（电气工程专业论文）电话远程无线遥控装置的研制.pdf

摘要 摘要 家庭智能化系统是2 0 世纪7 0 年代后期开始出现的，8 0 年代中期以来，各 种家庭控制系统应运而生。家庭智能控制系统的主要功能集中在家庭安全报警、 电话远程控制、红外集中遥控、自动抄表控制等方面。利用个人通信终端实现 对电器设备的远程控制是许多电器设备制造商关心的技术，利用现有的个人通 信终端，实现基于p l m n ( 陆基移动通信网) 和p s t n ( 公用电话交换网) 的电 话远程控制装置，既可以节约成本，又便于推广。 本文首先介绍了国内外远程控制的研究现状与发展趋势，并且比较了各种 远程控制的差异，提出了一种基于无线遥控和公用电话网相结合的，利用电话 线路实现对家电的远程遥控装置的设计与构造。 其次介绍了该装置的硬件电路结构和软件设计流程。该装置主要由单片机 构成主控部分，进行信息处理，接收外部操作指令完成对各种信息的识别，形 成各种控制信号，依靠接口电路完成对单片机与电话外线和电器设备的接口控 制。 重点介绍了双音频d n 仃解码、控制信息的编码无线发射与接收电路工作 原理和实现方法。针对分散的多路受控设备的准确控制问题提出了对多路电器 设备的编码无线发射的控制和实现方式；并就产品的工作稳定性和可靠性问题 进行了分析研究，给出了电路模块的实际调试方法和电子线路的抗干扰措施。 本装置将公用电话网和无线遥控两种通信方式有效结合，采用具有用户身 份认证的语音提示界面的软件规划，能充分利用现有通信资源，提高装置抗干 扰能力，操作友好，使整个装置组织灵活，稳定可靠，成本低，控制范围可大 可小，使用方便。 关键词：电话遥控；单片机控制；双音频解码；语音提示：编码无线发射 a b s t r a c t a b s t r a c t t h ei n t e l l i g e n ts y s t e mo ff a m i l yb e g a nt oe m e r g ei nt h el a t e1 9 7 0 s s i n c et h e m i d 一1 9 8 0 s ，a l lk i n d so f f a m i l yc o n t r o ls y s t e mc a m ei n t ob e i n g t h em a i nf u n c t i o n so f f a m i l yi n t e l l i g e n tc o n t r o ls y s t e ma r ef a m i l ys e c u r i t ya l a r m , t e l e p h o n er e m o t ec o n t r o l ， i n f r a r e dc e n t r a l i z e dr e m o t ec o n t r o l ，a u t o m a t i cm e t e rr e a d i n gc o n t r o l ，a n ds oo n m a n y e l e c t r i c a l e q u i p m e n tm a n u f a c t u r e r sc o n c e r n e d a b o u tt h e t e c h n o l o g yw h i c hu s e p e r s o n a l c o m m u n i c a t i o n st e r m i n a lt oa c h i e v et h er e m o t ec o n t r o lo fe l e c t r i c a l e q u i p m e n t u s i n ge x i s t i n gp e r s o n a lc o m m u n i c a t i o n st e r m i n a l st oc o m et u r et h ep h o n e d i s t a n c ec e n t r e ls y s t e m sb a s e do np l m n ( 1 a n d - b a s e dm o b i l ec o m m u n i c a t i o n s n e t w o r k ) a n dp s t n 俾l l b l i cs w i t c h e dt e l e p h o n en e t w o r k ) t h i sw a yc a nn o to n l y s a v ec o s t s ，a n da r es u i t a b l ef o rp r o m o t i o n i nt h i sp a p e r , t h es t u d ya n dd e v e l o p m e n tt r e n d so ft h er e m o t ec o n t r o la th o m e a n da b r o a df i r s tt ob ei n t r o d u c e d a n dc o m p a r e st h ed i f f e r e n c e sa m o n gv a r i o u sr e m o t e c o n t r 0 1 r a i s e dt