基于PSTN的家用電器遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計

1、1 系統(tǒng)工作原理當(dāng)需要遙控家用電器時，撥打相應(yīng)的座機電話號碼，振鈴檢測電路檢測鈴流信號。如果有人接聽電話或振鈴次數(shù)少于5次，對程控電話的使用不造成影響；當(dāng)振鈴次數(shù)達(dá)到5次后(次數(shù)可以通過軟件任意設(shè)定)，單片機啟動語音提示電路并發(fā)出提示音，詢問是否進(jìn)入家電控制模式。按“O”鍵否，掛機退出，按“1”鍵是，摘掛機電路自動摘機進(jìn)入控制狀態(tài)并將摘機信號輸入到單片機中。單片機接收到摘機信號后，啟動語音提示電路發(fā)出提示音，提示操作者輸入密碼(系統(tǒng)支持在線修改密碼)。輸入的密碼經(jīng)DTMF接收，轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)并與事先存儲在單片機中的密碼比較。如果不相符，則語音提示密碼錯誤，可再次重新輸入，若三次密碼錯誤則發(fā)提示

2、音并自動掛機；如果密碼相符，則語音提示選擇控制通道(按鍵l、2分別表示1、2號通道)。通道選擇后，按下“1”鍵表示開啟該路電器，并有語音提示“該路電器已經(jīng)開啟”；按下“O”鍵表示關(guān)斷該路電器，有提示音“該路電器已經(jīng)關(guān)閉”；再按“O”鍵則可掛機退出。若超時則自動掛機(超時時間由軟件設(shè)定)。2 系統(tǒng)組成本系統(tǒng)由5部分組成，即振鈴檢測電路、模擬摘機電路、DTMF解碼電路、通道控制電路和語音提示電路。其中振鈴檢測和解碼均采用外部中斷來實現(xiàn)，系統(tǒng)組成原理框圖如圖1所示。 電路設(shè)計由MT8870組成的解碼電路如圖4所示。本電路采用的是MT8870雙音多頻解碼芯片，能實現(xiàn)雙音多頻信號(DTMF)的解碼。當(dāng)接

3、收DTMF信號時，模擬摘機后從TEL0、TELl進(jìn)入的雙音多頻信號經(jīng)過耦合隔離變壓器耦合入MT8870的輸入腳IN一；DTMF信號經(jīng)運放、撥號音濾波器、高頻組及低頻組分離帶通濾波器送到數(shù)字算法與編碼變換器進(jìn)行確認(rèn)，譯成相應(yīng)的4位二進(jìn)制碼，存入接收數(shù)據(jù)寄存器，需要時通過數(shù)據(jù)總線Q1Q4輸出，送入LPC932的PO口。其中輸入腳IN-和增益選擇端 GS之間的反饋電阻可以調(diào)節(jié)運放的增益。3.4 語音提示電路 原理分析APR9600 語音錄放芯片，是繼美國ISD公司以后采用模擬存儲技術(shù)的又一款音質(zhì)好、噪音低、不怕斷電、可反復(fù)錄放的新型語音電路。單片電路可錄放3260 s，串行控制時可分256段以上，并

4、行控制時最大可分8段。與ISD公司同類芯片相比，它具有價格便宜，有多種手動控制方式，分段管理方便，多段控制時電路簡單，采樣速度及錄放音時間可調(diào)，每個單鍵均有開始、停止、循環(huán)多種功能等特點。在APR9600芯片的內(nèi)部，錄音時外部音頻信號通過話筒輸入和線路輸入方式進(jìn)入。話筒可采用普通的駐極體話筒。在芯片內(nèi)話筒放大器中帶有自動增益調(diào)節(jié) (AGC)，可由外接阻容件設(shè)定響應(yīng)速度和增益范圍。如果信號幅度在100 mV左右即可直接進(jìn)入線路輸入端，音頻信號由內(nèi)部濾波器、采樣電路處理后以模擬量方式存入專用快閃存儲器Flash中。由于Flash是非易失器件，斷電等因素不會使存儲的語音丟失。放音時芯片內(nèi)讀邏輯電路從

5、Flash中取出信號，經(jīng)過一個低通濾波器送到功率放大器中，然后直接推動外部的喇叭放音。廠家要求外接喇叭為16 ，實際實驗用816均可。一般音量下輸出功率為122 mW(16 )。 電路設(shè)計(1)錄音電路設(shè)計在語音提示電路的設(shè)計過程中，首先要對APR9600進(jìn)行語音的錄入，把系統(tǒng)所需要的語音信息錄入到芯片中。根據(jù)需要，系統(tǒng)只需要8段語音提示信息，所以本電路選擇APR9600的并行工作模式。APR9600芯片的并行工作模式十分簡單，每段都有對應(yīng)的鍵控制，按哪一鍵就錄放哪一段，可以方便地對任意一段重新錄音而不影響其他段，而且可對任意一段循環(huán)放音等。每段錄音的最長時間是等分的，最多可以分8段，剛好可以

