基于单片机的家电远程控制系统的研究_毕业设计论文

1、诚信申明本人申明：我所呈交的本科毕业设计（论文）是本人在导师指导下对四年专业知识而进行的研究工作及全面的总结。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中创新处不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京化工大学北方学院或其它教育机构的学位或证书而已经使用过的材料。与我一同完成毕业设计（论文）的同学对本课题所做的任何贡献均已在文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人承担一切相关责任。本人签名： 年 月 日I燕京理工学院毕业设计（论文）基于单片机的家电远程控制系统的设计张楠自动化专业 自控1206班 学号120240177指导教师 陈晓芳摘 要伴随着电子

2、产品的快速发展，手机和电话对广大人们群众来说已经不是一个新鲜词了，但是如何利用手机和电话对家用电器进行远程控制的技术还尚未成熟。本次研究的课题主要是针对如何对家用电器进行远程的控制。大家都知道，近几年来电子和通行技术发展的愈来愈成熟了，所以本文通过电话来设计达到远程控制家用电器的目的。该系统主要采用AT89C51和MT8870双音多频解码集成电路为核心,使用公共电话网络,实现了智能控制的远程家电设备。本文主要介绍了组成该系统的整体框架、工作原理以及程序的设计方法，对“振铃检测电路、模拟摘挂机控制电路、双音多频解码电路、语音提示以及家用电器控制电路”等都作了详细的解释。用户可以在远端固定电话或移

3、动电话发送DTMF双音多频信号,实现对近端远程智能控制的家用电器。同时也可以让用户发送语音信号及时了解被控对象的状态,以提供相应的解决方案。这个设备是不适合家庭使用,也适用于大型商店和商业单位。设计不仅操作方便、简单、可靠性高,是一个非常有前途的未来在新技术产品。关键词：AT89C51单片机 DTMF双音多频解码电路 振铃检测 摘挂机控制III2System for Household Electronic Appliance Base on The MicrocontrollerAbstractWith the rapid development of electronic products

4、, mobile phone and call to the people, it is not a new word, but how to use mobile phones and phone for household electrical appliances for remote control technology still has not yet mature. This research topic is mainly aimed at how to household appliances remote control. As we all know, in recent

5、 years through the development of electronic and technology more and more mature, so this paper through the telephone to design to achieve the purpose of remote control household appliances. The system mainly to AT89C51 single-chip microcomputer and MT8870 dual tone multiple frequency decoding integ

6、rated circuit as the core, with the aid of the public telephone network, so it can realize the remote home appliance equipment intellectualized control. This paper mainly introduces the overall framework of the system, working principle and program design method of "ringing detection circuit an

7、d analog pick hang machine control circuit, dual tone multiple frequency decoding circuit, voice prompt and household appliances control circuit" and so on all has made the detailed explanation. The user can in the far end of a fixed phone or mobile phone sending DTMF dual tone multiple frequen

8、cy signal, realizes to the proximal household appliances remote intelligent control. At the same time also can send voice signal let the user to understand the relevant state controlled object, so as to provide the corresponding solutions. This device not only suitable for family, also applies to la

9、rge stores and enterprise unit. This design is not only easy to operate, simple, and high reliability, it is the future very promising new technology products.Key Words: AT89C51 single-chip microcomputer DTMF dual tone multiple frequency decoding circuit Ringing detection Pick hang machine control.

