基于电话的远程遥控系统Word下载.docx

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6.实验中遇到的问题与心得..............................................13

附录：

原理图与PCB图.................................................15

序言

二十一世纪是信息时代，各种电信新技术推动了人类文明的进步。

自从1876年贝尔发明电话以来，世界各国的电话网络发展非常迅速。

进十年来，中国的固定电话业务呈现出举世瞩目的快速增长。

随着通讯产业的发展，电话机已经走进了千家万户；

随着现代科学技的发展，利用电话机进行远程控制的技术也日益用于生活中。

现代电话网络是由交换机和电话传输线共同组成，它的性能已经有了很大的进展，而且可靠性非常高。

遥控技术是通过一定的手段对被控物体实施一定距离的控制，常用的方式有无线电遥控、有线遥控、红外线和超声波遥控等。

无线电遥控既是利用无线电信号对被控物体实施远距离控制。

无线电遥控不可避免的须占用一定的无线电频率资源，造成电磁污染；

常规的有线遥控需进行专门的布线，增加了投入；

而红外线、超声波遥控则受距离所限。

现有的遥控方式中，还有载波通信控制手段和基于无线寻呼的遥控方式。

载波方式即通过电力线传递信息，该方式只能局限于同一变电所、同一变压器所辖范围内。

因此也存在距离问题，应用范围有限。

基于无线寻呼的遥控方式利用了现有的寻呼频率资源，不需占用额外的频谱。

而且，随着寻呼网的全国联网，其遥控的距离基本不受限制。

但该方式的受控方动作滞后于控制方的操作，不具备实时性，而且不具备很高的可靠性。

本文就是介绍了一种基于电话网和单片机的家用电器远程控制系统。

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五次，即五次响铃后无人接，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。

利用该系统，用户可通过打电话方便地遥控家中的电器。

例如用户下班前，可通过电话将家中的电饭锅、空调器和热水器提前打开。

下班到家时，饭已煮好，房间温度正好合适，热水器中水已加热，既舒适又方便。

另外，用户还能随时改变家用电器的工作状态，达到节能和提高住宅安全性的目的。

1．课题名称

2、实践目的

（1）熟悉程控交换网络基本工作原理

（2）熟悉应用系统的硬件与软件综合设计

（3）学习整个系统开发的流程

3、系统原理

3.1系统功能

基于电话的远程遥控系统主要是要通过电话交换网络实现对远程电器设备的遥控。

主体部分是以单片机为中心，它负责对电话线中音频信号的分离，并对采集的音频信号进行接收分析，进而输出各种控制信号。

图1系统总体框架

如图1所示，处于不同地点的两部固定电话机，操作者利用电话机A拨打并联本系统的电话机B，在拨通后，操作者根据电话机键盘上的按键0～9和*、#即可实现对远处电器的控制。

在实际操作中，固定电话机A也可用移动电话代替，移动电话拨打固定电话B接入到电信的固定电话网络中，因此操作者对于电器的控制不受时间和地点的限制。

系统主要有以下几个功能需求：

⑴实现异地远程遥控，即操作者与受控对象的距离不受限制，二者通过电话建立联系；

⑵系统能对异地的电器实现开关控制，主要是通过接通和断开电器的电源来实现；

⑶系统要能够模拟电话的摘机和挂机；

⑷为了防止恶意操作，系统要有一个密码检测。

系统主要功能模块如下：

⑴铃音检测、计数——进行铃声检测，并进行振铃计数。

⑵自动摘挂机——能够模拟摘机。

⑶密码校验——防止非法用户恶意操纵电器

⑷双音频信号解码

⑸输入信息分析——用软件编程实现；

⑹控制电器开关——驱动触发器或者继电器；

图2系统功能模块

3.2硬件模块介绍

3.2.1.振铃检测电路

振铃检测电路如图1所示。

当振铃信号经C21、C22输入时，电话线路上的75±

15V、25Hz的交流电压经D4桥式整流、C8滤波、D5稳压后的直流电压使光电耦合器导通，+5V的电源电压经光电耦合器、R22和D3给电容C13充电，当电容上的电压充至74L08的开门电压时，74LS08导通，把模拟信号转化为数字脉冲信号，然后输入到AT89C51单片机的T0引脚进行计数。

每一个铃流信号产生一个脉冲，单片机计数一次。

当计数达到5次时，通过软件使AT89C52的P2.1引脚发出低电平，完成摘机动作。

图1 

振铃检测电路

3.2.2.模拟摘机模块电路

因摘/挂机电路如图2所示。

平时电话挂机时，两条电话线处于开路状态，线上电压加到话机的振铃电路两端。

摘机时振铃电路断开，电话线接通。

拨打电话时，来自电话线的高压振铃信号经铃流检测电路产生脉冲信号，送到单片机的P3.5口进行振铃脉冲计数。

当振铃次数达到6次，单片机程序控制P2.1口输出一个低电平，然后P2.1口的高电平送往MC1413集成开关驱动电路的1脚进行放大，由16脚输出高电平送到三极管9013的基极，使三极管饱和导通。

