智能远程控制系统.docx

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智能远程控制系统

前言

21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，AlexanderGrahamBell（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。

1997年8月局用电话交换机总容量突破1亿门，网络规模跃居世界第二位，1999年7月固定电话用户总数突破1亿户。

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。

并且得到了相当的普及，手机的流行更为人们提供了更大的便利。

    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。

    电话遥控作为一较新的课题与常规的遥控方式相比，显示出一定的优越性，不需进行专门的布线，不占用无线电频率资源，避免了电磁污染。

同时，由于电话线路各地联网，可以充分利用现有的电话网，因此遥控距离可跨省市，甚至跨越国家。

    电话属双工通信手段。

因此，这可以大大体现出利用电话进行遥控的更大优越性。

操作者可以通过各种提示音即时了解受控对象的有关信息，从而进行进一步的操作。

电话遥控这一课题目前已有涉足者，但是只是还只限于实验室阶段，因而距离实际应用，尤其是对于日常生活尚有一定的差距，并不能完全体现出电话遥控方式的双工通信特点。

本作品正是针对这一点进行了较大改进，采取单片机智能控制，利用不同的提示音达到对于不同操作的提示及对受控方状态的信息反馈，从而使操作者能够及时了解受控方信息，使产品达到交互式与智能化。

而且本作品的调试都是在线调试，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。

    作品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。

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。

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。

本作品还可以应用于工厂企业的自动化控制等领域。

很多人上由于班地点远离住宅,而人们又希望能够随时对家用电器进行控制。

现在电话已迅速普及,很多单位和家庭都装有电话。

笔者根据这种情况设计并制作出的多路电话遥控器,可使人们随时随地地用电话对多种家用电器进行开关控制。

由于电话线路各地联网,遥控距离可跨省市。

本系统采取单片机控制,利用语音达到对于不同操作的提示及对受控方状态的信息反馈,从而使操作者能够及时了解受控方信息,使产品达到交互式与智能化。

通过它，您就可以用任何双音频电话或手机实现对家中任何电器及照明设备的远程控制（须配合智能照明及电源控制系统使用），实现8路的电器电源控制。

对家中的灯光、家用电器，如空调、电饭煲等进行控制。

和其它智能家居产品可配合使用，扩展出许多功能，实现对家用电器的远程控制。

如回家前在路上先打个电话把空调和热水器打开,回到家就可以享用了，因此具有很高的实用价值。

第一章系统方案论证

§1.1系统介绍

本方案主要以实现远程控制家中电器开关，显示时间为目的。

通过现有公用电话网与给家中控制系统通信，以实现远程控制的功能。

也就是一种基于电话网的单片机远程控制系统的方案。

（其中，电话线既用于控制数据的传输，又作通话使用）。

本系统主要由电话控制器、LED显示、驱动电路等组成。

其主要工作流程为：

电话控制器进行拨号识别确认本系统的用户密码后开启控制系统，用户的每一项操作步骤都在控制器的语音提示下进行，具体操作过程如下所述：

当电话线路有振铃信号时，电话控制器记录振铃次数，在系统默认的振铃次数内，电话无人接听，则控制器自动摘机，进入家用电器控制状态。

用户在语音提

示下，输入密码被确认后，用户可以按照语音提示进行遥控操作。

操作人输入密码，若三次密码错误,系统自动挂断电话。

进入正常遥控状态后，用户输入某一功能操作码，主控器即可将控制指令送到控制线路上，有效地远程控制家用电器。

1.1.1统基本功能：

（1）智能电话远程控制

电话远程控制采用DTMF（DUALTONEMULTIFREQUENCY）信号传输控制信号，利用电话网的方便和长距离通信可有效地控制远程8路电器开关，并有语音操作提示，可使远程操作者及时了解家中电器状态，并进行有效的控制。

（2）控制系统具有密码校验功能，若三次之内输入的的密码不正确，就不能对家中电器进行控制，可有效地保护控制系统不会被别人误操作。

（3）显示时间、日历

系统包含一片DS12887实时时钟芯片，可精确显示时间﹑日历。

断电时仍可继续走时10年。

且具有高计时精度（误差小于1分/月）。

（4）断电数据保护、软件看门狗

家用电器开关状态随时保存于非易失性RAM中，断电时数据不丢失，并具有看门狗自动复位功能，具有很高的可靠性﹑实用性。

§1.2方案论证

对远程家电的控制，可有多种实现方法，分别举例如下：

（1）通过专用线路控制

用专用线路可保证控制信号稳定，不易受干扰，且信息量大，保密性好；但必须铺设专用通信线路，费用相当昂贵，无法实现更远程控制，且不能变换控制地点，对本系统没有太大实用价值。