10、目 录前 言.1第1章 课题研究背景与价值1第1.1节 本课题的研究背景1第1.2节 远程控制的内容1第2章 系统设计的原理3第2.1节 总体设计原理3第2.2节 硬件模块分析5第2.3节 软件模块分析6第3章 系统硬件单元的设计7第3.1节 模拟摘挂机电路7第3.2节 振铃检测电路8第3.3节 双音多频解码电路10第3.4节 语音提示电路13第3.5节 控制单元电路15第4章 系统软件设计分析17第4.1节 软件设计原理17第4.2节 系统程序设计流程图18第5章 系统的应用20第5.1节 系统的应用前景20第5.2节 系统的使用说明21结 论22参考文献23附 录24致 谢25VII前 言

11、 二十一世纪是信息时代，各种电信新技术推动了人类文明的进步。自从1876年，Alexander Graham Bell（贝尔）发明电话以来，世界各国的电话网络发展非常迅速。进十年来，中国的固定电话业务呈现出举世瞩目的快速增长。1997年8月局用电话交换机总容量突破1亿门，网络规模跃居世界第二位，2004年7月固定电话用户总数突破2亿户。随着通讯产业的发展，电话机已经走进了千家万户；随着现代科学技术的发展，利用电话机进行远程控制的技术也日益用于生活中。现代电话网络是由交换机和电话传输线共同组成，它的性能已经有了很大的进展，而且可靠性非常高。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，常

12、用的方式有无线电遥控、有线遥控、红外线和超声波遥控等。无线电遥控既是利用无线电信号对被控物体实施远距离控制。无线电遥控不可避免的须占用一定的无线电频率资源，造成电磁污染；常规的有线遥控需进行专门的布线，增加了投入；而红外线、超声波遥控则受距离所限。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。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

13、，而且不具备很高的可靠性。本文介绍了一种电话远程控制技术。该系统用于具有单片机控制的家用电器的电话遥控，用户可通过任意一部双音多频电话（包括手机，电话分机）对自己家庭安装的各种电器（如空调，微波炉，热水器等）进行开机，停机等操作。 作品为突出电话遥控的信息反馈功能，并使产品达到非常高性价比。故未对电话装置的其他功能进行进一步的扩展，而且所有使用的集成电路和其它元器件都尽量选择高性价比的。在该作品的基础上进行了功能扩展是很方便的。譬如:使用语音芯片作为信号音反馈，提高本作品的实用性（此次为了保证整体电路的经济性，所以并未使用昂贵的语音芯片）。加上留言电路，主人不在家时客人留言。利用遥控

14、方式可使主人很方便地在异地提取留言信息；在各路终端上接上传感器即可实现对环境声响的监听；接上自动拨码电路可定时将预定信息转至主人传呼机或特定电话，从而达到定时提醒主人的目的。本作品还可以应用于工厂企业的自动化控制等领域。第1章 课题研究背景与价值第1.1节 本课题的研究背景随着新型科技电子产品日益发达和人们生活水平的不断提高，受到潜移默化的影响，人们对生活质量以及家居环境的要求也在与日俱增，人们开始追求家庭生活现代换，舒适化，以及安全性等问题，特别是家电的选择和使用上，智能家居的出现正好满足了人们的需求。随着电话通信网络的出现，利用电话实现远程控制已经在智能小区的管理中得到了广泛的应用，而移动

15、通信技术的发展刚好为家电的远程控制奠定了基础。本文介绍了一种电话远程控制技术。本系统采用单片机控制家用电器的远程控制、远程电话,用户可以通过手机、电话到家用电器(如太阳能、冰箱)远程控制其工作状态,以满足用户需求为各种各样的家用电器,不仅如此,用户也可以根据你的需求和基于住宅需求不同的家用电器控制,达到了用户自己的家庭住宅最好的国家规定。其控制示意图如1.1所示。 图1.1 控制示意图本次作品所使用到元器件都选择性价比较高的，这就可以在节约电器成本的前提下创造出更大的利用价值。智能家居的优点主要体现在它不受时间和空间的限制，这就可以为人们节约大量的时间。不仅如此，我们也可以在各路终端接上传感器