此时，+5V电源经继电器线圈和三极管接地，继电器线圈得电，使继电器的常开触电闭合，电话接通。

当用户输入密码错误或者操作结束后，系统软件控制P2.1口输出一个高电平，经MC1413驱动电路，16脚输出低电平，控制9013截止，继电器线圈失电，常开触点断开，电话线又处于开路状态，实现了挂机。

图2 

摘/挂机电路

3.2.3双音频解码电路

远程用户通过电话按键发送的DTMF信号，经耦合电容的隔直、滤波后，由MT8870接收并进行硬件译码，输出的四位二进制数据直接与AT89C51单片机的P1.0～P1.3口连接，MT8870接收到有效的DTMF信号并解出正确的BCD数据时，会使CID端置高电平，通知CPU取走数据。

CPU从P1口读入数据，去掉高四位后将数据保存于内部R7寄存器单元，并对读入的数值进行判断，从而得到远程控制者的输入命令。

3.2.4.控制电路

设计采用控制带有继电器的电源插座来实现对家电的最终控制，诸如电饭煲、热水器、空调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。

电路如图3所示。

图3 

控制电路

3.2.5 

中央控制电路 

本系统的中央处理单元是AT89C51，所有的控制命令由它发出。

当系统上电复位后，CPU不断地检测振铃信号状态。

当检测到有效振铃信号后，启动计数程序。

计数到设定振铃次数后，CPU送出摘机信号，控制电路自动摘机并送出摘机

提示音，提示用户输入密码。

同时单片机检测MT8870送来的STD信号，当STD信号有效时，从MT8870读入指令代码并与预设密码比较，不一致就自动挂机。

如果一致，用户就可以根据系统的语音提示进行进一步的操作，如检查插在插座上电器的工作状态，或者对其状态的设定等。

3.3软件模块

控制系统完成摘机动作后，系统提示输入密码，如输入密码不正确，系统提示重新输入，最多输入三次，超过三次时系统自动挂机；

如密码正确，系统将根据设定菜单给出操作提示。

为方便操作，系统设置一个返回键，当按下此键时，返回上一级菜单。

当所有设置完成后，按“#” 

结束设置，系统自动挂机。

系统流程如图4所示。

图4 

程序流程图

3.4一些原理概念解释

3.4.1.电话工作原理：

电话通信是通过声能与电能相互转换、并利用“电”这个媒介来传输语言的一种通信技术。

两个用户要进行通信，最简单的形式就是将两部电话机用一对线路连接起来。

a）当发话者拿起电话机对着送话器讲话时，声带的振动激励空气振动，形成声波。

b）声波作用于送话器上，使之产生电流，称为话音电流。

c）话音电流沿着线路传送到对方电话机的受话器内，

d）而受话器作用与送话器刚好相反--把电流转化为声波，通过空气传至人的耳朵中。

这样，就完成了最简单的通话过程。

3.4.2．双音多频信号（DTMF）：

双音多频DTMF（DualToneMultiFrequency），双音多频，由高频群和低频群组成，高低频群各包含4个频率。

一个高频信号和一个低频信号叠加组成一个组合信号，代表一个数字。

DTMF信令有16个编码。

利用DTMF信令可选择呼叫相应的对讲机

　　双音多频信号（DTMF），电话系统中电话机与交换机之间的一种用户信令，通常用于发送被叫号码。

　　在使用双音多频信号之前，电话系统中使用一连串的断续脉冲来传送被叫号码，称为脉冲拨号。

脉冲拨号需要电信局中的操作员手工完成长途接续。

　　双音多频信号是贝尔实验室发明的，其目的是为了自动完成长途呼叫。

　　双音多频的拨号键盘是4×

4的矩阵，每一行代表一个低频，每一列代表一个高频。

每按一个键就发送一个高频和低频的正弦信号组合，比如'

1'

