远程无线遥控系统硬件电路设计.docx
《远程无线遥控系统硬件电路设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《远程无线遥控系统硬件电路设计.docx（28页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
远程无线遥控系统硬件电路设计
东莞理工学院
本科毕业设计
毕业设计题目：
远程无线遥控系统硬件电路设计
学生姓名：
学号：
系别：
电子工程学院
专业班级：
05电子信息工程2班
指导教师姓名及职称：
起止时间：
2009年2月——2009年5月
摘要
随着科学技术的发展，无线控制技术正在向各个领域渗透，以前，无线控制技术主要应用在军事领域、工业生产领域。
近年来随着社会和技术的发展，远程无线遥控技术已经渗透到我们的日常生活中，并且得到了广泛的应用。
本毕业设计主要介绍了一种以单片机AT89C51和双音多频解码集成电路MT8870为核心，通过电话线路遥控的远程多路智能控制器。
该系统实用、功能灵活多样，可以对被遥控对象的状态进行查询以及控制，可以广泛的应用于家用电器或者其它场所的各种控制设备。
关键词：
远程无线遥控双音多频解码MT8870单片机AT89C51
Abstract
Withthedevelopmentofscienceandtechnology,wirelesscontroltechnologyistopenetrateallareas.Previously,themainapplicationsofwirelesscontroltechnologyinthemilitaryfield,thefieldofindustrialproduction.Inrecentyears,withsocialandtechnologicaldevelopment,long-distancewirelessremotecontroltechnologyhaspenetratedintoourdailylife,andiswidelyused.Themaingraduationproject,introducedasingle-chipmicrocomputerAT89C51andDTMFdecoderICMT8870asthecore,throughthetelephonelinesofthelong-rangemulti-channelremoteintelligentcontroller.Thesystemispractical,flexibleanddiversefunctionscanberemotelyquerythestatusoftheobjectaswellasthecontrol,canbewidelyusedinhouseholdappliancesorotherplacesofthevariouscontrolequipment.
Keyword:
Long-rangewirelessremotecontrol；DTMFdecoderMT8870;AT89C51
选题背景及意义...................................................................................................................5
2.1系统组成......................................................................................................................5
2.2各部分电路及工作原理………...............................................................................5
3.5电器控制电路………………………………………………………………………15
4.1芯片的选择.................................................................................................................15
4.2电阻、电容、电感的选择.....................................................................................16
4.3MIC、喇叭、三极管的选择......................................................................................18
4.4电子元件.....................................................................................................................19
5、软件设计.............................................................................................................................22
