基于单片机AT89C51实现电话远程控制设计.docx

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基于单片机AT89C51实现电话远程控制设计

成都电子机械高等专科学校成教院

毕业设计（论文）

论文题目：

基于单片机AT89C51实现电话远程控制设计

教学点：

重庆科创职业学院

指导老师：

职称：

讲师

学生姓名：

学号:

专业：

应用电子技术

成都电子机械高等专科学校成教院制

2012年3月5日

成都电子机械高等专科学校成教院

毕业设计（论文）任务书

题目：

基于单片机AT89C51实现电话远程控制设计

任务与要求：

本设计系统要求实现电话远程控制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。

本设计中央处

理部分要求采用单片机AT89C51，语音提示芯片为ISD2590，TDMF

双音

频解码芯片是MT8870等芯片。

时间：

2011年12月15日至2012年3月15日共12周

教学点：

重庆科创职业学院

学生姓名：

学号：

专业：

应用电子技术

指导单位或教研室：

重庆科创职业学院

指导教师：

职称：

讲师

成都电子机械高等专科学校成教院制

毕业设计（论文）进度计划表

日期

工作内容

执行情况

指导教师

签字

12月15日

至

12月25日

选题

12月26日

至

1月2日

论文提纲写作

1月3日

至

2月15日

初稿写作

2月15日

至

2月29日

二稿写作

3月1日

至

3月10日

定稿并上交论文的电子文稿

3月10日

至

3月15日

做好论文评阅准备

教师对进度计划实施情况总评

　　　　　　　　　　　　　　　　　签名

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　年月日

本表作评定学生平时成绩的依据之一。

摘要

家电控制的智能化已成为社会需求的新趋势。

此设计是一种基于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

Abstract

Householdappliancesintelligentcontrolhasbecomethenewtrendofsocialdemand.ThisdesignisbasedonAT89C51telephoneremotecontrolsystem.ThesystemisbasedonAT89C51,usingtheexistingpersonalcommunicationterminal,basedonthePLMN（landmobilecommunicationnetwork）andPSTN（publicswitchedtelephonenetwork）ofthetelephoneremotecontrolsystem.Telephoneremotecontrolsystem（ITRCS）,CCITT（InternationalTelegraphandTelephoneConsultativeCommittee）andthestandardsofChinacommonsetsofstandardsofprogram-controlledexchangesignaling（DTMFDTMFsignal,aringingsignal,thering-backsignaletc）asthesystemcontrolcommand,PLMNandPSTNcommunicationnetworkastransmissionmedium,auserattheremoteusingthetelephoneormobilephonetosendDTMFDTMFsignal,realizestotheproximalendoftheremotecontrolofelectricalequipment.Thetelephoneremotecontrolsystemdoesnotrequirespecialwiring,anddoesn'toccupyradiofrequencyresources,thuscanavoidelectromagneticpollution;andthroughtheembeddedintelligentvoiceprompt,outstandingvoicepromptfunctionandpasswordcontrolsystem,enabletheoperatorstoprompttimelyunderstandingoftherelativeinformationofthecontrolledobjects.Canalsosendavoicecommandbytelephoneremotecontrolapluralityofcontrolledobject,theusercanquerythestate,provideapasswordprocessingfunctions,onlytoenterthecorrectpasswordtocontrolhomeappliances,therebyimprovingthesafetyof.Thesystemdesignispractical,flexibleanddiversefunctions,highreliability,convenientoperation,andcanbewidelyappliedtofamiliesorotherplacesoftheintelligentcontrol.

Keywords:

AT89C51、DTMF、telephoneremotecontrol、intelligenthomeappliances

目录

第一章绪论1

第一节本课题研究的背景1

第二节远程控制的内容2

第二章系统设计可行性分析3

第一节总体设计分析3

第二节硬件模块4

第三节软件模块5

第三章硬件单元电路设计7

第一节振铃检测电路7

第二节模拟摘挂机电路8

第三节双音频解码电路9

第四节信号音提示电路10

第五节电器控制电路12

第四章软件设计的流程14

第五章系统的应用16

第一节系统的应用前景16

第二节系统的调试与使用16

结束语18

谢辞19

参考文献20

第一章绪论

第一节本课题研究的背景

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。

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业的自动化控制等领域。

第二节远程控制的内容

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。

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。

本作品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。

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。

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。

第二章系统设计可行性分析

第一节总体设计分析

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

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。

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。

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。

第二节硬件模块

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。

一、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的负载，使整个电话线回路流过约30mA的电流。

交换机检测到该电流后便停止铃流发送，并将线路电压变为十几伏的直流，完成接续。

自动摘挂机电路可以通过单片机控制一个继电器的开关，继电器的控制端连接一个大约200Ω的电阻接入电话线两端，从而完成模拟摘挂机。

二、振铃检测电路

当用户被呼叫时，电话交换机发来铃流信号。

振铃为25±3伏的正弦波，谐铃失真不大于10%，电压有效值90±15V。

振铃以5秒为周期，即1秒送，4秒断。

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。

经过光电耦合器的隔离转换，从光电耦合器输出的波形是时通时断的正弦波，经过RC回路进行滤波输出很标准的方波。

方波信号就可以直接输出至单片机的中断计数器输入口，完成整个振铃音检测和计数的过程。

三、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，电路不是很复杂，只是通过单片机控制多路继电器的开关即可，常用的电路已经很成熟可以直接应用。

四、双音解码电路

此部分是整个系统的关键，它的工作情况直接决定了系统的可靠性。

经过翻阅大量的文献资料，发现使用电话专用的双音频编解码芯片进行输入双音频信号的解码，是比较常用的一种方法。

使用集成电路不但外围电路简单，而且可靠性强。

经过专用集成电路的解码，信号转换成为不同的码制信号，可以直接被单片机读取。

五、语音提示电路

电话远程控制系统利用语音提示电路实现用户和系统的交流。

语音提示电路预先存储若干段系统提示音，AT89C51中央处理单元电路判断用户发送的DTMF信号后，对语音提示电路进行寻址，播放相应的提示音，从而向用户反馈信息提示下一步该如何操作。

第三节软件模块

经过比较，决定使用AT89C51作为控制的单片机芯片。

系统软件主要功能如下：

1、系统身份认证：

功能为了保证只有合法用户才能操作系统，电话远程控制系统上线以后，用户必须输入密码，待系统确认后才具有对系统的操作权限。

2、用户信令解释功能：

对收到的用户信号，系统按照软件设定加以解释，并决定对语音提示电路寻址，播放相应的系统提示音，实现用户和电话远程控制系统间的交互操作，或者对外部受控设备发出相应的驱动信号。

3、软件定时功能：

系统软件设定系统自动复位的软件定时器，定时器的设置值规定了系统一次上线工作的最大时间。

若一次工作超时，系统自动离线，进入待机状态。

一、信号音检测

本单元可以使用AT89C51的两个计数器的外部中断方式来实现对不同信号音的计数。

二、密码检测

本单元可以在系统初始化的时候，在单片机内部的存储器的内部开辟一块空间放置密码。

当用户输入密码的时候，单片机把输入的密码写入另外的一块空间，然后利用减法运算比较两者是否相等，这样就可以实现密码检测的功能。

三、信号分析处理

本单元可以利用查表方式，也可以用简单的语句，稍微长一点的语句实现，例如CASE语句等。

第三章硬件单元电路设计

第一节振铃检测电路

在电话线路未来铃流前，电话线路由电话交换机提供大约48V的直流电压。

当用户被呼叫时，电话交换机发来铃流信号。

振铃信号为25±3伏的正弦波，谐铃失真不大于10%，电压有效值90±15V。

振铃以5秒为周期，即1秒送，4秒断。

在本电路检测铃流信号时，以五次铃响为准，即五次振铃后无人摘机，便由单片机控制自动模拟摘机，振铃检测电路设计如图3-1所示。

原理说明：

电话振铃信号通过电容C1隔直、D1稳压二极管、R1限流电阻输入至光电耦合器4N25的输入端1口，C1、D1和R1共同组成振铃信号变换电路，它们使输入电压和电流不会太大，对后面的光电耦合器起保护作用。

光电耦合器4N25起的是隔离作用，光电耦合器是一种电信号的耦合器件，它一般是将发光二极管和光敏三极管的光路耦合在一起，输入和输出之间不可共地，输入电信号加于发光二极管上，输出信号由光敏三极管取出。

振铃信号通过光耦4N25的4脚输出振铃正弦波，R2和C2共同组成滤波电路，信号到了开关三极管T1的基极就变成了方波。

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，中断方式采用外部中断，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。