6、滿足本系統(tǒng)的需要。其錄音電路原理如圖 5所示。并行8段控制需要將芯片的MSEL1端置1(高電平)、MSEL2端置1(高電平)、M8端置1。模式置好后開始錄音，置RE端為O，按住M1即聽到“嘀 ”一聲，BUSY指示燈亮即開始錄音第l段，松開鍵時又聽到“嘀”一聲，BUSY指示燈熄滅即錄音停止。M2M8分別錄其他7段。錄音時可以不按順序，先錄任意一段均可，不滿意可重新錄音。每段的最長時間為75 s(以全片60 s錄音計)，錄滿時指示燈熄滅并響“嘀嘀”兩聲。當(dāng)然，實際每段錄音可以長短不一。置RE端為1即是放音狀態(tài)，按一下M1即放音第1段，放音期間再按一下 M1即停止放音，如果壓住M1鍵不放即循環(huán)放音第

7、1段直到松開鍵。M2M8分別控制另外7段。CE鍵為停止鍵，放音期間按一下該鍵也能停止放音。(2)放音電路設(shè)計在語音芯片APR9600的錄音工作完成之后，接下來的任務(wù)就是把語音芯片接入系統(tǒng)中，通過CPU控制它的放音，根據(jù)需要適時地將提示音經(jīng)過功率放大器LM324放大后反饋到電話線上，最終到達(dá)用戶的話機，起到語音提示的作用。其電路原理如圖6所示。因為系統(tǒng)總共有8段提示音，而單片機LPC932并沒有8個多余的IO口，所以本單元電路使用LPC932的3個IO口來實現(xiàn)語音提示功能。筆者選用 3-8譯碼器74LSl38將現(xiàn)有的3個I0口擴(kuò)展成8個IO口，用來控制8段提示音的放音，即P14、P15、P16分

8、別連接38譯碼器的 A、B、C，根據(jù)需要選通系統(tǒng)所需要發(fā)出的那段提示音(控制M1M8中的某一個為低)，被選通的提示音信號從SP+和SP一發(fā)出。將該語音信號輸入到 LM324進(jìn)行功率放大，再將放大后的語音信號輸入到電橋電路，通過橋堆反饋到電話線上，并最終到達(dá)用戶的話機上，從而實現(xiàn)語音提示的功能。35 通道控制電路351 原理分析電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)對受控設(shè)備的控制，要通過單片機對繼電器的閉合才能實現(xiàn)。在繼電器驅(qū)動時，繼電器控制端線圈工作電流比較大，不能直接用CPU的I0口驅(qū)動繼電器，因此，在CPU與繼電器之間必須設(shè)置一個繼電器驅(qū)動電路。3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計31 振鈴檢測電路311 原理分析公用電話網(wǎng)

9、的傳輸線路為二線模擬線路，采用直流環(huán)路信號方式，能向模擬話機提供直流饋電、振鈴信號、話音數(shù)據(jù)、音頻數(shù)據(jù)、雙音頻數(shù)據(jù)等。我國規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)為，話機在不通話時，電話線中的直流電壓是48 V。當(dāng)有電話呼入時，同時還有(25±15)V、25 Hz的正弦信號加在電話線上，所以向用戶振鈴的鈴流電壓為(75±15)V、25 Hz的交流電壓。振鈴以5 s為周期，即1 s送，4 s斷。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(jìn)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頻率較高的方波信號，然后再將該方波信號轉(zhuǎn)化成便于LPC932計數(shù)的低頻方波信號。 方

10、案設(shè)計采用穩(wěn)壓管、光電耦合器和反向器(晶體管9018)，將一個周期的振鈴信號轉(zhuǎn)化成一個周期的方波信號，送入LPC932的INTO進(jìn)行計數(shù)，其電路如圖2所示。當(dāng)有振鈴信號時，電話線上的鈴流信號為(75±15)V、25 Hz的交流信號。其中直流電壓為48 V左右，交流電壓為(25±15)V、25 Hz的正弦信號。當(dāng)該信號進(jìn)入振鈴檢測電路后，首先用高壓電容C1進(jìn)行隔直，電阻R1起限流作用。交流信號經(jīng)過R1后通過穩(wěn)壓管D1降壓，然后輸入到光電耦合器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換后的信號經(jīng)C2和R2濾波整流后，會變成標(biāo)準(zhǔn)低電平和帶紋波高電平的長周期脈沖信號；但是輸出的波形不好，且高電平的狀態(tài)還與交換

