家用電器遠程智能測控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)畢業(yè)論文

1、編號： 060 學 士 學 位 論 文 題 目：家用電器遠程智能測控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn) 學 院： 電子工程與自動化學院 專 業(yè)： 測控技術與儀器（國家級特色專業(yè)） 學生姓名： 李瑋 學 號： 0600820315 指導教師： 殷賢華 職 稱： 講師 評 委： 顏學龍、陳壽宏、胡聰 題目類型： 理論研究 實驗研究 工程設計 工程技術研究 軟件開發(fā)2010年6月 15日 摘 要 本文主要介紹了一種以單片機AT89S52和雙音多頻解碼集成電路MT8870為核心，通過 線路遙控的遠程多路智能家用電器控制器。該系統(tǒng)實用、功能靈活多樣，可以對被遙控對象的狀態(tài)進行查詢以及控制，可以廣泛的應用于家用電器或者其它

2、場所的各種控制設備 。首先論文概述了 遠程控制的發(fā)展及原理，介紹雙音多頻解碼原理及特性，對于系統(tǒng)的一些主要參數(shù)、技術進行了討論。針對AT89S52單片機系統(tǒng)以外的硬件部分電路，例如振鈴檢測、自動摘掛機、雙音多頻解碼、家電控制、音頻放大的設計方案進行了模塊原理介紹。然后介紹了單片機在系統(tǒng)中的應用以及軟件部分的設計思想和具體實現(xiàn)。最后對系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)進行了闡述。文章總結(jié)了整個系統(tǒng)的性能和特點，提出了值得進一步研究和優(yōu)化的地方，并展望了其應用前景。關鍵詞： 遙控 雙音頻編解碼 單片機控制技術 通信系統(tǒng)Abstract This paper introduces a single-chip micro

3、computer to AT89S52 and DTMF decoder IC MT8870 as the core, through the long-distance telephone line remote multi-channel intelligent controller. The system practical, flexible and diverse functions can be remote-controlled targets on the status of inquiries and control can be widely used in househo

4、ld appliances or other places of control equipment.First of all papers outlined the telephone remote control and the development of principles, introduced dual-audio decoding principles and characteristics. For some of the main parameters of system, technology was discussed. SCM system for AT89S52 o

5、utside the hardware detection circuit in the ring, automatically pick hang up, double audio decoder, control of home appliances, audio amplification of a modular design principle introduced. Then the software part of the design ideas and concrete realization, the MCU in the system on the application

6、 software will interrupt handling and data sent. Finally, the systems overall structure has been elaborated. The article summed up the whole systems performance and characteristics, made worthy of further study and optimize the place and prospects in its application.Key words Tel remote control Dual

7、 audio code Micro-controller control Communication system 目 錄1 引 言52 系統(tǒng)綜述62.1家用電器遠程控制器的基本工作過程62.2家用電器遠程控制器的總體構(gòu)成62.3系統(tǒng)編程語言和編程工具72.4系統(tǒng)仿真軟件83 硬件電路設計83.1 中央處理電路83.2 振鈴檢測電路93.3 模擬摘掛機電路113.4 雙音多頻解碼電路123.5 語音電路143.6 控制電路144 軟件程序設計154.1 總體流程圖154.2 主程序164.3摘機中斷服務程序174.4 語音播報子程序194.5 雙音多頻解碼中斷服務程序194.6 控制電器程序2

8、15 系統(tǒng)調(diào)試225.1 5V穩(wěn)壓電源調(diào)試235.2 振鈴音檢測調(diào)試235.3 模擬摘掛機調(diào)試235.4 雙音多頻檢測調(diào)制245.5控制電器調(diào)試246 結(jié)論246.1 系統(tǒng)功能246.2 系統(tǒng)缺陷276.3 功能擴展276.4 前景展望28致 謝29參考文獻30附 錄311 引 言 隨著社會的發(fā)展和科技的進步，越來越多的家用電器進入了人們的生活，這些家用電器給人們的生活帶來了極大的方便。與此同時，近十年來，中國的固定 業(yè)務呈現(xiàn)出舉世矚目的快速增長。1997年8月局用 交換機總?cè)萘客黄?億門，網(wǎng)絡規(guī)模躍居世界第二位，2009年6月固定 用戶總數(shù)更是突破了10億戶大關。隨著 在家庭的普及， 機的功

9、能將進一步得到開發(fā)和利用。調(diào)查顯示，用戶迫切需要利用 來傳遞更多的信息。隨著通訊產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,利用個人通信終端進行遠程控制的技術也日益用于生活中。 屬雙工通信手段，現(xiàn)代 網(wǎng)絡是由交換機和 傳輸線共同組成，它的性能已經(jīng)有了很大的進展，而且可靠性非常高。因此，這可以大大體現(xiàn)出利用 進行遙控的更大優(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信息，從而進行進一步的操作。目前，我國已具備程控交換機開放多種新業(yè)務的條件：首先有發(fā)達的公眾通信網(wǎng)絡基礎。其次有先進的傳輸技術和交換技術，再次有社會需求的增長和提高。利用 實現(xiàn)家用電器遙控是家電未來的發(fā)展方向之一，具有廣闊的市場前景。 遙控這一課題在國內(nèi)外

