基于单片机的电话远程控制器的设计.doc

基于单片机的电话远程控制器的设计摘要：本设计的基本原理为AT89C51对振铃次数进行计数，当达到设定的振铃次数后AT89C51控制电话自动摘机，并控制语音提示电路发出提示音，要求输入系统启动密码，然后对密码进行校验，当密码输入正确后，语音提示电路提示输入家用电器控制码，所拨号码经DTMF解码电路解码后，送往AT89C51进行译码，从而控制家用电器。关键词：单片机；语音提示；双音多频；远程控制；家用电器Abstract: The design is based on the following basic principles: When somebody calls and ring the phone， The AT89C51 will start to count. When the numbers of the ringing are completed，the telephone will put on automatically， and the language circuit refers in the charge of the AT89C51. At the moment you should put in the system code and inspected it. If the code is right， the language circuit refers that you can put in the controlling code of household appliance. The dialing numbers are deciphered by the deciphering circuit DTMF， and then are decoded by single-chip microcomputer AT89C51. Thus it remote controls the household appliance. Key words: Single-Chip Micro-Controller；Language Prompt；Dual Tone Multi Frequency；Remote Control；Household Appliances随着社会的发展和人们生活水平的提高，越来越多的家用电器进入了人们的生活，这些家用电器给人们的生活带来了很多的方便和享受，同时随着电话在生活中的普及，利用电话实现家用电器遥控是家用电器未来发展的方向。本文介绍了一种基于单片机的电话遥控装置。利用该装置，用户可以通过任意一部双音多频电话（包括固定电话和移动电话）遥控家中的电器。比如，用户下班前，可通过电话提前打开空调和电饭锅；当用户到家时，饭已煮好、房间温度刚好达到设定的温度。另外，用户还可通过电话随时监控家中电器的使用情况，通过电话可随时修改家用电器的控制命令等。总之，电话通到哪里，用户就可从哪里遥控家中的电器。1 系统框图 控制器接收远端发送来的DTMF信号、并对其进行解码，解码后的信号由中央处理单元采集处理。为了方便用户使用，系统设计了语音提示界面。电话远程控制系统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。为了符合智能化要求，系统采用AT89C51作为中央处理器。同时，电话远程控制系统正常工作还需电源供电电路、驱动电路等辅助电路。系统组成框图如图1示。由图可知，系统主要由振铃检测电路、模拟摘挂机电路、DTMF音频解码电路、语音提示电路、中央处理单元（AT89C51）、控制电路、电源电路等组成。电源电路语音提示控制电路AT89C51 振铃检测模拟摘机DTMF解码控制器并联于电话机的两端，不会影响电话机的正常使用。用户通过异地电话拨通控制器所连接外线的电话号码，通过程控交换机向电话机发出振铃信号。控制器检测到六次振铃后，即六次响铃后无人接听时电话自动摘机，进入密码检测阶段，输入正确密码后选择被控电器，然后输入开或关密码遥控被控电器，完成后返回。图1 系统组成框图2 硬件设计2.1 AT89C51简介AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程、可擦除的8位只读存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory），可在低电压下工作。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微处理器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。AT89C51提供以下标准功能：4K字节闪速存储器，128字节RAM，32根I/O引线，两个16位定时器/计数器，五个中断源，两个中断优先级，一个全双工串行口，一个精密模拟比较器以及片内振荡器和时钟电路。此外，AT89C51是用可降到0频率的静态逻辑操作设计的并支持两种可选的软件节电工作方式。