电话远程控制器的设计.docx

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电话远程控制器的设计

电话远程控制器的设计

TheDesignoftheremotetelephonecontroller

摘要

随着社会的发展和科技的进步，越来越多的家用电器进入了人们的生活，这些家用电器给人们的生活带来了很多的方便和享受，同时随着电话在家庭的普及，电话机的功能将进一步得到开发和利用。

利用电话实现家用电器遥控是家电未来的发展方向之一。

本次毕业设计的题目是用AT89C51实现电话远程控制家用电器，该系统主要是由AT89C51单片机、DTMF解码芯片MT8870、语音芯片ISD2560和存储芯片24C02组成。

可以用电话机或手机在任何地方、任何时刻通过此系统来远程控制家里的电器。

该系统可以直接开关电器、延时开关电器、监听家中声音、密码修改和存储及其状态查询，并且有自动语音提示功能。

系统具有运行可靠、成本低、操作方便、适用性强等特点，可以广泛应用于城市社区，具有较大的推广价值。

关键词：

单片机,电话,远程遥控,语音提示

ABSTRACT

Withthedevelopmentofscientifictechnology,anincreasingnumberofhomeapplianceshavecomeintopeople'sdailylives.Thesehomeapplianceshavebroughtinmuchconvenienceandenjoymenttopeople'slife.Thefunctionoftelephoneswillbefurtherutilizedanddevelopedalongwiththepopularizationoftelephones.Homeapplianceswillprobablybecontrolledbythetelephoneusingtheremotecontroltechniqueinthefuture.

Thethesisofgraduationdesignerisaremote-controlsystemofhomeapplicances,itisbasedonAT89C51MCUwithaphone.ThissystemismainlyconsistedoftheAT89C51,DTMFdecoderchipMT8870,VoicechipISD2560andmemorychip24C02.Thetelephoneorthecellphonecanbeusedatanyplace,anytimethroughaintelligenttelephoneremotecontrolsystemtocontrolhomeappliances.Thissystemhasafunctiontoturnonthehomeapplicancesdirectly,orturnonthehomeapplicancesinadefintlytime.Wiretapping,changingandstoringpasswordsandinquiryingthestateofhomeapplicances.

Infact,thesystemshoweditsgreatadvantagesinthepracticalapplication,suchasahighreliabilityandapplicabilitybutalowcostandeasyoperations.Therefore,thedevicecouldbeappliedtocommuniteinthecityanditswellworthdoingso.

Keywords:

MCU,Telephone,Remotecontrol,Voicesugges

5.2.1振铃计数模块20

5.2.2语音提示模块20

5.2.3控制电器模块21

5.2.4密码修改模块22

第一章引言

1.1课题背景

20世纪90年代初，美国、欧洲等经济比较发达的国家先后提出了“智能住宅”的概念。

基本思想是：

将家庭中各种与信息相关的通信设备家用电器和家庭保安装置通过家庭总线技术连接到一个家庭智能化系统上，以进行集中的或异地的监视控制和家庭事物性管理，并保持这些家庭设备与住宅环境的和谐及协调。

因此，住宅智能化即是通过家庭总线这个通信网络，把住宅的安全防范系统，能源管理系统，公共服务系统，信息系统集成起来。

随着经济的发展，人们对生活质量的追求越来越高，在人们快节奏工作和学习的同时，迫切希望在家中有一个灵活自如的，能为人们提供方便的环境。

由于现代家庭中设备或电器越来越多，且通讯线路高速发展，所以利用现有的通讯线路对家中的设备或电器进行控制，已成为未来家居自动化发展的趋势。

远程电话控制有其优越性，利用电话进行远程控制不需要专门布线，不占用无线电频率资源，不受距离和环境影响，可跨省市、甚至跨越国家进行远程控制。

所以设计一种远距离电话控制的电路，必然给人们的生活带来诸多方便。

用手机远距离控制家用电器智能化家庭信息中心平台已成为国家“八六三”计划重点课题。

目前家庭的网络化是住宅的热点。

国外的同类产品的性能虽然很好，但是其价格很难让中国百姓所接受，而国内的系统开发商、房地产开发商只青睐于新建住宅，而对旧有住宅的网络化需求关注不够。

问题的症结在于住宅内部及其与外界信息交换的通信网络。

电力线载波和无线通信可做为住宅内部通信手段，但电力线载波通信的可靠性较差，无线通信的价格偏高，故应用较少，目前主流产品均采用单独布线的通信方式，但对已建住宅，不免会使重新布线困难重重。

