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(完整word版)基于单片机的家电远程控制系统设计.doc
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(完整word版)基于单片机的家电远程控制系统设计.doc
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内 容 摘 要
随着通讯产业的迅速发展,电话机已经走进了千家万户,但是利用电话机进行远程控
制的技术却没有多少实质性的进展。如何将电话远程控制用于日常生活中正是本文所要研
究的课题,众所周知,近几年通信和电子信息技术行业有了长足发展,本文设计了一种电
话远程控制系统,该系统以 AT89C2051 单片机和 MT8870 双音多频解码集成电路为核心,借
助公共电话网络,通过电话实现对远程设备智能化控制。文章介绍了系统的组成、工作原
理及程序设计方法。对振铃检测、模拟摘挂机控制、双音频解码,语音提示及家用电器控
制等电路作了详细的说明。用户在户外可通过任意一部双音多频电话(包括手机、电话分
机),根据语音提示,可以对各种电器(如电饭锅、微波炉等电器)进行远程控制。本装置
适用于家庭、企事业单位、商店等场所,操作简单方便,系统性能可靠,是未来很有发展
前景的科技产品。
索引关键词:AT89C2051 单片机 双音多频 DTMF 解码电路 振铃检测
目 录
第一章 系统设计原理 .........................................................1
1.1 硬件功能分析 .............................................................1
1.2 软件模块分析 .............................................................3
第二章 系统硬件电路设计 .....................................................3
2.1 振铃检测电路 .............................................................3
2.2 摘挂机控制电路 ...........................................................4
2.3 双音频 DTMF 解码电路 ......................................................6
2.4 家用电器控制电路 .........................................................7
2.5 信息反馈电路 .............................................................9
第三章 系统软件设计 ........................................................10
3.1 软件设计原理 ............................................................10
3.2 系统程序设计流程图 ......................................................11
第四章 结论 ................................................................11
后 记 ......................................................................13
参考文献 ....................................................................14
-1-
基于单片机的电话远程控制系统
第一章 系统设计原理
1.1 硬件功能分析
根据电话远程控制系统的具体设计要求该系统必须满足以下功能:
一、通过电话网对异地的电器实现控制(开/关);
二、控制器可以实现自动模拟摘挂机;
三、控制器设置密码校验;
系统必须具有以下单元功能模块:
一、铃音检测、计数;二、自动摘挂机;三、密码校验;四、双音频信号解码;五、
输入信息分析;六、控制电器开关;七、电器状态查询;八、忙音检测;
本设计以 89C2051 单片机为控制中心,进行主要的信息处理,接收外部操作指令形成
各种控制信号,并完成对于各种信息的记录;接口电路提供单片机与电话外线的接口。其
中包括振铃检测电路,摘挂机控制电路,双音频 DTMF 识别电路,以及家电的控制电路等部
分组成。
本装置使用普通电话机发出遥控命令信号,以 DTMF 信号作为运载遥控命令的媒体,而
无需专门安装遥控发送装置,利用电话网络传送遥控命令或其他数字信息时,只需把接收
装置安装在任何一个电话用户线的终端,就可以接收任何地方〈只要电话能通达的地方〉
的遥控操作或其他数字信息,接收装置就像一部普通电话机,传真机或其他电话用户终端
