用单片机实现电话远程控制家用电器毕业设计.docx
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用单片机实现电话远程控制家用电器毕业设计
用单片机实现电话远程控制家用电器
学生：
指导教师
内容摘要：
目前，人们的生活向着智能化，人性化的方向发展着。
越来越多的高科技进入了我们的生活中。
其中家用电器的远程控制也正被推广开来。
本着低耗能、无污染、使用方法简单方便的原则。
本文设计的是一种基于AT89S51单片机的远程电话控制系统。
该系统是以AT89S51为核心、通过现在的个人通信手段，实现基于PLMN（陆基移动通信网）和PSTN（公用电话交换网）的电话远程控制系统。
根据CCITT及我国标准共同规定，电话远程控制系统（ITRCS），以PSTN与PLMN通信网作为传输介质，以部分标准程控交换信令（DTMF双音多频型号，振铃型号，回铃音信号等）作为系统控制命令，使用户实现在远端通过移动电话或者固定电话发送DTMF双音多频信号对近端电器设备进行远程控制。
本次设计的电话远程控制系统不需要再进行专门的布线，不占用无线电频率资源，从而可避免电磁污染。
用户只有输入正确的密码才能控制家电，从而提高了安全性。
该系统设计实用，功能灵活多样，可靠性高，操作方便，可以广泛地应用于家庭或者其它场所的智能控制。
关键词：
AT89S51远程电话控制DTMF智能家电
TelephoneremotecontrolwithMCUappliances
Abstract:
Atpresent,people'slivestowardintelligent,humanedirectiondeveloping.Moreandmorehigh-techintoourlives.Remotecontrolofapplianceswhicharealsobeingwidely.Inlinewithlowenergyconsumption,pollution-free,easytouseprinciples.ThisdesignisbasedonAT89S51microcontrollerremotetelephonecontrolsystem.ThesystemisbasedAT89S51asthecore,throughthepresentpersonalcommunicationmeanstoachieveonPLMN（landmobilecommunicationnetwork）andthePSTN（PublicSwitchedTelephoneNetwork）telephoneremotecontrolsystem.AccordingtoCCITTstandardsandourcommonprovisions,telephoneremotecontrolsystem（ITRCS）,toPSTNandPLMNcommunicationnetworkasatransmissionmedium,topartofthestandardprogram-controlledexchangesignaling（DTMFdualtonemulti-frequencymodel,ringtype,ringbacktonesignals）asthecontrolcommandthatenablesuserstoachievetheremotetelephoneviamobilephoneorfixedsendDTMFdual-tonemulti-frequencysignalontheproximalelectricalequipmentforremotecontrol.Thedesignofthetelephoneremotecontrolsystemdonotneedtobeaspecialwiring,notoccupiedradiofrequencyresources,therebyavoidingelectromagneticpollution.Usersonlyenterthecorrectpasswordtocontrolhomeappliances,therebyincreasingsafety.Thesystemdesignpractical,functionalflexible,highreliability,easyoperation,canbewidelyusedinhomeorotherplaceofintelligentcontrol.
Keywords:
AT89S51remotetelephonecontrolDTMFsmartappliances
