电话远程控制系统设计.doc

目录 第一章 引言 1 1 1 课题背景 1 1 2 课题设计目标 2 第二章 系统方案论证 3 2 1 系统整体方案比较 3 2 2 模块方案比较 4 2 2 1 DTMF 解码 4 2 2 2 语音芯片 5 2 2 3 主控制器选择 6 第三章 系统总体设计和主要芯片选择 7 3 1 系统总体设计 7 3 2 主要芯片介绍 8 3 2 1 AT89C51 8 3 2 2 DTMF 芯片概述 11 第四章 系统硬件设计 12 4 1 振铃检测电路 12 4 2 模拟摘机电路 12 4 3 语音提示电路 13 4 4 单片机控制 14 4 5 DTMF 检测电路 14 4 6 继电器控制电路 16 第五章 系统软件设计 17 5 1 系统软件设计基本思路 17 5 2 定时中断子程序 18 第六章 系统调试 19 6 1 采用PROTEUS仿真模拟系统的实物调试原理 19 6 2 PROTEUS调试 20 第七章 毕业设计总结 22 7 1 毕业设计过程中遇到问题及解决方法 22 7 2 毕业设计过程中有待完善的地方 23 7 3 毕业设计过程中感想 23 致谢 24 参考文献 25 附录 A 电话远程控制器原理图 26 附录 B 电话远程控制器 PCB 图 27 附录 C 电话远程控制器程序 28 本科毕业论文 设计 第 1 页 第一章 引言 1 1 课题背景 20 世纪 90 年代初 美国 欧洲等经济比较发达的国家先后提出了 智能住宅 的 概念 基本思想是 将家庭中各种与信息相关的通信设备 家用电器和家庭保安装置 通过家庭总线技术连接到一个家庭智能化系统上 以进行集中的或异地的监视控制和 家庭事物性管理 并保持这些家庭设备与住宅环境的和谐及协调 因此 住宅智能化 即是通过家庭总线这个通信网络 把住宅的安全防范系统 能源管理系统 公共服务 系统 信息系统集成起来 随着经济的发展 人们对生活质量的追求越来越高 在人们快节奏工作和学习的 同时 迫切希望在家中有一个灵活自如的 能为人们提供方便的环境 由于现代家庭 中设备或电器越来越多 且通讯线路高速发展 所以利用现有的通讯线路对家中的设 备或电器进行控制 已成为未来家居自动化发展的趋势 远程电话控制有其优越性 利用电话进行远程控制不需要专门布线 不占用无线电频率资源 不受距离和环境影 响 可跨省市 甚至跨越国家进行远程控制 所以设计一种远距离电话控制的电路 必然给人们的生活带来诸多方便 用手机远距离控制家用电器智能化家庭信息中心平 台已成为国家 八六三 计划重点课题 目前家庭的网络化是住宅的热点 国外的同类产品的性能虽然很好 但是其价格 很难让中国百姓所接受 而国内的系统开发商 房地产开发商只青睐于新建住宅 而 对旧有住宅的网络化需求关注不够 问题的症结在于住宅内部及其与外界信息交换的 通信网络 电力线载波和无线通信可做为住宅内部通信手段 但电力线载波通信的可靠 性较差 无线通信的价格偏高 故应用较少 目前主流产品均采用单独布线的通信方 式 但对已建住宅 不免会使重新布线困难重重 由于 DTMF 双音多频 编码通信技术 的发展 使得借助低压电力线进行数据通信成为可能 电话远程控制器主要接收电话 线上传来的控制家电的信息 译码后经并行通信向智能控制器发控制家电指令 本作 品的各种电器接口 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 家庭网络系统主要由电话远程控制器 智能控制器 一些功能模块组成 电话远 程控制器主要接收电话线上传来的控制家电的信息 译码后经并行通信向智能控制器 本科毕业论文 设计 第 2 页 发控制家电指令 以语音形式将信息传送给用户或直接报警 1 2 课题设计目标 本课题的设计目的 当用户不在家时 通过随身携带的移动电话 身边的固定电 话 或者其他通信设备依照事先规定的一些规则 进行不同的操作来完成对不同家电 的控制 达到用户的预期目的 统筹管理 让家居生活更加舒适 安全 有效 设计目标 1 控制系统能对家中电器实现远程控制 2 控制系统可以实现双方通信 3 控制系统主人的身份校验 在线密码修改及存储 4 控制系统有语音功能提示 以方便用户操作 本科毕业论文 设计 第 3 页 第二章 系统方案论证 随着科技的进步 远程控制家用电器逐渐在生活中应用起来 现在通信网络的发 达有多种方案都可控制家电 各个方案固然有他们的优点和缺点 下面来比较下各个 方案 2 1 系统整体方案比较 方案一 采用 PLC 技术实现家电控制 电力线通信 Power Line Communication PLC 是指利用中 低压电力线作为通 信介质 实现数据 语音 图像等综合业务传输的通信技术 利用 PLC 实现智能家居 的网络化控制无需架线 不破坏住宅结构 连接方便 快捷 是智能家居网络化控制 的理想选择 该系统可采用 INT5200 芯片作为电力载波芯片 网络数据由与家电设备 相连的电力线传送 并通过 HomePlug 协议实现交互 采用 OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing 正交频分复用技术进行调制解调 从而实现家电 控制 PLC 上网和家庭安防 家电设备 如空调等 或安防控制没备可以通过 