电话远程控制系统设计.doc

电话远程控制系统设计1系统方框图1.1系统组成系统结构方框图如下: 图1.1 1.2 系统工作原理电话远程控制系统的原理方框图如图1.1所示：系统由电话振铃检测模块，阻抗匹配电路，DTMF译码模块，晶振复位电路模块，以及微处理器五大部分组成。系统以AT89S51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远程控制功能。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，它通过电话控制各种空调和家用电器，并可以连接防探头实现自动报警，同时该系统提供对各种空调未端设备的控制。以电话作为媒介， 通过电话线完成对设备的远程操作。此电话远程控制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，该系统的振铃检测电路接收到铃流信号时，单片机的定时/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P1.4为低电平，启动模拟摘机电路，实现自动摘机。接通线路后，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Q1Q4端口传送到AT89S51的P1.0、P1.1、 P1.2、P1.3口,通过P1口将该二进制数读入并保存在数据RAM区，又单片机控制的相应的发光二极管亮灯。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。2设计方安2.1时钟复位电路设计2.1.1 复位电路设计单片机复位是使CPU和系统中的其他功能部件 都处在一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作，例如复位后PC=0000H，使单片机从第一个单元取指令。复位电路一般有上电复位、手动开关复位等电路，如图1.2所示。其中RET输出电压必须在2V以上，C3极性电容充电放电必须维持在2个机器周期以上。一般R11和C3的取值为2K、22uF。在此我们选择 图2.1复位电路手动开关复位电路。2.1.2时钟电路 在MCS-51芯片内部有一个高增益反相放大器，其输入端为芯片引脚XTAL1，其输出端为引脚XTAL2 。而在芯片的外部，XTAL1和XTAL2之间跨接晶体振荡器和微调电容，构成一个稳定的自激振荡器，这就是单片机的时钟电路，时钟电路产生的振荡脉冲经过触发器进行二分频之后，才成为单片机的时钟脉冲信号。时钟信号电路如图1.3所示。 图2.2时钟电路其中C4和C5的取值一般在20pF40pF间，在此设计中我们取30pF,晶振为12MHz。2.2振铃检测电路设计如下图1.4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，输出方波信号到P3.3口，供主控部分的检测1。图2.3振铃检测电路2.2.1 电路设计思路 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。当有铃流信号进来，程控交换机送来的是253HZ的正弦交流电压信号，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。只要在程序部分进行振铃次数的检测，设置在一定次数的振铃后再摘机，提高了系统的稳定性。2.2.2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22F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，保证光耦合器件的正常工作，因为电话线的阻值小到一定值时，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。所以此处取15k。(3) 稳压二极管D1的选取稳压二极管D5为光耦器件进行保护而设计的。它并接于光耦的两端，当信号的正半周期加在光耦的两端使其导通，当负半周期使光耦截止，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。此处采用1N4001。(4) 光耦U1的选取光耦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的器件。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。