单片机无线控制家电和报警器.docx

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单片机无线控制家电和报警器

单片机无线控制家电和报警器

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jdzj868 来源:

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2009-12-814:

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1　引　言

　　由于经济的快速发展，人们生活水平得到较大的提高，生活节奏也越来越快，为此家电遥控和家庭安全也为人们所需要和重视。

以AT89C51单片机为核心通过电话进行电器遥控和报警装置主要解决这些问题。

他的主要功能有：

通过电话可以遥控16路电器通断，遥控路数可以根据需要进行扩展；可以实现电器调压调速控制，有密码设定，保密安全性好；有语言提示，避免盲目操作；可以取消已输入的操作命令；当单片机接收到家中天然气泄露、温度超限和失窃信号后会自动拨打预留电话并报告家中发生的情况。

摘　要：

装置以89C51单片机为核心，以电话线为载体，实现远距离电器遥控和报警。

装置设置6位密码，保密性好，有提示音，防止误操作。

当家中发生险情时，可以自动拨叫主人电话报警。

--摘要CH（结束）←-->

--→关键CH（开始）-->关键词：

AT89C51；单片机；电话；遥控；ISD25120语音集成电路

2　硬件电路设计

　　总体电路设计思路是：

电话遥控报警器与家用电话采用并联方式，当有振铃信号时单片机开始记数，前10次铃声内若有人接电话，则遥控报警器被屏蔽，不影响正常接听电话，若10次铃声后无人接听，约定遥控报警器自动模拟挂机，并发出提示音要求用户输入密码，允许3次输入错误，并有2次提示输入错误重新输入，若第3次输入错误则自动挂机。

密码输入确认无误后，发出提示音，提示用户输入要求执行任务的电器代码，代码为3位数字加“＃”字确认，前2位数字为电器代号，范围为1～16（假定控制电器为16个），第3位数为调压调速的级数，范围为1～4（档数根据需要确定），若电器无调压调速，则第3位数无效。

若同一任务所输入的次数为偶数，表示取消任务。

若2次按键的时间间隔小于100ms，则第2次按键输入无效，以防止抖动。

若前次按键后10s无按键输入，默认为无任务输入，自动挂机。

挂机后单片机把输入任务送对应输出口执行任务，并保持状态直到有新任务输入。

　　硬件电路主要包括震铃检测电路、模拟摘机和DTMF解调电路、调速电路、任务执行电路、3路传感器报警信号电路，以及语音电路部分。

硬件电路框图如图1所示。

2．1　振铃检测电路

　　电路如图2所示。

电话线振铃信号为25Hz，75～100V。

因此不能直接与IC电路连接，同时为了防雷击，输入端用1μF／160V电容进行隔离。

铃流声经全桥整流后再由光电耦合器4N25耦合并经40106整形后送89C51T0计数器进行振铃次数记数，当T0记数为10次时，按约定为有任务输入，89C51输出模拟摘机信号使线路接通，同时单片机控制语音提示电路送入双音频DTMF解码电路

2．2　双音频解码DTMF电路

　　DTMF电路采用典型的MF8870芯片作双音频解码电路。

当单片机发出模拟摘机信号后使线路接通，在提示音后输入密码，如MF8870，确认有信号输入后，CIO端（15脚）为“1”，更新输出锁存器，并将输入双音频信号解码为4位二进制数送输出锁存器D1～D4端，CIO端电平送EN端（10脚）允许输出。

单片机首先进行密码核对，然后将MF8870送入的任务信号送RAM中存储，直到输入任务结束。

2．3　语音提示及拨号电路

　　语音提示电路采用美国ISD公司语音芯片ISD25120，该芯片可录放120s，由于采用“直接模拟量存储”（DAST）专利技术，信号无需经D／A，A／D转换等处理过程，失真小，音质好。

片内含振荡器、话筒前置放大器、自动增益控制、防混淆滤波器、平滑滤波器、扬声器驱动及E2PROM陈列，外围电路简单，体积小，3V单电源供电，耗电省，维持电流仅1μA。

　　用该芯片只播放预录好的语句，所以电路只用了放音功能，录／放模式P／R接高电平，节电方式为工作接地。

时钟采用外时钟，ISD25120外时钟频率f＝512kHz。

ISD25120共有10条地址线，要这样可以实现200ms的信息分辨率，但由于我们只需要寻找每段录音起始地址，所以可以降低分辨率使用，这里把A3～A0接地。

A9和A8决定A7～A0的意义，当A9和A8有一个为“0”时，A7～A0表示为当前录放操作的起始地址，当A9和A8有一不为“0”时，A7～A0表示为不同的操作模式，在此A9和A8接地，表示A7～A0为地址数。

