毕业设计6DTMF远程控制系统方案设计与论证Word格式文档下载.docx

1、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。因此它比起这一些的常规的遥控方式显示出了一定不可比拟优越性。它不需占用了一定的频率资源，也不会造成电磁干扰以及电磁污染，又突破常见的遥控方式的空间界限，可跨越省市，甚至跨越国家。又由于本装置采用电话线网络作为媒介及并接在电话机的两端，且不占据电话线的资源，又充分地利用了电话这一种己经比较成熟的双工通信方式，通过电话的语音提示的信息，从而使操作者能够及时

2、了解受控方信息，使产品达到交互式与智能化。1 DTMF远程控制系统方案设计与论证1.1系统方案设计DTMF远程控制系统是由单片机构成主控部分，主要进行信息处理，接收外部操作指令形成各种控制信号及发出相应的控制信号，并完成对各种信息的采集。此系统主要由电话振铃检测模块，电话自动摘机、挂机控制电路和阻抗匹配电路，DTMF译码模块，语音存储模块和功放模块，以及微处理器控制和驱动电路模块六大部分组成。如下面图1-1所示：1.2 系统方案论证在系统方案设计之前做了大量的准备工作，仔细阅读了与电话技术相关的资料并进行了整理，搜集了许多语音芯片资料该系统并接于家用电话的两端，不会影响到电话机的正常使用。当用

3、户拨打家用电话机号码，由通过市局交换机向电话机发出振铃信号，振铃检测模块检测有铃流进来，首先检测振铃的次数达到10次（次数通过软件进行设计）后，单片机控制实现模拟摘机，并驱动语音电路提示请输入密码。并通过单片机进行核对，如果该密码正确，则在语音的提示下输入该要控制家用电器的命令键。DTMF信号通过双音多频解码器解码后，由微处理器提起数据后去控制该家用设备。当用户输入 “#”（程序设定）键，自动实现挂机，从而完成一次远程控制。当且摘机后，在30秒（时间由程序设定）内没有输入，电话会自动挂机。信号音检测采用软硬件相结合的方法来实现对拨号后线路状态的识别。由此，该方案论证可行。2 电路设计2.1系统

4、工作原理系统的原理图如下图2-1所示，系统由电话振铃检测模块，电话自动摘机、挂机控制电路和阻抗匹配电路，DTMF译码模块，语音存储模块和功放模块，以及微处理器控制和驱动电路模块六大部分组成，采用以AT89C51作为核心控制器件，MT8870为DTMF信号的接收电路，在系统程序的控制下实现其功能。它适用于家庭、商店等无人的场所、还可以用于工业控制现场。以电话作为媒介， 通过电话线完成对设备的远程操作。系统的工作原理如下：由于该系统并接在家用电话的两端，且不影响到电话机的正常工作，因此出门在外的人，可以通过拨打家中的电话号码，交换机向家中电话机发送振铃信号，当有振铃信号进来的时候，该系统的振铃检测

5、电路接受到铃流信号时，微控制器的定时/计数器T1开始计数，当计数的次数达到10次时，计数器溢出向CPU申请中断，当CPU响应中断请求后，置P2.6口低电平，启动模拟摘、挂机电路，实现自动摘机。接通线路后,CPU置P1.6口低电平，选中语音芯片，而后微处理器模拟SPI总线工作方式向ISD4004发出控制命令，从而启动语音提示电路，（该电路主要由ISD4004、LM386和外围电路组成，语音信号通过变压器。）发出“请输入密码”这一提示信息，提示用户输入密码，用户输入的密码通过电话线接口电路，再通过解码芯片MT8870及一些外围元器件组成的解码电路，将双音频信号转化为相应的二进制号码，从该芯片的Q1

6、Q4端口传送到AT89C51的P1.0P1.3口进行密码检验，如果密码不正确，语音信号会提示用户“密码不正确，请重新输入密码”。当密码检验正确后，再由语音信号提示用户输入要控制的设备代号。当用户操作成功后，再由语音提示用户是否继续操作，用户可以根椐自己的需求，进行下一步的操作，如不需要，既可挂机结束本次远程控制操作。图2-1 基于DTMF远程控制系统工作原理图图2-1 DTMF远程控制工作原理图2.2 电路设计2.2.1 振铃检测电路设计如下图3.1所示，该电路是以光耦合器件为核心组成的，当有铃流信号进来，此信号通过光耦合器件，给发光二极管一个电压，从而使光耦合器件工作，再经过一个反向器输出标

7、准的方波信号，可供主控部分的检测。图3.1 振铃检测电路1 电路设计思想 由于在电话线上没有摘机之前，电话线的两端是4860V的直流电压信号，当电话线上无振铃信号时，该系统不会工作。当一有铃流信号进来，程控交换机送来的是253HZ的正弦交流电压，其PP为9015V，信号以1秒送，4秒断的形式发送，振铃检测可以有多种形式，但是最常用的是采取光耦合器件来实现的，由于它的优点在于可以使输入与输出在电气（电源、地线）上完全绝缘，具有很高的抗干扰性。而在该电路当中，它作为一个开关器件和信号隔离的作用。同时具有很高的耐压值可达到5001000V，以及价格便宜，设计简单，工作可靠等优点。只要在软件部分进行振