空闲方式停止CPU工作但允许RAM，定时器/计数器，串行口和中断系统继续工作。掉电方式保存RAM内容但振荡器停止工作并禁止所有其它部件的工作直到下一个硬件复位。AT89C51的管脚排列如图2所示。（1）管脚说明VCC：电源； GND：接地；P0P3口：四个并行双向口；X1、X2：外接12M晶振；RST/PROOG：复位端；ALE/P：地址锁存端；PSEN：外部程序读选通端；EA/Vp：访问片内ROM使能端。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口 如下所示： P3.0：RXD（串行输入口）； P3.1：TXD（串行输出口）； P3.2：INT0（外部中断0）；P3.3：INT1（外部中断1）；P3.4：T0（记时器0外部输入）；P3.5：T1（记时器1外部输入）； 图2AT89C51管脚排列图P3.6：WR（外部数据存储器写选通）； P3.7：RD（外部数据存储器读选通）。（2）主要特性 4K字节可编程闪烁存储器； 全静态工作：024Hz，三级程序存储器锁定； 128*8位内部RAM，32可编程I/O线； 两个16位定时器/计数器，5个中断源，可编程串行通道； 低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路。2.2 MT8870原理简介 2.2.1 MT8870解码原理DTMF（Dual Tone Multi Frequency）双音多频信号解码电路是目前在按键电话（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集成电路。它包括DTMF发送器与DTMF接受器，前者主要应用于按键电话作双音频信号发送器，发送一组双音多频信号，从而实现音频拨号。双音多频信号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表1所示：电话远程控制系统采用MITEL公司生产的MT8870 DTMF接受器作为DTMF信号的解码核心器件。MT8870主要用于程控交换机、遥控、无线通信及广播系统，实现DTMF信号的分离滤波和译码功能，输出相应16种频率组合的四位并行二进制码。MT8870具有拨号音抑制和模拟信号输入可调功能，所以在设计MT8870 DTMF解码电路时，只需外加一些阻容元件即可。 表1 电话键盘与DTMF频率对应关系表高频低频1209Hz1336Hz1477Hz1633Hz697Hz123A770Hz456B852Hz789C941Hz*0#D 2.2.2 MT8870使用说明MT8870管脚功能及外围电路如图3所示。IN+：运算放大器正向输入； IN-：运算放大器反向输入； GS：增益选择接运算放大器IN-端； Vref：参考电压输出，值为VDD/2； INH：抑制输入PWDN掉电端，运行时为高电平； OSC1、 OSC2：时钟输入，两个时钟输入端接3.579545M晶振；VSS：接地； TOE：三态输出使端，高电平时为Q1Q4输出使能； Q1Q4：数据输出； STD：滞后引导端； EST：超前引导端； ST/GT：引导输入/防卫时间输出；VDD：电源输入+5V。MT8870是一种带呼叫进展过滤器的单片双音多频收发器。它包括一个带增益可调放大器的DTMF接收器和一个DTMF发送器。其中滤波电路采用高频群图3 DTMF解码电路和低频群两个六阶开关电容带通滤波器，解码采用数字计数器技术来确定输入的DTMF音调的频率，并将其译成标准的四位二进制码。发送器采用开关电容D/A变换器。片内使用了一个脉冲计数器，能合成精确的音调脉冲，保证音调脉冲准确的定时发送。MT8870提供了一个标准的微处理器总线接口，可以直接与MCS-51系列微 机接口。它还可以选用呼叫进展方式工作，通过呼叫进展滤波器来检测特定通带内的信号频率，供微处理机或计数器电路分析，以确定检测到的呼叫进展音的性质。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（1114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P1.0 P1.3，CPU经P1口识别4位代码。其中，A，B，C，D 4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，所以在本次实验中，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端接与非门的一个输入，与非门的另一输入端接一个不定电平端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。2.3 ISD1420简介 ISD1420为美国ISD公司出品的优质单片语音录放电路，由振荡器、语音存储单元、前置放大器、自动增益控制电路、抗干扰滤波器、输出放大器组成。一个最小的录放系统仅由一个麦克风、一个喇叭、两个按钮、一个电源、少数电阻电容组成。