由于DTMF（双音多频）编码通信技术的发展，使得借助低压电力线进行数据通信成为可能。

电话远程控制器主要接收电话线上传来的控制家电的信息，译码后经并行通信向智能控制器发控制家电指令；接收由智能控制器传来的报警或求援信息（经并行通信），自动拨号（可由键盘预先设置）后，以语音形式将信息传送给用户或直接报警。

都是在线调试，已经在宿舍连接电话经过真正的交换机实验并且成功。

本作品的各种电器接口、各项标准都严格遵循国家有关标准，为以后的产品化提供了良好的基础。

家庭网络系统主要由电话远程控制器、智能控制器、一些功能模块组成。

电话远程控制器主要接收电话线上传来的控制家电的信息，译码后经并行通信向智能控制器发控制家电指令；接收由智能控制器传来的报警或求援信息（经并行通信），自动拨号（可由键盘预先设置）后，以语音形式将信息传送给用户或直接报警。

1.2课题设计目标

本课题的设计目的：

当用户不在家时，通过随身携带的移动电话、身边的固定电话，或者其他通信设备依照事先规定的一些规则，进行不同的操作来完成对不同家电的控制和监听家里的情况，达到用户的预期目的，统筹管理，让家居生活更加舒适、安全、有效。

设计目标：

（1）控制系统能对家中电器实现远程控制；

（2）控制系统可以实现双方通信；

（3）控制系统主人的身份校验、在线密码修改及存储；

（4）控制系统有语音功能提示，以方便主人操作；

（5）控制系统有声音监听功能，随时了解家中情况；

（6）控制系统外加了电器延时开、关的功能。

第二章系统方案选择

随着科技的进步，远程控制家用电器逐渐在生活中应用起来，现在通信网络的发达，嵌入式单片机的应用都可以来控制家电，各个方案固然有他们的优点和缺点，下面来比较下各个方案。

2.1系统整体方案选择

利用电话实现家电控制

该系统利用遍及千家万户的电话线来传输信息，这是目前可以实现住宅内与住宅外信息交换最有效的方法。

主要应用于电话遥控控制的家用电器，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，使人们的生活更加便捷与享受。

该系统可以使用单片机配合新型的DTMF解码芯片和语音电路来实现了电话对家用电器的远程控制。

在使用时只需先将电话线的进线插入本装置，用户使用本装置时只要拨打家中的电话，装置检测到有铃流（可以设定30S以后还有铃流），装置发出模拟摘机信号，并控制语音处理电路提示用户输入密码（预先设定），用户听到这一提示音后就在自己所使用的双音频电话机或手机上按下密码所对应的数字键即可，密码所对应的双音频信号经电话线传给双音频接收发送电路，检测译码，传给主控单元，识别正确后，语音芯片再提示用户进行控制家用电器的操作，最后，主控单元把控制家电的信息译码，经并行通信传给智能控制器，由控制器执行控制家电的操作。

2.2模块方案选择

2.2.1DTMF解码

采用MT8870芯片DTMF解码

8870芯片它集成了陷波滤波器和数字解码功能。

在滤波器部分，使用了开关电容技术；解码部分，用数字计数的方法检测所有16种DTMF音频对，并将它们编成4bits的码。

通过在芯片上放置差分输入放大器，时钟晶振和可锁存的三态输出，可以使外围元器件最少。

信号经过输入放大，过滤掉噪声，再被由6阶高频组带通滤波器和8阶低频组带通滤波器组成的陷波滤波器滤出DTMF信号，然后经过平滑滤波，再由过零检测器将模拟信号转换成数字信号，进入数字部分。

信号在数字部分分为两路，一路直接送到频率检测部分，分别对信号进行高频和低频检测。

如果输入信号频率在预先设置的范围内，则将检测结果送到编码部分进行编码，并等待D触发器的同步输出信号；如果输入信号频率不在预先设置的范围内，检测结果维持为0不变。

另一路则送到频率平均算法部分，分别经过4，8分频，以初步检测信号的持续时间，将诸如噪声之类的干扰消除掉；同时，进一步设置更为严格的频率检测范围。

如果充电时间不够长，这就是说即使被检测信号的频率在DTMF频率范围内，但它的持续时间不足以满足DTMF的工业标准，输出同步脉冲保持为0，编码结果不输出。

2.2.2语音芯片

ISD2560语音芯片

美国ISD公司的2500芯片，按录放时间60秒。

ISD2500系列和1400系列语音电路一样，具有抗断电、音质好，使用方便等优点。

它的最大特点在于片内E2PROM容量为480K（1400系列为128K），所以录放时间长；有10个地址输入端（1400系列仅为8个），寻址能力可达1024位；最多能分600段；设有OVF（溢出）端，便于多个器件级联。