PLC 局端从电力线接收控制信息和 反馈状态信息 实现与 PLC 主控终端的通信 通过 PLC 主控终端和借助 Modem 就可以 实现智能家电的远程监控和安防控制 计算机也可以通过这种方式实现上网 智能家 电可以将状态信息反馈给远程用户 由于家电设备的控制系统存在差异性 不同家电 设备的 PLC 局端实现方法略有不同 主要体现在家电设备控制单元与 S3C2510A 的通信 接口和控制协议上 家电设备控制单元可以通过串口或其他总线与 S3C2510A 进行通信 目前国家还未正式出台这方面的通信标准 采用什么样的具体接口和协议必须与家电 设备生产厂商保持一致 同理 安防控制设备也可以通过上述方法 将家里的安防状 态信息反馈给远程用户 远程用户也可以控制安防控制设备 进行相关安防控制 方案二 用 Web 服务器实现家电控制 系统的核心部分是一个嵌入式 Web 服务器 系统集有线和无线 Web 服务器于一体 用户可以利用办公室的 PC 或者手机登录家中的 Web 服务器 在通过用户名和密码验证 后 便可以查看并控制家用电器 系统带有 LCD 和键盘 具有良好的人机界面 用户 还可以通过键盘来设定系统的任务 系统留有丰富的功能扩展接口 通过这些扩展接 口将来还可以实现防火防盗和智能抄表等应用 本科毕业论文 设计 第 4 页 方案三 利用电话实现家电控制 该系统是利用遍及千家万户的电话线来传输信息 这是目前可以实现住宅内与住 宅外信息交换最有效的方法 主要应用于电话遥控控制的家用电器 用户在户外可通 过任意一部双音多频电话 包括手机 电话分机 根据语音提示可以对各种电器 如 电饭锅 微波炉等电器 进行远程控制 使人们的生活更加便捷与享受 该系统可以 使用单片机配合新型的 DTMF 解码芯片和语音电路来实现了电话对家用电器的远程控制 在使用时只需先将电话线的进线插入本装置 用户使用本装置时只要拨打家中的 电话 装置检测到有铃流 装置发出模拟摘机信号 并控制语音处理电路提示用户输 入密码 预先设定 用户听到这一提示音后就在自己所使用的双音频电话机或手机上 按下密码所对应的数字键即可 密码所对应的双音频信号经电话线传给双音频接收发 送电路 检测译码 传给主控单元 识别正确后 语音芯片再提示用户进行控制家用 电器的操作 最后 主控单元把控制家电的信息译码 经并行通信传给智能控制器 由控制器执行控制家电的操作 综上所述 采用 PLC 技术和 Web 服务器实现家电控制价格昂贵一般人承受不了 但用电话实现家电控制解决了电力线载波通信的可靠性较差 无线通信的价格偏高以 及布线困难的问题 使得借助低压电力线进行数据通信成为可能 而且开发周期短 所以我选择第三个方案 2 2 模块方案比较 2 2 1 DTMF 解码 1 采用 PSoC 芯片的嵌入式 DTMF 解码 PSoC 是 Cypress 半导体有限公司生产的的可编程片上系统芯片 它主要由 8 位微 处理器 可编程模拟模块和数字模块 外加硬件乘法累加器 I2C Flash SRAM 等周 边外围模块组成 因此 PSoC 除了能实现一般 MCU 的功能外 还可通过可编程模拟和 数字模块灵活地实现嵌入式系统所需的模拟与数字外围功能 为了方便用户简单而快 速地实现模拟数字外围功能的设计 Cypress 基于可编程数字模拟模块构建了大量的用 户模块 如可编程运算放大器 比较器 6 至 14 位的模数和数模转换器 滤波器 本科毕业论文 设计 第 5 页 8 16 24 32 位定时器 计数器 脉宽调制器 触摸感应等模块 这些用户模块将 PSoC 内部的寄存器配置 数字模块和模拟模块之间的内部连线 底层 API Application Program Interface 应用程序接口 函数都已设计好了 当用户需要某个数字模拟外 围功能时 只需要简单地调用相应的用户模块即可实现 利用 PSoC 的可编程模拟运算 放大器和 8 位 ADC 用户模块 加上简单的接口就可以实现 DTMF 信号的模数转换 2 采用 MT8870 芯片 DTMF 解码 8870 芯片它集成了陷波滤波器和数字解码的功能 在滤波器部分 使用了开关电 容的技术 解码部分 用数字计数的方法检测所有 16 种 DTMF 音频对时 并将它们编 成 4 字节的码 通过在芯片上放置差分输入放大器 时钟晶振和可锁存的三态输出 可以使外围元器件部分最少 信号经过输入放大 过滤掉噪声 再被由 6 阶高频组带 通滤波器和 8 阶低频组带通滤波器组成的陷波滤波器滤出 DTMF 信号 然后经过平滑滤 波 再由过零检测器将模拟信号转换成数字信号 进入数字部分 信号在数字部分分 为两路 一路直接送到频率检测部分 分别对信号进行高频和低频检测 如果输入信 号频率在预先设置的范围内 则将检测结果送到编码部分进行编码 并等待 D 触发器 的同步输出信号 如果输入信号频率不在预先设置的范围内 检测结果维持为 0 不变 另一路则送到频率平均算法部分 分别经过 4 8 分频 以初步检测信号的持续时间 将诸如噪声之类的干扰消除掉 同时 进一步设置更为严格的频率检测范围 如果充 电时间不够长 这就是说即使被检测信号的频率在 DTMF 频率范围内 但它的持续时间 不足以满足 DTMF 的工业标准 输出同步脉冲保持为 0 编码结果不输出 2 2 2 语音芯片 1 