 業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè) k1 d5 in4148 pnp1 dtmf 信號的解碼核心器件。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 信號的分離濾波和譯碼功能，輸出相應(yīng) 16 種頻 率組合的四位并行二進(jìn)制碼。mt8870 具有撥號音抑制和模擬信號輸入可調(diào) 功能，所以在設(shè)計(jì) mt8870 dtmf 解碼電路時，只需外加一些阻容元件即可。 表 1 電話鍵盤與 dtmf 頻率對應(yīng)關(guān)系表 本系統(tǒng)的雙音多頻 dtmf 信號解碼電路由 mt8870 主要承擔(dān)。mt8870 的連線 如圖 3.2-3 所示，其的

50、 2、3 腳接收來自電話機(jī)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(yùn)算后，在其數(shù)據(jù)輸出端（1114 腳）輸出相對應(yīng)的 8421 碼。mt8870 的數(shù)據(jù)輸出端 q4 q1 連到單片機(jī)，單片機(jī)識別 4 位代碼。電 話按鍵與相應(yīng)譯碼（q4q1）輸出。其中，a，b，c，d 4 個按鍵常被當(dāng)作 r/p，redial，hold，handsfree 等功能使用。為了使單片機(jī)及時獲取有效 數(shù)據(jù)，mt8870 的 cld 有效端經(jīng)反相后接 cpu

51、 的 int0 引腳。當(dāng) mt8870 獲取 有效雙音多頻信號后，cld 電平由低變高，再反相為低，cpu 檢測后，指 示輸入口接收有效二進(jìn)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 cld 端變化的。dtmf 接收器的外 圍電路如圖 3.2-3 所示。 高頻 低頻 1209hz1336hz1477hz1633hz 697hz123a 770hz456b 852hz789c 941hz*0#d r1 100k cid 15 in+ 1 4 in- 2 fb 3 o1 7 o2 8 en 10 st o 17 eco 16 do1 11 do2 1

52、2 do3 13 do4 14 gnd 9 vcc 18 ic1 cr1 3.579545m c40.1u r3 100k gnd vcc vcc r4 100k c6 0.1uf npn3 vcc gnd r7 1k r8 10k cld1 mt8870 1 2 3 4 d1-d4 in4004x4 業(yè)業(yè)業(yè) 業(yè)業(yè)業(yè) gnd 業(yè)業(yè)業(yè)業(yè) 業(yè)業(yè)業(yè)業(yè) 業(yè)業(yè)業(yè)業(yè) 業(yè)業(yè)業(yè)業(yè) 業(yè)業(yè)業(yè)業(yè) 圖 3.2-3 雙音頻解碼電路 3.2.4 語言提示電路 isd2560 芯片采用多電平直接模擬量存儲專利技術(shù)，每個采樣值直接 存儲在片內(nèi)單個 e2prom 單元中，不需另加 a/d 或 d/a 變換來存儲和重放， 能夠非

53、常自然、真實(shí)地再現(xiàn)語音，音樂，音調(diào)和效果聲，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，因此，作為目前國內(nèi) 外較為理想的語音芯片，在許多領(lǐng)域得到了廣泛地應(yīng)用。語音芯片音質(zhì)的 優(yōu)劣、功能的強(qiáng)弱決定了報(bào)站器的語音效果和性能。如圖 3.2-4 所示，語 音控制電路由單片機(jī)完成。其中，系統(tǒng)中單片機(jī) p0 端口為單片機(jī)與語音 芯片的通訊口。isd2560 中，模擬電源(vcca)和數(shù)字電源(vccd)使用不同 的電源總線，分別引到外封裝上；模擬地(vssa)和數(shù)字地(vssd)也使用不 同的地線。 圖 3.2-4 語言錄放電路 3.3 電源電路設(shè)計(jì) 3.3.1 5v 開關(guān)電源穩(wěn)壓器電路

54、由于本控制系統(tǒng)單元電路較多對且對 5v 電源的要求比較高，其中 tc35 模塊的突發(fā)耗電電流峰值可達(dá) 2.5a,故外加的穩(wěn)壓器件必須達(dá)到足以 提供 tc35 和其他電路額定電流的條件。在本系統(tǒng)中,采用了開關(guān)電源芯片 lm2576 完成從 12v 到 5v 的轉(zhuǎn)換,作為對 tc35 終端和其他 5v 單元的供電。 必須特別注意的是,如圖 3.3-1 由 lm2576 芯片完成開關(guān)電源轉(zhuǎn)換需要大功 率的電感(100uh)和電容,以提高儲能的能力,達(dá)到單元電路的耗電需求。 lm2576 為 5.0v3a 開關(guān)電源穩(wěn)壓器。 a0 1 a1 2 a2 3 a3 4 a4 5 a5 6 a6 7 a7 8