h e l o n g r a n g er e m o t e c o n t r o ld e v i c e a p p l i a n c e sd e s i g n a n d c o n s t r u c t i o nw h i c hi sb a s e do nt h ec o m b i n a t i o no faw i r e l e s sr e m o t ec e n t r e la n d p u b l i ct e l e p h o n en e t w o r k s a n du s et e l e p h o n el i n e st oa c h i e v er e m o t ec o n t r o l o f a p p l i a n c e s s e c o n d ，i ti n t r o d u c et h e $ t r u c t u r eo ft h eh a r d w a r ec i r c u i ta n ds o f t w a r ed e s i g n p r o c e s so ft h ed e v i c e t h ed e v i c ed o m i n a t e dp a r tc o n s t i t u t e sm a i n l yb ym c u ， i n f o r m a t i o np r o c e s s i n g ，r e c e i v i n ge x t e r n a lo p e r a t i n gi n s t r u c t i o n st oc o m p l e t et h e i d e n t i f i c a t i o no fa l lk i n d so fi n f o r m a t i o n , f o r mav a r i e t yo fc o n t r o ls i g n a l s t h e i n t e x f a c ec o n t r o lo f m c ua n de l e c t r i c a la n dt e l e p h o n ee q u i p m e n tr e l yo nt h ei n t e r f a c e c i r c u i t f o c u si n t r o d u c t i o no nd u a la u d i od t m fd e c o d e r , a n dp r i n c i p l ea n dm e t h o d a b o u tc o n t r o li n f o r m a t i o nc o d i n gw i r e l e s sl a u n c ha n dr e c e i v e rc k c u i t a g a i n s t a c c u r a t e l yc o n t r o lo ft h es p r e a dm u l t i - c h a n n e lc o n t r o l l e de q u i p m e n tr a i s e dac o d i n g w i r e l e s sl a u n c hc o n t r o la n dt h ea c h i e v e m e n tw a yo ft h em u l t i - c h a n n e le l e c t r i c a l e q u i p m e n t a n dd i dt h ea n a l y s i sa n ds t u d ya b o u tt h ew o r ks t a b i l i t ya n dr e l i a b i l i t yo f i l l a b s t r a c t t h ep r o d u c t , g i v e nt h ea c t u a le l e o x o n i cc i r c u i td e b u g g i n gm e t h o d so fc i r c u i tm o d u l e a n dt h ea n t i i n t e r f e r e n c em c a s u l 汜so f c i r c u i t t h ed e v i c e ，e f f e c t i v e l y , c o m b i n eb yt h et w of o r m so f c o m m u n i c a t i o n ：p s t na n d w i r e l e s sr e m o t ec o n 仃0 1 a d o p tas o r w a r ep l a n n i n gt h a tu s e ra u t h e n t i c a t i o nh a st h e v o i c ep r o m p ti n t e r f a c e t om a k ef u l lu s eo fe x i s t i n gc o m m u n i c a t i o n sr e s o l l i c e st o 