2.2.3主控制器选择

单片机控制

单片机就是在一块芯片上集成了CPU、RAM、ROM（EPROM或EEPROM）、时钟、定时/计数器、多种功能的串行和并行I/O口。

如Intel公司的8051系列等。

除了以上基本功能外，有的还集成有A/D、D/A，如Intel公司的8098系列。

概括起来说，单片机具有如下特点：

具有位处理能力，强调控制和事务处理功能。

价格低廉。

如低档单片机价格只有人民币几元钱。

开发环境完备，开发工具齐全，应用资料众多。

后备人才充足。

国内大多数高校都开设了单片机课程和单片机实验。

综上所述，选择了用MT8870DTMF解码芯片、ISD2560、单片机AT89C51来完成这个系统。

第三章系统总体设计和主要芯片选择

3.1系统总体设计

本系统是一个用来控制各种家电的设备，它通过来自电话的控制信号来实现对家电的控制。

当用户不在家时，通过随身携带的移动电话或者身边的固定电话，拔通家里的电话，依照事先规定的一些规则，通过在电话里的语音提示，进行不同的数字按键操作来完成对不同家电的控制，达到用户的预期目的。

系统的功能以确定设计具体要求如下：

（1）控制系统能通过电话终端通信设备对家中电器实现远程控制；

（2）控制系统可以实现自动模拟摘挂机，以实现双方通信；

（3）控制系统主人的身份校验、在线密码修改及存储；

（4）控制系统有语音功能提示，以方便主人操作；

（5）控制系统有声音监听功能，随时了解家中情况；

（6）控制系统外加了电器延时开、关的功能。

本系统由单片机构成主控部分，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。

其中包括铃流检测、摘挂机控制、双音频DTMF识别、语音提示电路及电器控制。

总体电路框图如图3-1所示。

3-1系统总体框图

系统主要由AT89C51单片机、DTMF解码芯片MT8870和语音芯片ISD2560组成。

AT89C51单片机完成电话机振铃信号次数的检测、控制和加密。

此系统具有以下单元功能模块：

（1）铃音检测、计数；

（2）自动模拟摘挂机；

（3）密码校验；

（4）在线修改密码；

（5）双音频信号解码；

（6）输入信息分析；

（7）控制电器开关；

（8）电器状态查询；

根据电话机和交换机发出的不同信号音以及电话线各种状态的不同要求，结合实际情况对具体的单元功能模块作出软件或硬件上的不同分工，具体如下。

理论上交换机所发出的各种信号音都可以通过软件编程而识别，即通过单片机发出的脉冲信号来检测信号音单位时间内的脉冲个数计算出其频率，从而完成信号音识别。

但是从系统的可靠性和程序的结构设计上分析，我选择了硬件来解决振铃音检测、忙音检测、双音频信号解码等功能模块。

自动摘挂机和电器的控制必须使用具体硬件电路来实现。

振铃音计数、忙音计数、密码校验、在线修改密码、输入信息分析、电器状态查询等功能模块使用软件编程方式要比硬件电路简单的多，实现也很容易。

    综上所述，本系统信号音检测、自动摘挂机、控制电器、双音频解码等功能模块使用硬件电路实现。

而信号音计数、密码校验、在线修改密码、信息分析、电器状态查询等功能模块使用软件编程完成。

系统为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。

故未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廉价的。

譬如:

在各路终端上接上传感器即可实现对环境声响的监听；加上留言电路，主人不在家时客人留言。

利用遥控方式可使主人很方便地在异地提取留言信息；在各路终端上接上传感器即可实现对环境声响的监听；接上自动拨码电路可定时将预定信息转至主人传呼机或特定电话，从而达到定时提醒主人的目的。

本系统还可以应用于工厂企业的自动化控制等领域。

3.2主要芯片选择

3.2.1AT89C51

AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS8位单片机，片内含4Kbytes的可反复擦写的Flash只读程序内存和128bytes的随机存取数据存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的AT89C51单片机可以提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用各种控制领域。