16、从而实现对周围环境的监听，这就达到了一个对家居电器进行安全性的监护作用，也避免了很多不必要的麻烦。远程监控还可以应用到企业的自动化控制的系统领域中去，可以为企业节约很多的资本，也可以应用到家庭医疗保健中，不仅降低了医疗保健成本，而且还有益于身心更加健康，我们把测量的结果直接传给医生，可以省去去医院排队等候的麻烦，也可以应用于网络家庭教育，帮助学生能够更好的学习。第1.2节 远程控制的内容有了这些智能家用电器，我们不难建造一个拥有智能家居的环境，有了智能家居，我们就可以节约大量的时间做更多的事情。例如，我们可以在回家的路上可以提前打开家里的电饭煲，把空调打开调到合适的温度，这样回家以后我们就可以

17、舒适地吃上香喷喷的米饭了，但是，这在以前是不可能实现的。就目前而言，我们大多数家庭使用的还是传统的家用电器，本次课题主要设计了一款利用单片机控制家用电器的原理进行远程的电话控制系统。和传统的家用电器比起来，智能家用电器主要有以下的特点：1 网络化功能。将智能家电通过家庭局域网连接到一起,然后同互联网相连,以实现信息的共享。2 智能化。智能家电利用传感器来感知周围的环境，然后根据环境的不同自动改变参数。3 开放性、兼容性。生产智能家电平台具有相同的开放和兼容标准。4 节能化。智能家电可以根据周围环境自动调整自己的工作状态。5 易用性。由于复杂的控制操作步骤在内部控制器嵌上,所以用户只需了解简单的

18、外部操作步骤即可。智能家电电并不能单独应用，而必须是作为整体而用。为了满足应用需求和电器智能发展,智能家电的发展将更加丰富的内容,根据实际应用环境的不同功能的智能家用电器也将有所不同,但一般应具备以下基本功能:(1)通信功能。(2)消费电子产品的智能控制。(3)交互式智能控制。(4)安防控制功能。(5)健康与医疗功能。一般来说,主要功能的家庭智能控制系统集中在家庭安全报警、电话远程控制等。组网方式主要分为两大类，其中包括有线组网和无线组网。有线电视网络家庭电话线路控制电路主要用于网络,虽然设备成本较少,但布线成本高,维护困难在未来也更大；无线组网的主要技术有家庭电话网络联盟技术、蓝牙技术等，但

19、移动性强，设备容易，维护简单。电话远程控制作为一门新兴学科与传统家电,有一定的优势,不需要特殊的布线。同时，由于手机便于携带，而且全国范围内都覆盖有电话网，我们可以随时随地通过手机对家用电器进行远距离的控制。第2章 系统设计的原理2.1 总体设计原理电话主要由单片机智能远程控制构成中央处理单元,主要的信息处理,以及各种控制信号接收外部操作指令形式,记录各种信息在同一时间,然后控制不同用户需求的设备状态。接口电路的作用是提供单片机与外围电话的接口。其中主要包括铃流检测电路、摘挂机控制电路、DTMF双音多频解码电路，以及语音提示电路。系统组成框图如图2.1所示。 图2.1 系统组成框图在控制系统中

20、，语音提示电路将会受到AT89C51单片机的控制产生相应的提示信息，通过反馈电路将有用的信息反馈至电话外线，这样操作者能够了解受控方的工作状态，以便采取相应的措施解决。由于用户的需求不同，我们可以根据不同的用户需求进行不同设计。本系统提供两种操作方式：第一种是直接操作方式，操作者在异地拨通连接本装置的外线电话，电话机通过交换机发送振铃信号到外围电路上，接收到的振铃信号送到中央处理单元，如果检测到响铃五次后扔无人接听，摘挂机电路进入自动进行摘挂环节，然后密码检测，当且仅当输入正确密码后才可以选择控制电器，完成后将给出提示，然后自动返回；二是间接的方式,一旦报警信号被检测到中央处理单元,摘机信号送