（2）利用无线电电波控制

用调频无线电波控制可实现较远距离控制，且通信信息量大，地点可随意变换。

操作较为方便。

但设备昂贵，必须有专用调制解调设备，且极易受干扰，无法实现超远距离控制。

控制方必须有配套控制器，成本较高，并占用无线电频率资源。

不宜采用。

（3）利用电力载波控制

电力载波是一种较为成熟的通讯方式，目前低压传输线的数据传输能力已达几十ｋｂｉｔ/ｓ。

由于这种通道具有某些不可比拟的特性:

如实时性强、机械强度高、投资少等,其发展已越来越引人注目。

但其也需要专用电力载波调制解调电路，必须有专用控制设备。

且一但控制对象不在同一个电网内就无法实现有效控制，更无法实现远距离控制。

而且电力线的线路阻抗和频率特性几乎每时每刻都在变化,所以通过电力线传输信息的可靠性也成为其最大的难点。

（4）利用互联网控制

使用Modem（调制解调器）与计算机的结合，利用当今流行的INTERNET网通信，可以实现控制信息的超远传递，而且控制信息可以非常复杂和丰富，信息量可以很大。

但必须在控制方和被控制方各设置一台计算机及Modem，费用很高。

且很不方便携带控制设备。

无法实现随地控制。

（5）利用公用电话网进行远程控制

利用现有公用电话网进行远程控制，无须改造，不增加任何成本，即可实现用固定电话或移动电话对各种家用电器设备的远程控制。

如果被控制方的操作较为简单，可直接使用电话机上的双音多频（DTMF）信号（*、＃及十个数字键，共十二个键，一般作电话拨号用）或其组合，就足够对远程被控制方进行有效的控制。

使用电话机作控制器不但费用低廉，无须增加额外控制设备，而且方便可靠，不管使用者在任何地方，只要在手边有一部电话机，就可以实现对被控制方的有效控制。

所以，利用现有公用电话网进行远程控制是多种可行设计方案中最为合理﹑可行的。

为本设计的首选方案。

§1.3方案可行性分析

利用现有公用电话网实现家电远程控制，无须改造线路，不增加任何成本，且极其方便实用，不增加额外的控制设备，具有相当的可行价值。

主要元器件的选择如下：

1.3.1单片机的选择

在单片机的选用上，由于在大学课程中涉及到了单片机原理的学习，所以在经过参考书籍及导师的指导后，按照设计要求最终选用ATMEL公司生产的AT89C51。

关于该芯片的引脚功能及其工作原理在各种资料中已有详细的介绍，在此不再赘述。

使用89C51完全可以满足本系统的设计要求，且89C51已相当普及，价格便宜﹑编程简便﹑可靠性高。

运用于本系统是完全可行的。

1.3.2语音芯片的选择

电话远程控制系统利用语音提示电路以实现用户和系统的交流。

本系统选用美国ISD公司的ISD2590单片语音录放集成电路作为语音提示电路的核心部分。

ISD2590采用E2PROM存储器,信息可永久保存,它还采用了DA直接模拟量存储技术,因而能较好地保留语音信息中的有效成分,提高录放音的清晰度。

ISD2590可以存储长达90s的语音,能够实现1～600段语音分段,如采用其快速寻址模式放音，仅须4根I/O口线即可实现对ISD2590任意语段播放的控制；ISD2590的外围电路也非常简单,只需少许阻容元件即可,并且它易与单片机接口,方便实现，运用于本系统是完全可行的。

1.3.3时钟芯片的选择

为系统增加一块时钟芯片即可很方便地实现时间﹑日历显示，增加系统的功能，实现多功能控制系统。

本系统采用美国达拉斯公司的DS12887时钟芯片作为系统时钟，DS12887内置锂电池，断电情况下可运行十年以上不丢失数据，并且还有114字节非易失性用户RAM，可保存重要数据，防止断电或电压不稳定时数据丢失。

DS12887芯片具有微功耗、外围接口简单、精度高、工作稳定可靠等优点，且其价格便宜，非常适合本系统采用。

1.3.4显示部分电路的选择

显示驱动电路采用74LS247硬件译码，配合74LS138作数码管片选信号，8位数码管动态扫描显示，其硬件电路简单，占用I/O口线少；且其软件编程相当简便﹑可靠性高﹑易于扩展。