设备一样被使用,因此不受距离的局限。本装置并联于电话机的两端,不会影响到电话机
的正常使用。用户通过异地的电话机拨通本装置所连接外线的电话号码,通过市局交换机
向电话机发出振铃信号。本装置如果检测到振铃八次,即八次响铃后无人接,自动摘机,
进入密码检测,输入正确后选择被控制电器,然后输入开或关进行遥控电器,完成后返回,
系统基本工作原理是:系统上电,单片机复位,系统开始工作,当电话线路中有振铃信号
时,振铃检测电路将产生占空比为 1:4 的方波,方波从 89C2051 单片机的外部计数端输入,
系统在程序控制下进行计数,当振铃次数为 8 次时约 40 秒若没有人接电话,表明没有人在
场,系统一方面,启动语音提示电路,发出‚尊敬的用户,您好!欢迎您使用智能电话控制
系统,请输入用户密码,并以#字确认;另一方面,发出自动摘机控制信号,外线经摘挂机
控制的开关电路与 DTMF 译码电路接通,译码电路将对外线传递的信号进行译码,译码信号
以四位二进制形式输出。经译码输出的四位二进制数从单片机的 I/O 口输入,单片机对读
-2-
入的二进制数与预置的密码进行比较,如果所拨的密码与预置的相同,则发出‚请输入操作
码,并按#字键加以确认的提示音,如果所拨的密码与预置的不同,则发出对不起,你拨的
密码不正确,请核对密码后重新输入,挂机请按“*”字键确认的提示音。系统只有接到正
确的用户密码才具有操作权。以上操作即实行‚模拟提机接通电话。操作者在主叫话机键盘
上输入 4 位密码,若密码输入正确,会在听筒里听到约 2 秒的音乐声。按入遥控命令,按
“1”,“#”表示第一路开,按“1”,“*”表示第一路关……以此类推,共可操作 5 路设备,
每个操作命令结束时均能听到约 1 秒的音乐声作为确认信号。
操作完毕按入“0”,接收电路收到 0 这一信息后即可挂断电话。
如果有人在默认的振铃次数之前接听电话,则不进入电话遥控状态,因此不影响电话
的正常通话使用。
系统设计中的关键技术。在整个系统功能的实现中,利用 DTMF 解码器对用户通过电话
输入的 DTMF 号码进行检测是系统功能实现的关键。MT8870 应该能及时并准确地检测到电
话线传入的 DTMF 信号,并以中断方式通知 CPU 接收其检测到的 DTMF 号码;而 MT8870 能否
及时检测到 DTMF 信号并正确译码出该信号对应的主叫号码,与 LE78D11 的初始化密切相关。
在初始化时需要特别注意如下几个方面:
1.设置参数要根据系统情况精确计算确定,尤其输入信号增益参数调整不能让 DTMF 信
号饱和失真,否则会导致 MT8870 对 DTMF 音检测译码出错;
2.MT8870 的时钟频率寄存器应在芯片上电后第一个进行设置。确保 MT8870 能及时检
测系统时钟与 8kHz 的帧同步信号的同步情况并给出指示;
3.在初始化最后要启动模拟通道校准功能并确保校准完成;
4.MT8870 在进行 DTMF 音的检测译码时,语音通道连通并都处于激活状态,向单片机
发出中断请求,单片机响应中断,接收来电信息。根据电话通信信令,在电话通信过程中,
使用某些特定频率音的不同断续组合来指示通信进程。为了判定当前处于何种进程状态,
需要及时识别出拨号音、忙音、回铃音、空号音以及其他电信信令规定的进程音。为了简
化系统结构,节约硬件成本,提高信号音检测的准确性与灵敏度,本系统不采用通常的信
号音检测硬件模块进行检测,而是采用软件实现上述信号音的智能检测。由于上述信号音
的频率都是 450Hz,仅断续时长不一样,据此,采用电路把信号音整理成方波脉冲串,固
定时问间隔(例如 1ms)检测输入管脚上脉冲信号,当脉冲信号出现后,立即开始在一定时
长内(例如 1.2s)分若干时间片(例如 0.1s)计数每个时间片内出现的脉冲个数。通过分析比
较给定时长内各个时间片的脉冲个数分布情况,可以判别出信号音的类型。
-3-
系统原理框图如图 1-1 所示:
图 1-1
1.2 软件模块分析
经过比较,我决定使用 AT89C2051 作为控制的单片机芯片,具体有关 AT89C2051 的介
绍不在这里累述,其详细资料请参阅本设计的硬件电路设计部分。
软件部分的设计由以下几个模块构成。
一、信号音计数。本单元可以使用 AT89C51 的两个计数器的外部中断方式来实现对不
同信号音的计数。
二、密码检测。本单元可以在系统初始化的时候,在单片机内部的存储器的内部开辟
一块空间放置密码。当用户输入密码的时候,单片机把输入的密码写入另外的一块空间,
然后利用减法运算比较两者是否相等。这样就可以实现密码检测的功能。
三、信号分析处理。本单元可以利用查表方式,也可以用简单的语句,稍微长一点的
语句实现。
以上部分是对系统设计过程和设计原理的简单叙述。详细部分将在下面的设计中具体
介绍。经过翻阅大量的技术资料,对具体要求实现的功能进行完整的系统分析,我认为我
的电话遥控系统设计基本符合实际情况,可以完成设计任务所要求实现的基本功能。
第二章 系统硬件电路设计
2.1 振铃检测电路
一、电路工作原理
振铃检测电路由光耦 LE 以及门电路 G4 等元件组成。电话线路没有铃流时,电话交换
机提供的线路电压为 48V-60V 的直流信号。当用户呼叫时,电话交换机发来振铃信号,
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