21、入DTMF解码电路、解码电路在解码,解码后的信息将被发送到单片机I / O输入端口,然后单片机读取二进制信号与默认密码,如果两个都是一样的,用户可以发送进一步的相关操作。2.1.1 系统设计的可行性分析 进入21世纪以来，智能控制技术、信息技术的迅猛发展,智能自动化和奠定了坚实的基础为家电、各种高端智能电器出现在继承,使人们越来越多的便利。人们的生活,居家环境开始发生巨大的变化。智能家电的迅速发展已成为一种必然的趋势。其原因可以归结为以下几点：（1） 信息水平的不断提高，为智能家电的大规模的发展奠定了基础；（2） 网络通信技术的逐步成熟和被广泛应用；（3） 互联网的快速发展为智能家电做了更进一

22、步的铺垫；（4） 人们生活水平的提高，智能家电满足了人们对物质的追求。智能家电的功能满足了现代人们对物质的需要，首先，它能够自动识别工作对象的状态；其次，能够随时调整自身的工作参数；最后，它能够根据工作对象的工作状态和自身工作状态，采取优良的工作方案。 家电设施智能化是一个重要组成部分，智能家居的显著特点就是它能够根据用户的要求灵活地对家电进行控制，更大程度上来说，它可以通过节约时间来提高人们的办事效率。智能家电通过控制它的工作状态来达到环保与节能的目的。本次系统设计的电路比较简单，这就降低了设备的成本，不仅如此，而且该系统功能也比较完善，我们可以根据自己的需要，适当地添加更多的功能。2.1.

23、2 中央处理单元电话远程控制系统主要控制部分是单片机，用户发出指令解码后的内容将送入单片机的接口，记录各种信息，并对各种信息进行处理，发出不同的控制指令。本次对家电远程控制主要核心单元是AT89C51单片机。其引脚如图2.2所示。图2.2 AT89C51单片机引脚图AT89C51单片机的引脚功能介绍： AT89C51单片机一共有40只引脚，它们的功能可大致分为4类：1. 电源引脚 VCC：接+5V的工作电源； VSS:接地端；2. 时钟引脚 XTAL1：作为时钟发生器电路和片内振荡器反向放大器的输入端； XTAL2：作为片内振荡器反向放大器的输出端；3. 控制引脚 4. I/O口引脚 在AT8

24、9C51单片机中，一共有4个8位并行的双向I/O口，它们分别是P0、P1、P2、P3 。P1口仅做I/O口使用，并且其内部有上拉电阻。 P3口有一些特殊功能,即第二功能，其定义如表2.3所示。表2.3 P3口的第二定义功能第2.2节 硬件模块分析为了完成对家电进行远程控制的设计要求，我们采用模块化对系统进行设计。本次设计所用到的核心单元主要是AT89C51单片机，通过电话网络将DTMF解码后的信息送到单片机，单片机发出相应的控制动作，进而达到电话远程控制智能家电的功能。硬件系统框图如图2.4所示：单片机:进行密码校对、提供有用的信息给解码器，控制不同的数据输出。 DTMF解码电路:将

25、相应的解码DTMF信号发送的单片机,单片机控制信号对应的A,B,C,D,0 - 9表示二进制数。模拟摘挂机电路：实现模拟摘挂机的作用。电话接口电路:主要作用是与电话网络连接的端口，包含振铃检测电路等。 输出电路:作为控制器的输出端，还可以对模拟摘挂机电路进行电话摘机。控制电路:主要起到控制操作的平台的作用，将电话输入的数据经过程控交换机传送至中央处理器。图2.4 硬件系统框图第2.3节 软件模块分析系统软件的部分主要分为两种不同的工作状态，即普通工作状态和电话远程控制系统工作状态。电话远程控制状态主要是远程电话输入不同数字通过DTMF将解码后的二进制数送入I/O口，以便单片机控制家里

26、的各种智能电器。软件部分操作系统主要由以下3个模块组成：（1） 限时模块：当远程用后对家用电器发出了操作指令后，如果单片机不能自动复位，那么下一次就不能发出别的指令。又或者单片机发出了错误的操作指令，如果不对它进行限时操作，单片机发出的的错误指令就会无限循环下去。（2） 密码检测模块：当我们到单片机的初始化,我们必须打开一个单片机内部存储单元的密码。当用户通过远程控制单片机来控制家用电器,我们将用户密码写入单片机的另一个存储,然后减少使用单片机发送指令比较两,如果等于继续操作,然后停止操作。（3） 信号处理模块：我们使用振铃检测电路不同信号计数、模拟接挂断为了实现函数的自动选择挂。使用查表法,