其引脚如图3.2所示。

AT89C51主要性能参数：

1、与MCS-51产品指令系统完全兼容；

2、4K字节可反复擦写Flash闪速内存；

3、1000次擦写周期；

4、全静态操作：

0Hz～24Hz；

5、三级加密程序内存；

6、128×8字节内部RAM；

7、32个可编程I/O口线；

8、2个16位定时、计数器；

9、6个中断源；

10、低功耗空闲和掉电模式。

图3.2AT89C51单片机引脚

AT89C51是标准的40引脚双列直插式集成电路芯片。

它具有32个外部双向输入/输出（I/O）端口，2个外部中断口，2个16位可编程定时计数器，1个全双工串行通信口。

按其功能可分为电源、时钟、控制和I/O接口四大部分：

1、电源引脚

VCC：

芯片主电源，外接+5V。

GND：

电源地线。

2、时钟引脚

XTAL1：

振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。

XTAL2：

振荡器反相放大器的输出端。

3、控制引脚

（1）ALE/

：

地址锁存控制信号。

当访问外部内存时，地址锁存允许输出电平用于锁存地址的地位字节。

在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。

在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。

因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。

然而要注意的是：

每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。

此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。

另外，该引脚被略微拉高。

如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。

（2）

：

外部程序内存读选信号。

在由外部程序内存取指期间，每个机器周期两次

有效。

但在访问外部数据存储器时，这两次有效的

信号将不出现。

（3）

/VPP：

访问程序内存控制信号。

当

信号为低电平时，只访问片外程序内存；而当

为高电平时，则对ROM的读操作是从内部程序内存开始，并可延续至外部程序内存。

（4）RST/VPD：

复位/掉电保护信号输入。

当输入的复位信号延续2个机器周期以上高电平即为有效，用以完成单片机的复位操作。

4、I/O引脚

P0口（P0.0～P0.7）：

8位双向并行I/O接口。

扩展片外内存或I/O口时，作为低8位地址和8位数据总线的分时复用接口，它为双向三态。

P0口可带8个TTL负载电流。

P0口作为I/O输出口使用时，由于P0口为开漏输出，必须外接上拉电阻才能有高电平输出。

P1口（P1.0～P1.7）：

8位准双向并行I/O接口。

P1口每一位都可以独立设置成输入输出位，P1口可以驱动4个TTL电路。

P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。

P2口（P2.0～P2.7）：

8位准双向并行I/O接口。

扩展外部数据、程序内存时，作为高8位地址输出端口。

P2口可以驱动4个TTL电路。

P3口（P3.0～P3.7）：

8位准双向接口并行I/O。

除了与P1口有一样的I/O功能外，每一个引脚还兼有第二功能。

如表3-1所示。

P3口的第二功能信号都是单片机的重要控制信号，因此，在实际使用时，先按需要选用第二功能信号，剩下的才以第一功能的身份作为数据位的I/O使用。

表3-1P3口各引脚对应的第二功能

P3.0

P3.1

P3.2

P3.3

P3.4

P3.5

P3.6

P3.7

RXD

TXD

T0

T1

P1、P2、P3口片内均含有固定的上拉电阻，故称为准双向并行I/O接口。

P0口片内无固定的上拉电阻，由两个MOS管串接，既可开路输出，又可处于高阻的“悬空”状态，故称为双向三态并行I/O接口。

3.2.2DTMF芯片概述

MT8870是一个完整的DTMF接收解码电路。

和其它电路，如LCD驱动电路一起，可实现CALLERID功能。

它集成了陷波滤波器和数字解码功能。

在滤波器部分，使用了开关电容技术；解码部分，用数字计数的方法检测所有16种DTMF音频对，并将它们编成4bits的码。

通过在芯片上放置差分输入放大器，时钟晶振和可锁存的三态输出，可以使外围元上件最少。

   信号经过输入放大，过滤掉噪声，再被由6阶高频组带通滤波器和8阶低频组带通滤波器组成的陷波滤波器滤出DTMF信号，然后经过平滑滤波，再由过零检测器将模拟信号转换成数字信号，进入数字部分。