ISD4004 语音芯片 ISD4004 系列工作电压 3V 单片录放时间 8 至 16 分钟 音质好 适用于移动 电话及其他便携式电子产品中 芯片采用CMOS 技术 内含振荡器 防混淆滤波器 平滑滤波器 音频放大器 自动静噪及高密度多电平闪烁存贮陈列 片内信息存于 闪烁存贮器中 可在断电情况下保存 100 年 反复录音 10 万次 2 ISD2560 语音芯片 美国ISD公司的2500芯片 可以录放时间60秒 ISD2500系列和1400系列语音电路 一样 具有抗断电 音质好 等优点 它的最大特点在于片内E2PROM容量为480K 1400 本科毕业论文 设计 第 6 页 系列为128K 所以录放时间长 有10个地址输入端 1400系列仅为8个 寻址能力可 达1024位 最多能分600段 设有OVF 溢出 端 便于多个器件级联等这些特点 2 2 3 主控制器选择 1 单片机控制 单片机就是在一块芯片上集成了 CPU RAM ROM EPROM 或 EEPROM 时钟 定时 计数器 多种功能的串行和并行 I O 口 如 Intel 公司的 8031 系列等 除了以上基本 功能外 有的还集成有 A D D A 如 Intel 公司的 8051 系列 概括起来说 单片机具 有如下特点 具有位处理能力 强调控制和事务处理功能 价格低廉 如低档单片机 价格只有人民币几元钱 开发环境完备 开发工具齐全 应用资料众多 后备人才充 足 国内大多数高校都开设了单片机课程和单片机实验 2 DSP 控制 DSP 器件具有较高的集成度 DSP 具有更快的 CPU 更大容量的存储器 内置有波 特率发生器和 FIFO 缓冲器 提供高速 同步串口和标准异步串口 有的片内集成了 A D 和采样 保持电路 可提供 PWM 输出 内置高速的硬件乘法器 增强的多级流水线 使 DSP 器件具有高速的数据运算能力 DSP 器件比 16 位单片机单指令执行时间快 8 10 倍 完成一次乘加运算快 16 30 倍 DSP 器件还提供了高度专业化的指令集 提高了 FFT 快速傅里叶变换和滤波器的运算速度 此外 DSP 器件提供 JTAG 接口 具 有更先进的开发手段 批量生产测试更方便 开发工具可实现全空间透明仿真 不占 用用户任何资源 DSP 是单片机的一个分支 它有专门的 FFT 算法需要的特殊指令 流水线指令处理 能以较高的速度进行运算 我们可以根据需要选用他 如果你作一个遥控器 选用他 就没优势了 因为很多其他的用于遥控的单片机比他更适合用来作遥控器 如果用 89C51 来作语音或图像识别就不如 DSP 了 一个产品的设计要考虑 在满足需求的情况 下他的性价比 综上所述 选择了用MT8870型号的DTMF解码芯片 ISD4004语音芯片 单片机来完 成这个系统的设计 本科毕业论文 设计 第 7 页 第三章 系统总体设计和主要芯片选择 3 1 系统总体设计 本系统是一个用来控制各种家电的设备 它通过来自电话的控制信号来实现对家 电的控制 当用户不在家时 通过随身携带的移动电话或者身边的固定电话 拔通家 里的电话 依照事先规定的一些规则 通过在电话里的语音提示 进行不同的数字按 键操作来完成对不同家电的控制 达到用户的预期目的 系统的功能以确定设计具体 要求如下 1 控制系统能通过电话终端通信设备对家中电器实现远程控制 2 控制系统可以实现自动模拟摘挂机 以实现双方通信 3 控制系统主人的身份校验 在线密码修改及存储 4 控制系统有语音功能提示 以方便用户操作 本系统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电话外线的接口 其中包括铃流检测 摘挂机控制 双音频DTMF识别 语音提示电路及电器控制 总体 电路框图如图3 1所示 图 3 1 系统总体框图 系统主要由 AT89C51 单片机 DTMF 解码芯片 MT8870 和语音芯片 ISD4004 组成 AT89C51 单片机完成电话机振铃信号次数的检测 控制和加密 此系统具有以下单元功 能模块 1 铃音检测 计数 电 话 接 口 语音提示电路 振铃检测电路 自动摘挂机电路 双音频解码电路 单 片 机 家 用 电 器 控 制 本科毕业论文 设计 第 8 页 2 自动模拟摘挂机 3 密码校验 4 在线修改密码 5 双音频信号解码 6 输入信息分析 7 控制电器开关 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要求 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 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 但是从系统的可靠性和程序的结构设计上分析 我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 自动摘挂机和电器的控制必须使用具体硬件 电路来实现 振铃音计数 密码校验 在线修改密码 输入信息分析等功能模块使用 软件编程方式要比硬件电路简单的多 实现也很容易 综上所述 本系统信号音检测 自动摘挂机 控制电器 双音频解码等功能模块 使用硬件电路实现 而信号音计数 密码校验 在线修改密码 信息分析等功能模块 