27、采用相应的操作指示不同的信号。以上是部分软件操作的原理设计，详细的介绍我们将在后面一一表述。通过结合部分软件和部分硬件的组合，我们几乎达到了远程控制家用电器的目的。第3章 系统硬件单元的设计第3.1节 模拟摘挂机电路3.1.1 电路工作原理电路模拟摘挂机主要是通过控制一个电流源通断来实现。根据热,电路电流为零,在摘机状态,当前一线为18mA-55mA,如果电流超出这个范围,认为用户是一个错误的循环。在即时用户摘机,目前30 mA突然增加,当开关检测到电流增加突然认为,电话已经摘机。为了控制电路中通过的电流在正常范围内,拣选机通过弹簧连接到负载约200,使电路中通过的电流低于正常范围,开关检测到

28、电流正常,停止工作的阻力,进入正常工作范围,即8 - 12 v,并完成后续工作。根据系统设计要求，我们采用一个光电耦合器开关电路来对继电器开关状态加以控制，同时，我们还要在电话线的两端上串联一个约为200电阻，这样在接通电话的瞬间我们可以给回路上的电流起到一个缓冲的作用。当检测到振铃满5次时，单片机的P3.1口将变成低电平，也就是给三极管基极加上一个表较低的电压，三极管满足导通的条件，而继电器J1的两端由于加上了一个5V的电压，所以继电器将会导通，也就是实现了模拟摘机的过程。以下是该电路的元器件列表：R5是一个限流保护电阻，阻值为200，主要保护摘机指示灯，LED7是一个绿色发光二极管，用来提

29、示正在执行摘机操作；R7对三极管起到一个限流保护的作用，阻值为1k；D2二极管主要对继电器起到一个反向保护的作用，为4001；J1则是继电器的控制开关，取JRC4001F(DC5V)；R6是一个摘机电阻，阻值为200；PNP三极管取2N3906.3.1.2 电路图的设计根据模拟摘挂机要实现的功能，设计如下模拟摘挂机电路图，如图3.1所示：图3.1 模拟摘挂机电路图第3.2节 振铃检测电路3.2.1 电路工作原理操作者对用户发出呼叫时，就会产生振铃信号。交换机产生振铃信号后将会为电话线路提供4.5-5V的直流电压，而振铃信号一般为2.53V的正弦波，由于谐铃失真，产生的电压有效值为9.015V。

30、振铃信号的周期为5s，也就是1s送出信号，另外4s是停止状态，在振铃电路检测到有振铃信号时，我们将以四次铃响为限，即铃声响过四次后无人摘机，单片机将进入自动模拟摘机的过程。有效,因为振铃信号电压值较高,所以需要使用高压稳压二极管在一定程度的减压,然后处理后的信号光耦合器,然后通过光耦合器隔离开关,输出信号后续订时破裂的正弦波信号,过滤通过RC电路,可以得到标准的方波信号。然后方波信号输入到单片机中断计数器输入端口,可以完成振铃检测和计算过程。原理说明：电话振铃信号电路主要由各自、隔直电容器C4,稳压二极管D1和限流电阻R4、光电耦合器4N25,并行连接的两端阻塞电容器C4,C4、D1、R4的主

