基于STC12C5412AD單片機的無線電話遙控電路設(shè)計

1、浙江理工大學學報,第26卷,第2期,2009年3月Journal of Zhejiang Sci 2Tech U niversity文章編號:167323851(2009022* 收稿日期:2008-09-25基金項目:國家自然科學基金項目(50675207作者簡介:季上滿(1983-,男,浙江溫州人,碩士研究生,主要從事傳感器及微機自動控制技術(shù)方面的研究?；赟TC12C5412AD 單片機的無線電話遙控電路設(shè)計季上滿1,李偉1,樓鋼2,任泉1,葛松林1(1.浙江理工大學信息電子學院,杭州310018;2.浙江旅游職業(yè)學院科研處,杭州311231摘要:以STC 單片機和MC145436雙音多

2、頻解碼芯片為核心,通過電話實現(xiàn)對遠程設(shè)備無線控制。闡明了無線電話工作原理和編碼校驗關(guān)鍵技術(shù),并對振鈴檢測、模擬摘機、雙音頻解碼、DF 無線數(shù)據(jù)發(fā)射接收等電路作了詳細的說明。該電路設(shè)計簡捷,選用較低廉的元器件,抗干擾性好。實現(xiàn)了家用電器遠程遙控的智能化、多功能化。關(guān)鍵詞:STC 單片機;無線;電話遙控;D TMF 信號;編碼中圖分類號:TN916文獻標識碼:A0引言隨著電話網(wǎng)絡的快速發(fā)展和家用電器的迅速增加,遙控裝置的核心控制部件已從早期的分立元件、集成電路逐步發(fā)展到現(xiàn)在的單片機,使電話遙控從簡單的關(guān)、開遙控操作到遙測、遙視、遙控等多功能系統(tǒng),智能化程度大大提高。本文采用STC12C5412AD

3、 單片機,配合新型的D TM F 解碼芯片,利用單片機控制技術(shù)和無線技術(shù),實現(xiàn)電話對家用電器的無線控制。1系統(tǒng)工作原理電話遙控系統(tǒng)框圖如圖1所示。該系統(tǒng)主要由STC 單片機、振鈴檢測電路、電話自動摘機電路、雙音多頻解碼電路1、無線發(fā)射電路、電源電路等組成。本系統(tǒng)并接在電話線上,當有鈴流來到時,振鈴電路檢測到電話振鈴信號,等待系統(tǒng)默認的振鈴次數(shù)后,啟動自動摘機電路實現(xiàn)摘機,并送出提示音,系統(tǒng)通過雙音多頻解碼電路讀取輸入密碼,與預設(shè)在單片機內(nèi)存中的密碼相比較,如果密碼錯誤,系統(tǒng)自動掛機;如果密碼正確,則進入遙控狀態(tài)。系統(tǒng)通過雙音多頻解碼電路獲得命令,并根據(jù)用戶的命令執(zhí)行開電源、關(guān)電源等操作;用戶還

4、可以進行工作狀態(tài)查詢、密碼修改等操作。當有人在默認的振鈴次數(shù)之前接聽電話,裝置自動復位,因此不影響電話的正常通話使用。圖1電話遙控系統(tǒng)框圖控制器是電器控制的核心部件,其主要任務是接收電話遙控發(fā)送來的各種命令,并對電器執(zhí)行相應的動作。該電路采用無線方式進行控制,無線通信頻率為315M Hz ,編碼方式采用20位二進制編碼形式?？刂破髟谠O(shè)定狀態(tài)下,通過接收遠程電話遙控系統(tǒng)的對碼命令,可設(shè)定系統(tǒng)的控制功能(如設(shè)定工作時間,開電源,關(guān)電源?？刂破鹘Y(jié)構(gòu)圖如圖2所示,表1給出了控制器指示燈的功能說明。 圖2控制器結(jié)構(gòu)圖表1控制器指示燈功能對應說明指示燈功能說明電源指示當系統(tǒng)上電后,常亮,表示系統(tǒng)正在工作。