缸l a n c et h ea b i l i t yo fa n t i - j a m m i n g ，t h eo p e r a t i o nf a c ei sf r i e n d l y , s ot h a tt h ee n t i r e d e v i c eh a v eaf l e x i b l eo r g a n i z a t i o n s ，s t a b l ea n dr e l i a b l e ，l o wc o s t ，l o n g - r a n g ec o n t r o l a r e a , a n de a s yt ou s e k e yw o r d s ：t e l e p h o n er e m o t ec o n t r o l ；m c uc o n t r o l ；d u a la u d i od e c o d i n g ； v o i c ep r o m p t ；c o d i n gw i r e l e s sl a u n c h 学位论文独创性声明 学位论文独创性声明 本人声麓辫呈交的学位论文是本人在导耀措导下遂行的磅究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中1 i 包含其他人已经发寝或撰写过的研究成果，也不包含 为获得塞曼太堂藏其链教育机构的学位或证书谣侵鼹过的材料。与 我+ 同工作酶淄志对本研究所骰昭任何贡献均已在论文中 乍了明确 的说明并表示谢意。 学燕谂文佟者签名( 手写) ：；岛蝴签字嗣期：沁夕年s 一月工锢 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了磐离瀑大学有关保露、使用学位论文 的规定，有权傈鄹并淘国家有关都门或彰t 构送交论文的复印俘和磁 盘，允许论文被焱阅和借阅。本人授权直昌太堂可以将学位论文的全 部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编本学位论文。同时授权中豳秘学技术信息磅究 所将本学位论文收录妥中鼙学位论文全文数据库，并通过网终淘 社会公众提供信息服务。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位沧文作者签名： 泻桫莓 导雾蚕签名： 巷t 扣 签字同期：加矽年f 明铂签字臼期：伊7 年，”月矿v 曰 第一章绪论 第一章绪论 随着人类社会的进步和科学技术的迅猛发展，人类开始迈入以数字化和网 络化为平台的智能社会，家庭智能化适应国际社会信息化、智能化的发展要求， 必将成为2 1 世纪的新概念。 目前，有两个经典的“智能化家庭”模型系统，一个是1 9 9 8 年5 月在新加 坡举办的“未来之家”家庭智能化系统，另一个是e c h e l o n 公司推出的l o n w o r k s “网络化家庭”演示系统【“。 智能家居最初的定义是这样的：“将家庭中各种与信息相关的通信设备、 家用电器和家庭安防装置，通过家庭总线技术( 皿s ) 连接到一个家庭智能系统 上，进行集中或异地监视、控制和家庭事务性管理，并保持这些家庭设施与住 宅环境的和谐与协调”。h b s 是智能住宅的基本单元也是智能住宅的核一c , 1 2 1 。 目前通常把智能家居定义为利用电脑、网络和综合布线技术，通过家庭信 息管理平台将与家居生活有关的各种子系统有机地结合的一个系统。也就是说， 首先，它们都要在一个家居中建立一个通讯网络，为家庭信息提供必要的通路， 在家庭网络的操作系统的控制下，通过相应的硬件和执行机构，实现对所有家 庭网络上的家电和设备的控制和监测；其次，它们都要通过一定的媒介平台， 构成与外界的通讯通道，以实现与家庭以外的世界沟通信息，满足远程控制监 测和交换信息的需求；最后，它们的最终目的都是为满足人们对安全、舒适、 方便和符合绿色环境保护的需求。 由此可见，智能家居是一个系统层次概念，它涵盖了在建筑环境层次能够 影响人们生活的诸多方面。就实际应用而言往往有以下系统： 可视对讲系统：如有客人访问，可按动大门上的按键，主人在家里通过 液晶显示屏能很清晰的看到室外情况，免除陌生人的打扰。除此以外，各个家 居之间也可实现可视对讲。 家庭安防系统：运用现代通信、计算机等先进技术，通过对各类探测器 及相关处理设备的综合使用，达到对家庭安全提供保障。 网络通讯系统：通常语音通信系统、有线电视系统及数据通信系统统称 为信息网络系统。 第一章绪论 智能照明系统：通过安装智能控制器，对客厅、起居塑及卧室内的灯具 开荚进行遥控，或者邋过通讯网络实现照明的远程控制。 家毫控裁系绕；螽空调、电蕊承嚣、煤气瑟关凌翅及黩渡煲等豹远程控 制，当主人在卦要回剿家时，可通过电话竣手机遥控家中的骞耀电器p 5 j 。 1 1 家电远程控制的需求 对家电设备的远稷控剃是指对其进移藏停控制，因必多数家电鑫身的调节 凌麓已较完善。瑗逶入家庭豹家毫产是越寒越多，摹嚣努簸羧潮己嚣显不餐。 髓蒋科技的进步以及人民对生活质量要求的不断提高，人们对家电的选择和使 用，己经从只关心家电的单项功能转向追求家电品位和控制的便捷性。信息技 术和网络化技术的发展，为家用电器的远稷控制提供了可能。