相当于697和1209赫兹（Hz）。

交换机可以解码这些频率组合并确定所对应的按键。

DTMF编解码器在编码时将击键或数字信息转换成双音信号并发送，解码时在收到的DTMF信号中检测击键或数字信息的存在性。

一个DTMF信号由两个频率的音频信号叠加构成。

这两个音频信号的频率来自两组预分配的频率组：

行频组或列频组。

每一对这样的音频信号唯一表示一个数字或符号。

电话机中通常有16个按键，其中有10个数字键0～9和6个功能键*、#、A、B、C、D。

由于按照组合原理，一般应有8种不同的单音频信号。

因此可采用的频率也有8种，故称之为多频，又因它采用分别从高低频中任意抽出1种进行组合来进行编码，所以又称之为“8中取2”的编码技术。

根据CCITT的建议，国际上采用的多种频率为697Hz、770Hz、852Hz、941Hz、1209Hz、1336Hz、1477Hz和1633Hz等8种。

用这8种频率可形成16种不同的组合，从而代表16种不同的数字或功能键，具体组合见表1。

4.系统的安装与调试

4.1系统的安装

由于本次课程设计方案流程是：

首先由我们自己找资料，了解整个设计的原理，但是最后的电路板以及实验原理图、PCB图（见附录）都是由实验室提供现有的电路板。

所以这个环节的关键点是：

焊接。

对于电路板的焊接有以下注意点：

加热时应尽量使烙铁头接触印制板上铜箔和元器件引线。

对于较大的焊盘（直径大于5mm），焊接时刻移动烙铁，即烙铁绕焊盘转动。

对于金属化孔的焊接，焊接时不仅要让焊料润湿焊盘，而且孔内也要润湿填充。

因此，金属化孔加热时间应比单面板长。

焊接时不要用烙铁头摩擦焊盘，要靠表面清理和预焊来增强焊料润湿性能。

耐热性差的元器件应使用工具辅助散热，如镊子。

焊接晶体管时，注意每个管子的焊接时问不要超过10秒钟，并使用尖嘴钳或镊子夹持引脚散热，防止烫坏晶体管。

4.2系统的调试

由于本次课程所提供的电路图对应的元器件的参数值并不是都是正确的，所以一开始调试就出现问题。

同时电路榜上也板上存在一定的问题（电路板上需要做三条跳线、两次割线、一次补焊）。

对于电路图上的参数值总共做了5个地方的修改（5处修改见实验中遇到的问题与心得），最终调试成功。

5.元器件清单

电阻：

1M*110K*3

100K*41K*9

4.7K*1330*1

390K*1100*1

电容：

0.22u（涤纶）*130p*31u*147u*10.1u*122u（电解）*110u（电解）*11u（电解）*1

其他：

PC817*1MT8870*1AT89S52*1晶振3.57954M*1晶振12M*1开关*1LED*9整流桥*15551三极管*15401三极管*1排针若干

6.实验中遇到的问题与心得

由于时间紧迫，以及电路图的一些原因，此次实验并没有一帆风顺，遇到了不少问题，对焊接好的板做了不少修改。

一开始板焊好之后，就迫不及待的跑去测试，一测试马上发现问题，什么问题，只听见电话嘟--嘟的响声，就是不见模拟摘机，还以为是板及焊接的原因，后面一看，不对劲，很多人都出现同样的问题。

既然很多人都出现这个问题，那么就不是仅仅只有板的问题这么简单了，我们怀疑是电路元器件的选取有问题。

事实证明我们的想法是正确的。

通过大家的集体努力与讨论，测试总共发现了以下问题：

1.电路图中的R5原来的阻值为1M，太大，它所分担的电压太多，不合理，于是我们换了一个22K的电阻；

2.电路图中C11这个47U电容不合理，应为他会影响单片机对于响铃次数的判断产生干扰，索性将其去掉。

3.电路中R7为100k，R8为1K，两者的比例不合理，修改其阻值，将R7、R8分别改为10K与100k，使R8两端分担更多的电压；

4.电路中C1的电容值30P太小，容抗过大，将其改为104的电容；

5.电路中R10的阻值为10K，过大，无法模拟摘机，正常模拟摘机的等效电阻值应小于350欧或者300欧，于是将其用220欧电阻代替。

通过以上修改之后，最终调试成功，达到预期目标。

心得：

此次实习，要在一周的时间内完成，时间有些紧。

虽然资料与一些原理不是完全根据自己思考、设计的，其中借鉴、参考与分享了很多网上搜集的材料与原理，还有问题的发现，故障的排查与解决的一些问题是向他人请教之后完成的，但是我想说确实学到了很多东西。

我想说其实有时候很多问题一开始你懂不懂并不重要，重要的是你是否真的有想把它弄懂。

此次实习，我体会到了对一些知识由一开始的不懂，到之后的懂所带来的快乐。

经过这次设计，接触了更多平时没有接触到的知识、元器件及相关的调试经验，发现自己仍然有很多的不足之处。

我还体会到了所学专业理论知识的重要性，实践与理论二者是相辅相成，缺一不可的，所以在今后的学习中，应该加强二者相结合的锻炼，以增强自己的专业知识以及专业技能。