图3－1振铃检测电路设计

元器件选取：

1、C1隔直电容，因为是过滤直流，滤出低频信号，而且振铃信号的电压还比较高，因此选取10μF耐压100V的瓷片电容；

2、D1为稳压二极管，选取36V的稳压二极管；

3、R1是4N25的限流电阻，取33kΩ；

4、IC1选取光电耦合器4N25；

5、R2和C2共同组成振铃信号音滤波电路；

6、R3和D3共同组成振铃指示灯，R3=100Ω，D3为黄色5mm发光二极管；

7、T1和R4组成模拟开关电路，T1选取9013，根据分压原理和74LS04的低电平有效值，R4取2.9kΩ；

8、反向器由74LS04中的二组反向器组成，起整流作用；

第二节模拟摘挂机电路

设计主要思路：

根据国家有关标准规定：

不论任何电话机，摘机状态的直流电阻应≤300Ω，有“R”键的电子电话机的摘机状态直流电阻应≤350Ω。

在挂机状态下，其漏电流≤5μA。

当用户摘机时，电话机通过叉簧接上约200Ω的负载，使整个电话线回路流过约30mA的电流。

交换机检测到该电流后便停止铃流发送，并将线路电压变为十几伏的直流，完成接续。

根据有关技术指标，模拟摘挂机电路设计如图3-2所示，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。

摘挂机信指令由单片机通过使TXD/P3.1口变为高电平实现。

经过一个反向器驱动发光二极管D1指示摘机，同时改变光敏三极管T1的基极电压，使T1处于导通状态，从而开启继电器J1，J1使电阻R3接入电话线两端。

因为R3的电阻为200Ω，使回路电流变大，控制电路向交换机发出模拟摘机的信号，交换机响应摘机信号，完成电话线路接通。

整个电路完成自动模拟摘机过程。

图3-2模拟摘挂机电路

根据设计原理，原器件选取如下：

1、IC1是光控三极管，其中T1三极管是起对单片机控制信号的放大作用，D1是摘机指示灯，取5mm绿色发光二极管；

2、R1是摘机指示灯限流保护电阻，取220Ω；

3、L1是变压器感应变压输出；

4、C1起对电话线电压积累作用；

5、R2是三极管限流电阻，取2kΩ；

6、D2二极管是起继电器反向保护的作用，取4001；

7、J1是继电器控制开关，取JRC4001F（DC5V）；

8、R3是摘机电阻，取200Ω；

第三节双音频解码电路

原理简介：

双音多频DTMF信号解码电路采用MT8870芯片。

MT8870的连线如图3-3所示，它的IN+、IN-脚接收来自电话机的双音多频脉冲信号，该双音多频信号先经其内部的拨号音滤波器，滤除拨号音信号，然后经前置放大后送入双音频滤波器，将双音频信号按高，低音频信号分开，再经高低群滤波器，幅度检测器送入输出译码电路，经过数字运算后，在其数据输出端（11~14脚）输出相对应的8421码。

MT8870的数据输出端Q4~Q1连到AT89C51的P1口的P1.0~P1.3，单片机经P1口识别4位代码。

MT8870芯片简介和电话按键与相应译码（Q4~Q1）输出见附录C。

其中，A，B，C，D4个按键常被当作R/P，REDIAL，HOLD，HANDSFREE等功能使用。

注意，需要特别指出的是，对于“0”号码，MT8870输出的8421码并非是“0000”，而是“1010”；另外，“*”，“#”字号码，MT8870输出的8421码分别为“1011”和“1100”。

为了使单片机AT89C51获取有效数据，MT8870的CID有效端经施密特反相器后接AT89C51的INT0引脚。

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。

而无效的双音频信号（电话线路杂音、人们的语音信号等）是不会引起MT8870的CID端变化的。

其中，接在电源处的电容对抗干扰有一定的作用。

在实际应用中，存在这样一个问题：

MT8870的使能控制端不允许中断时，将使MT8870的CID端中断关闭。

其解决办法是，将CID端接与非门的一端输入，与非门的另一输入端接一不定电平端P。

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。

本单元元器件列表：

1、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；

2、R3、R4、R5是输入平衡电阻，取100KΩ,

3、芯片外部晶振Y1选择3.579MHz；

4、IC1是双音频解码芯片，选取MT8870；

5、C3选取0.1μF；

6、R6是输出平衡电阻，选取470KΩ；

7、反向器选取74LS04的一组反向器；

图3-3DTMF解码电路

第四节信号音提示电路

原理说明：

为了方便本系统的使用，设计了信号音提示音电路如图3-4，首先规定了信号音的规范以及其对应含义：

1.响1声，频率为500Hz：

请输入密码；

2.响2声，频率为500Hz：

请输入需要控制的电器号；

3.响3声，频率为500Hz：

请输入控制开/关；

4.响1声，频率为1000Hz：

完成操作；

5.响3声，频率为1000Hz：

密码错误；

语音提示芯片ISD2590的最高地址位PLAYL（脚9），PLAYE（脚10）置为高电平时，芯片即进入操作模式状态。

操作模式根据引脚A0～A7的高低电平不同组合总共分为256种不同的模式，实现不同的功能。

为尽量节省I/O口线，采用了M1和M6相结合的方法实现对ISD2590操作，