将信息技术与家 彀羧制技术相融合，纛鼹大程度上实现务e 嶷生活的信息亿和蠢动化，满足人们 黪逡、毫苓奏豹生活嚣簧，歪是游费类毫予产磊下一步夔笈麟怒势。 然而，目前信息家魄豹发展并不乐观。首先是价格问题；蒺次是是否实用。 正是基于对这两点的考虑，家电远程控制装置应该是低成本、人性化、通 用化。应充分考虑家电设备的特点，并以隳实现的功能决定如何剪裁装置的软 磺佟。通过剪裁系统不霈耍的功能，来构建一个最小的家电远程控制通用装置。 1 ，2 家电远程控制的基本方式与发麓趋势 因常规的有线远糨控制需进行专门的布线，增加了投入，随着工业自动化 水平的提高，远程遥控控制成了应用越来越多的控制手段。 l 。2 。 遥控家毫基本秀建 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f 6 】。常用遥控家 电方式有无线电遥控、肖线遥控、红外线1 7 啪超声波遥控等。 无线电遥控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 可溅免的须占用一定的光线电颓率资源，遗成电磁污染，但控制比较灵活方便， 羧涮藏强较大。瑟终多 线、超声波遥控粼受鞭褰溪疆，控裁藏鞭窍疆。 现有的遥控方式中，还有载波通信【鲫i 控制手段和基于无线罨呼的遥控方式。 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 2 第一章绪论 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，而且可靠性不高。 1 2 2 远程遥控技术的发展趋势 最早的遥控技术，只是简单利用超声波、红外线、无线电波为载体，来实 现对电器设备的单通道控制，但是随着工业自动化水平的提高，遥控技术已不 再局限于单一设备的控制，它还应该追求多通道控制和受控对象的信息反馈， 再根据受控对象的相应信息，适时进行遥控操作。而所有这一切都依赖于电子 技术及微控制技术的进步与提高。当前，国内外远程遥控技术的发展趋势有如 下几个方面： 1 ) 基于g s m 蜂窝系统的手机远程遥控 利用手机远程遥控电器一直是国际研发焦点。由于手机遥控是基于手机s i m 卡号码身份认证基础上进行的，无需输入密码既可进行安全保密、方便快捷的 遥控操作，如图1 1 所示。 图1 1 基于g s m 蜂窝系统的手机控制家电图 利用g s m 短信的远程监控系统，系统的设计思路是以短信为基本控制指令 和数据信息传送方式，实现手机无线遥控和数据传送，通过专设的短信中心和 服务中心，为远程监控设备提供全方位的数字化服纠o l 。我国手机遥控技术在 2 0 0 2 年获重大突破，河南星河通信有限公司成功发明了手机短信遥控技术。利 第一章绪论 用该技术，我们可以轻松静通邈簪枧遥控家羹的空调，回家后房间静湛震已经 调节到事先设定的舒适程度；通过发短信打开电热沐浴器；小汽车被盗，发一 条短傣，汽车就自幼切断油门并鸣笛报警等。该控制方式优点是方便灵灞，缺 熹是鞭逶莛茬簸攒令，实瑗熬致零难度大。 2 ) 基于计算机网络的远程遥控 p c 的远程控制是指由一台设备( 电脑、p d a 或遥控器等) 在一定的距离之外 去控制贯一台设备豹技本。这篓逶过计算枫鼹络霉娃轻松羧涮运程诗雾橇，实 现远程遥控、文件传输、远程屏幕浏览、键盘交谈、i n t e r n e t 连接，有的还可 以进行语音交谈、故障报警，并通过w e b 页筒进行远程控制，甚至还可以进行 远程熏扁计算机、远程格式化磺擞、远程系统安装、远程软传安装等“”。计算 辊豹滋程控镄蔹警德应瑶在溺终鬻理、远程秘终、远程务公等多静矮域。 目前p c 的远程控制“。存襁多种方式，从总体上可以分成：( 1 ) 远程髓录方 式；( 2 ) c l l e n t s e r v e r 方式；( 3 ) 远程桌蕊方式；( 4 ) w 曲，w a p 方式；( 5 ) 遥控嚣方式。一令魄较理惑戆羚远程茬誊方嶷应该是：羧裁筵蕈、胃豢；逶徐 低廉；适于无线手持设备使用；软件开发量少，容易升级；可以兼容奉地控制 和远穰控制；可以支持多媒体人机界面交互；适合多种应用。 髓麓i n t e m e t 的发展，目前缀多远程控制设器通过w e b 燹嚣来控制运穰p c 。 这是一每孛特殊静c l i e n t ，s e r v e r 方式，由于热入了w e bi 爱务器并采雳j a v a 技术， 客户端只需标准的浏览器，就可以很好地实现异种平台的远程控制，大犬减少 控制端的开发和维护难度。这一类控制方式常觏掌上电脑、移动电话结食，通 遥w a p 癸谈，经警较逶过w a p 秘茭薅远毽p c ( w e bs e r v e r ) 透孬控翻，遽瑟 实现p c ( 家庭控制中心) 对智能家电【2 3 】的控制。对于多媒体应用来说，霸前的 w a p 平机或掌上电脑通过无线网络支持全动态视频仍然有困难。另外，这种控 囊l 方裟仍然震要开发弼页，嚣套w e b 服务的支持。诧乡 还鬟要龟售( w a p 网关) 的支持，成本较离。 i 琏年来，以无线键盘和无线鼠标构成的p c 遥控器大彳亍其道，主要原因除了 p c 的家电化趋势外，还缘于这类遥控器可以达至4 远程控制的大多数要求。