使用软件编程完成 3 2 主要芯片介绍 3 2 1 AT89C51 AT89C51 是美国 ATMEL 公司生产的低电压 高性能 CMOS8 位单片机 片内含 4K bytes 的可反复擦写的 Flash 只读程序内存和 128bytes 的随机存取数据存储器 器件 采用 ATMEL 公司的高密度 非易失性存储技术生产 兼容标准 MCS 51 指令系统 片内 置用 8 位中央处理器和 Flash 存储单元 功能强大的 AT89C51 单片机可以提供许多高 性价比的应用场合 可灵活应用各种控制领域 其引脚如图 3 2 所示 AT89C51 主要性能参数 1 与 MCS 51 产品指令系统完全兼容 2 4K 字节可反复擦写 Flash 闪速内存 本科毕业论文 设计 第 9 页 3 1000 次擦写周期 4 全静态操作 0Hz 24Hz 5 三级加密程序内存 6 128 8 字节内部 RAM 7 32 个可编程 I O 口线 8 2 个 16 位定时 计数器 9 6 个中断源 10 低功耗空闲和掉电模式 图 3 2 AT89C51 单片机引脚 AT89C51是标准的40引脚双列直插式集成电路芯片 它具有32个外部双向输入 输 出 I O 端口 2个外部中断口 2个16位可编程定时计数器 1个全双工串行通信口 按其功能可分为电源 时钟 控制和I O接口四大部分 1 电源引脚 VCC 芯片主电源 外接 5V GND 电源地线 2 时钟引脚 XTAL1 振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端 XTAL2 振荡器反相放大器的输出端 3 控制引脚 本科毕业论文 设计 第 10 页 1 ALE 地址锁存控制信号 当访问外部内存时 地址锁存允许输出电PROG 平用于锁存地址的地位字节 在 FLASH 编程期间 此引脚用于输入编程脉冲 在平时 ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号 此频率为振荡器频率的 1 6 因此它可用作 对外部输出的脉冲或用于定时目的 然而要注意的是 每当用作外部数据存储器的时 候 将跳过一个 ALE 脉冲 此时 ALE 只有在执行 MOVX MOVC 指令是 ALE 才起作用 另外 该引脚被略微拉高 如果微处理器在外部执行状态 ALE 禁止 置位无效 2 外部程序内存读选信号 在由外部程序内存取指期间 每个机器周PSEN 期两次有效 但在访问外部数据存储器时 这两次有效的信号将不出现 PSENPSEN 3 VPP 访问程序内存控制信号 当信号为低电平时 只访问片外程序EAEA 内存 而当为高电平时 则对 ROM 的读操作是从内部程序内存开始 并可延续至外EA 部程序内存 4 RST VPD 复位 掉电保护信号输入 当输入的复位信号延续 2 个机器周期以 上高电平即为有效 用以完成单片机的复位操作 4 I O 引脚 P0 口 P0 0 P0 7 8 位双向并行 I O 接口 扩展片外内存或 I O 口时 作为 低 8 位地址和 8 位数据总线的分时复用接口 它为双向三态 P0 口可带 8 个 TTL 负载 电流 P0 口作为 I O 输出口使用时 由于 P0 口为开漏输出 必须外接上拉电阻才能有 高电平输出 P1 口 P1 0 P1 7 8 位准双向并行 I O 接口 P1 口每一位都可以独立设置成 输入输出位 P1 口可驱动 4 个 TTL 电路 P1 口写入 1 后 被内部上拉为高 可用作输 入 P1 口被外部下拉为低电平时 将输出电流 这是由于内部上拉的缘故引起的 P2 口 P2 0 P2 7 8 位准双向并行 I O 接口 扩展外部数据 程序内存时 作为高 8 位地址输出端口 P2 口可以驱动 4 个 TTL 电路 P3 口 P3 0 P3 7 8 位准双向接口并行 I O 除了与 P1 口有一样的 I O 功能 外 每一个引脚还兼有第二功能 如表 3 1 所示 P3 口的第二功能信号都是单片机的 重要控制信号 因此 在实际使用时 先按需要选用第二功能信号 剩下的才以第一 功能的身份作为数据位的 I O 使用 表表 3 13 1 P3P3 口各引脚对应的第二功能口各引脚对应的第二功能 P3 0P3 1P3 2P3 3P3 4P3 5P3 6P3 7 本科毕业论文 设计 第 11 页 RXDTXD0INT1INTT0T1WRRD P1 P2 P3 口片内均含有固定的上拉电阻 故称为准双向并行 I O 接口 P0 口片 内无固定的上拉电阻 由两个 MOS 管串接 既可开路输出 又可处于高阻的 悬空 状态 故称为双向三态并行 I O 接口 3 2 2 DTMF 芯片概述 MT8870 是一个完整的 DTMF 接收解码电路 和其它电路 如 LCD 驱动电路一起 可 实现 CALLERID 功能 它集成了陷波滤波器和数字解码功能 在滤波器部分 使用了开 关电容技术 解码部分 用数字计数的方法检测所有 16 种 DTMF 音频对 并将它们编 成 4 字节的码 通过在芯片上放置差分输入放大器 时钟晶振和可锁存的三态输出 可以使外围元上件最少 信号经过输入放大 过滤掉噪声 再被由 6 阶高频组带通滤波器和 8 阶低频组带 通滤波器组成的陷波滤波器滤出 DTMF 信号 