5、配對指示在允許接受添加遙控設(shè)備的情況下,該燈亮。當配對結(jié)束后,該燈熄滅。設(shè)置通電時間設(shè)置電器通電時間,每秒閃爍一次。關(guān)電源當接收關(guān)閉電源信號后,該燈亮起,否則熄滅。開電源當接收打開電源信號后,該燈亮起,否則熄滅。2主要電路設(shè)計2.1 電話振鈴檢測電路圖3振鈴檢測電路振鈴檢測電路如圖3所示。D 4D 7有兩個作用,一是將不確定的線路供電正負變?yōu)楣潭ǖ恼撦敵?其二是將交流的振鈴信號變換為脈動直流以供檢測。當沒有振鈴信號時,線路上的供電電壓為48V (老式交換機為60V 經(jīng)D 4D 7后不足以使D 3導通,振鈴信號輸出端電壓接近0V 。當振鈴信號到來時,線路上的90V 交流振鈴信號經(jīng)過D 4D 7

6、變換成為峰值90V 的脈動直流電,其峰值足以擊穿D 3,經(jīng)R 8對C 8充電,振鈴輸出端電壓升高,單片機可以根據(jù)振鈴信號的高低檢測有無振鈴2。2.2 電話自動摘機電路圖4自動摘機電路自動摘機電路如圖4所示。當單片機檢測到系統(tǒng)設(shè)定的振鈴次數(shù)之后,送出摘機信號,驅(qū)動三極管2N5551導通,電阻R 1接入電路,系統(tǒng)摘機。當單片機檢測到錯誤的密碼或系統(tǒng)設(shè)定完成后,系統(tǒng)將按照用戶設(shè)定要求工作,隨后單片機取消摘機信號,三極管截止,系統(tǒng)掛機。2.3雙音多頻解碼電路本電路采用雙音多頻解碼芯片MC1454363。雙音多頻解碼電路如圖5所示。該電路工作原理如下:從電話線上傳來的D TM F 信號首先經(jīng)電容器C 5

7、隔直(因電話線上有直流偏置,再經(jīng)電阻R 10進行阻抗匹配后信號到達MC145436的A IN 輸入端,與輸入D TM F 信號相對應的4位二進制碼出現(xiàn)在D 0、D 1、D 3、D 4幾個管腳上,一旦數(shù)據(jù)輸出有效,則DV 端變?yōu)楦唠娖健Ｍㄟ^讀分配給MC145436的口地址,將數(shù)據(jù)輸出端上輸出的二進制碼讀入PC 機中,進行下一步處理。電路中D 1、D 2限制電話信號的幅度不超過單片機端口的允許電壓,保護單片機 。圖5雙音多頻解碼電路332第2期季上滿等:基于STC12C5412AD 單片機的無線電話遙控電路設(shè)計2.4無線發(fā)射接收電路315M Hz 無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊也叫DF 數(shù)據(jù)收發(fā)模塊,它廣泛地運

8、用在遙控、遙測、無線抄表、門禁系統(tǒng)、小型無線數(shù)據(jù)終端、生物信號采集、工業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、無線遙控系統(tǒng)、無線標簽、車輛監(jiān)控、小型無線網(wǎng)絡、身份識別、安全防火系統(tǒng)、機器人控制等領(lǐng)域中。DF 模塊還有一種重要的用途就是配合單片機來實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊 。圖6無線發(fā)射模塊原理圖本電路就是用DF 無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊4。無線發(fā)射模塊原理圖如圖6所示。DF 無線發(fā)射模塊通訊方式為調(diào)頻AM ,工作頻率為315M Hz ,為ISM 頻段,發(fā)射功率小于0.5W ,最大發(fā)射距離1000m 。采用聲表諧振器SAW 穩(wěn)頻,頻率穩(wěn)定度極高,當環(huán)境溫度在-25+85間變化時,頻漂僅為3×10-6/(°。特別適合多發(fā)