嚣：本 东芝公镯军在2 0 0 1 年底就发毒稠溪互联裾控麓家蕉电器谤翻，按照东芝潮络家 电计划的设想，未来的网络家电控制终端有三种：手机、p d a 、头戴耳机。其 中头戴耳机将是控制终端的核心，东芝已成功地开发了具谬街控制功能的头戴 骂撬，不久将实瑗亵晶证。东芝毽设诗了专门戆家庭网关，家庭霹关是求寒家 4 第一章绪论 庭网络中心，用户使用手机和电脑通过家庭网关控制家用电器。 如图1 2 所示，p c 远程控制家电。只要能上网，无论在公司还是出差在外 地，都可以通过上网登陆到家里的p c 或登陆到家里p c 的w e b 页面进行控制家 电。 其优点是稳定，可靠。缺点是只能在可以上网的时候控制，可能有网络安 全的隐患，家电需要连接到网络上。 图1 2p c 远程控制冢电图 3 ) 基于蓝牙( b l u e ! t o o t h ) 技术的远程遥控 蓝牙( b l u e t o o t h ) 1 a l 是一种新型的低成本、低功率，近距离( 2 0 m 一2 0 0 m ) 无线连接技术标准的代称，是实现数据与语音无线传输的开放性规范。它以微 波直接取代传统网络中的电缆，在蓝牙设备间实现方便快捷、灵活安全、低成 本、小功耗的数据和语音通信。蓝牙系统支持“点对点”和“点对多点”通信，蓝牙 系统与g s m 、c d m a 等大型通信系统不同，它采用一种灵活的无基站组网方式， 随着家电产品数字化程度的不断提高，我们可以设想所有的信息家电通过一个 遥控器来进行控制。这一个遥控器不但可以控制电视、计算机、空调器，同时 还可以用作无绳电话或者移动电话，甚至可以在这些信息家电之间，共享有用 的信息。 蓝牙技术最大的障碍是过于昂贵。突出表现在蓝牙芯片【”】价格是一个大问 题，而任何蓝牙产品都离不开蓝牙芯片，这就制约了蓝牙产品的推出。另外， 对应于蓝牙接口的设备，必须使用收发模块。蓝牙模块生产存在两个技术问题： 一是决定模块小型化的安装技术；二是包含天线在内的最佳设计。芯片大小和 第一章绪论 价格难以下调、抗干扰能力不强、传输距离太短、信息安全问题等等使得蓝牙 的京场前景成为一个火闯遂。 毒) 基予公众毫谗交换瓣( p s t n ) 懿嚣壤遥控【洛1 鞋 智能化住宅最实磁的功能之一便是电话远程控箭家用电器( 如电视视、空 调簿) 。它的主要特点怒通过家庭中心控制器和现成的户外电话网络，在任何地 点拨打家中电话，在控制器的语音提示下实现对近端电器设备的远程控制。给 用户提供极大的方便。 圈1 3 通过拨打电话控制家电图 电话遥控俸先一琰薪的课题与常撬蛉蘧控方式程吃，显承躜一定的优越性， 不鬟遴李亍专门豹毒线，举占翔无线毫菝事瓷源，逶免了毫磁污染。弱嚣重，垂手 电话线路各地联网，可以充分利用现有的漱话网，因此，遥控距离可跨省、市， 甚慧跨接国家。目前的电话遥控又可结合光线电遥控、红外线遥控和有线控制， 使用灵活、方便。 如图1 3 所示，遴遐拨蠡到家里的固定电话，按电话语音挝承操作控制家电。 运耱控裁方式翳黪纛楚方镬、实爰、蜜瑗戆菝零蔗疫不犬、琵较容荔实嚣 掇制设计。 1 3 课题的来源及意义 受薄乡莱通信公蠲羹撬，要求野发褰剥魇拨打固定电诿蜜现家用电器设 餐豹远程控裁装萋。该装嚣要求充分嚣蠲溅鸯逶售资源，奁苓羧交瑗舂家弱电 器设备使用的前提下，通过拨打电话能够实现多路电器设备的控制操作，同时 要求教置应运行稳定可靠，尽量提高其性价比。 6 第一章绪论 目前，在城市家庭中，家用电器如电热水器、电饭锅、微波炉、空调器等 几乎家家都有，并且在室内的分布凝有随意性，随着人民生活质量的提岗，入 鲷纂零毒望艇像凌家里一嚣夔嚣薅缝鼹家奄进行遥整。瓣蘧，莰谤一套穰麓毫 话远程控帝家漱的装置，对于满足人们生活需求具有熏黉的现实意义。 1 4 课题的激要研究内容岛方法 电话远程控制家电是智能家羼系统的重要组成和支持都分，也是家电远程 控巅餐藐强熬袭魏。零漾题就是磅究在苓改交瑗毒毒嚣设备熬筵霜方式蒸懿上 实现对家用电器的智能化远程控制蠢式的一种探索。 本课题主要研究的内容与方法能括： 1 ) 根据控制要求，结合电话机的信号特点，提出控制方案； 2 ) 设计控制装置的硬件电路，并就电路的可靠性、优化方面进行分析论涯； 3 ) 设诗爨羧翻装曼豹较终续 鸯，蠲爰摹冀壤镌藏羧割孛心，完成毫诿缀铃 检测、用户身份诀证、模攒摘挂梳、d t m f 信号的解粥l 瑚、控制信息的编璐麓 射和系统复位等功能。其中，交换机所发出的各种信号营的识别【2 0 l 、多路照控 设备的准确控制是本设计中要解决的生要技术问题。 4 ) 针对控制装置可靠性要求离的特点，就抗干扰攒施、整机调试方法进行 分辑搽讨。 ， 第二章家电远程遥控装置的总体设计 第二章家电远程遥控装置的总体设计 2 1 家电远程遥控装置的控制方案 家电远程控制的目的，是为了出门猩外的人能根据需要控制家电，或者查 餐家璧的电器的状况。氍翦，电话远程控制家电主要有以下凡秘方寨： 1 ) 有线方式：遴避羧蠢毫话掇经控锱壤黪发塞控鬟售惫，褥经寿线黉赣控 制继电器，使受控电器设备启填。这种控制方式由于电器设铬的分散性，需要 布线，控制不够灵活，成本也较高。 2 ) 红外遥控方式：指通过拨打电话机缀控制电路发出控制信息，驱动红外 发光管发射红外线，以波长为9 4 0 h m 的绞外光为载体来传递邋控信息的，它包 会发瓣器帮接l | 芟器秀犬秘分。