基于单片机的家用电器电话远程控制系统毕业设计论文概述.docx

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基于单片机的家用电器电话远程控制系统毕业设计论文概述

基于单片机的家用电器电话远程控制系统

本文设计的是一种基于AT89C51单片机的远程电话控制系统。

该系统是以AT89C51为核心、利用现有的个人通信终端,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。

电话远程控制系统（ITRCS）,以CCITT（国际电报电话咨询委员会）及我国标准共同规定的部分标准程控交换信令（DTMF双音多频信号,振铃信号,回铃音信号等）作为系统控制命令,以PLMN与PSTN通信网作为传输介质,使用者可以在远端利用固定电话或移动电话发送DTMF双音多频信号,实现对近端电器设备的实时远程控制。

该电话远程控制系统不需进行专门的布线,不占用无线电频率资源,从而可避免电磁污染；且通过嵌入式的智能语音提示,突出的语音提示功能和密码控制系统,可使操作者根据各种提示音及时了解受控对象的有关信息。

还可通过发出语音命令用电话远程控制多个受控对象,用户可以查询其状态,提供密码处理功能,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　AT89C51；远程电话控制；DTMF；智能家电

摘要...I

第1章绪论

1.1本课题研究的背景

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，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，2004年7月固定电话用户总数突破2亿户。

随着通讯产业的发展，电话机已经走进了千家万户；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。

本文介绍了一种电话远程控制技术。

该系统用于具有单片机控制的家用电器的电话遥控，用户可通过任意一部双音多频电话（包括手机，电话分机）对自己家庭安装的各种电器（如空调，微波炉，热水器等）进行开机，停机等操作。

其控制示意图如图1－1所示。

图1－1 控制示意图

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。

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。

1.1远程控制的内容

4月17日举行的2008中国国际家电展上，海尔集团展出了自主研发的U-home智能家电系统，包含家庭智能网关、网络空调、网络洗衣机、网络热水器等。

下班回家的路上，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；给空调发个短信，设定温度，到家就能享受舒适的室温；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……这些过去只在幻想中出现的场景，如今已经变成现实。

然而当今大多数家庭仍然使用的是传统家用电器，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。

家庭智能控制系统的主要功能集中在家庭安全报警、电话远程控制、红外集中遥控、自动抄表控制等方面。

组网方式分为两大类：

有线组网和无线组网。

有线组网主要是利用家中的电话线、单独布置通信控制线路或电力线载波通信进行组网；无线组网的主要技术有家庭射频技术（HomeRF）、蓝牙技术（Bluetooth）及家庭电话线网络联盟技术（HomePAN）等。

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。

电话属半双工通信手段。

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半双工通信特点。

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。

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。

电话远程控制系统接收远端发送来的DTMF信号,并对其进行解码,解码后的信号再由中央处理单元采集处理,为了方便用户使用,系统设计了语音提示界面,电话远程控制系统一般工作在无人值守环境,所以应具有自动摘挂机功能、复位功能；为了符合智能化要求,系统采用AT89C51作为中央处理器。

同时,电话远程控制系统正常工作还需电源供电电路、驱动电路等辅助电路。

由此可以看出,系统主要由流铃检测电路、自动摘挂机电路、由DTMF双音频解码电路、语音提示电路、中央处理单元AT89C51、电器控制驱动电路等组成。

第1章系统设计可行性分析

1.1总体设计分析

电话智能遥控器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、忙音检测、双音频DTMF识别，及语音提示电路。

系统原理框图如图2－1所示。

图2－1系统组成框图

语音提示电路是该作品重要组成部分。

为了降低本装置的造价，作品的提示音使用程序产生。

语音提示电路受单片机的控制产生相应的提示音提示，并通过反馈电路反馈至电话外线。

从而使操作者对电器的操作达到交互式，并能即时了解有关的信息；显示电路用于状态设置时的显示；控制部分即受控的终端，如前所述，可通过接驳不同的终端并对电话进行必要的改动从而达到功能的扩展。

这一点，可使产品达到系列化。

本系统的每一个接口电路（振铃检测、模拟摘挂机、语音反馈、电器开展、双音频解码等）具有很强的实用性。

本系统使用最简单的电路、最可靠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，具有很强的市场前景。

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，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，这是自动方式；第二种是手动方式。

即当中央控制单元接收到振铃信号后，便发出摘机信号，通过模拟摘挂机电路实现模拟摘机。

同时，中央控制单元发出控制信号使语音录放电路启动，发出事先录制好的语音提示。

用户听到语音提示后便会按键进行操作，用户按键产生的信号经双音多频DTMF（DualToneMulti-Frequency）解码电路解码后，送入中央控制单元。

中央控制单元将根据DTMF解码的结果通过驱动电路进行相应的动作（接通分机或开关家电）。

1.1.1系统总体设计分析

根据电话远程智能遥控系统的具体设计要求：

1、通过电话网对异地的电器实现控制（开/关）；

2、控制器可以实现自动模拟摘挂机；

3、控制器设置密码校验；

设计的此系统必须具有以下单元功能模块：

1、铃音检测、计数；

2、自动摘挂机；

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；

9、忙音检测；

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：

1、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，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。

2、自动摘挂机和电器的控制必须使用具体硬件电路来实现。

3、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，本设计的信号音检测、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。

1.1.2单片机简介

本系统用的核心控制单片机芯片的型号是AT89C51。

它是由Atmel公司生产的能与MCS-51系列兼容的单片机，其引脚如图2－2所示。

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。

1、 电源：

（1）VCC－芯片电源，接+5V；

（2）VSS－接地端；

2、 时钟：

XTAL1、XTAL2晶体振荡电路反相输入端和输出端。

3、 控制线：

控制线共有4根：

（1）ALE/PROG：

地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲；

①．ALE功能：

用来锁存P0口送出的低8位地；

②．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。

（2）PSEN：

外ROM读选通信号；

（3）RST/VPD：

复位/备用电源；

①．RST（Reset）功能：

复位信号输入端；

②．VPD功能：

在Vcc掉电情况下，接备用电源。

（4）EA/Vpp：

内外ROM选择/片内EPROM编程电源；

①．EA功能：

内外ROM选择端；

②．Vpp功能：

片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，施加编程电源Vpp。

4、 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）。

1.1 硬件模块

本作品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，采用硬件电路实现部分功能，而且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，从而是整个系统的性能更可靠。

1.1.1模拟摘机电路

因为程控电话交换机对电话摘机的响应是电话线回路电流突然变大为约30mA的电流，交换机检测到回路电流变大就认为电话机已经摘机。

当用户摘机时，电话机通过叉簧接上约200Ω的负