10、目前都已經(jīng)有涉足者，但是目前都處于實驗階段，因而距離實際應用及其日常生活尚有一定的差距，故不能完全體現(xiàn)出 遙控方式的雙工通信的特點，并且開發(fā)思維都僅僅局限于家用電器這一方面，沿著單一的單片機及其軟件行業(yè)沖刺，競爭壓力大，瓶頸比較窄，設計的產(chǎn)品往往都受制于人，如“需要電信或者移動等通信部門的技術支持以及規(guī)劃；開展各種業(yè)務平臺”等等。在本課題中，著重研究基于 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設備。在把系統(tǒng)與固定 線相連之后，用戶可在撥號之后聽到操作提示，就像使用 問答機一樣。在用戶撥通他們家的 時，根據(jù)語音提示鍵入特定的 按鍵， 會告訴系統(tǒng)做相關的操作，比如開空調(diào)請撥1號鍵，關

11、空調(diào)請撥4號鍵；開洗衣機請撥號鍵2，關洗衣機請撥5號鍵，開電飯鍋請撥3號鍵，關電飯鍋請撥6號鍵，退出系統(tǒng)請撥#號鍵等等,用戶通過語音提示并根據(jù)實際需要進行選擇，從而實現(xiàn)對家用電器的遠程控制。本系統(tǒng)的目的在于不需要對 線路進行任何的修改，只需要將受控電器的控制端口與中央處理單元連接，即可在24小時內(nèi)的任意時間段，達到遠距離控制電器設備的目的。它實現(xiàn)了低成本單一器件與大多數(shù)家電及其設備多元一體化互補結(jié)合，進而解決了現(xiàn)有家電使用單一，操作功能具有局限性的問題，讓家電及其設備按照人們的意愿達到遠距離的智能化控制。 “ 遙控”作為一種新的課題研究，與常規(guī)的遙控方式相比，顯示出很大的優(yōu)越性，例如：不需要進

12、行專門的線路修改，不占用無線電頻率資料，不需要與通信部門進行交涉，而且避免了電磁污染。同時，由于 線路各地聯(lián)網(wǎng)，故可以充分利用現(xiàn)有的 網(wǎng)，并且遙控距離無所限制，可以跨越省市，甚至可以跨越國家。2 系統(tǒng)綜述2.1 家用電器遠程控制器的基本工作過程基于AT89S52單片機的家用電器 控制系統(tǒng)的工作原理是:當有 打入時振鈴電路檢測到 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,同時送出提示音信號，用戶輸入預先設定的密碼，控制裝置通過雙音多頻解碼電路讀取輸入密碼，與預設在控制裝置中的密碼進行對比驗證。如果密碼錯誤系統(tǒng)自動掛機;密碼正確則進入控制狀態(tài)。進入系統(tǒng)后，該裝置通過雙音多頻解碼電

13、路獲得用戶發(fā)出的命令并根據(jù)用戶的命令執(zhí)行開機關機等操作。當人在默認的振鈴次數(shù)之前接 不進入 控制狀態(tài)，因此不影響 的正常使用。2.2 家用電器遠程控制器的總體構(gòu)成本系統(tǒng)是以單片機AT89S52為核心、基于 網(wǎng)絡開發(fā)的家用智能電器遠程控制器。利用 網(wǎng)傳輸數(shù)字和語音信息，利用基于ISD1760的語音處理技術以及DTMF解碼技術的遠程控制部分接收 網(wǎng)發(fā)送來的DTMF信號，并對其進行解碼，解碼后由中央處理器AT89S52根據(jù)解碼信息控制對應的家用電器的開與關, 從而實現(xiàn)智能住宅中電器遠程可控化。該系統(tǒng)主要包括 振鈴檢測電路， 自動摘機和掛機電路，DTMF信號解碼電路，語音提示電路，以及音頻放大電路，其

14、系統(tǒng)框圖如圖2.1所示： 圖2.1 家用電器遠程控制器的系統(tǒng)總體框圖在家用 遠程控制器系統(tǒng)中，振鈴音檢測是整個系統(tǒng)工作的前提，該部分通過光電耦合器4N25進行隔離轉(zhuǎn)換，并通過反相器74LS04進行整形，得到標準的方波，方波信號就可以直接輸出至單片機的中斷計數(shù)器輸入口，完成整個振鈴音檢測和計數(shù)的過程。自動摘掛機電路是整個系統(tǒng)工作的基礎，只有 接通，才能夠完成后續(xù)的一系列操作。自動摘掛機電路可以通過一個由單片機控制的電子開關，它負責將 線與實驗板內(nèi)部電路的接通和斷開。平時該開關處于斷開（即掛機）狀態(tài)，以免影響線路上其他 設備的正常工作，當實驗板接收5次鈴流信號以后，該開關將在單片機的控制下輸出一個

15、摘機信號，完成自動接通（即摘機），此時遠程信號才能進入到實驗板內(nèi)部的后續(xù)電路中。雙音多頻解碼電路使整個系統(tǒng)工作的關鍵，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 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 雙音頻編解碼集成電路有MT8870、MT8880、MT8888等，經(jīng)過反復論證比較，我決定使用雙音頻解碼集成芯片MT8870來完成此功能模塊。雙音頻解碼電路的作用就是將線路上遠方送過來的各種控制信號轉(zhuǎn)換為4位二