用单片机实现电话远程控制家用电器
前言
单片机是一种集成电路芯片，是把具有数据处理能力的中央处理器CPU、只读存储器ROM、随机存储器RAM、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能（可能还包括脉宽调制电路、显示驱动电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）采用超大规模集成电路技术集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，广泛应用于工业控制领域中。
由上世纪80年代起的4位单片机和8位单片机，发展到现在的300M的高速单片机。
远程电源控制器中的其中一种是电话远程控制器，它由主控器和分控器两个部分构成。
通过外线的电话拨入，再通过语音提醒、密码输入，验明主人身份后进入受控状态的是主控器；来自主控器的信号通过地址方式接收，然后分控器再进行所需电器的通断操作。
远程电器的电源开关是通过远程电话语音提示来控制的电器电话的这是远程控制器的特点，而且它还工作稳定，控制也可靠。
还可以按用户的需求进行二次开发，将在不断的完善中形成系列产品，以满足不同用户、不同场合的需要，一般用于工业控制。
1电话远程控制的背景
1.1本课题研究的背景
二十一世纪各种电信新技术推动了人类文明的进步，也因此被称作是信息时代。
1876年，电话被AlexanderGrahamBell（贝尔）发明，世界各国的电话网络发展就非常迅速。
近十年来，中国的固定电话业务呈现出举世瞩目的快速增长的速度。
局用电话交换机总容量在1997年8月突破1亿门，网络规模跃居世界第二位，固定电话用户总数在2004年7月突破2亿户。
随着通讯产业的发展，电话机已经走进了千家万户。
电话已经成为人们随身携带的物品。
随着现代科学技术的发展，利用电话机进行远程控制的技术也逐渐应用于生活中。
现代电话网络是由电话传输线和交换机一起组成，它的可靠性很高，而且性能也有了很大的进展。
通过一定的手段对被控物体实施一定距离的操作的是遥控技术，常用的技术有无线电遥控、有线遥控、红外线和超声波遥控等。
本文介绍了一种电话远程控制技术。
该技术用于具有单片机控制的家用电器的电话遥控，用户对自己家庭安装的各种电器（如空调，微波炉，热水器等）可通过任意一部双音多频电话（包括手机，电话分机）进行开机，停机等操作。
其控制示意图如图1.1－1所示。
图1.1－1控制示意图
装置为了突出电话遥控的信息反馈功能，并使产品达到非常高性价比。
所以没有对电话装置的其他功能进行进一步的扩展，而且所有使用的集成电路和其它元器件都尽量选择高性价比的。
在该作品的基础上进行了功能扩展是很方便的。
譬如:
使用语音芯片作为信号音反馈，提高本作品的实用性（此次为了保证整体电路的经济性，所以并未使用昂贵的语音芯片）。
加上留言电路，主人不在家时客人留言。
本装置不仅仅应用于家庭，还可以应用于自动化控制等领域的工厂企业。
1.2远程控制的内容
2008中国国际家电展在4月17日举行，自主研发的U-home智能家电系统被海尔集团展出，其中包含网络空调、网络洗衣机、家庭智能网关、网络热水器等。
下班回家的路上，用户用手机给家中的电热水器发个短信，到家后就能洗上热水澡；给洗衣机发个指令，它就自动将衣物洗涤干净，到家后就能直接晾晒：
给空调发个短信，设定温度，到家就能享受舒适的室温……这些过去只在幻想中出现的场景，如今已经变成现实，成为了我们生活的一部分。
然而当今大多数家庭仍然使用的是传统家用电器，所以本文主要设计一种可以远程控制传统家电的电话控制系统，为我们的生活带来了便利。
家庭安全报警、电话远程控制、自动抄表控制、红外集中遥控等方面是家庭智能控制系统的主要功能。
组网方式分为有线组网和无线组网两大类。
主要是利用单独布置通信控制线路、家中的电话线或电力线载波通信进行组网的是有线组网；主要技术有蓝牙技术（Bluetooth）、家用电话线网络联盟技术（HomePAN）及家庭的射频技术（HomeRF）等的是无线组网。
电话遥控显示出一定的优越性，作为当代较新的课题与常规的老旧的遥控方式相比，这种方式不需进行专门的布线，也不占用无线电资源，有效的避免了电磁污染。
同时，由于各地联网的电话线路，我们可以充分利用现有的电话网，所以遥控距离可跨省市，甚至跨越国家。
电话属于半双工通信手段。
所以，利用电话进行遥控的优越性从这可以大大体现出。
操作者如果想要即时了解受控对象的有关信息可以通过各种提示音获取，从而进行下一步的操作。