55、 a8 9 a9 10 xclk 26 ovf 22 eom 25 pr 27 pd 24 ce 23 vccd 28 vcca 16 vssd 12 vssa 13 sp+ 14 sp- 15 aux in 11 ana in 20 anaout 21 micref 22 mic 23 agc 24 c? 104 c? 104 c? 104 c? 22uf vcc r? 5.1kmic speaker c? 4.7uf 470 gnd gnd 業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè) 業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè) 業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè) 業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè) 業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè) 業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè) 業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè) 業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè) 業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè) 業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè) 業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè) 業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè) 業(yè)業(yè)業(yè)

56、業(yè)業(yè) 業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè) 業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè) isd2560 圖 3.3-1 5v 開關(guān)電源穩(wěn)壓器電路 3.3.2 其他電源穩(wěn)壓器電路 本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)還涉及到傳感器信號采集與信號放大，其中放大器等部 分需要用到12v 電源，因此根據(jù)設(shè)計(jì)要求增加了 7812/7912 三端穩(wěn)壓 ic 提供的12v 電源，如圖 3.3-2 由 220v 的交流電經(jīng)交流變壓器 t 降壓，變 成 12v 交流電，低壓交流電再經(jīng)過全橋整流變成脈動直流 17v 左右為三端 穩(wěn)壓提供電源，脈動直流電經(jīng) 4700u 電解電容和 0.1u 瓷片電容濾波，送 到穩(wěn)壓塊輸入端，進(jìn)行穩(wěn)壓，然后由三端穩(wěn)壓輸出端輸出12v 直流電壓， 12v 直流電再由

57、 2200u 和 0.1u 電容進(jìn)行濾波，輸出比較穩(wěn)定的12v 直 流電壓，給模塊供電源。 圖 3.3-2 12v 電源穩(wěn)壓器電路 3.4 tc35 短消息模塊電路設(shè)計(jì) 3.4.1 tc35 短消息模塊接口電路 tc35 短消息模塊是 rs-232c 標(biāo)準(zhǔn)接口，rs-232c 標(biāo)準(zhǔn)（協(xié)議）的全稱 是 eia-rs-232c 標(biāo)準(zhǔn)，其中 eia(electronic industry association)代表 美國電子工業(yè)協(xié)會，rs（recommeded standard）代表推薦標(biāo)準(zhǔn)，232 是標(biāo) 識號，c 代表 rs232 的最新一次修改（1969） ，在這之前，有 rs232b、rs2

58、32a。它規(guī)定連接電纜和機(jī)械、電氣特性、信號功能及傳送過 程。目前在 pc 機(jī)上的 com1、com2 接口就是 rs-232c 接口。ti 公司的 max3238 芯片如圖 3.4-1 供電電壓為 35.5v，符合 tia/eia-232-f 和 itu v.28 標(biāo)準(zhǔn)。具有獨(dú)特的15kv 人體靜電保護(hù)措施，兼容 5v 邏輯輸入， 內(nèi)含 3 路接收、5 路發(fā)送串行通信接口，最大數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá) 250 kbps。該芯片的最大特點(diǎn)是，在串行口無數(shù)據(jù)輸入的情況下，可以靈活的 c2 4700uf c1 104 1 2 3 4 d1-d4 220v 220v vin 1 gnd 2 vout 3 7

59、812 vin 1 gnd 2 vout 3 7912 t1 gnd c4 2200uf c3 104 c8 2200uf c7 104 c6 4700uf c5 104 gnd +12v gnd -12v t1 d5 in5822 l1 c4 2200uf c2 4700uf c3 104 c1 104 1 2 3 4 d1-d4 bridge1 lm2576-5.0 220v 220v +5.0v gnd 進(jìn)行電源管理，即當(dāng) forceon(13 腳)為低電平、/forceoff(14 腳)為高電 平時，auto-powerdown plus 功能有效。在正常運(yùn)行模式下，約 30 秒事件

60、內(nèi)若芯片在接收和發(fā)送引腳沒有檢測到有效信號，將自動進(jìn)入 powerdown 模式，此時耗電 1ua。如果 forceon 和/forceoff 引腳均為高電平，那么 auto-powerdown plus 功能失效。在 auto-powerdown plus 功能有效的時， 如果檢測到接收或發(fā)送引腳有信號輸入，該芯片自動被激活，轉(zhuǎn)入正常工 作狀態(tài)。如果任一接收通道的輸入電壓高于 2.7v 或小于-2.7v，或者位于 -0.3v0.3v 的時間小于 30us，則/invalid(15 腳)引腳為高電平(數(shù)據(jù)有 效)。如果所有接收通道的輸入電壓位于-0.3v0.3v 的時間大于 30us， 則/i