然后经过平滑滤波 再由过零检测器将模 拟信号转换成数字信号 进入数字部分 信号在数字部分分为两路 一路直接送到频 率检测部分 分别对信号进行高频和低频检测 如果输入信号频率在预先设置的范围 内 则将检测结果送到编码部分进行编码 并等待 D 触发器的同步输出信号 如果输 入信号频率不在预先设置的范围内 检测结果维持为 0 不变 另一路则送到频率平均 算法部分 分别经过 4 8 分频 以初步检测信号的持续时间 将诸如噪声之类的干扰 消除掉 同时 进一步设置更为严格的频率检测范围 如果信号通过了检测 就使 ESt 端输出高电平 通过外围 RC 回路对 St 端充电 R C 的值根据不同的工业标准选择 如果 ESt 端高电平持续时间足够长 使充电后 Vc Vtst 2 35V 这是通过比较器比较 这就意味着所检测的信号满足 DTMF 的工作标准 则使引导逻辑部分的输出同步脉冲 到编码部分 使 4 位编码输出 经过延迟单元 锁存进三态输出单元 输出正确的码 同时 引导逻辑部分产生 StD 端高电平信号 同时使 GT 维持高电下 如果充电时间不 够长 这就是说即使被检测信号的频率在 DTMF 频率范围内 但它的持续时间不足以满 足 DTMF 的工业标准 输出同步脉冲保持为 0 编码结果不输出 第四章 系统硬件设计 本系统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 本科毕业论文 设计 第 12 页 的可靠性 稳定性 使整体电路达到比较高的稳定性 此电路主要包括电话线路摘机 检测和线路振铃信号的检测电路 语音提示电路 单片机控制 DTMF 检测电路及电器驱 动电路 4 1 振铃检测电路 电话线路没有铃流时 电话交换机提供的线路的电压为48V 60V的直流信号 当 用户呼叫时 电话交换机发来铃流信号 振铃信号频率为25 3 Hz 电压峰值为 90 15 V 振铃以5 s 为周期 1s 送 4s 断 根据振铃信号电压比平时外线电压高 这个特点 设计铃流音检测电路见图4 1所示 图中D1 为普通二极管 D3 是稳压二极 管 稳压值取80 V 铃流检测的工作原理是 当线路没有铃流音时 稳压二极管D3 处 于截止状态 U2 不工作 从Q1 输出的是高电平 当线路中有振铃信号时 D3 被击穿 U2 导通 在Q1 输出低电平 振铃信号从单片机的T0 输入 123456 A B C D 654321 D C B A T itle N um berR evi sio nSi ze B D ate 29 M ay 2 01 2Sh eet of Fi le C D ocum en ts and S ett ing s A dm in istrato r 业业 业业业业 业业业业业 业业业业业业业 D dbD raw n B y R7 10K R45 2 9K R1 33K C41uF Q1C5 100uF U2 P631 D3 80V V C C 业业业 P3 4 D1 1 2 J1 CON2 INPUT2 IN PUT 1 图 4 1 振铃检测电路 4 2 模拟摘机电路 模拟摘机电路的功能是当电话振铃到一定时间后接通电话 如果电话线路上出现 了振铃信号 90VPP的振铃电压使得光电耦合器U2输出端按振铃频率导通和截止 单片 机在每次振铃信号结束后进行振铃次数计数 并将单片机振铃次数计数器中的数据与 已经设定的振铃摘机数据比较 两者相等P2 5下拉 U1 接通 Q2 Q3 导通 外线经 极性变换后 从Q2 的集电极输出 输出信号送MT8870 的输入端 当P2 5 为高电平时 U1截止 Q2 Q3 也截止 此时相当于电话挂机 系统在程序控制下 当接收到6个振 本科毕业论文 设计 第 13 页 铃信号时 启动摘机电路从而实现模拟摘机 其电路如图4 2所示 123456 A B C D 654321 D C B A T itle N um berR evi sio nSi ze B D ate 29 M ay 2 01 2Sh eet of Fi le C D ocum en ts and S ett ing s A dm in istrato r 业业 业业业业 业业业业业 业业业业业业业 D dbD raw n B y R8 10K R2 54K U1 P631 1 2 3 4 D2 R9 10K R46 1K R3 100 V C C D12 LED P2 5 IN IN PUT 2 IN PUT 1 Q2 Q3 图 4 2 模拟摘机电路 4 3 语音提示电路 语音提示电路是此系统的重要组成部分 能提供给用户直观的的反馈信息 为了 使系统更加人性化 语音提示直接采用了语音芯片 将一些操作规则事先存于芯片中 根据不同的DTMF信号产生不同的提示信息 从而来完成控制整个系统的目的 本系统 采用具有SPI 结构的ISD4004 语音芯片 ISD4004 芯片具有16 分钟的录音长度 录音 时 可以将每段录音分段存储 每段对应一个操作地址 操作地址由单片机P0 4 P0 7 来决定 放音时 只要选通对应段的地址 就可将对应段录音进行播放 89C51 单片 机根据用户发送的DTMF 信号 选择对应段的地址 语音信号从ISD4004 的ANDOUT端口 输出后经放大 然后从变压器耦合到外线 