基于公用電話網(wǎng)絡(luò)的遠程控制系統(tǒng)設(shè)計

基于公用電話網(wǎng)絡(luò)的遠程控制系統(tǒng)設(shè)計

0基于電話網(wǎng)絡(luò)的智能控制家電設(shè)備隨著科學技術(shù)的發(fā)展和人們生活水平的提高，固定電話和移動手機已經(jīng)普及，家庭移動電話和智能家用電器已經(jīng)投入使用。利用現(xiàn)有的個人通信終端,實現(xiàn)基于電話網(wǎng)絡(luò)智能控制家電設(shè)備,既可節(jié)約投資,又便于推廣。單片機控制家電系統(tǒng)基于公用電話網(wǎng)絡(luò),以STC89C52RC單片機和MT8870雙音多頻解碼集成電路為核心,通過電話實現(xiàn)對遠程設(shè)備進行智能控制。同時,可制造家中有人的場景,比如電視播放節(jié)目、夜間燈光打開等,以提供一定程度的安全防范。1語音提示與控制系統(tǒng)的設(shè)計按功能需求,系統(tǒng)分為系統(tǒng)開啟、控制過程和控制結(jié)束三個階段。用戶可使用的功能有啟動/關(guān)閉通道(通道接外部設(shè)備,如電燈、電腦、空調(diào)、電冰箱等)、模擬主人在家場景、修改密碼、修改留言等功能。系統(tǒng)通過對振鈴信號進行檢測識別來啟動。在規(guī)定時間內(nèi)檢測振鈴次數(shù)達到設(shè)定值時,系統(tǒng)即進入遠程控制。用戶可通過語音提示與系統(tǒng)進行交互。為此,系統(tǒng)須提供解釋。用戶根據(jù)語音提示按鍵的信息、控制家電的功能。即系統(tǒng)能夠播放相應(yīng)的語音提示,用戶根據(jù)提示進行按鍵操作,系統(tǒng)分析按鍵信息后執(zhí)行相應(yīng)的操作。同時系統(tǒng)軟件中還需設(shè)置身份認證功能,保證只有合法用戶才能操作該系統(tǒng)能夠?qū)Π存I錯誤進行判斷處理。系統(tǒng)主要是針對無人環(huán)境中的電器設(shè)備進行控制的,即用戶在世界各地隨時可操作家電開關(guān)以提供安全生活環(huán)境,故對安全性、可靠性的要求較高。硬件設(shè)計上采用電氣隔離技術(shù)之外,在軟件上還應(yīng)提供一定的防盜功能用合法用戶身份控制家電的功能。2音提示下的遠程控制筆者所提出的電話遠程控制系統(tǒng)包括振鈴檢測識別單元、模擬摘掛機單元、語音提示單元、雙音多頻(DTMF)解碼譯碼單元、中央控制(單片機)等功能單元和對外部設(shè)備控制電路。圖1所示為系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。當無人在家時,用戶可通過通訊設(shè)備在語音提示下進行留言或?qū)译娺M行遠程控制。當有來電時,電話響鈴的次數(shù)超過軟件所設(shè)定的次數(shù)(比如設(shè)定次數(shù)為時間如超過30s)后,系統(tǒng)進入自動摘機程序,進而通過語音提示與用戶進行交互。如果用戶按下某個按鍵如“1”,即選擇進入遠程控制家電功能,此時需要用戶輸入防盜用身份而設(shè)計的正確的密碼方能對電器設(shè)備進行控制。為了防止非法用戶暴力破解系統(tǒng)控制密碼,還可以以輸入密碼錯誤次數(shù)達到3次系統(tǒng)就會自動掛機方式,保護系統(tǒng)及家電安全。如果來電用戶選擇本地留言功能,此時系統(tǒng)便可以為來電者留言了。