光耦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。2.3阻抗匹配电路设计阻抗匹配电路如图1.5所示。 在未摘机之前，P1.4端为高电平，该电路处于未工作状态，当振检铃测电路检测到十次振铃时，P1.4输出低电平，Q2管导通，从而Q1的 基极变为低电平也使Q1导通，Q1的 集电极经电阻R7和发光二极管组成回路 图2.4阻抗匹配电路 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，实现电话线路接通。整个电路完成自动模拟摘机过程。2.3.1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择耐高压的三极管，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.本电路选取2N5551。 2.4音频解码电路设计2.4.1 DTMF解码芯片MT8870DTMF信号接收器又称为DTMF解码器，它的功能是把DTMF信号变换为二进制数字信号。利用这些数字信号借助逻辑电路进行控制，在程控电话系统中它往往接在交换机中。目前双音多频产品多属于CMOS 集成产品，国际上一些主要器件产品厂商或公司均有代表性的DTMF接收器。如MITEL公司MT8870、M8870、MH88305与MK5091等。这些DTMF产品集成度高、体积小、抗干扰能力强，并且中间传输的是两个音频信号，最后输出的是二进制编码信号，便于与微型计算机接口。本系统选取的MT8870是MITEL公司生产的DTMF信号接收器，是COMS大规模集成电路芯片， MT8870的内部集频带分离滤波器与数字解码功能为一体，滤波部分用开关电容技术，分成高频群及低频群滤波器，解码器使用数字计数器技术检测把全部16个DTMF音调解码成四位二进制码。由于它内部有差动放大器、时钟振荡器和锁存三态总线接口，所以减少了该集成电路外部器件的数目。MT8870 共有18个引脚，引脚分布如图1.6所示。MT8870引脚功能如下：IN+：运算放大器同相输入端；IN-：运算放大器反相输入端；GS：增益选择，它为内部运算放大器输出端与前端连接反馈电阻提供通道；VREF：基准电压输出端，标准值VDD/2用来给内部运放输入端加偏置；INH、PWDN：内部连接端，大多接到VSS图2.5 MT8870的引脚分布DSC1、2：时钟输入端及时钟输出端，这两脚之间接一个3.579545MHz的石英晶体组成内部振荡电路。VSS：负电源输入端，大多数情况该端接公共地。TOE：三态输出使能输入端，该端为逻辑高时使能Q0-Q3有输出。Q1-Q4：三态数据输出端，当TOE为使能时，提供与最接近接收到的有效音调对相对应的四位二进制码。STD：延时导引输出端，当一个被收到的音调对已被寄存并且锁存器的输出已被校正时，该端为逻辑高，当St/GT端电压降到低于VRS时，该端转变为逻辑低。EST：早期导引输出端，表示有效音调频率的检测。一旦数字算法检测到一个有效的音调（信号状态），该端就出现高电平，信号状态的任何减小将导致EST转换为逻辑低。ST/GT：导引输入/保护时间输出。它是一个双向端，STD检测出一个大于VTSt的电压，器件寄存所检测到的音调对并校正锁存器输出；STD端检测出一个小于VTSt 的电压，器件自由地接收一个新的音调对。GT输出的作用是重复外部导引时间常数。VDD：正电源输入端，规定VDD 为+5V。2.4.2微处理器由于是用于小产品的设计，要求体积小、功耗小、容易控制，我选择了我最熟悉的AT89S51。（1）AT89S51主要技术指标3AT89S51与MCS-51系列的单片机在指令系统和引脚上完全兼容。AT89S51是一种低损耗、高性能、CMOS八位微处理器。片内有4k字节在线可重复编程快擦写程序存储器；全静态工作,工作范围:0Hz24MHz；1288位内部RAM；32位双向输入输出线；两个十六位定时器/计数器；五个中断源,两级中断优先级；一个全双工的异步串行口。（2） AT89S51引脚功能：AT89S51单片机共有40引脚，其分布如图1.7所示。 图2.6 AT89S51 P0口是三态双向口,通称数据总线口，因为只有该口能直接用于对外部存储器的读/写操作。P3口与 P1、P2口不同，它具有第二功能。 2.4.3 MT8770与AT89S51单片机的接口电路MT8870电路的基本特性是实现DTMF信号分离、滤波和译码功能，输出相应的16种DTMF频率组合的4位并行二进制码。