1.3总体设计分析
电话智能遥控器是由单片机来构成主控部分，从而对主要的信息进行处理，再接收外部操作指示就可以形成不同的控制信号，并完成对于不同信息的记录；单片机与电话外线的接口由接口电路提供。
其中包括铃流检测、忙音检测、双音频DTMF识别、摘挂机控制，及语音提示电路。
系统原理的框图如图1.3－1所示。
图1.3－1系统组成框图
该作品重要组成部分是语音提示的电路。
为了降低本装置的造价，作品的提示音使用程序产生。
单片机控制语音提示的电路产生相应的提示音，然后通过反馈的电路反馈到电话外线。
从而使用户和电器之间的操作互相了解，并即时了解相关的信息；状态的设置时的显示由显示电路来完成；控制部分，如之前所述，可通过接不同的终端并对电话进行一定的改动从而达到功能的完整化。
这一点，可使产品达到系列化。
本装置的不同的接口电路（双音频解码、振铃检测、语音反馈、模拟摘挂机、电器开展等）都具有很好的实用性。
本系统完成了功能通过使用最可靠的电路、最简化的电路芯片。
但本系统还可以增加许多新的功能模块，所以它的市场前景很好。
因为此装置并联在电话机的两端，所以它不会影响到电话机的正常工作。
用户可以通过异地的电话拨通此装置所连接外线的电话号码，再通过市局的交换机向电话机发出特定的振铃信号，振铃检测电路将检测到的振铃信号送至系统的中央控制单元，如果本装置检测到响铃五次，也就是说五次响铃后没有人接，自动摘机，进入密码测试，输入正确后选择所需要的电器，然后根据按键控制电器，完成后就返回，这是自动方式；还有一种是手动方式。
1.3.1系统总体设计分析
根据电话线各种状态的不同要求以及电话机和交换机它们发出的不同信号音，结合实际情况，我们可以对具体的单元功能模块作出不同分工从软件或硬件上，具体如下：
◆理论上来说，交换机所发出的不同的信号音都可以被软件编程识别，也就是说通过单片机发出脉冲信号来检测信号音不同的脉冲个数计算出它的频率，在单位时间内的，从而完成信号音识别。
但是我们选择了硬件来解决忙音检测、双音频信号解码、振铃音检测等功能模块，这是从系统的程序的结构设计和可靠性能上分析得到的结论。
◆必须使用具体硬件电路来完成对自动接挂机和电器的控制。
◆输入信息分析、忙音计数、密码校验、在线修改密码、电器状态查询、振铃音计数等功能模块如果使用软件编程方式要比硬件电路简单、容易得多。
综上所述，本设计的信号音的检测、控制电器、自动的摘挂机、双音频解码等功能模块使用硬件电路实现。
而信号音的计数、在线更改密码、密码的校验、电器状态的查询、信息的分析等功能模块使用软件编程完成。
1.3.2单片机简介
本系统用的核心控制单片机芯片的型号是AT89C51。
能与MCS-51系列兼容的单片机是由Atmel公司生产的。
C51单片机引脚功能介绍：
单片机的40个引脚大致可分为4类：
电源、时钟、控制和I/O引脚。
A．电源：
a.VCC－芯片电源，接+5V；
b.VSS－接地端；
B．时钟：
XTAL1、XTAL2晶体振荡电路反相输入端和输出端。
C．控制线：
控制线共有4根：
◆ALE/PROG：
地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲；
a．ALE功能：
用来锁存P0口送出的低8位地；
b．PROG功能：
片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。
◆PSEN：
外ROM读选通信号；
◆RST/VPD：
复位/备用电源；
a．RST（Reset）功能：
复位信号输入端；
b．VPD功能：
在Vcc掉电情况下，接备用电源。
◆EA/Vpp：
内外ROM选择/片内EPROM编程电源；
a．EA功能：
内外ROM选择端；
b．Vpp功能：
片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，施加编程电源Vpp。
D．按I/O线：
AT89C51共有4个8位并行I/O端口：
P0、P1、P2、P3口，共32个引脚。
P3口还具有第二功能，用于特殊信号输入输出和控制信号（属控制总线）。
2硬件电路部分
为了能充分利用硬件电路的可靠性、稳定性，我们使用了大量的硬件电路来完成部分功能模块，使整体电路达到比较高的稳定性，同时也使用了大量的抗干扰元器件，例如：
光耦合器，去耦电容等，提高系统的看干扰能力，从而使整个系统的性能更可靠。
2.1模拟摘机电路
模拟摘挂机电路主要由一个光电耦合器开关电路控制继电器的开关，继电器控制接入电话线两端的200Ω电阻。
单片机通过使TXD/P3.1口变为高电平实现摘挂机信指令。