5.1信号音发声部分…………………………………………………………………...22
5.2密码检测部分………………....................................................................................25
5.3密码修改部分............................................................................................................28
5.4控制电器部分………………………………………………………………………28
5.5振铃计数部分………………………………………………………………………30
1、引言
选题背景及意义
随着科学技术的发展，无线控制技术正在向各个领域渗透，以前，无线控制技术主要应用在军事领域、工业生产领域。
近年来随着社会和技术的发展，远程无线遥控技术已经渗透到我们的日常生活中，并且得到了广泛的应用。
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，所以应具有自动离线、上线、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。
系统主要由DTMF音频解码电路、语音提示电路、离线/上线/复位电路、中央处理单元、驱动电路、电源电路等组成。
无线遥控技术的实现方便了人们的日常生活，操作简单，具有较大的使用价值与市场潜力，同时无线控制也适合远程无人控制，有着良好的发展前景。
2、远程无线遥控电路的组成及原理
2.1系统组成
系统主要由DTMF音频解码电路、语音提示电路、离线/上线/复位电路、中央处理单元、驱动电路、电源电路等组成。
智能电话远程控制系统的体系结构如图1所示
图1
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：
⑴通过电话网对异地的电器实现控制（开/关）；
⑵控制器可以实现自动模拟摘挂机；
⑶控制器设置密码校验；
我设计此系统必须具有以下单元功能模块：
⑴铃音检测、计数；
⑵自动摘挂机；
⑶密码校验；
⑷在线修改密码；
⑸双音频信号解码；
⑹输入信息分析；
⑺控制电器开关；
⑻电器状态查询；
⑼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，我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，我设计信号音检测、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。
2.2各部分电路及工作原理
2．2．1中央控制电路
中央控制电路的主要功能是接收铃流检测电路和DTMF解码电路的中断信号,发送对上线/离线/复位电路和受控设备的控制信号,对语音录放电路进行寻址操作,接收DTMF解码电路的四位二进制数据。
2．2．2DTMF音频解码电路
DTMF（DualToneMultiFrequency）双音多频信号解码电路是目前在按键电话（固定电话、移动电话）、程控交换机及无线通信设备中广泛应用的集成电路。
它包括DTMF发送器与DTMF接受器,前者主要应用于按键电话作双音频信号发送器,发送一组双音多频信号,从而实现音频拨号。
双音多频信号是一组由高频信号与低频信号叠加而成的组合信号,CCITT和我国国家标准都规定了电话键盘按键与双音多频信号的对应关系如表所示。
数字键盘
高频组/Hz
1209
1336
1477
1633
低频组/Hz
697
1
2
3
A
770
4
5
6
B
852
7
8
9
C
941
＃
D
表1
电话远程控制系统采用MITEL公司生产的MT8870DTMF接受器作为DTMF信号的解码核心器件。
MT8870主要用于程控交换机、遥控、无线通信及通播系统,实现DTMF信号的分离滤波和译码功能,输出相应16种频率组合的四位并行二进制码。
MT8870具有拨号音抑制和模拟信号输入可调功能,所以在设计MT8870DTMF解码电路时,只需外加一些阻容元件即可。
远端用户发送的DTMF信号,经搞合电容的隔直流作用后,由MT8870接收并进行译码,输出的四位并行二进制数据直接与8051单片机的P0.0～P0.3接,MT8870在DTMF信号码变换完成后,由CID端发送中断信号INT1,通知8051数据准备好。
2．2．3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,8051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。
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,零功能存储;它还采用了DA盯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,每段录放音均有一个起始端,该起始端地址选择由A0～A9确定。
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,实现分段寻址功能。
ISD2590的电路如图2所示。
图2
系统在接收远端用户发送的DTMF信号以后,根据软件设定,对语音电路进行寻址放音。
