手机控制家用电器.docx

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手机控制家用电器

河南科技学院新科学院

2010届本科毕业论文（设计）

手机控制家用电器

学生姓名：

所在系别：

机电系

所学专业：

电子信息工程

导师姓名：

完成时间：

2010-5-27

摘要：

用户通过自己的手机发送指令，它通过接收电路把用户的指令传到相对应的电器上。

扩展功能可实现通过流媒体电视这一家庭管理和娱乐中心，实现网上冲浪、家电控制、家庭安防功能。

高清网络流媒体电视除了一般的家庭电视娱乐休闲功能之外，可享受大屏幕高清晰的网络畅游，升级娱乐体验，以及通过集合了家庭局域网内的所有家电的控制菜单，实现如通过网络摄像头，监测家中的场景功能；通过遥控器、短信控制空调、热水器、洗衣机等家用电器的功能，如开关、水温控制以及洗衣模式选择等。

关键词：

AT89C51MT8870LM386

INTRODUCTION:

Usersthroughtheirmobilesinstruction,itthroughtheuserinstructionsreceivingcircuittocorrespondingappliance.ExpandfunctionscanberealizedthroughthestreamingmediaTVthisfamilymanagementandentertainmentcenter,surfingtheInternet,homeappliances,householdsafetycontrolfunction.Hdtelevisionnetworkflowmediaexcepttheaveragefamilytelevisionentertainmentfunction,canenjoybigscreenofhigh-definitionnetworkupgrades,swim,entertainmentandthroughtheexperienceofwlanfamilyallappliances,suchasthecontrolmenubywebcam,monitoringthesceneathome;Throughtheremotecontrolofairconditioning,heating,SMS,washingmachinesandhouseholdappliances,suchasthefunctionofwatercontrolandswitch,laundrymodeselection,etc.

目录

1绪论1

2系统设计要求2

3系统总体结构3

3.1总体设计3

3.2手机的工作原理5

3.2.1射频部分5

3.2.2接收机6

3.2.3发射机7

3.2.4频率合成电路8

3.3软件模块9

3.3.1信号音计数9

3.3.2密码检测9

3.3.3信号分析处理9

4硬件单元电路设计10

4.1.1电源及音频模块10

4.1.2振铃检测电路11

4.1.3双音频解码12

4.1.4信号音提示电路13

4.1.5电器控制电路15

4.2软件设计16

4.2.1信号音发声部分16

4.2.2密码检测部分20

4.2.4控制电器部分22

4.2.5振铃计数部分24

4.3系统功能扩展26

5结束语27

致谢28

参考文献28

附录29

1绪论

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。

但是，由于固定电话网络的局限性，使其灵活性和通用性受到很大的限制。

随着手机的推广，移动网络的覆盖。

使手机通讯可以随时随地的进行，基于电话的远程控制原理和手机网络的灵活性，我们越来越重视手机的实用性。

所以，就有了手机代替固定电话的远程控制，使远程控制更加具有实用性。

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。

手机（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，由于手机（电话）通讯的各地联网，可以充分利用现有的通讯网络，使遥控距离可跨省市，甚至跨越国家来进行。

手机（电话）属双工通信手段。

因此，这可以大大体现出利用手机（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。

手机（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，并不能完全体现出手机（电话）遥控方式的双工通信特点。

对这一缺点进行了较大改进，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。

本设计的各种电器接口、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。

设计为突出手机（电话）遥控的信息反馈功能，并使产品达到非常高性价比。

故未对手机（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（此次为了保证整体电路的廉价，所以并未使用语音芯片）。

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。

2系统设计要求

2.1总体设计分析

根据手机远程智能遥控系统的具体设计要求：

⑴通过通讯网络对异地的电器实现控制（开/关）；

⑵控制器可以实现控制电路启动；

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接收电路开启；

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；

3系统总体结构

3.1总体设计

手机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手机外线的接口。

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1.1所示

图1.

系统原理图

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

反馈电路反馈至手机。

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，也可通过连接不同的终端并对手机进行必要的改动从而达到功能的扩展。

本系统设计的每一个接口电路（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。

本系统设计使用最简单的电路、最便宜的电路芯片实现了完善的功能。

本系统设计还有许多可以添加的功能，具有很强的市场前景。

本设计系统并联于手机音频电路，不会影响到手机的正常使用。

用户通过异地的手机（电话）拨通本装置所连接的手机号码，通过移动交换网络向该手机装置发出振铃信号。

本装置如果检测到振铃五次，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。

根据手机和交换机发出的不同信号音以及手机装置的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。

3.2手机工作原理

3.2.1射频电路

射频电路主要有接收机、发射机和频率合成电路3部分组成。

接收机将接受进来的高频信号（GSM为935~960MHz,DCS为1805~1880MHz）下变频为67.768KHz的IQ模拟基带信号；发射机将67.768KHz的IQ模拟基带信号上变频到发射频段（GSM为890~915MHz，DCS为1710~1785MHz）。