31、要作用是确保输入电压和电流不太大,所以,不必要的影响后面的光电耦合器。当用户调用,电话振铃信号通过C4隔直,稳压二极管D1和R4限流电阻输入光电耦合器4N25,光电耦合器扮演主要角色的角色是隔离电子信号,光电耦合装置是发光设备和感光组件组装在一起,被光耦合形式的电-光与光-电设备。光电耦合器的输入阻抗很小,只有几百欧姆,干涉源阻抗较大,由于噪声电压的输入给光电耦合器一般比较小,只能形成一个弱电,不能使发光二极管发光,从而抑制;光电耦合器没有电气连接的输入电路和输出之间的电路,也没有共同点,这就避免了常见的阻抗耦合干扰信号产生；光电耦合器同时可以起到很好的安全保障作用；最后，光电耦合器的回应速度

32、极快，这就提高了它的工作效率。在本次系统设计中光电耦合器主要起到电信号的耦合作用，我们将发光二极管D1和光敏三极管通过光线耦合在一起，而且输入端和输出端不能够共同接地，也就是将输入的电信号通过发光二极管经过一系列变化后由光敏三极管输出。在实际情况中，当电话处于待机状态时，由于LED6的两端达到了接通的状态，这样LED6将会一直发光，为了区别电话的工作状态，我们在接通电话来电时，由于来电脉冲的影响，这样LED6 就会不停地闪烁，而LED6由于直接接地，所以LED6两端的电压变化范围不大，所以P3.4的输入端的电平只能在0-2V的范围内变动，这就导致了T0口不能准确的计数，所以当单片机处于调试的状

33、态之中，我们必须去掉该指示灯。以下是该电路的元器件列表：C4：隔直电容，作用是过滤直流电压，并且将低频信号给滤出来，又由于振铃信号的电压比较高，所以我们选用10F、100V耐压较强的的瓷片电容；R4：主要起到一个限制回路电流的作用，阻值为33k；D1：是一个稳压二极管，由于回路中的电压较高，所以我们必须进行一定程度的降压，我们选用4001；U3：光电耦合器，主要作用是将光信号转化为电信号，选取4N25；R3：分压限流，保护电阻，选取10K；LED6：:振铃指示灯，我们选择蓝色的发光二极管；74LS04：反相器，我们用来整流；3.2.2 电路图的设计根据我们对振铃信号的要求，设计如下振铃检测电路

34、图，如图3.2所示：3.2 振铃检测电路图第3.3节 双音多频解码电路3.3.1 DTMF双音多频解码MT8870的介绍MT8870双音多频译码器是由MITEL 公司所开发的一颗常用复频译码IC，它具有DTMF信号分离滤波和译码功能，可以直接与MCS-51系列单片机接口，在本次设计的作品中，我们主要用来接收振铃信号并完成它的译码过程。在它收到的DTMF信号,内部会自动分为高频和低频信号,然后将信号以数字译码器,也是一个过程将工作中的关键价值的信号,并解决关键的价值我们将使用二进制的形式通过Q1、Q2、Q3 Q4销输出外部共享总线的过程中,当数字解码器想出一个键值和输出针到外部,性病别针将从低水

35、平向高水平,然后一段时间后推到一个较低的水平,我们可以使用这个特性来确定的性病销是否有信号输出,如果我们将第一季度生产第四季度销值直接到单片机,然后解决电话键值。以下是MT8870 芯片引脚说明表，如图3.3所示：图3.3 MT8870 芯片引脚图其各引脚的功能如表3.4所示：表3.4 MT8870各引脚功能表我们使用不同的语调频率发送按钮的数字信号代替直接拨号脉冲方法称为DTMF技术。双音的双音多频拨号的方法是使用一个组合的两个特定的单音信号叠加来表示数字或符号。DTMF主要由高频组（1209Hz-1633Hz）和低频组（697Hz-941Hz）这两组不同频率的信号叠加而成。用v（t）表示D

36、TMF信号，vl（t）和vh（t）分别表示高频组和低频组的信号，它们之间应满足以下公式：v（t）=vl（t）+vh（t）=Asin（wlt）+Bsin（wht）两个单音的频率不同，所代表的数字和功能也不同。在双音多频电话机中，有16个代表不同数字或符号的按键，其中有10个代表数字的按键即0-9，还有6个符号键,即#、*、A、B、D。可以代表16中不同的数字和符号。按照双音组合的原理，它必须有8中不同的单音频信号，即8中不同的频率。根据CCITT的建议，国际上将双音多频8中不同的频率，又分为两个不同的群：高频群和低频群。我们在高频群和低频群中任意找出一个进行组合，一共有16中不同的组合方式。其组

