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引言 隨著生活水平的不斷提高，人們希望有一種自動化、智能化程度高的控制系統對所有的家用電器能實施遠程控制。本文介紹了一種基于PSTN(Public Switched Telephone Network，公眾電話網)實現對家用電器的遠程控制，通過電話可以隨時隨地控制多種家用電器的開關和各種設定，諸如將空調提前升降溫、電熱水器提前預熱等，應用前景相當廣泛。 系統組成及工作原理 為了簡化電路、降低成本、提高可靠性，本系統采用AT89C51作為主控制器，它是一款與MCS51完全兼容且內部自帶有4KB的Flash存儲器及256KB RAM單元的芯片，因此可以不需另外擴展EEPROM及靜態RAM就可以實現所需功能。除主控制器之外，還有振鈴檢測與模擬摘機電路、DTMF解碼電路、語音提示電路、集中控制器，系統結構框圖如圖1所示。 當需要遙控家用電器時，撥打相應的電話號碼，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少于6次，對程控電話的使用不造成影響，當振鈴次數達到6次后(次數可以通過軟件任意設定)，單片機啟動語音提示電路發出提示音，詢問是否進入家電控制模式，按“0”鍵否，掛機退出，按“1”鍵是，摘掛機電路自動摘機進入控制狀態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出提示音，提示操作者輸入密碼或是退出(系統支持在線修改密碼)。輸入的密碼經DTMF接收，轉換成二進制數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提示音并自動掛機；如果密碼相符則語音提示選擇控制通道(按鍵1～8分別表示1～8號通道，分別控制8路電器)。通道選擇后，按下“1”鍵表示開啟該路電器，并有語音提示“該路電器已經開啟”，按下“0”鍵表示關斷該路電器，有提示音“該路電器已經關閉”，按下“＊”鍵則可掛機退出。若超時則自動掛機(時間可由軟件設定)。 硬件電路設計 ● 振鈴檢測與模擬摘機電路 在分析該電路之前，首先介紹一下公用電話網線路上的信號及其檢測方法。公用電話網的傳輸線路為二線模擬線路，采用直流環路信號方式，能向模擬話機提供直流饋電、振鈴信號、話音數據、音頻數據、雙音頻數據等。我國規定的標準為，平時掛機時的饋電電壓一般為-48V，向用戶振鈴的鈴流電壓為75±15V，25Hz的交流電壓，用戶話機的摘掛機狀態是通過對直流環路上電流的通斷來實現的，用戶掛機空閑時，直流環路斷開，饋電電流為0；反之，用戶摘機后，直流環路接通，饋電電流在20mA以上。 當有振鈴信號從TEL0、TEL1輸入時，如圖2所示，電話線路上的75±15V，25Hz的交流電壓經過一個橋式整流Q1及濾波后，振鈴信號進入光電耦合器817的1、2引腳，然后從4腳輸出脈沖信號，脈沖輸入到74LS123中，其中74LS123的作用是將小脈沖轉換成大方波信號并送入到89C51單片機的T0引腳進行計數，當計數達到6次時，89C51的T1引腳發出高電平，使三極管PNP8550導通，從而繼電器RELAY吸合，完成模擬摘機動作。由于語音信號和雙音頻信號電壓遠低于振鈴信號電壓，所以該電路不會產生誤操作。 ● DTMF解碼電路 當用戶在電話機的鍵盤上輸入密碼或按下控制按鈕后，這些信息均采用雙音頻方式通過電話線發出。DTMF解碼電路的主要作用是接收從TEL0、TEL1輸入的雙音多頻信號并將其轉換成二進制編碼，然后輸至單片機進行數據處理，進而實現控制功能，如圖3所示。 本電路采用的是MT8880雙音多頻解碼芯片，能實現雙音多頻信號(DTMF)的發送與接收。發送DTMF信號時，信號從D0～D3經數據總線緩沖器送到發送數據寄存器，控制可編程行列計數器，經D/A轉換合成DTMF信號，在音頻突發開門控制和邏輯控制作用下，從8腳(TONE端)發出。當接收DTMF信號時，模擬摘機后從TEL0、TEL1進入的雙音多頻信號經過耦合隔離變壓器耦合入MT8880的輸入腳IN-，DTMF信號經運放、撥號音濾波器、高頻組及低頻組分離帶通濾波器送到數字算法與編碼變換器進行確認，譯成相應的4位二進制碼，存入接收數據寄存器，需要時輸出至數據總線，送入89C51的P1口。其中輸入腳IN-和增益選擇端GS之間所接的反饋電阻R3可以調節運放的增益，CP為中斷請求或電話信號音檢測輸出端，它與89C51的INT0引腳相連。 ● 語音提示電路 為了使操作者能及時了解到受控家用電器的信息，使產品達到交互式與智能化，本系統采用了可用單片機控制的語音芯片APR9600，單片電路可錄放32～60s，串行控制時可分256段以上，并行控制時最大可分8段。具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、每個單鍵均有開始停止循環多種功能等特點。當利用APR9600進行錄音時，外部音頻信號通過話筒輸入和線路輸入方式進入，通過芯片內話筒放大器中自帶的自動增益調節，如果信號幅度在100mV左右即可直接進入線路輸入端，音頻信號經內部濾波器、采樣電路處理后以模擬量方式存入專用快閃存儲器中。放音時芯片內讀邏輯電路從閃存中取出信號，經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。 APR9600的錄放控制有多種模式，為普通用戶使用提供了極大的方便，但總的來說可分為串行控制和并行控制兩種模式，由芯片MSEL1、MSEL2及M8腳的設置來實現。 該系統中，APR9600被預先設置成8段的并行控制模式，即MSEL1、MSEL2、/M8均被設定為1(接正電源)。置RE端為錄音狀態，按下/M1即開始錄第一段，松開鍵即停止。按下M2即開始錄第二段，松開鍵即停止，如此循環下去直到錄完第八段。相應語音段的播放由軟件觸發，APR9600的SP+、SP－端接至電話線反饋到聽筒里，由此用戶可聽到語音控制芯片的提示音而進行相應的操作。 ● 8路電器控制 由系統結構框圖可以看出，八路電器通過AT89C51的P2口來控制。控制電路的執行器件采用繼電器。當單片機要實現對電器的控制時，由P2口發出控制信號并經過三極管放大后驅動8個繼電器，從而控制了8路電器的通斷。 軟件設計 為了保證系統的可靠運行，必須要有良好的軟件相配合，而且要有友好的人機對話功能，鑒于以上要求，該系統軟件部分主要由主程序、中斷子程序、延時子程序、提示音產生子程序等幾大模塊組成。程序流程圖如圖4所示。 結束語 基于PSTN實現對家用電器的遠程控制與常規的遙控方式，如無線電遙控、有線遙控、紅外線和超聲波遙控等相比，顯示出一定的優越性，不需進行專門的布線，不占用無線電頻率資源，避免了電磁污染。同時，由于電話線路各地聯網，可以充分利用現有的電話網，因此遙控距離可跨省市，甚至跨越國家。 參考文獻 1 曾剛,賀蓉,徐成等.DTMF遠程通信的軟硬件實現技術.電子技術應用.2000.5 2 李傳南,王劍剛,李寶華.單片機與DTMF信號收發芯片MT8880的直接接口設計.電子與自動化.1999.2 3 何立民.單片機應用系統設計.北京航空航天大學.1996 |