16、進制的數(shù)字信號。由于 機按壓按鍵時，每撥一個號碼，發(fā)出去的都是由兩個不同頻率的音頻信號組合起來的雙音頻成分，因此叫“雙音多頻”。比如撥0號鍵時，發(fā)出去的兩個音頻信號分別是941Hz以及1336Hz。這就是說，遠程控制指令在 線路上傳輸?shù)氖请p音多頻信號。由于單片機不能識別雙音多頻信號，因此實驗板在接收到雙音多頻信號之后，必須首先將其轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，才能被單片機識別和處理。語音錄放電路的主要作用是用于方便的錄制以及播放用于遙控操作過程中的語音提示。本實驗板選擇的是常見的ISD1760語音芯片，該芯片具有可以錄音時間為60秒，可分段錄放音，掉電后存儲內(nèi)容不丟失等多種優(yōu)點，完全能夠滿足試驗需求?？刂齐?/p>

17、路比較簡單，即通過單片機控制多路繼電器的開關即可，常用的電路已經(jīng)很成熟，在此就不累述了。 根據(jù) 機和交換機發(fā)出的不同信號音以及 線各種狀態(tài)的不同要求，我結(jié)合實際情況對具體的單元功能模塊作出軟件或硬件上的不同分工，具體如下: 理論上交換機所發(fā)出的各種信號音都可以通過軟件編程而識別，即通過單片機發(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)計算出其頻率，從而完成信號音識別。但是從系統(tǒng)的可靠性和程序的結(jié)構(gòu)設計上分析，我選擇了硬件來解決振鈴音檢測、雙音多頻信號解碼等功能模塊。 自動摘掛機和語音提示以及電器的控制必須使用具體硬件電路來實現(xiàn)。 振鈴音計數(shù)、輸入信息分析、控制電器開關、電器狀態(tài)查詢等功能模塊

18、使用軟件編程方式要比硬件電路簡單的多，實現(xiàn)也很容易。 綜上所述，我設計的振鈴音檢測、自動摘掛機、控制電器、雙音多頻解碼、語音提示播報等功能模塊使用硬件電路實現(xiàn)。而信號音計數(shù)、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 系統(tǒng)編程語言和編程工具匯編語言是一種最接近計算機核心的編碼語言。不同于任何高級語言，匯編語言幾乎可以完全和機器語言一一對應。匯編語言是除了機器語言之外最接近計算機硬件的編程語言。由于它如此的接近計算機硬件，因此，它可以最大限度地發(fā)揮計算機硬件的性能。用匯編語言編寫的程序的速度通常要比高級語言和C/C+快很多-幾倍，幾十倍，甚至成百上千倍。匯編語言直接描述機器指令，比

19、機器指令容易記憶和理解。通過學習和使用匯編語言，向上可以理解軟件，向下能夠感知硬件，是我們理解整個計算機系統(tǒng)的最佳起點和最有效途徑。單片機開發(fā)中除必要的硬件外，同樣離不開軟件，我們寫的匯編語言源程序要變?yōu)镃PU可以執(zhí)行的機器碼有兩種方法，一種是手工匯編，另一種是機器匯編，目前已極少使用手工匯編的方法了。機器匯編是通過匯編軟件將源程序變?yōu)闄C器碼，用于MCS-51單片機的匯編軟件有早期的A51，隨著單片機開發(fā)技術的不斷發(fā)展，從普遍使用匯編語言到逐漸使用高級語言開發(fā)，單片機的開發(fā)軟件也在不斷發(fā)展，Keil軟件是目前最流行開發(fā)MCS-51系列單片機的軟件。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫

20、管理和一個功能強大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部份組合在一起。掌握這一軟件的使用對于使用51系列單片機的愛好者來說是十分必要的。使用匯編語言編程，其方便易用的集成環(huán)境、強大的軟件仿真調(diào)試工具會令你事半功倍。2.4系統(tǒng)仿真軟件Proteus軟件是一種低投資的電子設計自動化軟件，提供可仿真數(shù)字和模擬、交流和直流等數(shù)千種元器件和多達30多個元件庫。Proteus軟件提供多種現(xiàn)實存在的虛擬儀器儀表。此外，Proteus還提供圖形顯示功能，可以將線路上變化的信號，以圖形的方式實時地顯示出來。這些虛擬儀器儀表具有理想的參數(shù)指標，例如極高的輸入阻抗、極低的輸

21、出阻抗，可以盡可能減少儀器對測量結(jié)果的影響。Proteus軟件提供豐富的測試信號用于電路的測試，這些測試信號包括模擬信號和數(shù)字信號。Proteus提供了大量的元件庫，有RAM、ROM、鍵盤、馬達、LED、LCD、AD/DA、部分SPI器件、部分IIC器件，編譯方面支持Keil和MPLAB等編譯器。 鑒于此，我選擇匯編語言作為軟件編程的語言，編程工具為Keil C51，仿真工具為Proteus。下面就硬件以及軟件實現(xiàn)的單元電路分別進行具體分析。3. 硬件電路設計本系統(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 中央處理電