当需要放音时，89C51使ISD25120片选端CE＝“0”，同时给出A7～A0地址数，在CE的下降沿锁存，A9～A0具体设置如下：

500）{this.resized=true;this.style.width=500;}"align=absMiddleborder=0>

　　这样由A7～A4四条地址线可以最大寻址数为16个，每段时间长短可以由设计者根据需要决定。

录音段起始时间和此段起始地址数关系如下：

　　时间＝某段起始地址数（十进制）×分辨率

　　不同芯片分辨率不同，具体可查阅有关手册。

ISD25120分辨率为200ms，本装置1～7段为6s，输入有关的提示语。

第8段为预留电话号码，9～11段为15s，用于拨号报警，12～16段共27s备用。

语音提示及拨号电路图如图3所示。

当89C51收到由天然气、温度和失窃报警器送来信号后，89C51采用将预录在ISD25120语音芯片中的双音频电话号码及报警语音播出的方式进行报警。

由于DTMF双音多频数字信号和ISD语音芯片在电话和无线网络传输的语音信号频率范围相同，所以此方案可行。

但要注意以下问题：

贝尔电话DTMF信号标称误差是±1．5％，当电话晶体为3．57945MHz时，产生的音调误差范围为＋0．74％～－0．54％。

而大部分ISD器件内部振荡器在全电压和全温度范围内误差为2．25％，即：

ISD器件误差大于DTMF标准误差，如图4所示。

所以不能用ISD内部振荡器，而必须用外部晶体振荡输入信号。

从图4可以看出，最坏录放音情况时，提供给ISD器件的外部时钟要求误差小于0．75％，他可以是TTL或CMOS电平。

对于ISD25120采样速率为4kHz，提供的时钟频率为512kHz，单片机为626MHz晶体，工作频率为1MHz，外加二分频电路提供给ISD25120的频率为5kHz，与要求的512kHz很接近，使用中不会造成任何问题。

这里要求频率变化误差要小，而并不要求非常准确的频率值。

2．4　电器控制电路

　　任务输入后首先存放在存储器中，当任务输入结束后，软件首先删除输入偶次数的任务项，然后将任务送相应口线。

若单片机口线够用，则可以直接由口线送外电路执行，软件只需进行任务口线状态取反即可。

若单片口线不够用，则可以外加CD4514芯片进行4～16线解码的扩展，但每路需加双稳态电路保持，并进行电流放大，执行的器件一般采用继电器，继电器触头容量应根据用电器的功率大小决定，并留一定的余量。

2．5　调速调压电路

　　调速调压电路执行器件选用双向可控硅，单片机根据任务送不同脉冲个数，则BT33驰张振荡器冲放电时间不同，使双向可控硅导通角大小不同而输出电压不同。

3　软件设计

　　根据以上分析，软件主流程图如图5所示。

　　除主程序外，子程序包括6位密码核对子程序、（3位数＋＃）任务输入核对子程序、提示音子程序、报警子程序、任务排除偶次输入子程序、对方回铃声和忙音区分子程序以及10ms，10s，60s延时子程序，编写程序时注意二次按键时间小于10ms时第2次按键无效，以防止抖动。

当上次按键后连续10s无按键输入信号，则默认可以自动挂机。

　　报警拨号后对方回铃音和忙音的区别：

按规定回铃音为1s高电平4s低电平方波信号，忙音为高电平和低电平均为0．35s方波信号，回铃音和忙音呼叫时间60s，60s后自动挂机。

当有报警信号送单片机时，通过软件模拟摘机，预留电话拨号输出后，在接到第一声回铃音或忙音时，定时器开始定时，计数器开始计输入的回铃音或忙音的个数。

然后判别在60s内，若计数值＞15个脉冲（这时无论60s定时到否）则表示对方为忙音，应挂机，延时60s后重拨号呼叫。

若在60s内计数＜14个脉冲，则表示为回铃音。

若在少于12个脉冲中间回铃音中断表示对方有人接听，可以播放报警信号对应的报警语音。

若60s内一直有回铃音，且定时到，表示对方无人接听，则挂机延时后重拨，直到电话报警完成。

4　结　语

　　该装置是现代家庭中一项十分有用的技术，对装有无线控制装置的家庭，只需将执行任务部分改为无线遥控发射即可。

随着可视电话的发展，安装一个微型摄像头，出差在外也可以对家中的情况一目了然。

自己动手DIY智能家居控制系统

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2008-10-1513:

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前言

DIY一套个性化的智能家居系统，应该先做到“三实”，即实在、实用、实惠。

　　实在———必须配置成熟的技术

　　智能化是新兴的技术，涉及到住宅使用的多个方面。

提供有关技术或设备的企业良莠不齐，难免会推销一些不成熟的技术或设备，结果可能会造成数据不准、开启不灵、安保虚设等问题。

因此，必须睁大一双“慧眼”，把那些质量低下的甚至冒牌货等拒之门外。

　　实用———必须配置有用的技术

　　电子技术的发展成果，几乎可以涉及家居生活的所有内容，电子安保、电子通讯、电子物管、电子家政等，几乎所有的人工劳动都可用电子技术代替。

然而，从实际出发，住宅智能化应当选用那些最必要的、最有用的技术。

比如说，传统的技术或人工难以做到的、劳动强度比较高的；或者人工操作特别麻烦的工作，可以用电子技术来代替。

　　实惠———必须讲究经济性

　　实在和实用是实惠的前提，即使有些技术非常实在和实用，但由于价格昂贵，或者今后的使用费很高，或者维护费很高，或者今后的升级与增加功能很不方便，这些技术的应用还应多从性价比，多从消费的承受能力方面加以考虑，看一看是否属于必需的。

设计原则

一、从功能需求开始配置

1.功能需求

　　目前意义下的智能家居已能够满足人们在方便和舒适方面的很多需要。

比如：

遥控功能（一个遥控器便可遥控所有的灯，窗帘，空调和电器）；集中控制（不进行布线，便可在多处集中控制）；网络化控制（全开全关，场景设置）；本地控制（调光，软启，记忆）；更高级的功能选项（无线智能安防和远程监护系统，电话远程控制，全宅自动定时控制，网络化窗帘控制，网络化空调控制，多功能遥控器，全宅音响系统，宠物电器等）。

　　具体如下：

a．遥控功能为必选项目，遥控器有2位、6位、9位、16位等多种，可随意搭配一个或多个；无论有几个遥控器，一套系统只要一个RX无线信号收发器即可。

b．集中控制器一般用于床头柜或客厅的茶几上；个数不限。

c．开关控制器可控制整个网络，一般用于进门处，大厅里，用作全开全关或场景设置。

d．智能模块直接接灯或电器，用于本地控制，同时接收网络控制。

每一个控制对象必须接一个相对应的智能模块。

已装修的和未装修的家居应选用不同型号的产品，同时白帜灯（灯泡）和日光灯（管灯，节能灯，小电器）也要选用不同的型号。

e．在选定以上4项基本功能后，再添加高级功能，如无线安防系统，电话远程控制，全宅自动定时控制，网络化窗帘控制，网络化空调控制，多功能遥控器，全宅音响系统，宠物电器产品等。

2.性能价格比

　　是很重要的一个因素。

要对比各种产品的价格，即使你有好的产品要推荐，在这时最好让客户选择。

3．兼容性和可扩展性

　　每个智能家居工程都会有这方面的要求，很多工程甚至在施工中，就会有许多变化，千万不要做不可更改的设计。

4.过渡技术的考虑

目前所有的智能家居技术都是过渡性的，还没有真正成熟，所以要选择兼容性好，最好符合国际通用的X-10协议的。

5．复杂性

　　布线安装是否简单直接关系到成本，可扩展性，可维护性的问题，一定要选择布线简单的系统，使用是否简单符合大多数人的习惯，也很重要。

6．安全性

　　包括是否容易被别人破坏，有些产品遥控器邻里之间可以互相控制。

如果邻里之间有干扰，可在家中电力线接入处安装全屋阻波器；遥控的话则选择加密型遥控器和加密型RX无线信号收发器；如果电力线或其他用电器（如电视）有杂波，可使用滤波器或滤波插座。