实践证明：

这种显示方案最为简便实用，效果很好，完全适合本系统的显示需要。

在硬件系统的设计上还涉及到了MT8870DTMF解码器，74LS14施密特反向器，74LS04反向驱动器，4N35光耦等等，这些器件的选用都是在多方求证书籍及技术资料的基础上所作的选择，是在实用经济,尽量简化电路结构及连线简单的原则基础上选用的，并经过实践证明是完全可行的。

所以在整个电路设计中，各个元器件及芯片的的选择都是合理的，

整个设计方案是可行的。

第二章系统总体结构设计

§2.1系统硬件总体设计

系统硬件总体框图

系统硬件总体介绍：

8位数码管显示

如上图所示，系统硬件上主要由89C51CPU﹑DS12887实时时钟﹑ISD2590语音提示电路﹑振铃检测及模拟摘机电路﹑MT8870DTMF解码电路﹑8位数码管动态显示电路﹑8路反相驱动电路及硬件抗干扰电路组成。

常态时由DS12887每秒定时中断一次向89C51提供时间更新信号。

CPU通过8位数码管动态显示电路将时间显示出来，并始终查询有无振玲信号。

一旦有电话打入，振铃检测电路即将此振铃信号整形放大后输入给CPU计数，若振铃次数超过5次而仍无人摘机，CPU立即发出摘机信号，模拟摘机后电话线路内阻降为3K，此时电信局即认为被叫方已接电话，开始接通电话线路并开始计费，此时远程操作者即可按语音提示通过电话键盘控制家中电器开关。

远程控制者可通过电话的12个按键传送12种DTMF控制信号，该DTMF信号经DTMF预处理电路隔直、滤波﹑放大后送入MT8870DTMF解码芯片解码，解码出的4位BCD码经89C51的P0口读入内部RAM单元，CPU即可识别出远程控制者的按键操作命令。

ISD2590可给出操作提示，提示远程操作者按顺序输入密码，输入要开关的电器数值并按键开或关。

电器开关状态由CPU的P2口控制，操作完成时CPU立即将P2口状态读入内部RAM中并保存于DS12887中已防止断电时数据丢失。

为了尽量节省I/O口线，不增加多余硬件开销，本系统采用电话机键盘作为系统键盘，增加软件解码后即可当普通键盘使用，本系统采用电话键盘上的数字键作为系统时间日﹑期调整按键。

本系统的每一个接口电路（振铃检测、模拟摘挂机、语音反馈、双音频解码﹑时间日期显示等）都已经经过实际的交换机在线实验，具有很强的实用性。

本系统使用最简单的电路、最便宜的电路芯片实现了完善的功能。

本系统还有许多可以添加的功能，具有很广阔的市场前景。

§2.2系统软件总体设计

2.2.1各程序实现方法。

整个系统的软件用模块化结构的设计思想，它主要由主程序

和若干功能子程序及内部中断处理程序构成，结构简单、实用性强。

主程序主要完成系统初始化、键盘扫描、读键值、键处理和各个菜单功能的控制处理；外部中断有2个：

一个为外部INT1时间更新中断，用于进行更新时间显示内容；另一个为外部INT0中断，用于ISD2590OEM信号检测，以判别何时一段语音说完。

子程序包括显示子程序、键盘子程序、DTMF解码子程序、振铃次数比较子程序、说话子程序5个功能模块；还有一些其他的子程序模块，比如掉电保护子程序、软件延时抗干扰子程序、时间调整子程序、显示延时子程序、数值转换子程序等。