22、路 單片機是整個 遙控系統(tǒng)的核心。系統(tǒng)所有電路都是在它的控制下工作的。經(jīng)過比較，本裝置采用的中央處理器是ATMEL公司生產(chǎn)的AT89S52單片機。AT89S52單片機是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲器技術制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在其單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52單片機為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 AT89S52具有以下標準功能： 8k字節(jié)Flash，

23、256字節(jié)RAM，32 位I/O 口線，看門狗定時器，兩個數(shù)據(jù)指針，三個16 位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，AT89S52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，且允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。AT89S52芯片引腳如圖3.1所示： 圖3.1 AT89S52芯片引腳3.2 振鈴檢測電路當用戶被呼叫時， 交換機發(fā)來鈴流信號。振鈴鈴流為253Hz的正弦波，諧鈴失真不大于10%，電壓有效值

24、9015V。振鈴以5秒為周期，即1秒送，4秒斷。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)過反相器74LS04進行整形，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計數(shù)器輸入口，完成整個振鈴音檢測和計數(shù)的過程。具體電路如圖3.2所示。原理說明： 振鈴信號通過電容C21隔直濾波、D6穩(wěn)壓二極管、R12限流電阻輸入至光電耦合器4N25的輸入端1口，C21、D6和R12共同組成振鈴信號變換電路，它們使輸入電壓和電流不會太大，對后面的光電耦合器起保護作用。采用光電耦合器4N25起的是隔

25、離作用，光電耦合器是一種電信號的耦合器件，它一般是將發(fā)光二極管和光敏三極管的光路耦合在一起，輸入和輸出之間不可共地，輸入電信號加于發(fā)光二極管上，輸出信號由光敏三極管取出。 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的抑制能力，而且有很強的抑制電磁干擾能力。同時還具有速度高、價格低、接口簡單等優(yōu)點。振鈴信號通過光耦4N25的4腳輸出振鈴正弦信號，連接到單片機AT89S52的/INT0/P3.2口，中斷方式采用外部中斷，計數(shù)100次產(chǎn)生T0中斷，控制作為電子開關的三極管模擬摘機，完成振鈴音檢測。 圖3.2 振鈴檢測電

26、路原器件選取原則：1. C21隔直電容，因為是過濾直流，濾出低頻信號，而且振鈴信號的電壓比較高，因此選取0.22F耐壓250V的瓷片電容；2.D1為穩(wěn)壓二極管，選取整流二極管1N4004;3.R12是4N25的限流電阻，取10k；4.IC1選取光電耦合器4N25；5.74LS04兩組反向器，起整型作用；由于從來沒有接觸過 方面的問題，對 原理不甚了解，感到這一部分比較抽象，因此采用Proteus進行仿真。下面是仿真原理圖及仿真結(jié)果，如圖3.3及3.4所示： 圖3.2 振鈴檢測仿真原理圖圖3.3 振鈴檢測仿真原理圖圖3.3 振鈴檢測仿真結(jié)果圖3.4 振鈴檢測仿真結(jié)果（黃線為輸入的振鈴信號，綠線為

27、光耦輸出端信號）3.3 模擬摘掛機電路設計主要思路：根據(jù)國家有關標準規(guī)定：不論任何 機，摘機狀態(tài)的直流電阻應300，有“R”鍵的電子 機的摘機狀態(tài)直流電阻應350。在掛機狀態(tài)下，其漏電流5A。 當用戶摘機時， 機通過叉簧接上約300的負載，使整個 線回路流過約30mA的電流。交換機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)。根據(jù)有關技術指標，模擬摘掛機電路設計如圖3.5所示： 圖3.5 自動模擬摘掛機電路原理說明：電路如圖所示，由QD1、VT1以及VT2等元件組成，L1,L2是 線，QD1的作用是將 線上的不確定極性的電壓轉(zhuǎn)換成確定極性的電壓。TP3為開關的控制端，當

28、TP3為低電平0時，三極管VT2截止，其集電極沒有電流流過，此時VT1由于沒有偏置電壓也不導通，相當于開關斷開，此時電路處于掛機狀態(tài)。當TP3為高電平1時，三極管VT2導通，其集電極電流通過電阻R19給VT1提供偏置電流，此時VT1導通，相當于開關接通，電路處于摘機狀態(tài)。此時，VT1就是一個受TP3控制的電子開關。TP3與單片機的P3.0端口相連，通過控制單片機P3.0端口的狀態(tài)就能夠?qū)崿F(xiàn)開關的導通與斷開，從而實現(xiàn)摘機和掛機。根據(jù)設計原理，原器件選取如下：1. VT1三極管是起模擬電子開關的作用，取5401； 2. QD1由四個穩(wěn)壓二極管1N4004構(gòu)成，進行極性轉(zhuǎn)換；3.4 雙音多頻解碼電路

29、 雙音多頻DTMF信號解碼電路由MT8870主要承擔。它的2、3腳接收來自 機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)字運算后，在其數(shù)據(jù)輸出端（11-14腳）輸出相對應的8421BCD碼。雙音多頻解碼芯片MT8870內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖3.6所示： 圖3.6 雙音多頻解碼芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖MT8870的數(shù)據(jù)輸出端Q4 Q1連到AT89S52的P0口的P0.0 P0.3，CPU經(jīng)P0口識別4位代碼。 按鍵與相應譯碼（Q4Q1）輸出見附錄。其中，A，B