如果是三相电的话，最好要选配三相藕合器，使各相电流之间的信号传输达到最强．

   考虑好了以上事宜，才可以开始设计智能家居，我们有完整的智能家居设计流程，样例，表格，图纸，欢迎来电共享。

二．难点在如何正确选择智能模块产品

1.与装修工程同步安装，应选用零火式智能模块及插座，针对不同情况可有多种产品选择。

对于白帜灯，日光灯，电器的控制，我公司都提供了对应的产品，内置或外置，并有单键，双键，及混合式智能模块和插座。

2.对已装修的住宅进行智能改造,如果开关处没有零线，宜选用单火式内置模块或单火式八六盒式外置模块。

注意事项

遥控器有多种，可随意选购一个或多个；

无论有几个遥控器，一套智能家居系统只要安装一个RX无线信号收发器即可；

集中控制器一般用于床头柜或客厅的茶几上，个数不限；即插即用，直接接电源插座开关控制器可控制整个网络，一般用于进门处，大厅里，用作全开全关、场景设置或是多控开关；

智能模块直接接灯或电器，用于本地控制，同时接收网络控制信号。

每一个控制对象均需接一个相对应的智能模块。

已装修的和未装修的家居应根据实际情况选用不同型号的产品，并且白帜灯（灯泡）、日光灯（管灯，节能灯，）和小电器也要选用不同的型号的产品。

第一步：

需求确定

 智能家居不仅是智能化系统产品的设计安装，同时也是个人风格的体现，在进行智能家居设计前，先要弄清自己的喜好、风格；并注意结合住宅的实际情况和家庭在智能化方面可投入的资金情况。

    我们再次强调，家庭智能化也是一个过程，不可能一步到位，应根据自己的情况系统设计、分步骤地选择安装。

   有精力的读者可以借助本站及其它专业媒体、专业网站的指导，动手设计安装属于自己的智能家居系统，这不仅可以选择到自己最喜爱的产品，也能熟悉智能化系统各部份，方便日后的使用和维护。

   由于智能家居涉及不少行业领域：

电子、计算机、通信、自动控制、建筑装饰等，普通用户不可能对这些领域专业知识了解很多，所以除了少数发烧友能够自己从协议、软件、系统设计角度来动手做智能家居外，大部份用户都是根据成品的模块化部件来组装，这种情况与电脑的DIY有些类似-----大部份人都是选择成品的主板、CPU、硬盘、显示器、显卡、声卡、键盘、鼠标，很少有人能（或者愿意）自己去拼装完成显示器或鼠标。

所以我们就不难分析出智能家居DIY的核心----按照总体设计要求，选择合适的模块化部件，进行集成。

   在需求确定中最重要的一点不是智能化如何先进，产品如何高档，而是智能家居系统怎样与你的家居环境有机融为一体，脱离了家居环境的家居智能化系统只是一堆线缆、模块连接件、终端配件、控制器等组成的“垃圾”。

智能家居必须要有个性，也要体现每一个家居主人的风格。

    智能化不是一个孤立部份，它需要和家居装修的其它部份紧密结合，这样才能统一协调、有效运作。

我们希望大家在进行家居装修时，在考虑每一个细节时都从家居智能化的角度考虑一下，而不希望反过来考虑，为了上智能化系统而去改变整个房间结构布局、家庭生活习惯，智能化是为现代生活服务的，而不是用来主宰你的生活的。

   好了，有了一个客观的心理准备，我们可以往下了。

第二步：

背景材料准备

在进行智能家居装修前，学习一些有关这方面的入门知识很有必要，你可以通过以下几种渠道进行较全面学习掌握：

   报刊杂志的准备。

在国外有不少专业的智能家居杂志如“homeautomation”、“electronichouse”、“TecHomeBuilder”但国内却还没有一本专业的智能家居杂志，但你可选择最相近的安防、网络、音响、家居方面的专业杂志，因为它包括了智能家居安防和自动化控制方面的主要产品介绍.

   行业资料的准备。

要对涉及的相关标准有所了解，包括家居布线标准、安防标准、电气设施标准规范、家庭居室装修质量验收标准等。

   网站参考。

相对于书面资料来讲，智能家居方面的网站显得资料丰富、更新及时，既有智能家居行业网站，又有各生产厂家和分销商、工程商的网站。

第三步：

了解产品

   在哪里能方便地找到智能家居产品？

就像选择电脑配件或装饰材料一样方便？

就目前来说，还有点困难，因为在全国的确还没有这样一个集中的产品交易市场，甚至还没有一家全方位产品销售的公司。

但随着智能家居市场的快速启动，也许过不了多久，在各大中城市都会出现不少这样的专业市场和商店。

   其实在许多建材、家居装饰、五金交电、电器音响市场、电脑网络市场都已有部份智能家居产品销售。

有机会可以到这些市场转一转或许也能发现一些系统产品和配件。

   没有一个集中的选购地点这就对自己动手做的用户提出更多要求，需要自己主动了解多一些产品资料，作出对比分析，才能配置也性能价格比高、适合家居环境、符合个人特色的智能家居系统。