37、合方式如表3.5所示:表3.5 DTMF信号与电话键盘的组合解码电路是整个电路设计的关键部分，它直接关系到我们是否接收到正确的信号，只有在解码电路可靠地情况下，用户输入的控制信息才能使单片机完成相应的指令操作，也就是进一步控制家里的智能家电。我们都知道,DTMF解码方式,编写一个非常广泛的应用在电话拨号系统,其突出的优点是抗干扰能力很强,我们使用它来提高系统的可靠性设计。我们通过解码器解码收到的信号,然后改变所有有用的信息编码信号,这样你可以直接输入到单片机。在MT8870输出代码与键盘对应关系中，需要我们注意的是，对于“0”这个号码，利用MT8870芯片解码后输出的8421码是“0010”，

38、而不是“0000”，另外，电话按键“#”和“*”在MT8870芯片解码后输出的8421码则分别为“1100”和“1011”。我们将MT8870的输出代码，即Q8Q4Q2Q1，与电话机按键上的数字或符号对应如下表3.6所示：表3.6 MT8870输出代码与键盘对应关系3.3.2 电路的工作原理原理简介：本次设计主要采用双音多频MT8870芯片作为解码电路的核心单元。一旦用户在远端进行电话按键以后，此时系统将会对接收到的信号直接送入耦合电容，然后进行隔直、滤波的处理，然后MT8870继续接收信号并对接收到的信号进行译码处理，将译码处理后的四位二进制数通过Q1、Q2、Q3、Q4四个端口的引脚直接连接

39、到AT89C51单片机的P1.0-P1.3端口上，因为MT8870对接收到有效的DTMF信号进行译码过程后，STD端会升为高电平，此时单片机将会对Q1-Q4端口的数据进行读取。而由于我们只有16中不同的组合方式，所以CPU可以直接屏蔽P1口数据的高四位，而后将读入的数据保存在内部寄存器R7单元中，最后对读入的数据进行相应的分析和判断，以便做出正确的操作。这个过程也就完成了远程用户和单片机的交互式。我们把IN+与VREF相接，同时将远程电话机发送过来的双音多频脉冲信号分别接入IN-和GS引脚，在滤除拨号音信号,再通过前置放大器电路,将信号放大处理后的双音多频滤波器滤波处理后,我们可以单独的高频和

40、低频信号,然后通过振幅检测器和一组滤波器,然后发送到译码器电路,最后经过一系列的数学运算，把解码后与之相对应的8421码通过输出端Q1-Q4输出。由于解码后的信号是二进制的码制信号，所以我们就可以将MT8870芯片的数据输出端Q1-Q4直接连到AT89C51芯片的的P1.0-P1.3口，而且由于只有16中不同频率的组合方式，我们可以直接屏蔽P1.0-P1.3口的高四位，这个过程我们就完成了对芯片进行解码的过程。我们给MT8870的STD引脚接上一个施密特反相器的，然后接到AT89C51的引脚上，这时单片机AT89C51就可以从MT8870解码器中获取有效的8421码。在MT8870解码芯片获取

41、有效的信号时，STD引脚的电平将会由低变高，经过一定时间后再变为低电平，当引脚检测到有解码信号以后，然后启动外部中断，这时单片机的P1.0-P1.3端口就会接收有效的二进制代码。以下是该电路的元器件列表：MT8870：双音多频解码电路，对接收的信号进行一系列的变化后得出有效的码制信号；变压器:音频变压器，即对频率进行改变的元器件；R10和C6组成滤波电路，C60.1uF，R10阻值为33K；R10和R9组成放大电路，电容C7选用0.1uF，而R9阻值为220K，；Y2：芯片外部晶振，选用3.579MHz；C5：隔直电容，选用0.1F；R8：作为输出平衡电阻，阻值为100K；74LS04：反向器