电路如图4 3所示 123456 A B C D 654321 D C B A T itle N um berR evi sio nSi ze B D ate 31 M ay 2 01 2Sh eet of Fi le C D ocum en ts and S ett ing s A dm in istrato r 业业 业业业业 业业业业业 业业业业业业业 D dbD raw n By P3 2 P0 7 P0 6 P0 5 P0 4 3V V CC C3 1uF C6 0 1u R33 10K R4 10K R5 10K R6 10K R1010K SS 1 M OS I 2 M IS O 3 V ssd 4 N C 5 N C 6 N C 7 N C 8 N C 9 N C 10 V ssa 11 V ssa 12 A ND O UT 13 A M C A P 14 N C 15 A NA IN 16 A NA IN 17 V cca 18 N C 19 N C 20 N C 21 N C 22 V ssa 23 R AC 24 IN T 25 X CL K 26 V ccd 27 SC L K 28 IS D4 00 4 S1 ISD4004 O UT 图 4 3 语音提示电路 本科毕业论文 设计 第 14 页 4 4 单片机控制 单片机控制电路采用 AT89C51 单片机 其电路图如图 4 4 所示 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberR evisionSize B Date 29 M ay 2012Sheet of File C Documents and S ettings Administrator 业业 业业业业 业业业业业 业业业业业业业 DdbDrawn By C25 30P R42 10K C24 30P Y1 12MHZ S2C20 22uF P1 0 P1 1 P1 2 P1 3 P1 4 P1 5 P1 6 P1 7 R ST P3 0 ALE P3 2 P3 3 P3 4 P3 5 P3 6 P3 7 GNDP2 0 P2 1 P2 2 P2 3 P2 4 P2 5 P2 6 P2 7 P0 7 P0 6 P0 5 P0 4 P0 3 P0 2 P0 1 P0 0 C21 0 1uF VCC VCC P1 0 1 P1 1 2 P1 2 3 P1 3 4 P1 4 5 P1 5 6 P1 6 7 P1 7 8 R ST 9 R XD P3 0 10 TXD P3 1 11 INT0 P3 2 12 INT1 P3 3 13 T0 P3 4 14 T1 P3 5 15 W R P3 6 16 R D P3 7 17 XTAL2 18 XTAL1 19 GND 20 P2 0 21 P2 1 22 P2 2 23 P2 3 24 P2 4 25 P2 5 26 P2 6 27 P2 7 28 PSEN 29 ALE PROG 30 EA 31 P0 7 32 P0 6 33 P0 5 34 P0 4 35 P0 3 36 P0 2 37 P0 1 38 P0 0 39 VCC 40 80C51 JP1 Component 1 图 4 4 单片机电路 4 5 DTMF 检测电路 此部分是整个系统的关键 它的工作情况直接决定了系统的可靠性 DTMF 解码方 式在电话拨号系统中应用非常广泛 其突出的优点是抗干扰能力很强 经过翻阅大量 的文献资料 发现使用电话专用的双音频解码芯片进行输入双音频信号的解码 是比 较常用的一种方法 使用集成电路不但外围电路简单 而且可靠性强 经过专用集成 电路的解码 信号转换成为不同的码制信号 可以直接被单片机读取 一般常用的电 话双音频解码集成电路有 8870 8880 8888 等 经过反复论证比较 决定使用双音频 解码集成片 MT8870 来完成此功能模块 DTMF 检测电路如图 4 5 所示 123456 A B C D 654321 D C B A T itle N umberR evisio nSize B D ate 1 Ju n 2 01 2 Sh eet of File C D ocumen ts and S etting s A dmin istrato r 业业 业业业业 业业业业业 业业业业业业业 D dbD raw n By IN 1 IN 2 G S 3 V Ref 4 IN H 5 PWD N 6 O SC 1 7 O SC 2 8 V SS 9 T OE 10 Q 1 11 Q 2 12 Q 3 13 Q 4 14 ST D 15 E ST 16 ST G T 17 V DD 18 C26 MT8870 R56 100K R55 100K R58 100K R57 100K R59 100K C2 0 01uF C28 0 1uF C22 0 1uF V CC V CC Y2 3 579 P3 3 P1 0 P1 1 P1 2 P1 3 IN Q4 R 79 10 K 图 4 5 DTMF 检测电路 本科毕业论文 设计 第 15 页 当 MT8870 接收来自电话线的双音多频信号并准备好输出时 产生中断信号 MT8870 