例如系统收到用户发出的“1234',用户密码信号时,若密码正确,则寻址播放语音提示“密码正确",否则,寻址播放语音提示“密码错误"。
需要提出的是,ISD2590"。
只有A0～A910根地址线,显然不能对480K模拟存储阵列直接寻址,从图4可以知道,ISD2590的地址线是先经过解码器解码后再对480K模拟存储阵列进行寻址的。
2．2．4系统上线／离线/复位电路
当DTMF信号解码电路及语音提示电路与用户电话线连通时,我们称系统处于上线（Odine）状态;反之,当DTMF信号解码电路及语音提示电路与用户电话线断开时,我们称系统处于离线（Offline）状态。
只有在电话远程控制系统工作时,系统才应处于上线状态。
这样做的目的是避免用户呼叫系统时的高压振铃信号（可达120VMS）及线路上其他高压噪声对DTMF信号解码电路及语音提示电路产生危害。
上线/离线/复位功能的实现,也是由系统硬件电路和软件共同实现的。
2．2．4．1系统上线电路
系统上线电路的功能是检测程控交换机发送的振铃铃流信号,然后通过中断方式通知8051单片机,根据软件设定,闭合系统上线/离线/复位开关电路,开启UrMF信号解码电路和语音提示电路与电话用户线的连接。
上线电路的主要部分是铃流检测电路。
铃流信号是当远端用户呼叫电话远程控制系统时,由程控交换机向电话远程控制系统发送的控制信令。
系统采用TCA3385芯片作为铃流检测电路的核心部件。
TCA3385是一种性能稳定的振铃信号转换、检测器件,常用于电话机、应答器等仪器仪表。
它的PDO端是振铃检测输出端,在振铃信号稳定后,此端会变为高电平输出。
RDO端可直接与8051单片机相连,作为8051的中断信号INT0。
当电话远程控制系统处于离线状态时,只有铃流检测电路与用户电话线相连,而TCA3385能承受较高电压的冲击,保证了系统的完全稳定性。
2．2．4．2离线/复位电路
用户对电话远程控制系统操作完成后,发出结束命令,8051单片机断开系统上线/离线/复位开关电路,系统离线。
如果用户出现误操作或忘记发送结束命令时,系统根据软件设定,断开系统上线/离线/复位开关电路,使系统离线,并初始化软件设定。
2．2．5驱动电路
电话远程控制系统对受控设备的控制,要通过8051单片机对继电器的闭合才能实现,因此,在8051单片机与继电器之间必须设置一个继电器驱动电路。
本系统采用摩托罗拉公司的MC1413,来关闭与开启继电器开关如图3所示。
图3
2.2.6系统软件
如何利用有限的16种DTMF信号实现多样的系统控制功能,是系统成功与否的关键,借助于软件编程,系统可以对16种DTMF信号的任意组合进行解释,从而大大丰富了系统功能。
系统软件的流程结构并不复杂,这里只介绍系统软件主要功能要求:
（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。
本系统的软件流程图：
图4
3、电路设计
3.1 振铃检测电路
当电话振铃信号到来时，电话线路上的90伏振铃信号，经过整流及滤波后，驱动光电耦合器，如图6所示。
有振铃信号时，输出为高电平，无振铃时为低电平，CPU以此来来判断有无振铃及振铃次数。
图5
3.2 电话自动摘机和挂机电路
电话打入并等待默认的振铃次数后，从CPU的P1.7送出的摘机信号驱动光藕导通使假负载接入，进入摘机状态。
当整个设定过程完成后或输入密码错误时，CPU使摘机信号恢复为高电平以断开假负载，进入挂机状态，如图6所示。
图6
3.3 音频放大电路
使用LM386低压音频功率放大器，LM386是为低压用户设计的功率放大器，内部增益为20，外接元件数目较少。
音频放大电路如图7所示。
图7
3.4DTMF信号解码电路
在电话远程控制电路中，DTMF的信号解码电路是非常重要的部分。
本系统采用常规的MT8870解码芯片，该芯片具有功耗低，调整简单,抑制拨号能力强等特点。
当MT88670检测到有DTMF信号输入并已解调锁存到输出寄存器后，STD端输出高电平，CPU检测到该信号后便可使MT8870的三态输出锁存器使能端TOE有效，并将代表拨号植的四位二进制代码Q1-Q4送往CPU处理。
图8
CPU89C2051电路连接图：
图9
3.5电器控制电路：
电路主要是由译码扩展电路、反向电路、D触发器和继电器控制电路组成。
电路图如图3.6所示。
首先，单片机AT89C51从P1口的低四位输出四位控制信号。
P1.0、P1.1、P1.2作为三位数据线，P1.3作为使能控制信号，一同加在3-8线译码器的输入端。
当使能端有效时，三位数据线经过译码器数扩展为八位数据线。
这八位数据连接八个反向器进行整流隔离，然后连接D触发器进行数据锁存。
每个D触发器的输出端都控制一路继电器，而每一路继电器也控制一路电器的开关。
二极管指示灯并联在开关三极管两段作为电器开关指示。
这样就可以完成单片机对多路电器的控制。
也可以把P1口的八位都用作控制电器，数据输入口改在P2口。
4、电路元件选择
4.1芯片的选择
单片机主要选择51系列，因为我们就是学51单片机，用起来比较容易上手，指令也很熟悉，而且都是用STC系列，方便烧录芯片。
4.2电阻、电容与电感的选择
4.2.1电阻的选择
电阻在电路中的主要作用为：
分流、限流、分压、偏置等。
（1）参数识别：
电阻的单位为欧姆（Ω），倍率单位有：
千欧（KΩ），兆欧（MΩ）等。
换算
方法是：