图2.射频电路框图

图3.射频电路原理图

3.2.2接收机

手机工作时，935~960MHz（GSM）或1805~1880MHz（DCS）射频信号有天线04接收经耦合电容C124送到射频开关（也称天线开关）U1027脚，U102工作状态受U104射频开关控制器控制，U104的工作电压由RF-V2（2.75V）提供。

接受射频信号从U1025脚输出，送到高频滤波放大电路。

当手机工作于GSM900频段时，935~960MHz信号经高频带通滤波器FL400滤波后送到GSM放大器Q410的基极，经放大后从Q410集电极输出，经耦合电容C452送到滤波器FL459进行滤波以降低杂波干扰。

滤波后的高频信号送至混频器Q453，同时，535~560MHz（GSM）接受一本振信号从Q453发射机输入，混频信号从Q453集电极输出，经电容C457送到声表面波带通滤波器FL457，滤波后得到400MHz接受中频信号。

当手机工作于DCS1800频段时，1805~1880MHz信号经高频带通滤波器FL401滤波后送到DCS放大器Q430的基极，经放大后从Q430集电极输出，经耦合电容C472送到滤波器FL458进行滤波以降低杂波干扰。

滤波后的高频信号送到混频器Q453，同时，1450~1480MHz（DCS）接受一本振从Q453发射极输入，混频信号从Q453集电极输出，经电容C457送到声表带通滤波器FL457，滤波后得到400MHz接受中频信号。

无论手机工作于哪个频段，由滤波器FL457输出的接受中频信号经中频放大器Q480放大后，从中频模块U201第4脚输入，U201内部与400MHz接收二本振信号混频，即进行中频解调，得到67.768KHz模拟IQ基带信号，该模拟基带信号继续在U201内部的调制解调器中完成GMSK解调，产生22.8kb/s的数据流，经过数据线串行送到中央处理器U700进行信道解码。

3.2.3发射机

由逻辑部分处理后的22.8KHz数据流经数据线串行送到中频模块U201，在U201内部完成GMSK解调，得到67.768KHz的模拟基带信号。

该信号在U201内部与发射二本振信号混频，得到发射中频信号从U20119脚输出，送到Q290和U290组成的环路了滤波电路进行滤波，滤波后的发射中频信号经R295、R306送到发射压控振荡电路。

当手机工作在GSM900频段时，发射中频信号经L308送到由变容二极管VR308和GSM发射压控振荡器Q306组成的GSM发射压控振荡电路。

Q301是GSM发射压控振荡器控制管，当TX-GSM-VCO信号为高电平时，Q301产生控制电压送到Q306基极，使Q306振荡，产生890~915MHz（GSM）信号，从Q306集电极输出。

从手机工作在DCS1800频段时，发射中频经1309送到由变容二极管VR309和DCS发射压控振荡器Q311组成的DCS发射压控振荡电路，Q313是该压控振荡器控制管，当TX-DCS-VCO信号为高电平时，Q331产生控制电压送到Q311基极，使Q311振荡，产生1710~1785MHZ发射频率，从Q311集电极输出。

无论在哪个频段，发射压控振荡器产生的发射信号都经C313、R316、C317送到发射缓冲放大器Q318的基极。

当TXVCO-EN信号为高电平时，Q318工作，从集电极输出放大后的发射信号，经发射激励器Q333激励后，送到由Q389、Q384组成的二级发射预放电路，Q389、Q384的集电极工作电压由B+提供，功率控制器送来的控制信号TX-PAC控制Q389、Q384放大倍数。

经预防的信号从Q384集电极输出，经C366、C353送到功率放大器Q378。

Q378放大倍数受功率控制器送来的TX-PAC控制，放大发射信号从Q378集电极输出，经耦合后分为两路，一路通过天线开关U102从天线发射出去，另一路作为发射反馈信号送到功率控制器U3502脚，U3509、10、11脚是U201送来的基准功率等级信号、发射键盘启动信号和饱和度检测信号，在U350内部，实际功率与基准功率进行比较，产生功率控制电压TX-PAC送到发射功率放大电路，控制放大倍数。

3.2.4.频率合成电路

双频手机可工作于GSM900和DCS1800两个频段，所以，它的接受一本振需要提供GSM900和DCS1800两种频率，UHFVCO第一本振电路由频率合成器（U201）、变容二极管（CR201）、本振振荡管（Q201、Q201）和本振放大管（Q421）等组成。

中央处理器（U700）输出的频率合成使能（SYNEN）、数据（SYNDAT）、时钟（SYNCLK）信号送到频率合成器（U201）。

U20123脚输入的是26MHZ频率，该频率在U201内部二分频，作为13MHz参考频率。

U201将分频后的一本振反馈信号与13MHz参考频率鉴相，并且根据SYNENSYNDATSYNCLK提供的数据，产生控制电压，从17脚输出送到变容二极管（CR201），该控制信号调整CR201的电容，从而调整了由CR201和Q201、Q202组成的振荡电路的振荡频率，使其振荡在相应频率上。