8、铃次数的检测，设置在一定次数的振铃后再摘机提高了系统的稳定性。2 元件选取1）隔直电容C1的选取：隔直电容C1是电解电容，用于过滤直流，滤出低频信号，而且振铃信号的电压还比较高，在这里采用1耐压100V的钽或铝解电容。2）电阻R1的选取：电阻R1是起限流作用，保证光耦合器器件的正常工作，因为电线的阻值少到一定值，便会在电话环路内形成动作电流（程控电话交换机检测到环路电流突变大于30mA,即认为用户己摘机），会影响电话线路的正常工作。所以取33k。3）稳压二极管D1的选取：稳压二极管D1的采用主要考虑到对光耦进行保护而设计的。它反相并接于光耦的两端，当信号的正半周期加在光耦的两端使其导通，当负半

9、周期时，使光耦截止，可经此该二极管续流，从而保护光耦不会电压过大而损坏，这样就要求光耦要有良好的耐压性能。此处取1N4003。4）光耦U1的选取：由于它是一种光电信号的耦合器件，它是一种将发光二极管和光敏三极管封在一起。通过光信号耦合，使夹杂在输入开关量中的各种干扰脉冲都挡回在输入回路的一侧。具有较高的电气隔离和抗干扰能力，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、体积小、寿命长等优点。选取型号为TIL系列的P621。5）电阻/电容R2/C2的选取：电阻R2电容C2共同组成滤波电路。主要是滤除振铃信号中的低次谐波。使信号到开关三极管的基极可以得到较

10、好的方波信号，从而可以使以后输出的信号加到AT89C51的定时/计数器T0。 6）反相器的选取：用来检测振铃信号的光耦在导通和截止时，光耦三极管的集电极（输出端）电平并不是确定的数值，如果此输出信号传给主控单元，势必使主控单元无法识别，影响其正常工作。为了解决这一问题，采用了在光耦的集电极加一反相器的办法。反相器输出的波形有很大的改善，基本上是方波信号，本电路采用了开关三极管等组成，信号三极管的集电极引出，优化了电路设计，使其工作更加可靠。2.2.2 摘挂机与阻抗匹配电路设计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300，有R键的电子电话机的摘机状态直流电阻应350。在挂机状

11、态下，其漏电流5uA。因为程控电话交换机检测到电话线回路电流突变为大于30mA时，即认为用户己摘机。当回路电流小于30mA时认为电话己挂机，即与系统通讯结束。摘、挂机控制电路如图3.2所示，在未摘机之前，P2.6（CONET）端为高电平，该电路处于末工作状态，当振钤检测电路检测到十次振钤时，P2.6输出低电平，使得Q9管导通，从而使得Q8也导通，继电器工作，使得电话线与阻抗匹配电路连接形成摘机动作并保持通话状态。阻抗匹配电路如图3.3所示，同样，在未摘机之前，P2.6（CONET） 端为高电平，该电路处于末工作状态， 当振钤检测电路检测到十次振钤时，P2.6输出低电平，使得Q2管导通，从而使得

12、Q1的基极变为低电平也使Q1导通，Q1的集电极经电阻R3和发光二极管组成回路， 图3.2 摘、挂机电路图形成大约300的电阻电流为30mA的恒流源，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3.3 阻抗匹配电路图2 元件选取与电路仿真1）摘、挂机控制电路元件的选取及说明 此电路中我们需要的是开关三极管，所以三极管选用PN4250与PN222。R13为限流电阻，Q9导通集电极电压较大为使Q8导通不烧坏，R14取10K较为合理。 继电器选用12V的电源，为使继电器正常工作，需要加续流二极管D4，D4选用10BQ015。

13、元件选定之后，利用仿真软件PROTEUS仿真结果如图所示：当振铃次数在十次之图2.？ 摘挂机控制电路仿真图前时为图3.？（左），此时继电器没有工作；当振铃次数在十次之后时为图3.？（右），此时继电器处于工作状态。2）阻抗匹配电路元件的选取 极性保护电路D1的选取：当程控交换机确认有摘机信号时,送来的是直流信号,但是电话线哪一端为正,哪一端为负,为了解决这一问题，电话机中都装有极性保护电路，这样做可以使不确定的极性变成确定的极性，经其变换后再与电路的其它部分相连，起到了必要的保护作用。本电路选取的4个二极管的型号为1N4004。 高压三极管Q1及开关管Q2的选取: 接在电话线路中的三极管一般都选

14、择高耐压的三极管，该电路也考虑到电话线上的电压有时可能会出现很高的情况，所以选用了高压三极管。从程控交换技术手册可以了解，摘机时电话线两端的电压为811V左右，环路阻抗要小于2K（600时比较合适），环路电流要在30mA左右。三极管Q1的主要作用就是充当恒流源，需选用PNP型的三极管。本电路选取的是2N5401。而三极管Q2的作用起到开关的作用,当加高电平时,处于饱和导通状态,当低电平时,处于截止状态.本电路取出2N5551当电路没接通时电流为0A，但当自动摘机之后电路中的电流达到40mA，电路中的动作电流大于30mA。所以此电路经检测设计合理。 图2.？ 阻抗匹配电路仿真图2.2.3 微处理器简介