在这里对有些程序进行一下说明：

本系统采用美国ISD公司生产的ISD2590语音芯片作为语音语音提示，现起来也非常方便。

预先用ISD2590的按键模式录入系统所需要用到的18段语音，播放语音时采用ISD2590快速寻址模式播放语音，找到相应的语音开始段播放。

并开外部中断INT0以检测语音段放完时的OEM信号。

程序在接上电源后立即执行。

首先，主程序调用系统初始化程序进行有关初始化工作，初始化工作包括开启实时时钟，还原掉电保护数据，然后循环键盘扫描、显示当前时间，等待电话打入。

读键值当判断有键按下时进入相应的按键处理程序。

2.2.2软件程序模块介绍

系统软件主要由以下不同功能程序模块组成：

1.主程序

2.系统初始化子程序

3.键盘扫描子程序

4.键盘软件译码子程序

5.小时时间调整子程序

6.分钟时间调整子程序

7.秒时间调整子程序

8.年日历调整子程序

9.月日历调整子程序

10.日日历调整子程序

11.振铃次数比较子程序

12.软件抗干扰子程序

13.每秒更新时间子程序

14.显示键盘输入数值子程序

15.显示系统时间子程序

16.显示系统日历子程序

17.显示时间延时子程序

18.显示数值转换子程序

19.DTMF信号解码子程序

20.密码比较子程序

21.错误次数比较子程序

22.各路电器服务子程序

23.说话子程序

24.振铃次数计数子程序

25.断电保护子程序

26.INT0中断计时服务程序

27.INT1中断服务程序

28.原始密码表

第三章主要器件的选择及特点

§3.1日历时钟芯片DS12887

DS12887是内置锂电池的日历时钟芯片，并有128字节带掉电保护的RAM，使用十分方便。

DS12887的管脚图如右下图所示：

 AD0~AD7：

地址/数据 

 MOT：

总线类型选择，与89C51连接时接地。

 CS：

片选 

 AS：

地址选通，与89C51连接时接ALE。

 R/W：

读/写控制，与89C51连接时接WD。

 DS：

数据选通，与89C51连接时接RD。

 RESET：

复位，接+5V。

 IRQ：

中断请求输出。

寄存器0AH

   UIP：

更新进行标志

 DV2-DV0：

为010时晶振工作，其他组合停止。

 RS3-RS0：

频率选择。

寄存器0BH

 SET：

为1时禁止更新。

为0时正常。

 PIE：

为1时周期中断允许

 AIE：

为1时警报中断允许

 UIE：

为1时更新结束中断允许

 SQWE：

为1时方波输出允许

 DM：

为0时时间为BCD码，为1时为二进制。

 24/12：

为1时是24小时进制。

为0时是12小时进制

 DSE：

置0 

寄存器0CH

 IRQF：

中断申请标志

 PF：

周期中断标志

 AF：

警报中断标志

 UF：

更新结束中断标志

寄存器0CH

 VRT：

为0时表示内部锂电池耗尽。

DS12887为DALLAS公司生产的实时时钟芯片，除具有实时钟功能外，它还具有114字节的通用RAM。

内藏锂电池，并与广泛应用的DS1287、MC146818B脚对脚兼容。

本文从应用角度出发，概述了其功能特点、外部特性、内部结构及与微机芯片的接口应用。

3.1.1DS12887的功能特点

DS12887是美国达拉斯半导体公司最新推出的时钟芯片，采用CMOS技术制成，把时钟芯片所需的晶振和外部锂电池相关电路集于芯片内部，同时它与目前IBM

AT计算机常用的时钟芯片MC146818B和DS1287管脚兼容，可直接替换。

采用DS12887芯片设计的时钟电路勿需任何外围电路并具有良好的微机接口。

DS12887芯片具有微轼耗、外围接口简单、精度高、工作稳定可靠等优点，可广泛用于各种需要较高精度的实时时钟场合中。

其主要功能如下：

（1）内含一个锂电池，断电情况运行十年以上不丢失数据。

（2）计秒、分、时、天、星期、日、月、年，并有闰年补偿功能。

（3）二进制数码或BCD码表示时间、日历和定闹。

（4）12小时或24小时制，12小时时钟模式带有PWM和AM指导，有夏令时功能。

（5）MOTOROLA5和INATAEL总线时序选择。

（6）有128个RAM单元与软件音响器，其中14个作为字节时钟和控制寄存器，114字节为通用RAM，所有ARAM单元数据都具有掉电保护功能。

（7）可编程方波信号输出。

（8）中断信号输出（IRQ）和总线兼容，定闹中断、周期性中断、时钟更新周期结束中断可分别由软件屏蔽，也可分别进行测试。

3.1.2DS12887的原理及管脚说明

DS12887内部原理电路由振荡电路、分频电路、周期中断/方波选择电路、14字节时钟和控制单元、114字节用户非易失RAM、十进制/二进制计加器、总线接口电路、电源开关写保护单元和内部锂电池等部分组成。

图2显示了DS12887管脚排列图。

下面分别说明管脚功能：

GND，VCC：

直流电源+5V电压。

当5V电压在正常范围内时，数据可读写；当VCC低于4.25V，读写被禁止，计时功能仍继续；当VCC下降到3V以下时，RAM和计时器被切换到内部锂电池。

MOT（模式选择）：

MOT管脚接到VCC时，选择MOTOROLA时序，当接到GFND时，选择INTEL时序。

SQW（方波信号同）：

SQW管脚能从实时时钟内部15级分频器的13个抽头中选择一个作为输出信号，其输出频率可通过对寄存器A编程改变。

AD0～AD7（双向地址/数据复用线）：

总线接口，可与MOTOROLA微机系列和INTEL微机系列接口。

AS（地址选通输入）：

用于实现信号分离，在AD/ALE的下降沿把地址锁入DS12887。

DS（数据选通或读输入）：

DS/RD客脚有两种操作模式，取决于MOT管脚的电平，当使用MOTOROLA时序时，DS是一正脉冲，出现在总线周期的后段，称为数据选通；在读周期，DS指示DS12887驱动双向总的时刻，在写周期，DS的后沿使DS12887锁存写数据。