當有人在家中,且超過系統(tǒng)所設(shè)自動摘機時間接電話,用戶可通過選擇按鍵暫時關(guān)閉程序,即可停止操作。為方便用戶使用,在設(shè)計時系統(tǒng)提供語音提示界面,使其具有本地留言、自動摘掛機、修改密碼、返回上一級菜單等功能。3系統(tǒng)硬件設(shè)計系統(tǒng)主控電路采用51系列單片機作為主控芯片,系統(tǒng)由+5V電源供電,外接晶振時鐘頻率為11.0592MHz,如圖2所示。3.1光電耦合器til113單位片機控制家電系統(tǒng)振鈴檢測識別電路主要有穩(wěn)壓二極管和光電耦合器組成,并將輸出信號連接到單片機外部中斷接口。由于振鈴信號電壓高于無來電線路電壓,可采用如圖3所示鈴音檢測識別電路。電話線路無來電時,線路電壓約為50V的直流信號。當有電話信號時,電話交換機發(fā)來頻率約為25Hz,電壓有效值約為75V,周期為5s(1s送,4s斷)的交流信號。系統(tǒng)選取65V穩(wěn)壓二極管,無來電時,電話線的電壓小于穩(wěn)壓二極管D1的反向?qū)妷?D1截止,不進行振鈴檢測識別;當電話處于來電狀態(tài)時,D1導(dǎo)通,從而進行振鈴檢測識別,通過光電耦合器TIL113接到單片機的外部中斷端口0,就可檢測來電的響鈴次數(shù),為系統(tǒng)自動摘機做準備。圖3中所示的光電耦合器件TIL113是一種達林頓輸出型隔離耦合器件,它常用于較遠距離的信號隔離傳送,以及大電流、低容抗、快速關(guān)斷等器件的控制,也用于通信、遙控邏輯隔離、報警監(jiān)控電路等。光電耦合器能夠有效抑制接地回路的噪聲,消除地干擾,使信號現(xiàn)場與主控制端在電氣上完全隔離,避免了主控制系統(tǒng)受到意外損壞。該器件具有穩(wěn)定性高、價格低、與單片機連接簡單等優(yōu)點。3.2原因2:路設(shè)計根據(jù)國家有關(guān)標準規(guī)定:不論任何電話機,摘機狀態(tài)的直流電阻應(yīng)≤300Ω,在掛機狀態(tài)下,其漏電流≤5uA。當用戶摘機時,電話機通過叉簧接上約300Ω的負載,使整個電話線回路流過約30mA的電流。電話交換機檢測到該電流后便停止鈴流發(fā)送,并將線路電壓降大約為7.5V直流電,完成接通。模擬摘掛機電路設(shè)計如圖4所示。當單片機檢測到系統(tǒng)設(shè)定的振鈴次數(shù)后,送出摘機信號:P3.5輸出低電平,驅(qū)動三極管Q1導(dǎo)通,此時繼電器閉合,電阻接入電路中,實現(xiàn)摘機。若需要掛機時,則P3.5輸出高電平繼電器斷開,電路沒有形成回路,實現(xiàn)掛機。MT8870如接收到一個有效的DTMF信號后,EST端變?yōu)楦唠娖?經(jīng)積分電路使控制輸入端電平升高。若TOE端電平低于門限電壓時,MT8870內(nèi)部的四位二進制保持不變,STD端保持低電平;若TOE端高于門限電壓,MT8870內(nèi)部的四位二進制碼被更新,STD輸出由低電平變?yōu)楦唠娖?經(jīng)反相器后向單片機發(fā)出中斷申請,通知單片機主控臺發(fā)出實時已有控制信息,單片機接到中斷申請后,通過端口讀取MT8870的譯碼數(shù)據(jù),MT8870如無DTMF信號輸入或DTMF信號連續(xù)失真,則EST端為低電平,TOE端也為低電平,STD輸出低電平,經(jīng)反相器后不會向單片機發(fā)出中斷申請。