1兆欧=1000千欧=1000000欧
电阻的参数标注方法有3种，即直标法、色标法和数标法。
a、数标法主要用于贴片等小体积的电路，如：
472表示47×100Ω（即4.7K）；104则表示100K
b、色环标注法使用最多，现举例如下：
四色环电阻五色环电阻（精密电阻）
（2）电阻的色标位置和倍率关系如下表所示：
颜色有效数字倍率允许偏差（%）银色/x0.01±10金色/x0.1±5黑色0+0/棕色1x10±1红色2x100±2橙色3x1000/黄色4x10000/绿色5x100000±0.5蓝色6x1000000±0.2紫色7x10000000±0.1灰色8x100000000/白色9x1000000000/
在调试过程中当我们采用的是常见而廉价的碳膜电阻，阻值按电路的设计从最小的1KΩ到最大的2MΩ不等，待调试成功以后，在制作标准PCB板时我们部分采用了排阻，其它仍是采用碳膜电阻。
4.2.2电容的选择
（1）电容在电路中一般用“C”加数字表示（如C13表示编号为13的电容）。
电容是由两片金属膜紧靠，中间用绝缘材料隔开而组成的元件。
电容的特性主要是隔直流通交流。
电容容量的大小就是表示能贮存电能的大小，电容对交流信号的阻碍作用称为容抗，它与交流信号的频率和电容量有关。
容抗XC=1/2πfc（f表示交流信号的频率，C表示电容容量）电话机中常用电容的种类有电解电容、瓷片电容、贴片电容、独石电容、钽电容和涤纶电容等。
（2）识别方法：
电容的识别方法与电阻的识别方法基本相同，分直标法、色标法和数标法3种。
电容的基本单位用法拉（F）表示，其它单位还有：
毫法（mF）、微法（uF）、纳法（nF）、皮法（pF）。
其中：
1法拉=103毫法=106微法=109纳法=1012皮法
容量大的电容其容量值在电容上直接标明，如10uF/16V
容量小的电容其容量值在电容上用字母表示或数字表示
字母表示法：
1m=1000uF1P2=1.2PF1n=1000PF
数字表示法：
一般用三位数字表示容量大小，前两位表示有效数字，第三位数字是倍率。
如：
102表示10×102PF=1000PF224表示22×104PF=0.22uF
（3）电容容量误差表
符号FGJKLM
允许误差±1%±2%±5%±10%±15%±20%如：
一瓷片电容为104J表示容量为0.1uF、误差为±5%。
出于价格方面与来源方面的考虑，可调电容我们采用了2~10pF的39123，电解电容由实验室提供，普通电容我们采用独石电容跟瓷片电容为主。
4.2.3电感的选择
从RF电路的观点看，不能制造质量好的电感是至今标准IC工艺最明显的缺陷。
尽管采用有源电路常常可以综合得到等效的电感，但它们比起“真正”的用几匝导线制成的电感来，总是具有较高的噪声、失真以及功耗[5]。
电感线圈是将绝缘的导线在绝缘的骨架上绕一定的圈数制成。
直流可通过线圈，直流电阻就是导线本身的电阻，压降很小；当交流信号通过线圈时，线圈两端将会产生自感电动势，自感电动势的方向与外加电压的方向相反，阻碍交流的通过，所以电感的特性是通直流阻交流，频率越高，线圈阻抗越大。
电感在电路中可与电容组成振荡电路。
电感一般有直标法和色标法，色标法与电阻类似。
如：
棕、黑、金、金表示1uH（误差5%）的电感。
电感的基本单位为：
亨（H）换算单位有：
1H=103mH=106uH。
由于此多通道无线遥控电路易受外界干扰，尤其在远距离操作时天线对信号强弱影响较大，不便于调试，故电感我们选取市面上发射、接收模块使用的线圈电感跟天线，以求达到良好发射与接收的目的。
4.3二极管、三极管的选择
虽然二极管很少直接出现在当今数字门电路图中，但它们仍然是无所不在的。
每个MOS管都内含有一定数量的反向偏置二极管，它们直接影响着器件的行为。
特别是由这些寄生元件形成的与电压有关的电容在MOS数字逻辑门的开关特性中起着重要的作用。
二极管也用来保护IC的输入器件以抗静电荷[6]。
变容二极管是根据普通二极管内部“PN结”的结电容能随外加反向电压的变化而变化这一原理专门设计出来的一种特殊二极管。
变容二极管在无绳电话机中主要用在手机或座机的高频调制电路上，实现低频信号调制到高频信号上，并发射出去。
在工作状态，变容二极管调制电压一般加到负极上，使变容二极管的内部结电容容量随调制电压的变化而变化。
二极管我们采用常见的隔离二极管IN4148，IN4248也采用IN4148代替，稳压二极管采用5.1V的变容二极管。
晶体三极管的特点如下：
晶体三极管（简称三极管）是内部含有2个PN结，并且具有放大能力的特殊器件。
它分NPN型和PNP型两种类型，这两种类型的三极管从工作特性上可互相弥补，所谓OTL电路中的对管就是由PNP型和NPN型配对使用。
电话机中常用的PNP型三极管有：
A92、9015等型号；NPN型三极管有：
A42、9014、9018、9013、9012等型号。
4．4本设计中所要用到的电子元件：
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1μF耐压100V的瓷片电容（由于条件限制，本人用两个2μF耐压60V的电解电容负极相连代替之）；
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，根据电话振铃的技术指标：
频率25Hz的正弦波，1秒通，4秒断，τ=RC可以推出0.02≤τ≤4（S）。
为了使振铃信号音
升级会员 