电路输出的二进制码Q1Q4由数据输出允许端TOE控制。TOE为高电平时，Q1-Q4输出与当前输入的DTMF信号相对应的二进制码；低电平时，Q1Q4端呈高阻状态。运放和R9、R8、C6组成一反相放大器，对输入的DTMF信号进行隔离放大，其增益K=R9/R8，改变R9的值可变增益的大小，但增益不宜过大，一般K值取为15，输入的DTMF信号的幅度应在27.5883mV之间。VREF为基准电压输出端，取值VDD/2=2.5V。 图2.7 MT8870与单片机的连接图(通过网络标号连接) 如组合图1.8所示,输入的DTMF信号经MT8870解调后，在STD端产生一个控制输出信号，该信号输出端与单片机AT89S51的外部中断INT1相连。当该信号发生由1到0的跳变时，中断标志IE1（中断设置为下降沿触发方式），当AT89S51响应中断后，产生一个RD信号，经反相之后使MT8870的TOE端产生一个高电平脉冲信号，该信号使MT8870的数据输出端Q1Q4由原来的高阻状态变为与当前输入的双音频信号相对应的二进制编码信号，AT89S51通过P1口将该二进制数读入并保存在数据RAM区5。2.4.4 DTMF信号DTMF双音多频信号是目前在按键电话(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一种信号，它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，如下表1所示。在表中显示,电话键盘上的任何一个键都由两个互不为谐波关系的频率组成，因此每一个按键对应的一组频率都能够唯一地被辨认出来。 每个号码所对应的两个频率互不为整数比。高频率群中的最高频率1633Hz为备用频率，这样就变为7中取2的方式，只有12个号码。这12个号码代表阿拉伯数字“0”“9”以及符号“*”和“#”，通常这12个号码足够用了。其中符号“*”、“#”用于表示特殊功能，如“重发”、“暂停”等。如按“5”时高频群频率1336Hz与低频群频率770Hz同时输出。采用16键时，高频群频率1633Hz系备用频率，（A）（D）预定为数据通信等其它功能。fLOWfHIGHKEYTOEQ4 Q3 Q2 Q169712091100016971336210010697147731001177012094101007701336510101770147761011085212097101118521336811000852147791100194112090110109411336*110119411477#111006971633A111017701633B111108521633C111119411633D10000ANY0ZZZZ 表1 3总电路图和程序 图3.1电话远程遥控总图3.1电话远程遥控部分电路程序代码3.1.1系统程序流程图相应灯亮读数据由P0口输出到外部电路生成代码送单片机相应P1口保存到数据RAM区调用MT887解码程序开 始系统初始化MT8870初始化振铃声10次到自动摘机、开中断Y3.1.2 系统程序代码 ;-定义单元地址分配表-TOE EQU # 01H ;高电频脉冲控制选通信号LOW EQU P1.4 ;摘挂机控制信号KEY EQU 50H ;按键存放起始地址CODE0 EQU 40H ;按键0的解码值CODE1 EQU 41H ;按键1的解码值CODE2 EQU 42H ;按键2的解码值CODE3 EQU 43H ;按键3的解码值CODE4 EQU 44H ;按键4的解码值CODE5 EQU 45H ;按键5的解码值CODE6 EQU 46H ;按键6的解码值CODE7 EQU 47H ;按键7的解码值CODE8EQU 48H ;按键8的解码值CODE9 EQU 49H ;按键9的解码值CODE* EQU 4AH ;按键*的解码值CODE# EQU 4BH ;按键#的解码值MT8870: SETB TOEMOV P1,#50HMOV A,P1MOV R0,ACJNE A,CODE#,BACKCLR EX0BACK : INC R0PUSH ARETI-初始化编程-ORG 0000HLJMP MAINORG 0003HLJMP MT8870ORG 0100HMAIN: MOV SP,#50H;CODE:MOV CODE0,#MOV CODE1,#MOV CODE2,#MOV CODE3,#MOV CODE4#MOV CODE5,#MOV CODE6,#MOV CODE7,#MOV CODE8,#MOV CODE9,#MOV CODE *,#MOV CODE#,#MOV