MT8870通過對電話線上的雙音多頻信號解碼,識別操作者的命令,從而實現(xiàn)對遠程的控制或工作狀態(tài)的查詢。3.3語音芯片-信號轉(zhuǎn)換模塊ISD4004系列工作電壓3V,單片錄放時間8至16分鐘,音質(zhì)好,適用于移動電話及其他便攜式電子產(chǎn)品。芯片采用CMOS技術(shù),內(nèi)含振蕩器、防混淆濾波器、平滑濾波器、音頻放大器、自動靜噪及高密度多電平閃爍存貯陳列。單片機操作命令可通過串行通信接口送入。設(shè)計采用ISD4004-8M單片語音錄放集成電路作為語音錄放的核心部分,支持錄放時間達8分鐘。該芯片采用了多電平直接模擬量存儲技術(shù),將每個采樣值直接存儲在片內(nèi)的快閃存儲器中,因此能夠非常真實、自然地再現(xiàn)語音、錄音、音調(diào)和效果聲,且存儲的信號在掉電的情況下長久保存。系統(tǒng)將需要的語音信息按段錄入到ISD4004后,在單片機的控制下將錄入的語音信息按錄音地址由音頻輸出端輸出,然后經(jīng)萬用音頻功率放大器LM386放大后送到電話線路。語音芯片的片選、串行輸入、串行輸出、行地址時鐘、串行時鐘、中斷分別接到單片機的I/O口,由單片機控制。語音留言從語音芯片的16和17引腳錄入,16引腳接電話線的負極(L2)、17引腳接電話線的正極(L1)。由于電話機處于來電掛機狀態(tài)時,電話線路電壓是有效值為75伏的交流電,故播放接口和錄音接口都不能直接接到電話線上。根據(jù)圖2,可用繼電器來控制電話線的正極,繼電器的常閉一端接到INPUT,常開一端接到AUDIO。當電話處于摘機狀態(tài)時,L1才接到17引腳,此時可以解碼或者錄音。如果想播放語音提示,則通過給P3.6口低電平,三極管導(dǎo)通,繼電器閉合,電話線的正極與AUDIO相接,單片機對ISD4004發(fā)送播放命令,用戶就可以聽到語音提示。3.4dtmf解碼器雙音多頻信號解碼是控制系統(tǒng)的主要組成部分,正確地解碼出交換機通過電話線發(fā)送來的雙音多頻信號是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵,它的工作情況直接決定了系統(tǒng)的可靠性。雙音多頻解碼器是用于獲取和解析雙音多頻信號的,其主要的工作就是從電話線上取得雙音多頻信號,然后對信號進行濾波,辨識出其中對應(yīng)的標準DTMF信息,并對其譯碼成為二進制形式。MT8870是MITEL公司生產(chǎn)的DTMF解碼器,為CMOS電路,DIP封裝,可直接與MCS-51系列單片機接口。它具有DTMF信號分離濾波和譯碼功能,內(nèi)部有差動運算放大器,可通過引出的引腳調(diào)節(jié)放大增益。通過與單片機連接,解碼輸出可直接供給單片機使用。MT8870與單片機接口的電路設(shè)計圖如圖5所示。4模塊化設(shè)計思想系統(tǒng)的軟件設(shè)計主要分為系統(tǒng)的初始化、模擬摘掛機、放音、錄音、DTMF解碼、控制電器等部分。通過軟件設(shè)計使51系列單片機對各種外圍設(shè)計起到很好的控制作用。本系統(tǒng)采用模塊化的設(shè)計思想、設(shè)計簡化,便于用戶使用、修改,采用合理的程序流程,合理利用系統(tǒng)資源的思路。系統(tǒng)同時采用低功耗設(shè)計,使軟件可靠、安全性。系統(tǒng)的軟件主要包括一個主程序和放音、摘掛機、DTMF解碼、修改密碼、振鈴檢測、控制電路、錄音等七個子程序,流程圖如圖6所示。