录音内容存入永久存储单元，提供零功率信息存储，这个独一无二的方法是借助于美国ISD公司的专利直接模拟存储技术（DAST）实现的。利用它，语音和音频信号被直接存储，以其原本的模拟形式进入EEPROM存储器。直接模拟存储允许使用一种单片固体电路方法完成其原本语音的再现。不仅语音质量优胜，而且断电语音保护。ISD1420的管脚排列如图4所示。2.3.1 特点（1）使用方便的单片录放系统，外部元件最少；（2）重现优质原声，没有常见的背景噪音；（3）放音可由边沿或电平触发无耗电信息存储，省掉备用电池 ； （4）信息可保存100年，可反复录放10万次；（5）无需专用编程或开发系统；（6）较强的分段选址能力可处理多达160段信息； （7）具有自动节电模式；（8）录或放后立即进入维持状态，仅需0.5A电流。 图4 ISD1420管脚图 2.3.2 电器特性（1）工作电压：5V；（2）静态电流：典型值0.5A，最大值2A； （3）工作电流：典型值15mA，最大值30mA。 2.3.3 操作模式 地址输入有双重功能，根据地址中的A6、A7的电平状态决定A0A7的功能。如果A6，A7有一个是低电平，A0A7输入全解释为地址位，作为起始地址用。地址位仅作为输入端，在操作过程中不能输出内部地址信息。根据PLAYL、PLAYE或REC的下降沿信号，地址输入被锁定。如果A6、A7同为高电平时，它们即为模式位。 2.3.4 使用操作模式有两点要注意 （1）所有初始操作都是从0地址开始，0地址是ISD1420存储空间的起始端，以后的操作可根据模式的不同，而从不同的地址开始工作。当电路中录放音转换或进入省电状态时，地址计数器复位为0。 表2 ISD1420管脚功能表名 称管 脚功 能名 称管 脚功 能A0A516地址Ana Out21模拟输出A6、A79、10地址(MSB)Ana In20模拟输入VCCD28数字电路电源AGC19自动增益控制VCCA16模拟电路电源MIC17麦克风输入VSSD12数字地MIC Ref18麦克风参考输入VSSA13模拟地PLAYE24放音，边沿触发SP、14、15喇叭输出、REC27录音XCLK26外接定时器(可选)RECLED25发光二极管接口NC11空脚PLAYL23放音，电平触发（2）当PLAYL、PLAYE或REC变为低电平，同时A6，A7为高电平时，执行对应操作模式。这种操作模式一直执行到下一个低电平控制输入信号出现为止，这一刻现行的地址/模式信号被取样并执行。ISD1420管脚功能如表2所示。A0：信息检索(PLAYE或PLAYL)，不知道每个信息的实际地址，A0可使操作者快速检索每条信息，A0每输入一个低脉冲，可使得内部地址计数器跳到下一个信息。这种模式仅用于放音，通常与A4操作同时应用。A1：删除ROM标志可使录入的分段信息成为连续的信息，用A1可删除掉每段中间信息后的ROM标志，仅在所有信息后留一个ROM标志。当这个操作模式完成时，录入的所有信息就作为一个连续的信息放出。A3：循环重放信息(PLAYE或PLAYL)可使存于存储空间始端的信息自动地连续重放。一条信息可以完全占满存储空间，那么循环就可以从头至尾进行工作，并反复重放。 A4：连续寻址：在正常操作中， 当一个信息放出， 遇到一个ROM标志时，地址计数器会复位，A4可防止地址计数器复位，使得信息连续不断地放出。A2、A5：未用。2.4 铃流检测电路振铃检测电路如图5所示，二极管有2种作用：（1）将不确定的线路供电正负变为固定的正负输出；（2）将交流的振铃信号变为脉动直流以供检测。当没有振铃信号时，线路上的供电电压为48V（老式交换机为60V），经四个二极管构成的全桥整流后，不足以使稳压管导通，振铃信号输出端电压接近0V，当振铃信号到来时，线路上的90V交流振铃信号经全桥整流变换后90V的脉动直流电，其峰值足以击穿耐压值为62V稳压管，经5.1K电阻对220u电容充电，振铃输出断电压升高，CPU可以根据振铃信号的高低检测有无振铃。电路中耐压值为4.3V的稳压管限制振铃信号的幅度不超过CPU端口的允许电压，保护CPU。 图5 振铃检测电路2.5 模拟摘挂机电路 模拟摘挂机电路如图6 所示。平时电话挂机时，两条电话线处于开路状态，两电话线的电压为48V（老式电话为60V），加到电话机的振铃电路两端，当摘机时振铃电路断开，两电话线接通，阻值大约300。当拨打电话号码时，来自电话线的高压振铃信号经铃流检测电路，形成方波脉冲信号送到单片机AT89C51的P3.5口，P3.5口对振铃脉冲进行计数，当振铃次数达到六次时，由单片机内部软件程序控制，使P0.0口输出一个低电平，然后P0.0口的高电平送往MC1413集成开关驱动电路的1脚进行放大，由16脚输出高电平送到三极管9013的基极， 图6 模拟摘挂机电路使三极管饱和导通，此时，+5V电源经继电器线圈，再通过三极管接地，继电器线圈得电，使继电器的常开触电闭合，300的电阻接入电路当中，电话接通。