薤癸线遥按方式工终稳定，攥穆蘩易方便，毽其 遥控距离有限( 一般为6 7 米) ，方向性麓，入射角在正、负3 0 度范围内，置 由予红外线波长短，绕射能力差，因此进行红外遥控时接收器前需无阻挡物。“。 3 ) 无线电遥控方式：指通过拨打电话机经控制电路发出控制信息，驱动发 射电路发射无线电磁波，接收端接收处理厥变换为控制信号对被控物体实施远 鞭壤控熬。它由发射魄黪窝接浚电路嚣郝分缝或，当接教壤浚翻发射援发出静 无线电渡以后经交换簸毽驱动电子开关嘏鼯工俸。根据其发射豹高频波形有等 幅、调幅、调频、数字脉冲发射机，根据其控制的开关数目有单通道遥控和多 通道遥控等。无线电邋控既是利用无线电信号对被控物体实施控制，它不可避 免的须占用一定的无线电频率资源，造成电磁污染，而遥控稃效距离与发射功 率、羧l | 雯灵敏度窝工终频率毒关。 基于控翻豹时间、媲赢、价钱、实髑彀等方面豹考虑，本文选择援努电话 光线遥控方式完成对象电的远程控制，利用其操作简单，控制方便，经济实用 的特点，能让大多数的家庭或公司接受，也便于推广。 2 。2 家电远程遥控装置的总体设计 根据电话远程遥控家电豹功能要求，该装置总体应实现豹动畿鲡下： 1 ) 当无人在家时，该装置能自动模拟摘挂机； 靠 第二章家电远程遥控装置的总体设计 2 ) 该装置摘机后，能自动识别合法用户； 3 ) 该装置能接收识别合法用户发出的控制指令； 4 ) 该装置能根据用户的控制指令自动编码，并将其转换为无线电磁波发射； 5 ) 接收器接收到该装置发出的电磁波后，经处理能控制电器设备的启停； 6 ) 当用户操作完成或误操作后，该装置自动挂机； 7 ) 该装置不会影响电话机的正常使用。 因此，该装置必须具有以下单元功能模块： 1 ) 振铃检测、计数； 2 ) 自动摘、挂机； 3 ) 密码校验； 4 ) 双音频信号解码； 5 ) 语音提示； 6 ) 编码电路； 7 ) 无线发射与接收电路等。 为了方便用户使用，该装置设计了语音提示界面，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。电话远程控制装置一般工作在无人 值守环境，所以应具有自动离线、上线、复位功能。同时，电话远程控制装置 正常工作还需电源供电电路、驱动电路等辅助电路。 综上所述，智能电话远程无线遥控装置的原理方框图如图2 1 所示。 该装置由无线遥控发射和无线遥控接收两部分组成，发射部分可并联于电 话机两端或放在电话机内，接收部分安装在需要受控的电器设备内，接收部分 输出的控制信号可直接驱动该电器设备的遥控开关。该装置不会影响电话机和 受控电器设备的正常使用。 当用户拨通该装置发射部分所连接外线的电话号码时，电话机上出现振铃 信号，该装置发射部分单片机开始检测累计振铃的次数，如果检测到振铃次数 少于六次，则表示有人摘机，该装置自动复位( 不进行摇控操作) ；如果检测到 振铃次数达到六次，则表示电话无人接，该装置输出控制信号，控制发射部分 中的电子开关导通，实现模拟摘机，同时该装置启动语音输出电路工作，寻址 放音，提示用户输入操作密码，用户根据语音提示输入操作密码，系统接收到 用户操作密码后，自动进入密码检测，当用户输入正确密码后，系统又寻址放 9 第二章家电远程遥控装擞的总体设计 音，撬示用户选择操作指令( 翔按“l ”键表豸鼍歼空调，按“2 ”键表示关空调) ， 用户按语音提示输入操作指令后，该装置采用d t m f 解码嚣接收远端电话机发 送来的d t m f 信号( 代表被控电器的开或关信息) ，并对篡进行解码，解码后 熬售譬霉由该装鬟巾夹楚理萃嚣袋集经理，形成豹控麓捂令经单片撬攀弱疆鲞， 再经编码芯片编码厢，利用专用无线发射模块以无线电波的方式将控制指令发 射出去网。其中，籍用户输入密码三次错误成用户误操作戏用户上线超时或用 户发掇维柬掺令，该装置均自动笈蹙。 ( a ) 电话远程无线遥控发射装置框图 ( b ) 电话运程无线遥控接收控隶装置撼灏 图2 1电话远程控制装鬻原理方框图 接收端依靠专用无线接收模块接收，专用解码芯片解码，输出的解码有效 裹毫警信号可壹接送受控设备懿遥控控剩壤，控制受控设螽戆舞关魏；懿受控 设备凭遥控功能，则可采用译码驱动电路控制继电器的开关即可。 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臻求， 本文络会实际情况对具体的单元功能模块作撼软件或硬件上的不同分工，具体 1 0 第二章家电远程遥控装置的总体设计 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【2 3 】。但是从本装置的可靠性和程序的结构设计上分析，本文选 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。 自动摘挂机和无线发射接收电路、控制电器电路必须使用具体硬件电路来 实现。 振铃音计数、密码校验、语音提示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。 总之，本文设计的振铃检测、自动摘挂机、双音频解码、无线编码发射，接 收、控制电器等功能模块使用硬件电路实现。而振铃音计数、密码校验、语音 提示等功能模块使用软件编程完成。 下面就硬件以及软件实现的单元电路分别进行具体分析。 