信号在数字部分分为两路，一路直接送到频率检测部分，分别对信号进行高频和低频检测。

如果输入信号频率在预先设置的范围内，则将检测结果送到编码部分进行编码，并等待D触发器的同步输出信号；如果输入信号频率不在预先设置的范围内，检测结果维持为0不变。

另一路则送到频率平均算法部分，分别经过4，8分频，以初步检测信号的持续时间，将诸如噪声之类的干扰消除掉；同时，进一步设置更为严格的频率检测范围。

如果信号通过了检测，就使ESt端输出高电平，通过外围RC回路对St端充电（R，C的值可以根据不同的工业标准进行选择），如果ESt端高电平持续时间足够长，使充电后Vc>=Vtst（2．35V，这是通过比较器比较），这就意味着所检测的信号满足DTMF的工作标准，则使引导逻辑部分的输出同步脉冲到编码部分，使4位编码输出，经过延迟单元，锁存进三态输出单元，输出正确的码；同时，引导逻辑部分产生StD端高电平信号，同时使GT维持儿高电下。

如果充电时间不够长，这就是说即使被检测信号的频率在DTMF频率范围内，但它的持续时间不足以满足DTMF的工业标准，输出同步脉冲保持为0，编码结果不输出。

3.2.3AT24C02

AT24C02是美国ATMEL公司的低功耗CMOS串行EEPROM，它是内含256×8位存储空间，具有工作电压宽（2.5～5.5V）、擦写次数多（大于10000次）、写入速度快（小于10ms）等特点。

AT24C02的1、2、3脚是三条地址线，用于确定芯片的硬件地址。

在AT89C51试验开发板上它们都接地，第8脚和第4脚分别为正、负电源。

第5脚SDA为串行数据输入/输出，数据通过这条双向I2C总线串行传送，在AT89C51试验开发板上和单片机的P3.5连接。

第6脚SCL为串行时钟输入线，在AT89C51试验开发板上和单片机的P3.6连接。

SDA和SCL都需要和正电源间各接一个5.1K的电阻上拉。

第7脚需要接地。

24C02中带有片内地址寄存器。

每写入或读出一个数据字节后，该地址寄存器自动加1，以实现对下一个存储单元的读写。

所有字节均以单一操作方式读取。

为降低总的写入时间，一次操作可写入多达8个字节的数据。

I2C总线是一种用于IC器件之间连接的二线制总线。

它通过SDA（串行数据线）及SCL（串行时钟线）两根线在连到总线上的器件之间传送信息，并根据地址识别每个器件：

不管是单片机、存储器、LCD驱动器还是键盘接口。

第四章系统硬件设计

本系统使用了大量的硬件电路完成部分功能模块，其目的就是充分利用硬件电路的可靠性、稳定性，使整体电路达到比较高的稳定性。

此电路主要包括电话线路摘机检测和线路振铃信号的检测电路，语音提示电路，单片机控制和密码存储电路,DTMF检测电路及电器驱动电路。

4.1振铃检测和模拟摘机

振铃检测的功能是检测有无铃流，当用户被呼叫时，电话交换机发来铃流信号。

振铃为25±3HZ的正弦波，谐铃失真不大于10%，直流48V，振铃时电压有效值为90±15VV左右，摘机时约为10V左右的直流电压。

振铃信号以5秒为周期，即1秒送，4秒断。

振铃检测电路如图4-1所示。

图4-1振铃检测与模拟摘机电路

P3.7是振铃信号检测端，根据振铃信号电压比较高的特点，可以先使用高压稳压二极管进行降压，然后输入至光电耦合器。

经过RC回路进行滤波，输入给光电耦合器的波形，经过光电耦合器的隔离转换输出很标准的方波。

方波信号就可以直接输出至单片机的端口，完成整个振铃音检测和计数的过程。

模拟摘机电路的功能是当电话振铃到一定时间后接通电话，其电路如图4-1所示。

如果电话线路上出现了振铃信号，90VPP的振铃电压使得光电耦合器U2输出端按振铃频率导通和截止，单片机在每次振铃信号结束后进行振铃次数计数，并将单片机振铃次数计数器中的数据与已经设定的振铃摘机数据比较，两者相等P3.1下拉，光电耦合器U1导通，则Q1和Q2也导通，从而实现模拟摘机。

监测电路是为了监测电话机是否模拟摘机，电路如图4-1所示。

电路中的DW1、R2、R13、C6、Q3组成电话线路摘机检测，平时电话线路电压使得DW1击穿，使Q3的基极电位为高，三极管导通，P3.0脚被下拉成低电平，此时单片机主要任务是监测P3.0脚的电压升