30、，C，D 4個按鍵常被當作R/P，REDIAL，HOLD，HANDSFREE等功能使用。注意，需要特別指出的是，對于“0”號碼，MT8870輸出的8421碼并非是“0000”，而是“1010”；另外，“*”，“#”字號碼，MT8870輸出的8421BCD代碼分別為“1011”和“1100”。有些技術資料會出現(xiàn)錯誤，包括比較權威的手冊，所以在編程時要特別注意按鍵對應的BCD碼，不能想當然。雙音多頻解碼芯片MT8870引腳圖如圖3.7所示： 圖3.7 MT8870引腳圖為了使單片機AT89S52獲取有效數(shù)據(jù)，MT8870的STD有效端經(jīng)反相后接CPU的/INT1引腳。當MT8870獲取有效雙音多頻

31、信號后，STD電平由低變高，再反相為低，CPU檢測后，指示P0口接收有效二進制代碼。而無效的雙音頻信號（ 線路雜音、人們的語音信號等）不會引起MT8870的STD端變化的。DTMF解碼器外圍電路如圖3.8所示： 圖3.8 MT8870雙音多頻解碼電路3.5 語音電路語音電路的主要作用是用于方便的錄制以及播放用于遙控操作過程中的語音提示。本錄音電路采用了兩種工作模式：即獨立按鍵工作模式以及單片機模擬按鍵模式。電路圖如圖3.9所示： 圖3.9 語音電路原理說明：獨立按鍵模式控制語音錄入及播放功能。在獨立按鍵模式下，與2腳相連的LED1為錄放音指示燈，與按鍵S3相連的第24腳為錄音控制端，低電平有效

32、，就是按壓S3不松手，使24腳保持低電平，才能進行錄音，在錄音時LED1會一直保持點亮狀態(tài)，直到錄音結(jié)束。一旦將按鍵松開，該引腳變成高電平，錄音就會停止，由于選擇的采樣電阻為60K,它介于53K和80K之間，因此理論上可以錄音50秒左右，實測總的錄音時間為54秒左右。與按鍵S2相連的第23腳為放音控制端，下降沿有效，就是按壓一下按鍵S2，即給23腳一個下降沿脈沖，該芯片就能進入放音狀態(tài)，直到一段聲音放完為止，在放音的過程中，指示燈會一直閃亮直到放音完畢。在單片機模擬按鍵模式下，芯片的23腳不僅要與與按鍵S2相連外，還要與單片機的P1.0口相連，以便實現(xiàn)遠程放音控制，即通過 遙控放音。只要控制單

33、片機，使其P1.0輸出一個低電平,并延時1S左右，然后再輸出一個高電平，就可以完成模擬按鍵，從而實現(xiàn)播音。芯片的10、11腳為錄音輸入端，MIC為本地錄音話筒，第13、15腳為放音輸出端，雖然該芯片內(nèi)部輸出的聲音信號非常微弱，但是在13、15腳之前已經(jīng)皆有內(nèi)部功率放大，因此輸出聲音仍然很清晰。3.6 控制電路 圖3.10 控制電路本單元電路主要由大電壓大電流八達林頓陣晶體管陣列ULN2804和繼電器控制電路組成，電路圖如圖3.10所示。原理說明：首先，單片機AT89S52從P3口的高三位P3.5、P3.6、P3.7輸出三位控制信號OUTA、OUTB、OUTC，一同加在反相器ULN2804的輸入

34、端IN1、IN2、IN3。當解碼成功后，單片機輸出的三位控制信號為高電平，經(jīng)過反相器ULN2804反向放大之后，在反相器的輸出端OUT1、OUT2、OUT3輸出為低電平。反相器的每個輸出端都控制一路繼電器，而每一路繼電器也控制一路電器的開關。二極管指示燈串聯(lián)在每一個控制電路中作為電器開關指示燈。這樣就可以完成單片機對多路電器的遠程控制。4 軟件程序設計本系統(tǒng)的軟件設計主要分為系統(tǒng)初始化、振鈴檢測計數(shù)、自動摘掛機、雙音多頻信號分析處理、控制電器、語音提示等部分。每個功能模塊對于整體設計都是非常重要的，單片機AT89S52通過軟件程序才能很好的對外部的信息進行采集、分析和決策。下面，就整體設計以及

35、每個單元功能模塊分別進行說明。4.1 總體流程圖 圖4.1給出了家用電器遠程智能測控系統(tǒng)的總體流程圖。 圖4.1 總體流程圖4.2 主程序該家用電器遠程控制器的主程序主要完成的功能是:定義IO端口、CPU內(nèi)部初始化、初始化內(nèi)部RAM、檢測振鈴等工作。圖4.2給出了家用電器遠程控制器的主程序流程框圖。 圖4.2 主程序流程圖4.3 摘機中斷服務程序摘機中斷服務程序主要完成的功能是4S鈴流后自動摘機，并控制語音芯片播放提示語音，將提示音傳送到 線上，用以告知用戶。自動摘掛機電路是整個系統(tǒng)工作的基礎，只有 接通，才能夠完成后續(xù)的一系列操作。由于振鈴鈴流為25Hz的正弦波，而且振鈴1秒送，4秒斷，即以