改变光敏三极管T1的基极电压，同时经过一个反向器驱动，发光二极管D1指示摘机，使T1处于导通状态，然后就开启继电器J1，J1又使电阻R3可以接入到电话线两端。
为了使回路的电流变大，所以R3的电阻为200Ω，然后控制电路向交换机发出相应的模拟摘机的信号，交换机接收并接听电话，完成电话线路的连通。
电路就完成自动模拟的摘机过程。
根据设计原理，原器件选取如下：
★光控三极管IC1，其中对单片机控制信号的放大作用是T1三极管，D1是摘机指示灯，取5mm绿色发光二极管；
★摘机指示灯限流保护电阻R1，取220Ω；
★三极管限流电阻R2，取2kΩ；
★摘机电阻R3，取200Ω；
★变压器感应变压输出L1；
★对电话线电压积累作用C1；
★起继电器反向保护的作用是D2二极管；
★继电器控制开关J1；
2.2振铃检测电路
在电话线路没有接收信号前，电话线路大约48V的直流电压由电话交换机来提供。
在本电路以五次铃响为标准检测来电信号，即如果五次响铃后还是没有人接听，就自动由单片机控制模拟接听。
原理说明：
光电耦合器传输信息是以光电转换原理来传输的，它不仅使信息的发出端（一次侧）与信息接收的输出端（二次侧）是绝缘的，从而很好的抑制了电池干扰，而且它的特点有：
抑制电磁干扰能力很强、价格低廉、接口比较简单、速度高。
振铃信号通过R2和C2共同组成滤波电路，光耦4N25的4脚输出振铃正弦波，信号到了开关三极管T1的基极就变成了方波。
然后再经过一个施密特反向器（可用74LS04代替）的整形输出到单片机AT89C51的T0/P3.4口，采用外部中断作为中断方式，计数5次产生T0中断，控制继电器模拟摘机，完成振铃音检测。
原器件选取：
★隔直电容C1，选用10μF耐压100V的瓷片电容
★稳压二极管D1，选用36V的稳压二极管。
★4N25的限流电阻R1，用33kΩ。
★IC1选用光电耦合器4N25
★振铃信号音滤波电路由R2和C2共同组成。
★振铃指示灯由R3和D3共同组成，其中R3=100Ω，D3为黄色5mm发光二极管。
★模拟开关电路由T1和R4组成。
T1选取9013，根据74LS04的低电平有效值和分压原理，R4取2.9kΩ。
★反向器由74LS04中的二组反向器共同组成，起整流作用；
2.3控制部分电路
本单元电路主要是由反向电路、D触发器和继电器等控制电路组成，电路只是通过单片机控制多路继电器的开关即可，所以并不是很复杂，常用的电路也已经很成熟可以直接应用。
2.4双音解码电路
原理简介：
双音多频DTMF信号解码电路采用MT8870芯片。
来自电话机的双音多频脉冲信号由它的IN+、IN-脚接收。
AT89C51的P1口的P1.0~P1.3连接到MT8870的数据输出端Q4~Q1，单片机经P1口识别4位代码。
其中，A，B，C，D4个按键的功能是R/P，REDIAL，HOLD，HANDSFREE等。
注意，需要特别指出的是，对于“0”号码，MT8870输出的8421码是“1010”而并非是“0000”；另外，“*”字号码在MT8870输出的8421码为“1011”；“#”字号码MT8870输出的8421码为“1100”。
MT8870的CID有效端经施密特反相器后接AT89C51的INT0引脚可以使单片机AT89C51获取有效数据。
当MT8870获取有效双音多频信号后，CID电平由低变高，再反相为低，单片机检测后，指示P1口接收有效二进制代码。
而MT8870的CID端不会因为无效的双音频信号（人们的语音信号电话线路杂音、等）而发生变化的。
其中，对抗干扰有一定的作用的是接在电源处的电容。
在实际应用中，还存在着这样一个问题：
为了解决MT8870的使能控制端不允许中断时，将使MT8870的CID端中断关闭，我们将CID端接与非门的另一输入端接一不定电平端P，与非门的一端输入。
对CID的有效控制（即中断开放）为，EN=1则P3.2/INT0中断允许。
EN=0时则P3.2/INT0中断关闭。
元器件列表：
★R1、R2、C1和C2共同组成整流电路，其中R1、R2均取17KΩ,C1、C2隔直电容，均取0.1μF；
★输入平衡电阻R3、R4、R5，取100KΩ,
★芯片外部晶振Y1选择3.579MHz；
★双音频解码芯片IC1，选取MT8870；
★C3选取0.1μF；
★输出平衡电阻R6，选取470KΩ；
★反向器选取74LS04的一组反向器；
利用声音频率的不同音调来传送拨号信号以取代直接拨号脉冲的方法被称作DTMF技术。
DTMF是由高频组（1209Hz～1633Hz）和低频组（697Hz～941Hz）两组不同的频率信号叠加构成的。