9、一收無線遙控及數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。聲表諧振器的頻率穩(wěn)定度僅次于晶體,而一般的L C 振蕩器頻率穩(wěn)定度及一致性較差,即使采用高品質(zhì)微調(diào)電容,溫差變化及振動也很難保證已調(diào)好的頻點不會發(fā)生偏移。DF 發(fā)射模塊未設(shè)編碼集成電路,而增加了一只數(shù)據(jù)調(diào)制三極管Q1,這種結(jié)構(gòu)使得它可以方便地和其它固定編碼電路、滾動碼電路及單片機接口,而不必考慮編碼電路的工作電壓和輸出幅度信號值的大小。DF 數(shù)據(jù)模塊采用AS K 方式調(diào)制,接收靈敏度高,用示波器觀察輸出波形干凈,抗干擾能力強。天線輸入端有選頻電路;DF 模塊自身輻射極小,加上電路模塊背面網(wǎng)狀接地銅箔的屏蔽作用,可以 減少自身振蕩的泄漏和外界干擾信號的侵入?？刂破魃习?/p>

10、裝無線接收模塊,其原理圖如圖7所示。圖7無線接收模塊原理圖DF 接收模塊的工作電壓為5V ,靜態(tài)電流4mA ,接收靈敏度為-105dBm ,接收天線為2530cm 的導線,最好能豎立起來。接收模塊本身不帶解碼集成電路,因此接收電路僅是一種組件,只有應用在具體電路中進行二次開發(fā)才能發(fā)揮應有的作用,這種設(shè)計有很多優(yōu)點,它可以和各種解碼電路或者單片機配合,設(shè)計電路靈活方便。DF 數(shù)據(jù)模塊具有較寬的工作電壓范圍312V ,當電壓變化時發(fā)射頻率基本不變,和發(fā)射模塊配套的接收模塊無需任何調(diào)整就能穩(wěn)定地接收。這套模塊的特點是發(fā)射功率比較大,傳輸距離比較遠,比較適合在惡劣條件下進行通訊。采用DF 數(shù)據(jù)模塊可減

11、少硬件電路設(shè)計,降低成本,單片機和DF 模塊工作時,可以自己定義傳輸協(xié)議,提高無線通信的準確性,可以獲得較好的預期效果。432浙江理工大學學報2009年第26卷3電路的軟件設(shè)計本電路設(shè)計主要是對電話信號進行檢測以及接收用戶指令控制家用電器的工作。本電路軟件的主要工作是進行各種狀態(tài)的檢測以及數(shù)據(jù)的無線發(fā)送和接收。無線接收解碼方法有硬件和軟件兩種5,軟件解碼與硬件解碼相比具有成本低、數(shù)據(jù)傳輸格式靈活,抗干擾能力強的特點,但數(shù)據(jù)傳送速度相對較低。本設(shè)計對數(shù)據(jù)傳送速度要求不高,故選擇軟件解碼。 由于無圖8無線發(fā)送和接收通信碼原理線傳輸時脈沖寬度誤差較大,軟件的解碼質(zhì)量是系統(tǒng)工作是否可靠的關(guān)鍵。數(shù)據(jù)的無

12、線發(fā)送和接收通信碼如圖8所示,通信波形起始位1.5ms 高電平,緊接著1ms 低電平,然后依次是各位數(shù)據(jù)信號的編碼。數(shù)據(jù)“0”用在1ms 內(nèi)有兩個脈沖,即有且只有兩個下降沿(或上升沿表示;數(shù)據(jù)“1”用在1ms 內(nèi)有1個脈沖,即有且只有1個下降沿(或上升沿表示 。圖9電話遙控程序主流程圖接收數(shù)據(jù)根據(jù)發(fā)送的規(guī)則,當檢測有大于1ms 的高電平時,認為可能捕捉到了同步頭,然后等待下一個上升沿即為Bit0的開始。如果在接收數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)1ms 內(nèi)檢測到了大于2個下降沿或上升沿,則說明是非約定頻率的無線通信,退出。同步頭并不是惟一的,它是可以自己選擇的。發(fā)送和接收的次序按照發(fā)送數(shù)據(jù)從低位到高位右移RRC ;接