2 3 硬件模块 本装置使用了大量的硬件电路完成部分功能模块，其目的就是充分利用硬 件电路的可靠性、稳定性，使整体电路达到较高的稳定性。 1 ) 自动摘、挂机 摘机挂机电路是可以用继电器来完成的，如果用继电器设计，电路较简单， 但是继电器也有一些弱点，比如耗电大，5 v 的继电器吸合电流高达3 0 多毫安， 是单片机8 9 s 5 1 静态电流的近3 倍，体积和重量也比较大，另外继电器也容易 产生火花干扰，为解决这些问题。本文采用晶体管摘机、挂机电路，成本也有 所降低。 2 ) 振铃检测 当电话被呼叫时，电话交换机发来铃流信号。振铃为( 4 5 0 士2 5 ) h z 的正 弦波，谐铃失真不大于1 0 ，电压有效值( 9 0 士1 5 ) v 。振铃以5 秒为周期， 即1 秒送，4 秒断 2 0 l 。根据待机时是直流电压，振铃信号是交流电压的特点，可 以先使用电容进行隔直通交，然后用两个反向二极管交替导通，通过光耦合器 中光敏三极管的通与断输出脉冲信号，脉冲信号直接输出至单片机的中断计数 器输入口，完成整个振铃检测和计数的过程。 3 ) 双音频d t m f 解码 第二章家电远程避控装置的总体设计 此部分是整个装鬣的关键，它的工作情况直接决定了装鬻的可靠性。经过 翻阅有关的文献资料，本文使用电话专用的双音频编解码芯片遴行输入双音频 臻馨夔瑟玛。使震祭缀瞧露不毽努萤毫鼹筵攀，瑟显毒靠馁麓。经_ 蓬专震集裁 电黪的解码，信号转换成为不同的码铡倍学，可以直接被单砖枫读取。 一般常用的电话澈街频编解码集成电路有m t 8 8 7 0 1 2 4 1 、8 8 8 0 【2 5 1 、8 8 8 8 1 2 6 l 等， m t 8 8 7 0 主要用于程撩交换机、遥控、无线通信及广播系统，实现d t m f 信号 的分离滤波和译码功能，输出相应1 6 种频鬻缀合的四位并行二遴制码。m t 8 8 7 0 癸鸯拨号蠢静割窝摸羧傣号输入霉调功戆，经过反复论涯魄较，零文蘧趸驳考 频瓣码集成片m t $ 8 7 0 来完成诧功能模块。 4 ) 编码电路 用户发出的控制指令经双音频解码，单片机处理，送专用无线编解码芯片 p t 2 2 6 2 p t 2 2 7 2 1 2 7 1 变换为编码脉冲信号。 5 ) 无线菱射与按浚奄黪 本装置输出的代表用户操作指令的编码黥；孛控制发毒手电路以无线方式发 出，作为对应电器的控制信号，接收电路解调后控制受控电器设备的启停。为 减小系统体积，提高系统工作稳定性，选用专用无线收发模块来完成此项功能。 5 ) 控制电器 裁曩无线l l 芟发缀觞弼芯冀组戆接l | 殳蕊冀姨浚稳应电器羧裁偿惠，瓣玛竣篷 控制信号，幸# 灸对痰嘏嚣豹遥控弼关税投翎摆令( 如采该电嚣寓遥控开珙辊控 制功能的话) 。否则，可利用该解码输出信号经驱动放大控制继电器来实现受 控设备的开关即可。 2 。4 软馋模块 为了丰富本装黉功熊，必须借动予较体程序。本文使簿a t 8 9 s 5 1 捧为控稍 的单片机芯片，单片机通过软件程序对外都的信息进行采集、分析和决策比较 判断【髂】，达到本装置所需功能。本装置的软件模块主要有以下几个： 1 ) 振铃音计数 本萃元可以往麓a t 8 9 s 5 1 熬诗数嚣瓣癸部孛蘩方式来蜜瑗对振铃考豹诗 数。 2 ) 密码检测 本单元可以在本黢鬣初始化的时候，猩单片机内部的存储器的内部开辟一 第二章家电远程遥控装置的总体设计 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 块空闯，然聪利用减法运算比较蹰者是否相等。矗到党全相等才能转到下进 程，有一薤誉瓣，翟痔裁转弱爨爨壤彦。这撵裁可以突瑗塞羁捡测熬凌戆。 3 ) 语音糖精 本单元可以通过双音频解码电路解码的信息来控制语音芯片的放音地址。 4 ) 电器控制信息输出 本单元蔚先通过双音频解码电路解码输出的信息( 选择电器) 判断所选择的 电器豹开与关，然嚣逶过单片辍巍搅强戆，k 建发送数据，这些控麓痿惠袭器黠 不同魄电器避符控翻毂控裁字。 5 ) 装置离线复位 本单元在用户发出结束命令戚用户误操作或用户上线超时的情况下，单片 机输出控制信号，使电子开关截止，被叫电话自动接机，本装置自动离线复位。 第三章电话远程遥控装置硬件设计 第三章电话远程遥控装置硬件设计 为了实现电话远程遥控的功能，在接受控制的地方必须要有一个接收和控 制装置，且该装置要和电话线连接起来，这样接收装置才能接收到电话线上的 各种控制指令，从而实现对家用电器的遥控操作。这个装置就是本文所提到的 远程遥控装置。 下面具体介绍该装置各硬件功能模块的电路组成【2 明及工作原理。 3 1 电源电路 3 1 1 电源电路的作用 电源电路的作用是提供稳定的+ 5 v 直流工作电压，作为本装置的工作电源， 电路如图3 1 所示。该电路采用交流电源供电和u s b 供电两种方法。 3 1 2 电源电路的组成 图3 1 电源电路图 图中j l 为9 v 交流电源接口，使用交流电源供电时，需要外接一个2 2 0 v 变 9 v 的电源变压器。变压器次级线圈输出的9 v 交流电压通过j l 引入，经桥堆q d 2 桥式整流后，输出的脉动直流电压经过电容c 1 9 、c 2 0 滤波、三端集成稳压器i c 6 稳压以后，从i c 6 的第3 脚输出稳定的5 v 直流电压，该5 v 电压再经过c 2 1 、 c 2 2 进一步滤波后，输出更加平滑、稳定的直流电压。 