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 Q1 Q4 连到 AT89C51 的 P1 口的 P1 3 P1 0 CPU 经 P1 口识别 4 位代码 电话 按键与相应译码 Q4 Q1 输出见表 4 1 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 为了使单片机 AT89C51 获取有 效数据 MT8870 的 STD 有效端接 CPU 的 INT1 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是不会引起 MT8870 的 STD 端变化的 DTMF 数据输出如表 4 1 所示 表表 4 1DTMF4 1DTMF 数据输出表数据输出表 低通 HZ 高通 HZ 数字 OED4D3D2D1 69712091HLLLH 69713362HLLHL 69714773HLLHH 77012094HLHLL 77013365HLHLH 77014776HLHHL 85212097HLHHH 85213368HHLLL 85214779HHLLH 94113360HHLHL 9411209 HHLHH 9411477 HHHLL 6971633AHHHLH 7701633BHHHHL 8521633CHHHHH 9411633DHLLLL ANYLZZZZ 本科毕业论文 设计 第 16 页 4 6 继电器控制电路 电器控制可采用继电器 可控硅等来控制强电的通与断 为了达到电话机能控制 家用电器的开关作用 此设计采用了继电器 一共设定了 4 路继电器开关 为了使家 用电器使用不影响单片机电路的正常工作 采用光耦把继电器驱动电路和单片机电路 分隔开来 电器控制电路如图 4 6 所示 123456 A B C D 654321 D C B A T itle N umberR evisio nSize B D ate 29 M ay 2 01 2Sh eet of File C D ocumen ts and S etting s A dmin istrato r 业业 业业业业 业业业业业 业业业业业业业 D dbD raw n By R48 1K 1 2 J3 CON2 P0 1 V CC R52 390 D14 1N4148 K6 V CC U10 Q12 图 4 6 电器控制电路 本科毕业论文 设计 第 17 页 第五章 系统软件设计 5 1 系统软件设计基本思路 软件设计过程中采用模块化设计方法 便于程序的阅读 调试和改进 程序的基 本流程如图 5 1 所示 N Y N Y N Y 图 5 1 系统软件流程图 挂机 语音提示 模拟摘机 振铃检测 操作完成否 输三次内密码正确否 6 次正常振铃 结束 开始 功能操作 本科毕业论文 设计 第 18 页 为提高控制系统的可靠性 可维护性和编程的效率性 控制系统的软件采用模块 化结构 用 C 语言编写 简洁 明了 在硬件的基础上 智能型电话遥控器的所有功 能都是由软件实行的 通过软件编程可以控制电器的开关 密码修改和语音提示等等 因此 电路的设计中 软件编程也起到了关键性的作用 软件设计包括振铃检测 模 拟摘机 语音提示 密码存储 各功能操作等这些模块 在图 5 1 系统软件流程图中 功能操作包括了很多的功能 如图 5 2 所示 图 5 2 系统功能图 5 2 定时中断子程序 在软件编程中 需要考虑到电路中断的使用 智能型电话遥控器系统里用到了一 个计数中断 计数中断是用于电话振铃次数大于 6 次无人接听则产生中断 接通电话 线路 计数器中断子程序 void Time0 Init void interrupt 1 TH0 0 xFF 重新给定初值 TL0 249 P0 dofly table 0 wuren 3 功能操作 密 码 输 入 与 修 改 开 关 电 器 语 音 提 示 本科毕业论文 设计 第 19 页 第六章 系统调试 6 16 1 采用 proteus 仿真模拟系统的实物调试原理 根据控制系统调试的需要 我们自己准备了一些调试设备 1 proteus 软件 一个 2 Keil 软件 一个 由于没有实物可以进行系统的调试且 proteus 软件可以非常完善的模拟仿真硬件 电路 所以我采用 proteus 软件来画出电话远程控制的基本电路图 再用 Keil 软件进 行 C 语言的程序编写 最后把 Keil 软件与 proteus 软件进行关联设置 即可把 Keil 软件中的程序下载到单片机中进行运行 这样不但对该系统进行了硬件电路的设计 而且也对软件编程也进行了调试 由于 proteus 软件中没有 DTMF 芯片的仿真模型且 DTMF 芯片功能现在非常完善 DTMF 的外围电路也非常的简单 工作也很稳定 连接上电路就可译出 8421 码 用 8421 码来区别不同的电话按键操作 所以我直接用 4 4 矩阵键盘中的 12 个数字替代 DTMF 译码电路 这样单片机直接和按键连接 在 proteus 软件中同样也没有语音芯片的仿真模型 但是语音芯片就是按事先存 储好的提示音通过单片机的控制进行不同位置的调用 我在该软件中用蜂鸣器对其进 行替代 用不同频率的控制信号来表示不同的语音提示 这样蜂鸣器就会按单片机的 