当用户输入密码错误，或者是操作结束后，系统由软件控制P0.0口输出一个高电平，经MC1413驱动电路，16脚输出低电平，控制9013截止，继电器线圈失电，常开触点断开，电话线又处于开路状态，实现了模拟挂机。2.6 电源电路电源电路图如图7所示。当电源接通以后，220V的交流电经交流变压器T降压，变成9V交流电，低压交流电再经过全桥整流变成脉动直流，脉动直流电经470u电解电容和0.1u瓷片电容滤波，送到7805稳压块输入端，进行稳压，然后由7805输出端输出5V直流电压，5V直流电再由100u和0.1u电容进行滤波，输出比较稳定的5V直流电压，送到后级电路。 图7 电源电路图3 软件设计本系统的软件设计主要分为系统初始化、振铃检测计数、控制摘挂机、双音频信号分析处理、控制电器、控制语音提示等部分。每个功能模块对于整体设计都是非常重要的，单片机T89C51通过软件程序才能很好的对外部的信息进行采集、分析和决策。针对实际情况，写出了程序设计的流程图（见附录）和具体的主程序以及各个功能模块的子程序（见附录）。4 系统调试使用的测试仪器仪表和工具（1）IBM-PC/XT兼容机一台，主频：50Hz，有软驱和25针串行接口； （2）ME-5103单片机仿真机一个；（3）MF116万用表一个；（4）计算机5V稳压电源一个；（5）SR8双踪示波器； （6）Manley In-Circuit Emulator Debugger(MBUG)开发软件。5 系统使用说明本系统使用起来非常方便，做一下简单的使用方法介绍：首先用户把本装置的信号线并联在电话线的两端，插上电源线，打开电源开关，本装置自动复位，就能正常工作了。当用户从异地打来电话，本装置接收到电话振铃音，开始计数。当电话振铃次数到六次，装置自动摘机，回送提示音提示输入密码。当用户在三次之内输入正确的密码后，用户就可以对装置所连的电器进行选择，然后根据需要对其进行开关控制。用户可以在一次“通话”中同时控制几个电器。如果用户控制完毕，可以按#键让装置自动挂机，结束“通话”。而已经开启的电器将保持其开启的状态，直到下一次的“通话”控制使其关闭。本装置使用起来简单易学，而且功能强大。6 结束语 智能电话远程控制系统的设计采用了AT8951单片机作为系统的中央控制单元，并结合软件编程，实现了语音界面及安全认证机制，丰富了系统功能，符合未来家电的智能化、网络化发展方向。利用该系统，可以实现固定电话和移动电话对空调器电灯电饭煲等家用电器设备的远程控制，如果可以提前将居室的空调打开，一进家门便享受清凉世界；用户外出时，通过本系统开关居室的电灯电视，造成有人在家的假象，提高家居安全。此外，本系统还可以应用于工农业生产中，实现对无人值守岗位的远程控制。7 参考文献1徐淑华，姚万生.单片微型机原理及应用.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2000.2潘永雄，沙河，刘向阳.电子线路CAD.西安：西安电子科技大学出版社，2003.3张士炯.电子设备常用器件手册.北京：人民邮电出版社，1998.4刘仁普.集成电路参数及应用手册.北京：人民邮电出版社，1998.5谢宜仁，谢炜，谢东辰.单片机实用技术问题.北京：人民邮电出版社，2003.6李广弟.单片机基础.北京：北京航空航天大学出版社，1999.7毛兆荣.基于电话的远程控制系统设计.电子技术2000年3期.8徐乐喜，李勇帆.新型电话机电路解析及故障检修.北京：人民邮电出版社，2002.8 程序流程图（在下页）开始初始化模拟摘机提示输入密码开电器提示控制电器等待回应关电器启动计数器启动定时器挂机启动计数器提示重输密码振流信号振铃六次密码正确3S到3次提示完成按# N Y N Y NN Y Y N YN Y N Y附录：程序ORG 0000HAJMP MAINORG 0003HAJMP SERVEORG 0030HMAIN: ACALL QL; 初始化MAIN1: ACALL BELL; 铃流检测ACALL AAA; 模拟摘挂机ACALL YUYIN1; 语音提示输入密码ACALL NUMBER; 接收号码ACALL CMP; 比较号码ACALL YUYIN3; 语音提示输入功能控制ACALL CONTROL; 控制电器ACALL YUYIN4; 语音提示请挂机ACALL GJ; 挂机AJMP MAIN1QL: MOV A，#00H; 清零存放收号单元 MOV 36H，AMOV 37H ，AMOV 38H，AMOV 39H，AMOV 32H，#01; 存入密码MOV 33H，#02MOV 34H，#03MOV 35H，#04MOV R0， #05MOV TMOD，#05H ; 置T0工作方式1MOV TH0，#0FFH MOV TL0，#0FAH SETB TR0; 计数器运行SETB IT0 ; 选择边沿触发 SETB EX0 ; 允许外部中断0SETB EA ; CPU开中断RETBELL: JBC TF1，AAA; 查寻到溢出，振铃次数到AJMP BELLAAA: CLR P0.0 ; 摘机RETYUYIN1: MOV A，#00