13、收從高位到低位,左移RL C 。同時為保證數(shù)據(jù)正確性,在連續(xù)發(fā)送多個字節(jié)數(shù)據(jù)后,設(shè)置一個校驗字節(jié)。由于對數(shù)據(jù)傳送速度要求不高,在電路正常通信的情況下,這里用相加編碼校驗方法,校驗字節(jié)由發(fā)送數(shù)據(jù)經(jīng)過一定的算法得到,接收方也用相同的算法,并將計算結(jié)果與校驗字節(jié)比較,看相加結(jié)果是否與校驗字節(jié)相等,以確定接收的數(shù)據(jù)是否正確。單片機就是按照以上原則進行無線通信,同時滿足無線通信的設(shè)計要求。功能模塊主程序包括與控制器進行配對使用,發(fā)送無線命令給控制器,摘機時調(diào)用密碼驗證模塊和控制家用電器功能模塊627。主流程圖如圖9所示。接收端在接收命令后對相關(guān)命令進行分析,檢查該命令是否為配對設(shè)備所發(fā),若該命令符合要求

14、,則控制器執(zhí)行相關(guān)操作。值得注意的是控制器上有一個專門的配對按鈕,在無線配對前,通過這個按鍵操作,使得控制器進入到配對狀態(tài),等待遙控器的配對信號。控制器在接受到配對信號并檢驗無誤后,保存需要的信息,并結(jié)束配對狀態(tài),使結(jié)束配對信號燈亮起,不再接收配對信號。這樣的好處就是一般配對工作都是兩個兩個設(shè)備進行的,保證了這種一一對應關(guān)系,不會出現(xiàn)一個遙控器配對發(fā)信號給多個控制器的現(xiàn)象。4結(jié)語采用本方案設(shè)計的智能型電話遙控器,具有良好的操作保密性,即不知道密碼任何人都無法遙控操作,在軟、硬件方面采取了雙重抗干擾措施,抗干擾能力強、可靠性高,選用較低廉的元器件,性能價格比較高,室內(nèi)采用無線通信而不擔心破壞室內(nèi)

15、環(huán)境,采用無線數(shù)據(jù)傳輸方式,不需重新布線。使人們的生活更加方便、快捷,并且具有一定的實用性,應用前景廣闊。532第2期季上滿等:基于STC12C5412AD 單片機的無線電話遙控電路設(shè)計632浙江理工大學學報2009年第26卷參考文獻:1嚴明京.雙音多頻式按冀電話技術(shù)要求M.北京:國防工業(yè)出版社,1996.2王淑珍.基于PIC單片機的電話遙控系統(tǒng)J.洛陽工業(yè)高等?？茖W校學報,2003,13(1:20-21.3梁曉雯.雙音頻信號接收器MC145436及其應用J.國外電子元器件,1996(3:5-8.4周軍,張瑞蘭.單片機與收發(fā)電路的連接方法及程序設(shè)計J.儀表技術(shù),1998(3:32-33.5蔣承

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17、formation and Electronics,Zhejiang Sci2Tech University,Hangzhou310018,China;2.Scientific and Research Administ ration Office,Zhejiang Tourism Vocational College,Hangzhou311231,ChinaAbstract:U sing t he STC Single Chip Processor and MC145436Decoder,which is specially used for decoding multiple dual c

18、hannel audio frequency signals,as core component s,t he cont rol Circuit of wireless telep hone can remotely co nt rol t he elect ric appliances.The acting principle of wireless telep hone and key technology of code2verification are explained,and t hen t he detailed specification for several main f unction circuit s which is used for telep hone ring detecting,picking up a call simulating,dual channel audio fre2 quency signals decoding,and DF wireless data sending and r