控制产生不同的提示音 单片机通过继电器驱动电路控制继电器的通断从而实现家用电器的开关 原理就 是小信号控制大电流 大电压设备 只要小信号能正常的输出则家用电器就能正常的 开关 为了直观的看出单片机输出的小信号是否正常 我在 proteus 软件中用单片机 直接驱动 LED 灯 用 LED 灯的亮灭来模拟家用电器的开断 为了能直观的看出输入键盘按下的键位 我用 7 段数码管对其进行显示 用矩阵 键盘最左边的三列来模拟电话的按键 表示 号键 表示 号键 数码管不但 能显示按键的数位而且在用户输入密码三次错误的时候 系统将自动的挂机 我用 LED 灯 数码管的全灭来表示这一状态 但是在程序的后半部分数码管的显示和 LED 灯的 亮灭有些冲突 所以在后半部分没有显示键盘输入值 本科毕业论文 设计 第 20 页 6 6 2 2 proteus 调试 我采用该软件的仿真来模拟整体系统的调试 第一步 用按键输入 T0 端口来模拟电话振铃次数 当按键次数大于 6 次时 表 示无人接听 系统自动摘机 我用 LED 灯 D1 点亮来表示这一状态 如图 6 2 所示 图 6 2 第二步 通过矩阵键盘输入密码 当输入的密码与系统设置的密码一致时 系统 允许控制家用电器操作 我用 LED 灯 D2 点亮来表示这一状态 如果密码输入错误则 D2 不亮 而且在密码三次输入错误时 LED 灯及数码管全部的熄灭 如图 6 3 所示 图 6 3 本科毕业论文 设计 第 21 页 第三步 如果输入和 1 5 的数字则表示把家用电器打开 1 5 分别代表不同 的家用电器 如果输入和 1 5 的数字则表示把家用电器关闭 1 5 分别代表不同 的家用电器 如下图 6 4 6 5 所示 图 6 4 家用电器全部打开 图 6 5 家用电器部分关闭 本科毕业论文 设计 第 22 页 第七章 毕业设计总结 7 1 毕业设计过程中遇到问题及解决方法 在几个月的毕业设计中 我不仅学到了知识而且也遇到了很多的困难 开始准备 做实物进行调试 但是出于时间和经费的考虑没有采用这个方案 只能用软件仿真来 模拟远程电话控制的实物运行 即用 proteus 软件和 Keil 软件相关联后仿真 在电路 图绘制的过程中发现 proteus 软件中很多器件不存在 这些器件进而不能仿真 例如 语音芯片 ISD4004 编码芯片 MT8870 都不存在 由于编码芯片 MT8870 现在功能很完善 且功能简单 只需连接电路就能把电话的按键信号进行编码 在这种情况下我直接采 用 4 4 矩阵键盘和单片机相连 和电话机按键信号经过 MT8870 编码后原理相似 即 用这种方法来解决在 proteus 软件中没有编码芯片 MT8870 这一问题 为了解决没有语 音芯片这一问题 在 proteus 软件仿真中我用一个蜂鸣器接到单片机的 P3 2 引脚来替 代语音芯片的功能 即在软件编程的时候用不同频率的脉冲来控制蜂鸣器 使其产生 不同频率的声音来模拟语音芯片的功能 为了比较明显的表示远程控制家用电器这一 功能 我用单片机控制 LED 灯的亮灭 而不是通过驱动电路来控制继电器这一方法 在 PCB 版的绘制过程中 我发现很多的原件封转在原件库里没有或是不合适 我 通过上网查询对应芯片的资料 自己制作 PCB 的部分原件封转 在最后电路的布线时 为了更加的合理布线 我采用了全部是手动布线 在硬件电路和 PCB 版绘制完成后 开始了软件的编写 首先编写了 4 4 矩阵键盘 的按键扫描程序 与 proteus 软件关联调试完成后 我开始调试 7 段数码管显示的程 序 由于开始把共阳极接错了所以在调试中耽误了一些时间 由于程序编写的不是很 完善 所以在后期的调试中发现 只要 7 段数码管显示和按键扫描一块儿执行时程序 不能正常运行 我觉的是程序编写的时候时序存在问题 最后我只能在后半部分程序 中去除 7 段数码管的显示 接下来我开始编写按键控制家用电器的程序 这段程序思 想是 如果先按下键 表示用户想开启家用电器 接着就是按下对应的家用电器的 编号 如果先按下键 表示用户想关闭家用电器 接着按下对应的数字键 在这个 过程中我发现最初的程序不能实现按下 键后再等待数字键的按下来控制家用 本科毕业论文 设计 第 23 页 电器 最后我采用检测是否有按键被按下 如果有则给标志 1 赋该按键值 延时一段 时间 大于按键反应的时间 再用该检测语句在上述语句内部检测是否继续有按键 按下 如果有则给标志 2 赋按键值 通过比较俩个标志值与设定值来解决这一问题 7 7 2 2 毕业设计过程中有待完善的地方 在这次设计中 首先想采用实物进行调试 但是最后没有采用这一方案 其次 想用 24C02 芯片来构成外部存储 来存储和调用用户设定的系统密码 这样即使系统 断电也不会丢失原先设定的密码 而且这样做系统也很安全不会让别人改变系统识别 密码 但是经过一段时间的编程与调试 我到论文完成时还没有实现 I 2C 通信 所以 最后只能暂时用内部存储这一方法来替代 7 7 3 3 毕业设计过程中感想 在大学的学习过程中 毕业设计是一个重要的环节 是我们步入社会参与实际工 程的一次极好的演示 在这次的毕业设计中我受益匪浅 感觉自己有了很大的提高 从最初的选题 开题报告 画原理图 软件设计 调试直到完成整个设计 在此期间 查找资料 老师指导