假设设v（t）为DTMF信号，vl（t）和vh（t）分别代表选自低频组和高频组的两个信号，那么它们之间满足关系：
v（t）= vl（t）+ vh（t）= Asinωlt + Bsinωht。
（2.4-1）
低频组和高频组中均仅有4个独立的音调，我们依据它们之间的谐波不相关来选择这些音调，它们的互调制信号对主信令的影响最小。
DTMF信号共有16（24）种组合，其中10种组合分别代表数字0到9，其余6种组合（#、*、A、B、C、D）用做特别的信令。
电话键盘按键与DTMF信号的对应关系是CCITT和我国国家标准都规定了的，如表2.4-1所示。
表2.4-1电话键盘按键与DTMF信号的对应关系
电话键盘按键
高频组（Hz）
1209
1336
1477
1633
低频组（Hz）
697
1
2
3
A
770
4
5
6
B
852
7
8
9
C
941
*
0
#
D
MT8870芯片简介：
MT8870是实现DTMF解码的芯片，它是MITEL公司生产的,为CMOS电路,DIP封装。
它的功能是DTMF信号分离滤波和译码，可直接与MCS-51系列单片机接口。
MT8870的输出代码（Q8Q4Q2Q1）与电话键盘上按键的对应关系如表2.4-2所示。
表2.4-2MT8870的输出代码与电话键盘上按键的对应关系
按键
输出代码
按键
输出代码
按键
输出代码
按键
输出代码
Q8Q4Q2Q1
Q8Q4Q2Q1
Q8Q4Q2Q1
Q8Q4Q2Q1
1
0001
5
0101
9
1001
A
1101
2
0010
6
0110
0
1010
B
1110
3
0011
7
0111
×
1011
C
1111
4
0100
8
1000
#
1100
D
0000
2.5语音提示电路
原理说明：
为了方便本系统的使用，首先规定了信号音的规范以及其对应含义：
※响1声，频率为500Hz：
请输入密码，并以#键结束；
※响2声，频率为500Hz：
请输入需要控制的电器编号，并以#键结束；
※响3声，频率为500Hz：
请输入控制开/关，并以#键结束；
※响1声，频率为1000Hz：
完成操作；
※响3声，频率为1000Hz：
密码错误；
语音提示芯片ISD2590的最高地址位脚9（PLAYL），脚10（PLAYE）置为高电平时，芯片就会自动进入操作模式状态。
由于引脚A0～A7的高低电平各不相同，所以操作模式组合可以分为256种，它们分别实现了不同的功能。
音频放大集成电路LM386的连接比较简单，本装置的的连接方式是使用LM386放大增益为50dB。
LM386是为低压用户设计的功率放大器，所以可以利用LM386低压音频功率放大器，在1脚和8脚接电阻和电容时，内部增益为20倍，可使增益增加到200倍，使用方便，用途广泛，外接元件数目较少。
原器件选取：
★74LS04为反向器中的一组反向器；
★对音频信号起隔直耦合的作用是C1，所以用100μF的电解电容，耐压性能没有什么特殊要求；
★音频放大电路由IC1、R1、R2、R3、R4、C2、C3和C4共同组成，IC1选用LM386N-1，R1、R2用1kΩ，R3用20KΩ，R4用10KΩ,C2用10μF的电解电容，C3用10μF的电解电容，C4用100μF的电解电容；
★音频输出专用变压器是T1（参看模拟摘挂机电路）；
2.6电器控制电路
原理说明：
本单元主要是由反向电路、D触发器和继电器等控制电路组成电路。
其电路原理图如图2.6-1所示。
首先，单片机AT89C51用作输出控制信号的是从P0口的八位。
这八位数据分别连接八个反向器从而进行隔离整流，然后通过连接D触发器把数据锁起来。
不同的继电器被不同的D触发器的输出端控制着，不同的继电器也控制着不同的开关。
二极管指示灯作为电器开关指示串联在开关三极管基极。
这样单片机对多路电器的控制就完成了。
对家电的最终控制设计采用控制带有继电器的电源插座来实现，例如电饭煲、空调、热水器之类的电器只需插上插头，主控单片机即可通过控制插座中各继电器来控制电器电源的通断。
该方式简单且易于实现。
图2.6-1所示的为一路电器控制电路图，在本装置中一共有八路电器可以控制，其它电器控制与之相同。
图2.6-1电器控制电路图
元器件选取：
★反向器选用两片74LS04（每一片内有六个反向器）中的九个反向器；
★继电器开关K1-8选用八个JRC-4100FDC5V继电器；
★D触发器IC1_8选用四片4013（每一片内有两个D触发器）；
★三极管T1_8选用八个9013；
★起保护作用的
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