36、5秒為周期。通過計數(shù)器T0的外部中斷方式來實現(xiàn)。即對振鈴音計數(shù)100次，就可以實現(xiàn)4S定時，引起外部中斷T0，于是進入中斷服務程序，使單片機P3.0輸出高電平的摘機信號，從而完成自動摘機。自動摘機之后，單片機采用模擬手動按鍵的方式控制語音芯片播音。圖4.3給出了家用電器遠程控制器的摘機中斷服務程序流程框圖。摘機中斷服務程序代碼如下：INT0_RING:NOPPUSH PSW ;現(xiàn)場保護INC RING_COUNT ;振鈴來一次計數(shù)一次MOV A,RING_COUNTCLR CCJNE A,#100,INTR_EXIT ;計數(shù)100次后，即等待4秒，自動摘機MOV RING_COUNT,#00H

37、 ;振鈴計數(shù)器清零SETB HOOK ;摘機SETB HOOK_FLAG ;置摘機標志NOPCLR PLAY ;播放錄音LCALL DELAY1S ;單片機模擬放音，延時1SSETB PLAY ;播放錄音控制完畢，錄音播放到 線上CLR EALCALL DELAY5S ;延時15S，ISD1720錄音時間約為14秒 LCALL DELAY5SLCALL DELAY5SSETB EA INTR_EXIT:NOPRETI 圖4.3 摘機中斷服務程序流程圖4.4 語音播報子程序語音錄放電路的主要作用是用于方便的錄制以及播放用于遙控操作過程中的語音提示。語音提示子程序已經(jīng)嵌套在摘機中斷服務程序中，這里

38、著重描述如何實現(xiàn)單片機模擬按鍵實現(xiàn)語音播報的功能。在獨立按鍵模式下，放音操作有兩種工作模式，分別是邊沿觸發(fā)和電平觸發(fā)，都由/PLAY 管腳觸發(fā)。在邊沿觸發(fā)模式下，點按一下PLAY 鍵，/PLAY 管腳電平變低便開始播放當前段的語音，并在遇到EOM 標志后自動停止。放音結(jié)束后，播放指針停留在剛播放的語音起始處，再次點按放音鍵會重新播放剛才的語音。在放音期間，LED燈會閃爍直到放音結(jié)束時熄滅。點擊按鍵的時間一般為幾百毫秒，因此，為了保險起見，在采用單片機模擬按鍵的時候，延時一秒左右，形成確定的低電平，從而啟動放音功能，在調(diào)用延時15秒左右，將語音信號送到 線上面，最終完成語音播放。語音播放的時序圖

39、如圖4.4所示： 圖4.4 語音播放時序圖語音播放子程序代碼如下：CLR PLAY ;播放錄音LCALL DELAY1S ;單片機模擬放音，延時1SSETB PLAY ;播放錄音控制完畢，錄音播放到 線上CLR EALCALL DELAY5S ;延時15S，ISD1720錄音時間約為14秒 LCALL DELAY5SLCALL DELAY5S4.5 雙音多頻解碼中斷服務程序雙音多頻DTMF信號解碼電路由MT8870主要承擔。它的2、3腳接收來自 機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)

40、高，低群濾波器，幅度檢測器送入輸出譯碼電路，經(jīng)過數(shù)字運算后，在數(shù)據(jù)輸出端（1114腳）輸出相對應的8421BCD碼，與此同時，在延時導引輸出端（15腳）會輸出一個正脈沖，該正脈沖經(jīng)過反向器74LS04反向之后，變?yōu)樨撁}沖，聯(lián)結(jié)至單片機P3.3腳INT1口，引起外部中斷，進入中斷服務程序。在中斷服務程序中，單片機通過P0口的低4位讀取DTMF輸出的8421BCD碼，此時需要屏蔽P0口的高四位。然后單片機通過分析DTMF信號與二進制的對應關系確定輸入的DTMF所對應的鍵值。例如，如果單片機接收到的8421BCD碼是0001H，那么由DTMF信號與二進制的對應關系可知，對應的為1號鍵，因此，將P3.

41、5腳置高，用以控制對應的家電。其余鍵值的分析以此類推。雙音多頻解碼中斷服務程序代碼：DTMF_START: SETB EX1 ;初始化外部中斷1，即DTMF輸出中斷 SETB PX1 SETB IT1SSS: CPL RUN JB HOOK_FLAG,DTMF_START ;有振鈴及摘機后，準備接收DTMF信號 NOP LCALL DELAY1S NOP NOP LJMP SSS雙音多頻解碼中斷服務程序的流程圖如圖4.5所示： 圖4.5 雙音多頻解碼中斷服務程序流程圖4.6 控制電器程序 控制電路主要由大電壓大電流八達林頓陣晶體管陣列ULN2804和繼電器控制電路組成，單片機通過分析DTMF信