i c 6 是w 7 8 0 5 型三端稳压器。该稳压器的最大输出电流可达l a ，能满足该 1 4 第三章电话近程遥控装置硬件设计 电路板的工作需黉。w 7 8 0 5 型稳压器输入、输出端电联麓通常取3 v 7 v 之间比 较合适，如果输入、输出电压差过火，当电源电流较犬孵容易发热，因此使用 薅要燕装敌燕麓。 c 2 0 、c 2 2 的作用是滤除掉线路上的高频脉冲于撬，出于电解电容对高频电 脉冲滤波效果较差，因此在电解电容c 1 9 、c 2 1 两端各并联了一个0 1 u f 的瓷片 电容，瓷片电密的高频滤波性能器比电解电容好得多，因此可弥补电解电容高 频滤波较差的不怒。 发光二投繁毛嚣蛰l o 为电源豢承斑，1 1 3 9 为l e d l 0 懿羧滚耄疆，该毫瓣豹辍 值常取5 0 0 q o k q 之闻，对于赢亮鹰的发光二极管，露时限流电阻的阻德谭驻 取2 k q 以上。电源指示灯采用绿色，除了电源指示灯以外，该板剩余的所有l e d 全部红色的，以达剿醒目的效果。 在电源”v 的输出端还串接了一个3 0 q 的保险电阻r 3 8 ，该电阻由予陬值 缀夺歪豢工捧霹瓣瀵熬电压簿极奎，苓会影薅电臻戆覆鬻王终；毽是在爨现炙 载短路尤其是板子上出现电源短路的情况时，该电阻虢艴起至限制输出奄滚， 保护电源及负载咒件的作用。 c z l 为u s b 电源插头。 3 。2 振铃检测电路 3 ，2 ， 振铃检测藏貉懿俸用 振铃检测电路的作用就是检测电话线上的铃流信母，以便于为单片机掇供 电话铃响的次数。 本装置要接在电话线上，通常和电话机机使用同一条电话线，在待机时， 邀话窥该装嚣酃楚予闲萋获态，戴瓣零装置疆肄舂可黪羧戮线路上豹远程羧秘 信号。力了不影响电话杌静正常使掰，要求本装置在羧戮铃流信号震不麓秘上 动作，要有一定的延迟时间，只有程若干次铃响以后，如果仍然没有人按听电 话，就默认家服死人，此时才允许电路摘机应答。这就是振铃检测电路的作用。 3 2 ，2 振铃检测邈路的组成 在电话线鼹采 来铃滚蘸，毫话线鼹耄毫话交换壤爨袋犬绣4 5 v 豹壹瀛毫聪。 在电话网信号装置中，拨号啬怒频率为( 4 5 0 士2 5 ) h z 的连续信号费；回 铃音是频率为( 4 5 0 士2 5 ) h z ，5 秒断续( 即送1 秒、断4 秒) 的信号音；忙街是 第三章呶话远程遥控装鬣硬件设计 频率为( 4 5 0 士2 5 ) h z ，0 7 秒断续( 帮送o 3 5 秒、断0 3 5 移) 豹信号音。音源 信号为正弦波。当用户被呼叫时，电话交换机发来铃流信号。振铃信号为( 4 5 0 士2 5 ) h z 的正弦波，谐铃失真不大于1 0 ，电压有效值( 9 0 士1 5 ) v 。振铃 驻5 秒为蹋麓，帮l 移送，4 移鞭。 农本电路检测铃流信号时，以六次铃响为准，即六次振铃后无人摘机，便 由单片机控制自动模拟摘机( o p 电子开关接通) 。 豳3 2 振铃检测电路图 缀铃捡溺毫臻懿圈3 。2 蘑示；由e l 、戳、d 、i c 5 、1 t 2 缍藏，蕾予嘏容器 c l 不能通过直流电雁，因此在待机状态下振铃检测电路没有电流通过。当没有 铃流信号时，i c 5 内部的光敏三极管不导通，a 点电压为商电平v c c 。 瓷来毫鲢，电诿线路上藏出域了1 0 0 v 黪铃滚电压，该铃滚电歪是交滚毫压， 因此将通过c i 、d 、i c 5 内部的发光二极管、r l 导通形成豳貉。i c 5 是通用的光 电耦含器，型号为4 n 2 5 ，起隔离作用，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l e d ( 左) 秘光敏三极管( 意) 的光路耦会在一起，输入帮输 出之润不需共逢，输入电信号麓予发光二极管t ，输出售譬密光敏三稷篱敷出。 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，从而对地电位羞予扰有很强的抑制能力，而殿有很 强戆撵裁电磁予拨缝力。当竞敏三援警接受l e d 爨鬟瓣，集毫投襄发射投立霹 导通，此时a 点电压降为0 v 。猩交流电的两个半周中，其巾有一个半周经过二 极管d 导通，另一个半周通过i c 5 内部的l e d 导通。 巍瑟可见，a 点黥脉冲是随袭铃滚信号黪磁瑗两出现的，因j 龟只要捡溅懿a 1 6 第三章电话j 趣程遥控装置硬件设计 点有低电平脉冲出现，就说明线路上有铃流信号了，而鼠a 点在单位时间内出 现豹黥；申个数就代表了振铃时闻的长短，因此通过累加a 点静脉冲个数就w 以 嚣甄窭振铃薅瘸黪长短窝铃羲次数熬多少。 a 点的电平状态连接蓟单片枫8 9 s 5 1 的n ( 计数器) 豳，郎p 3 5 端日，厢来 统计铃响的次数。 3 3 电子开关 3 3 。1 毫子秀美豹终蔫 电予开关盼作用是完成自动摘撩桃的工作，同时保诞糟户在使用电话机辩 本装置与电话机隔离。 本装置和电话线之间是连接在一起的，但是中间迸必须要有一个电予开关 存在，平时这个辨关应该处于断开麴状态，以免造成墩话线占线。 当努龟话爱豢重，希望控裁家巾豹毫器嚣，麴采纛凌了若手次铃嫡瑟纛澄 入接听，这时候簸需要让电路板秘电话线路接通