11、機有關(guān)，所以在后面加上了一個晶體管反向器作為整形，這樣就可以得到很完整的波形了，即電話每振鈴一次就產(chǎn)生一個周期的方波信號。將該信號輸入LPC932 的中斷口進(jìn)行計數(shù)，方便、可靠。3.2 模擬摘機電路 原理分析在設(shè)計該電路之前，首先介紹一下電話摘機的工作原理。用戶話機的摘掛機狀態(tài)，是通過對直流環(huán)路上電流的通斷來實現(xiàn)的。用戶掛機空閑時，直流環(huán)路斷開，饋電電流為0；反之，用戶摘機后，直流環(huán)路接通，饋電電流在20mA以上。因為程控電話交換機對電話摘機的響應(yīng)，會使電話線回路電流突然變大約30 mA，所以交換機檢測到回路電流變大就認(rèn)為電話機已經(jīng)摘機。 電路設(shè)計通過單片機控制晶體管9013的通斷，進(jìn)而控制繼

12、電器的通斷來實現(xiàn)模擬摘機。其電路如圖3所示。晶體管開關(guān)電路控制繼電器的開關(guān)，繼電器控制音頻信號輸入到解碼電路進(jìn)行解碼。當(dāng)掛機時，P13的電平通過CPU控制為低電平，T1截止，電路無法形成回路，沒有電流(理想狀態(tài))，交換機則認(rèn)為電話線處于掛機狀態(tài)。摘掛機信令由單片機通過使P13口變?yōu)楦唠娖綄崿F(xiàn)。改變晶體管T1的基極電壓，使T1處于導(dǎo)通狀態(tài)，從而吸合繼電器K1，使音頻信號通過K1輸入到解碼電路進(jìn)行解碼。這時電話線回路電流突然變大約30 mA，所以交換機檢測到回路電流變大就認(rèn)為電話機已經(jīng)摘機，整個電路完成自動模擬摘機過程。3.3 DTMF解碼電路 原理分析當(dāng)用戶在電話機的鍵盤上輸入密碼或按下控制按鈕

13、后，這些信息均采用雙音頻方式通過電話線發(fā)出。DTMF解碼電路的主要作用是接收從TELO、TEL1輸入的雙音多頻信號，并將其轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制編碼，然后輸至單片機進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，進(jìn)而實現(xiàn)控制功能。本方案采用雙音多頻(DTMF)解碼芯片MT8870來對雙音頻信號進(jìn)行解碼，將其轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制數(shù)據(jù)并輸入CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。352 方案設(shè)計本方案采用晶體管9013作為開關(guān)電路來控制繼電器的關(guān)閉與開啟，從而實現(xiàn)對通道的控制，電路如圖7所示。 當(dāng)CPU的P15腳輸出高電平時，晶體管導(dǎo)通，繼電器吸合，通道開啟；當(dāng)P15腳輸出低電平時，晶體管截止，繼電器斷開，該路通道關(guān)閉。這樣就實現(xiàn)了對通道的控制，其中二極管D1的作用是

14、保護(hù)晶體管9013，避免被繼電器吸合、關(guān)斷時產(chǎn)生的瞬時高壓擊穿。其工作原理為：繼電器K在晶體管T導(dǎo)通時，上面電壓為上正下負(fù)，電流方向由上向下。在T關(guān)斷時，K中線圈電流突然中斷，線圈會產(chǎn)生感應(yīng)電勢，其方向是力圖保持電流不變，即總想保持K電流方向為由上至下。這個感應(yīng)電勢與電源電壓迭加后加在T兩端，容易使T擊穿。為此加上D1，將K產(chǎn)生的感應(yīng)電勢短路掉，讓電流沿順時針方向在二極管和繼電器的小回路里面流動，從而保護(hù)T和繼電器本身。4 系統(tǒng)軟件設(shè)計系統(tǒng)包括振鈴檢測電路、模擬摘掛機電路、雙音頻信號(DTMF)解碼電路、語音提示電路及通道控制電路等多個模塊。這些模塊都是通過中央控制器 LPC932來協(xié)調(diào)控制的，這使得各個模塊的聯(lián)系非常緊密，它們之間是相互聯(lián)系、影響的，而不是完全獨立互不影響的獨立模塊。所以LPC932的功能引腳要合理的安排，才能使各個模塊之間相互協(xié)調(diào)的工作。系統(tǒng)主要模塊的軟件設(shè)計如下：該系統(tǒng)軟件主程序的內(nèi)容主要包括：對中斷方式和中斷優(yōu)先級的設(shè)置，對LP