控制振荡电路的另一个信号是RX-DCS-GSM，当它为高电平时，二极管VR201导通，从而改变振荡电路结构，控制振荡频率。

振荡频率从Q202集电极输出，分为两路一路作为一本振反馈信号经R209、C224从15脚送回U201，在U201内部与13MHZ参考频率混频，产生控制电压。

另一路径C422送到本振放大管Q421基极，经放大后，从Q4221集电极输出，经C423、R423、R425送到接受一混频电路和发射压控振荡电路。

振荡电路的工作电压由SF-OUT（超滤波输出）提供，放大管Q421的工作电压由VCO-275提供。

与一本振反馈信号鉴相的13MHZ频率由26MHz晶体Y230振荡产生，它从25脚输入U201并在U201中二分频，得到13MHz参考频率。

图4.发射信号流程图

图5.接收信号流程图

3.3软件模块

经过比较，我决定使用AT89C51作为控制的单片机芯片。

3.3.1信号音计数

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。

3.3.2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。

3.3.3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。

经过翻阅大量的技术资料，对具体要求实现的功能进行完整的系统分析，我认为我的手机遥控系统设计基本符合实际情况，可以完成设计任务所要求实现的基本功能。

4硬件单元电路设计

4.1.1电源及音频模块

图6.电源及音频模块

4.1.2振铃检测电路

在手机电路未产生铃流前，手机由其基本电路产生直流电压使手机工作。

当用户被呼叫时，手机有振铃电路发出铃流信号。

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。

图7.振铃检测电路

原理说明：

手机振铃信号通过电容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。

光电耦合器以光电转换原理传输信息，它不仅使信息发出端（一次侧）与信息接收并输出端（二次侧）是绝缘的，从而对地电位差干扰有很强的抑制能力，而且有很强的抑制电磁干扰能力。

速度高、价格低、接口简单。

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。

经过三个反向器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，控制继电器吸合，完成振铃音检测。

原器件选取：

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）。

为了使振铃信号音输出很好的方波波形，计算后选取R2=10kΩ，C2=100μF，τ=1s；

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中的三组反向器组成，起整流作用；

4.1.3双音频解码

原理简介：

双音多频DTMF信号解码电路由MT8870主要承担。

MT8870的连线如图3.4所示，它的2、3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P1.4~P1.7，CPU经P1口识别4位代码。

电话按键与相应译码（Q4~Q1）输出见附录。

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”。

有些技术资料会出现错误，包括比较权威的手册，所以我是在实验中，记录下测量的每一组数据后，才把这些数据应用于程序当中。

为了使单片机AT89C51获取有效数据，MT8870的STD有效端经反相后接CPU的/INT0引脚。

当MT8870获取有效双音多频信号后,STD电平由低变高，再反相为低，CPU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STD端变化的。

DTMF接收器的外围电路如图3.4所示。

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STD端中断关闭。

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

当STD有效（即中断开放）时，P=1则/INT0中断关闭；P=0时则/INT0中断允许。

本单元元器件列表：

1）D1、D2、D3、D4共同组成整流电路，选取4001；

2）R1和R2是输入平衡电阻，取100KΩ,C1隔直电容，取0.1μF；

3）芯片外部晶振选择3.579MHz；

4）IC1是双音频解码芯片，选取MT8870；

5）C2选取0.1μF；

6）R3是输出平衡电阻，选取100KΩ；

7）反向器选取74LS04的一组反向器；

4.1.4信号音提示电路

原理说明

为了方便本系统的使用者，本人设计了信号音提示音电路。

首先我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；

信号音从单片机89C51的RXD/P3.0口输出，先经过一组反向器进行整流、隔离，从反向器输出的是频率一定，时通时断的方波，提示信号经过隔直电容C1输入到音频放大集成电路LM386N-1的输入端。

经过LM386N-1的放大，信号音经耦合电容C5至变压器T1，它是音频输出专用的耦合变压器，正好符合阻抗匹配的要求。

本电路比较难点在于耦合变压器T1的选取。

因为手机线路中直流电压比较高，而且还有各种信号音，这些都会影响到语音信号加载到手机线路上，因此本装置使用一个耦合变压器作为隔离器件。

这个耦合变压器的阻抗匹配问题是设计的难点，设计初我查阅有关资料并没发现具体参数。

后来看到可以邮购这种电话语音专用耦合变压器，其具体性能都很优秀，但是价格太高，不符合我的设计原则（元器件便宜），因此弃置不用。

到了毕业设计的后期，本装置的基本功能已经完成，音反馈的问题又重新提到议事日程上来了。

经过我不懈的努力，终于在电子市场上发现了体积很小的电话专用耦合变压器，价格只有2元。

这种耦合变压器分两种，一种是输入，一种是输出，经过实验表明输入用的耦合变压器反馈语音性能比较好，其体积大约是10mm×10mm×8mm。

4.1.5电器控制电路

原理说明：

本单元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8所示。

图8.电气控制电路

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