42、號與二進制的對應關系確定輸入的DTMF所對應的鍵值。如果輸入的是1號鍵，則單片機P3.5腳輸出高電平，經(jīng)過ULN2804反相，輸出低電平，繼而驅(qū)動繼電器1閉合，點亮對應的LED1，完成模擬打開電器的功能；如果輸入的是4號鍵，則單片機P3.5腳輸出低電平，經(jīng)過ULN2804反相，輸出高電平，繼而驅(qū)動繼電器1斷開，熄滅對應的LED1，完成模擬關閉電器的功能；本系統(tǒng)總共可以模擬控制三路電器，其余兩路電器的控制過程以此類推?？刂齐娖鞯牧鞒虉D如圖4.6所示： 圖4.6 控制電器流程圖控制電器程序如下所示：DTMF_OUT: MOV A,P0ANL A,#0FH ;屏蔽高位，DTMF信號來自低4位D0-D

43、3 CJNE A,#01H,DTMF_OUTB ;判斷輸入是否為1號鍵 SETB OUTA ;為1號鍵，則控制繼電器A輸出 LJMP DTMF_EXIT DTMF_OUTB: CJNE A,#02H,DTMF_OUTC ;判斷輸入是否為2號鍵 SETB OUTB ;為2號鍵，則控制繼電器B輸出 LJMP DTMF_EXITDTMF_OUTC: CJNE A,#03H,DTMF_OUTA_OFF ;判斷輸入是否為3號鍵 SETB OUTC ;為3號鍵，則控制繼電器C輸出 LJMP DTMF_EXITDTMF_OUTA_OFF: CJNE A,#04H,DTMF_OUTB_OFF ;為4則關閉繼電

44、器A輸出 CLR OUTA LJMP DTMF_EXITDTMF_OUTB_OFF: CJNE A,#05H,DTMF_OUTC_OFF ;為5則關閉繼電器B輸出 CLR OUTB LJMP DTMF_EXITDTMF_OUTC_OFF: CJNE A,#06H,DTMF_HOOK_OFF ;為6則關閉繼電器C輸出 CLR OUTC LJMP DTMF_EXITDTMF_HOOK_OFF: CJNE A,#1011B,DTMF_EXIT ;為*則掛機 CLR HOOK ;掛機 CLR HOOK_FLAG 置掛機標志位DTMF_EXIT: NOP NOP NOP RETI5 系統(tǒng)調(diào)試本裝置的調(diào)試

45、主要分為硬件調(diào)試、軟件調(diào)試和聯(lián)機調(diào)試等三大部分。經(jīng)過初步的分析設計后，在制作硬件電路的同時，調(diào)試也在穿插進行。這樣有利于問題的分析和解決，不會造成問題的積累，而且不會因為一個小問題而進行整體電路的檢查，從而可以節(jié)約大量的調(diào)試時間。軟件編程中，我是首先完成單元功能模塊的調(diào)試，然后進行系統(tǒng)調(diào)試，整體上與硬件調(diào)試的方法差不多。聯(lián)機調(diào)試是最重要的一部分，同時也是本裝置成功的關鍵。5.1 5V穩(wěn)壓電源調(diào)試電源部分采用我大三時自己制作的正負12V雙邊可調(diào)直流穩(wěn)壓電源。該系統(tǒng)使用單5V穩(wěn)壓電源供電，要求交流成分小。經(jīng)過示波器測量5V穩(wěn)壓電源輸出端，其交流部分電壓的峰-峰值為6mV，符合本裝置的電源要求，穩(wěn)壓

46、電源調(diào)試完畢。5.2 振鈴音檢測調(diào)試在本單元電路制作前期，實驗室中無模擬交換機，無法產(chǎn)生振鈴信號，我只好在完成此部分的焊接后回宿舍中完成其測試。將實驗板的 線兩端并聯(lián)在 機兩端，摘機撥打宿舍的 號當送來測試振鈴音時，用萬用表的直流檔測量光電耦合器4N25的輸出端，有明顯的電壓，這說明可以形成中斷響應信號。單片機INT0所響應的外部中斷信號是低電平有效，因此在光耦輸出端接了兩個反向器。經(jīng)過兩個反向器的反向整形作用，輸出為標準的方波，送入單片機INT0口進行計數(shù)。經(jīng)測試，本單元電路完全正常，振鈴檢測部分調(diào)試完畢。5.3 模擬摘掛機調(diào)試開始設計的自動摘掛機電路是通過單片機

47、控制一個繼電器的開關，繼電器的控制端連接一個大約300的電阻接入 線兩端，從而完成模擬摘掛機。本電路難點在于耦合變壓器的選取，因為 線中直流電壓比較高，而且還有各種信號音，這些都會影響到語音信號加載到 線上，因此本系統(tǒng)必須使用一個耦合變壓器作為隔離器件。這個耦合變壓器的阻抗匹配問題是設計的難點。起初我查閱有關資料并沒發(fā)現(xiàn)具體參數(shù)，就在市面上買了一個普通的話音變壓器，但是實測的時候效果不佳，測試發(fā)現(xiàn)話音變壓器實際的輸入輸出阻抗并不是1：1，即阻抗不匹配。后來看到可以郵購這種 語音專用耦合變壓器，其具體性能都很優(yōu)秀，但是價格太高，不符合我的設計原則，只得放棄。經(jīng)過查閱大量的資料，后面自動摘掛機電路