CODE*,# ; 填入解码值MOV TMOD,#04H ;T0计数方式1MOV TH0,#0FFHMOV TH1,#0F6H ;设置振铃次数为10SETB IT0 ;0中断为负跳变触发SETB EA ;开放CPU中断SETB TR0 ;启动T0工作JNB TF0, $CLR TF0CLR LOW ;振铃次数达到10次就摘机SONG: SETB EX0 ;开放外部0中断;MOV A,P1INC R0MOV P0 ,ASETB LOWSJMP MAINEND4直流稳压电源的设计4.1 +5直流稳压电源任何一个系统都离不开电源的支持，电源好比人的心脏，给整个系统工作提供动力，电源的品质直接影响到系统工作的性能，因此电源在系统中占有举足轻重的地位。在此系统中需要为+5V的工作电源，在电路中，变压器将常规的交流电压（220V）变换成所需要的交流电压9V；整流电路将交流电压变换成单方向脉动的直流电；滤波电路再将单方向脉动的直流电中所含的大部分交流成分滤掉，得到一个较平滑的直流电；稳压电路用来消除由于电网电压波动、负载改变对其产生的影响，从而使输出电压稳定。再经过7805稳压管的稳压,把电压钳制在+5V，这时的电压可以直接连接系统的+5V电压接口。 图4.1电源电路5 PCB板电路设计5.1电源电路PCB设计图使用protel电路设计软件设计好电源电路和电话远程遥控电路原理图,通过ERC检测,生成网表,在导入到PCB面板中,设计好电器规则,通过自动布线和手动布线完成电源PCB板设计,打印生成分别如下图2.1，2.2。 图5.1电源PCB板 图5.2电话远程遥控电路PCB板5.2 电路板的制作在设计好PCB板以后，就开始制作电路板，其过程包括PCB图热转印、PCB板腐蚀、PCB板钻孔、PCB 板表面处理。5.2.1 PCB图热转印热转印：首先将PCB图打印到热转印纸后，用热转印机转印到敷铜板上。注意一般转印机温度加热到150摄氏度，及在转印时转印纸和铜板之间不要出现折皱，否则将影响板面上的线条的质量。转印好后，要等铜板上温度降低以后才能撕掉转印纸，否则将会使打印在上面的线条一并撕掉。注意板上温度也不要降得太低，否则同样会将线条撕掉。5.2.2 PCB腐蚀PCB腐蚀：转印好的线路板必须经过检查、修板，直至确认无误后便可以进行腐蚀了。通过腐蚀液把的非保护部分的覆铜腐蚀掉。蚀刻可以通过一份固体三氯化铁兑两份水配置而成进行，也可以用盐酸和双氧水1：1配置进行腐蚀，步骤如下：首先，用塑料盆或陶瓷盆盛腐蚀液，把要腐蚀的线路板浸没在溶液之中，来回晃动线路板以加快腐蚀速度。腐蚀操作时要特别注意掌握蚀刻时间。时间太长，腐蚀过头会把线路板的线条弄细甚至烂掉，造成废品。这点在蚀刻的线条较细时尤为重要。但是，如果蚀刻时间太短，则有些应该烂掉的铜箔还没有完全蚀刻掉也会影响线路板的质量，增加修板的工作量。一般来说，新配置的腐蚀液的蚀刻时间约5分钟左右。较陈旧的溶液须延长，但若腐蚀时间超过2小时，则必须更换腐蚀液。其次，清洗。首先将腐蚀完的电路板用清水冲洗掉腐蚀液，然后再用有机溶液洗掉墨迹，最后用清水冲洗干净。5.2.3 PCB钻孔蚀刻好的线路板，仅仅是半成品，必须经过钻孔和刷助焊剂等工序。线路板上的孔眼决定了焊接元件的位置，直接关系到安装元件的质量，因此要求按实际元件引脚的大小或图纸所标示尺寸钻孔。孔眼必须钻得正，不能有偏歪的现象，否则将为安装元件带来困难。特别是在钻多脚元件及引脚较大的元件时更应注意。在小型台式钻床上钻孔过程中，注意钻床应取高速转，钻头要锋利，进刀不宜太快，以免将铜箔挤出毛刺。5.2.4 PCB表面处理为了提高电路板的导电、可焊、耐磨、装饰性能，延长电路板的使用寿命，提高电气连接的可靠性，可以在电路板上涂覆一层金属。金属的材料有金、银、锡、铅锡合金等。所以钻完孔后，用细纱布清除板上的粉尘，涂上金属涂覆，然后在焊盘涂上酒精，这样一块PCB板就制作完成了。6 实习总结6.1实习收获和重要心得体会 实习是大学生活的重要组成部分，是大学生从学校过度到社会的至关重要的过程，是立足社会的基石；同样实习也是一个充满困难和挑战，其中充满着磨砺与再学习的机会。 2008年5月19到 6月13日在实验楼为期1个月的实习生活。回首这一个月的实习过程，其实是一个遇到困难解决困难的过成。在困难中找到解决困难的办法，不断的从中获得进步的经验，为更好的规划以后的人生打好基础。实习更是给我留下了一个深刻的印象认真对待每一个困难。在这一个多月的实习中，我觉的我成长了不少。它让我从一个理论学习者转变成了一个能自己动手的实习者。知道了这样解决困难，遇到困难，分析困难