   第二步的资料准备其实也就是产品市场了解的过程，除此之外，一些智能建筑、安防、数字社区方面的展览与研讨会也不要错过，这里展示着最新的产品和解决方案，而且你运气好的话，还能现场购买一些好的系统配件。

   了解产品的同时也要关注价格，除非你只在乎功能而不在乎价格。

在产品选型阶段，了解清楚所需系统产品的大致价格范围就可以了，在具体购买时，将优先选择厂家、专卖店，其次是智能家居产品专业代理销售商。

第四步：

准备设计资料

   这些资料包括：

       住宅平面图（含详细尺寸与功能）；

       装修设计图（含电器设备的摆放）；

       灯光等强电系统的布线图；

       最关心的功能与特殊要求。

第五步：

了解配套环境

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2008-10-1513:

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   你全面着手设计智能家居时，必须充分了解所在小区的智能化设计与安装情况，除非你是独体的别墅，否则千万不要省掉或滞后这一工作。

因为如果不了解小区使用的系统与产品情况，就会出现系统重复安装、产品不配套、小区管理对智能家居产品有其它特殊要求而导致最终安装困难，如果事先了解好并取得他们的帮助，能让你的设计能最好地利用资源。

第六步：

系统设计与产品选型

   好了，现在就可以开始设计属于自己的智能家居了。

我们将用几个实例来介绍如何设计智能家居环境。

对于众多的智能家居系统产品，究竟现在选哪些好呢，这里也是有许多值得仔细考虑的。

   在整个智能家居系统选型时，大家会经常听到“家庭控制主机”。

确切来讲，一个完整的智能家居系统的确需要一个对整个系统进行控制的家庭“家庭控制主机”。

但对于许多DIY一族来说，却不一定要一开始就购买。

原因有两点：

   ①目前市场上并没有一个占主导的家庭控制主机，因此在产品搭配上会有很多困难，在这个主机系统与其它系统共同运作时需要对各个系统有深入的了解。

而对于刚接触智能家居系统的DIY用户来说的确有些难度。

   ②家庭控制主机的费用相对昂贵，在开始设计安装智能家居系统时应谨慎从事，以免花了钱却买回自己不需要的东西。

   我们推荐的做法是先上一些子系统产品，在使用一段时间后根据自己的实际情况再选择“家庭控制主机”系统，因为我推荐的每一个子系统都自成体系但又可以相互连接，在条件成熟时用控制主机系统将它们有效连接起来，用统一的界面进行管理。

这样最终安装完成的系统才能尽量满足您的需要。

规划设计步骤包括：

   ①先设计配置以下子系统：

家居布线系统、家庭局域网络及宽带网、电话通讯系统、家庭办公系统、可视对讲（门铃）系统、智能灯光控制、家庭安防系统、家庭娱乐系统。

   ②设计配置与所在小区结合安装的智能化子系统：

小区报警系统（家庭报警点或接口）、三表抄送系统、小区物业管理系统、小区宽带增值服务（网上教育、网络游戏、VOD点播、网上购物等）。

   ③有条件的用户或对各子系统产品比较了解的用户可以选择家庭控制主机。

   ④可以选择安装的其它家庭智能化设备和产品：

家庭中央空调、整体厨卫产品、环境控制产品。

第七步：

安装、配置和维护

   好了，整个系统设计、产品选型已完成，产品和配件也已购买。

需要提醒的是要特别注意您所购买的产品是否包含了安装和维护的服务，如果厂家或分销商带有安装调试服务的当然最好，如果没有的就要获得尽可能多的资料—技术手册、用户手册。

另外，如果您不太懂电工知识的话，建议您在专业电工人士的指导下进行安装。

   工程布线说明

   无需铺设任何信号线，只需连接电力线。

   1．零火式的智能模块的输入端为220V零线和火线，输出端连接负载（建议采用）。

   2．单火式的智能模块只需连接220V的火线，输出端连接负载。

   3．开关控制器，RX无线信号收发器，空调智能模块只需连接220V零线和火线。

   4．遥控器，集中控制器，定时控制器，电话远程控制器等无需安装布线，直接接220V插座即可。

   5．需智能控制的设备尽量安装在同一空气开关下。