48、修改為通過一個由單片機控制的電子開關，它負責將 線與實驗板內(nèi)部電路的接通和斷開。平時該開關處于斷開（即掛機）狀態(tài)，以免影響線路上其他 設備的正常工作。當實驗板接收5次鈴流信號以后，該開關將在單片機的控制下自動接通（即摘機），此時遠程信號才能進入到實驗板內(nèi)部的后續(xù)電路中。實測效果較好，只是在不同的地方，振鈴信號的頻率有所不同，導致自動摘機時間稍有不同。在調(diào)試的過程中，我遇到了一個比較奇怪的問題，就是在撥打 時，大約經(jīng)歷4S之后， 可以檢測到振鈴并完成自動摘機功能，可是語音芯片并沒有播放提示音，而每當我用起子碰觸光耦4N25的6腳時，語音芯片就可以正常工作。查閱光耦的芯片資料發(fā)現(xiàn)，通常應用中6腳是

49、懸空的，在數(shù)字電路中，虛空就意味著狀態(tài)不定，可能是高電平，低電平，也可能是高阻態(tài)。在同學和導師的提示下，我將6腳接到電源上面，給它一個穩(wěn)定的高電平，從而避免了干擾。在解決了光耦引腳懸空的問題之后，語音芯片任然不能按照理論上的時序工作。可是在獨立按鍵模式下，錄放音都很順利。因此我懷疑問題應該出在單片機模擬手動按鍵的過程中。我仔細閱讀了ISD1760語音芯片的放音工作時序圖，發(fā)現(xiàn)了自己曾經(jīng)忽略的問題。在時序圖中，要想啟動放音功能，必須給PLAY引腳足夠長的低電平，這個時間必須大于Tdeb才能完成啟動工作。Tdeb這個時間也就是在獨立按鍵狀態(tài)下，人手工按鍵的時間。這個時間一般至少有幾百毫秒，為了形成

50、確定的低電平，這里我首先延時500毫秒。實測之后發(fā)現(xiàn)效果不理想，然后將延時時間改變?yōu)?秒，實測之后效果較好，自動摘機后即可順利播放語音。5.4 雙音多頻檢測調(diào)制雙音頻檢測是整體電路一個比較重要的過程，它的調(diào)試主要圍繞著雙音多頻解碼芯片MT8870展開的。在調(diào)試的時候，解碼電路經(jīng)常會出現(xiàn)解碼出錯的情況。經(jīng)過仔細檢查電路，仿真機單步執(zhí)行進行調(diào)試，確認硬件電路無誤，診斷為MT8870的問題。根據(jù)我的初步分析認定可能是芯片老化的原因，因為該芯片的生產(chǎn)時間是99年。后更換MT8870發(fā)現(xiàn)本裝置工作很正常，而且更換上MT8870工作了將近一個月，整體電路沒有發(fā)生任何解碼誤碼情況，MT8870在最后的聯(lián)機調(diào)

51、試過程中也沒有出現(xiàn)任何問題。芯片MT8870中的STD端是高電平有效，而AT89S52中的/INT1端是低電平觸發(fā)產(chǎn)生中斷，所以STD端要與/INT1端連接，應該加個反向器74LS04，否則系統(tǒng)將會出錯，無法進行下一步調(diào)試。5.5控制電器調(diào)試單片機AT89S52從P3口的高三位P3.5、P3.6、P3.7輸出三位控制信號OUTA、OUTB、OUTC，一同加在反相器ULN2804的輸入端IN1、IN2、IN3。當解碼成功后，單片機輸出的三位控制信號為高電平，經(jīng)過反相器ULN2804反向放大之后，在反相器的輸出端OUT1、OUT2、OUT3輸出為低電平。反相器的每個輸出端都控制一路繼電器，而每一路

52、繼電器也控制一路電器的開關。二極管指示燈串聯(lián)在每一個控制電路中作為電器開關指示燈。這樣就可以完成單片機對多路電器的控制。控制電器這部分的外圍硬件電路很容易，在調(diào)試過程中順利完成。6 結(jié)論6.1 系統(tǒng)功能本系統(tǒng)使用起來非常方便，下面我就系統(tǒng)使用流程圖做一下簡單的使用方法介紹。首先用戶把本裝置的信號線并聯(lián)在 線的兩端，插上電源線，打開電源開關，本裝置自動復位，就能正常工作了。當用戶從異地打來 ，本裝置接收到 振鈴音，開始計數(shù)。當 鈴聲計到五次，裝置自動摘機，回送提示音提示輸入想要控制的電器，用戶就可以對裝置所連的電器進行選擇，然后根據(jù)需要對其進行開關控制。當用戶輸入正確的密碼后，用戶就可以對裝置所連的電器進行選擇，然后根據(jù)需要對其進行開關控制。按“1”鍵對 電器進行開控制，按“4” 對 電器進行關控制；按“3”鍵對 電器進行開控制，按“5” 對 電器進行關控制；按“3”鍵對 電器進行開控制，按“6” 對 電器進行關控制，按“*”退出本系統(tǒng)， 掛機。用戶可以在一次“通話”中同時控制幾個電器。如果用戶