选择INTEL时序时，DS称作（RD），RD与典型存贮器的允许信号（OE）的定义相同。

R/W（读/写输入）：

R/W管脚也有两种操作模式。

选MOTOROLA时序时，R/W是一电平信号，指示当前周期是读或写周期，DSO为高电平时，R/W高电平指示读周期，R/W低电平指示写周期；选INTEL时序，R/W信号是一低电平信号，称为WR。

在此模式下，R/W管脚与通用RAM的写允许信号（WE）的含义相同。

CS（片选输入）：

在访问DS12887的总线周期内，片选信号必须保持为低。

IRQ（中断申请输入）：

低电平有效，可作微处理的中断输入。

没有中断条件满足时，IRQ处于高阻态。

IRQ线是漏极开路输入，要求外接上接电阻。

RESET（复位输出）：

当该脚保持低电平时间大于200ms，保证DS12887有效复位。

3.1.3DS12887的内部功能

（1）地址分配

DS12887的地下分配是由114字节的用户RAM，10字节的存放实时时钟时间。

日历和定闹RAM及用于控制和状态的4字节特殊寄存器组成，几乎所有的128个字节可直接读写。

（2）时间、日历和定闹单元

时间和日历信息通过读相应的内存字节来获取，时间、日历和定闹通过写相应的内存字节设置或初始化，其字节内容可以是十进制或BCD形式。

时间可选择12小时制或24小时制，当选择12小时制时，小时字节搞位为逻辑“1”代表PM。

时间、日历和定闹字节是双缓冲的，总是可访问的。

每秒钟这10个字节走时1秒，检查一次定闹条件，如在更新时，读时间和日历可能引起错误。

三个字节的定闹字节有两种使用方法。

第一种，当定闹时间写入相应时、分、秒定闹单元，在定允许闹位置高的条件下，定闹中断每天准时起动一次。

第二种，在三个定闹字节中插入一个或多个不关心码。

不关心码是任意从C到FF的16进制数。

当小时字节的不关心码位置位时，定闹为小时发生一次由于相线小时和分钟定闹字节置不关心位时，每分钟定闹一次；当三个字节都置不关心位时，每秒中断一次。

（3非易失RAM

在DS12887中，114字节通用非易失RAM不专用于任何特殊功能，它们可被处理器程序用作非易失内存，。

在更新周期也可访问。

（4）中断

RTC实时时钟加RAM向处理器提供三个独立的、自动的中断源。

定闹中断的发生率可编程，从每秒一次到每天一次，周期性中断的发生率可从500ms到122µs选择。

更新结束中断用于向程序指示一个更新周期完成。

中断控制和状态位在寄存器B和C中，本文的其它部分将详细描述每个中断发生条件。

（5）晶振控制位

DS12887出厂时，其内部晶振被关掉，以防止锂电池在芯片装入系统前被消耗。

寄存器A的BIT4～BIT6为010时打开晶振，分频链复位，BIT4～BIT6的其它组合都是使晶振关闭。

（6）方波输出选择

15级分步抽着中的13个可用于15选1选择器，选择分频器抽头的目的是在SQW管脚产生一个方波信号，其频率由寄存器A的RS0～RS3位设置。

SQW频率选择与周期中断发生器共离15选1选择器，一旦频率选择好，通过用程序控制方波输出允许位SWQE来控制SQW管脚输出的开关。

（7）周期中断选择

周期中断可在IRQ脚产生500ms一次到每122µs一次的中断，中断频率同样由寄存A确定，它的控制位为寄存器B中的PIE位。

（8）更新周期

DS12887每秒执行一次更新周期还比较每一定闹字节与相应的时间字节，如果匹配枵三个字节都是不关心码，则产生一次定闹中断。

3.1.4DS12887状态控制寄存器

DS12887有4个控制寄存器，它们在任何时间都可访问，即使更新周期也不例外。

（一）寄存器A

UIP：

更新周期正在进行位。

当UIP为1，更新转换将很快发生，当UIP为0，更新转换至少在244µs内不会发生。

DV0，DV1，DV2：

用于开关晶振和复位分频链。

这些位的010唯一组合将打开晶振并允许RTC计时。

RS3，RS2