42、中的一组反向器；C7:主要起到一个抗干扰的作用，选用0.1uF。3.3.3 电路图的设计根据我们对双音多频解码电路MT8870的要求，设计如下双音多频解码电路图，如图3.7所示：3.7 双音多频解码电路图第3.4节 语音提示电路3.4.1 ISD2590芯片的介绍本次系统设计的主要采用的语音提示芯片是美国ISD公司的ISD2590芯片，它的优点在于使用起来方便、简单，而且音质较好。它既可以构成简单的单方电路，也可以构成简单的语音、录音电路。同时，它还有微处理器控制所需要的全部端口，因此我们可以直接与微处理器相连接，进而执行相对应的操作。这就避免了一般的录音电路因量化和压缩造成了音效的不准。当执

43、行放音操作时：（1）PD由高电平变换为低电平（2）地址输入端加人所需播放信息的地址（3）根据要在P/端加人适当的电平即P/0，实现录音的功能；而P/1是，实现放音的功能.（4）端加低脉冲时启动放音功能，而当使用录音功能时=0，,并且在录音期间=0保持不变，而当录音结束时=1.(5)由于我们希望低功耗，所以在操作完成后我们必须使PD=1.语音提示电路主要提供一个让用户和系统进行沟通的平台。用户在对语音提示电路进行初始化时设计不同的提示音。当用户接收到一个DTMF的信号以后，我们通过语音提示电路用户进行下一步的操作，例如输入正确的密码，当用户输入正确的密码后，单片机将进入下一步的操作环节。3.4.

44、2 电路的工作原理当语音提示芯片的PLAYL引脚和PLAYE引脚都接上高点平是，ISD2590就进入工作模式。又由于芯片有A0-A7共8位不同的地址输入端，所以一共有256（28）种不同的工作模式。我们将芯片设置处于信息检索模式的读取状态，也就是给芯片的录放控制端P/加上一个高电平，位地址A0-A7也一个高点平。为了录放第N段的语音功能，我们必须使地址指针复位为0，也就是要给PD加上一个高电平的脉冲，以为我们必须以存储器起始处作为录放的标准。除了第一段以外，我们只需要给加上一个持续10us的脉冲信号，地址指针A0-A7可以直接在第N段开始处进行寻址，这时我们只需要拉高SP+，并且在端加上一个低

45、脉冲信号，就可以录放第N段的语音提示信息，知道出现的结束标志位为止。而的脉冲持续时间只有10us左右，单片机不一定能检测到，所以我们可以利用单片机的外部中断来完成对引脚标志位进行检测。语音提示音从芯片的SP+可端口输出，我们先经过一组反向器进行整流和隔离的处理，然后就能得到频率一定、时续时断的方波，而语音提示音进过隔直电容C7的处理后接入到音频放大器的输入端。经过音频放大电路的输出的信号再经过一个耦合电容C4送至变压器T1，变压器T1是专门针对音频输出的耦合变压器，输出的信号正好符合了阻抗匹配的要求。因为我们接收到的电话信号中直流电流较大，而且包含的信号较杂，这些信号可能会造成不必要的干扰，因

46、此我们需要接上一个耦合变压器对接收到的信号进行一个隔直的处理。其中耦合变压器有分为两种，一种是输入，另外一种是输出。在这里我们选用输入用的那种耦合变压器，因为它的反馈性能更好。LM386是美国国家半导体公司生产的音频功率放大器，主要应用于低电压消费类产品。为使外围元件最少，电压增益内置为20。它的优点在于静态功耗低，工作电压范围较广，而且外围电路元器件较少，电压增益还可以自己调接。其放大电路如图3.8所示：以下是该电路的元器件列表：反相器：选用74LS04中的一组反相器；电容C1：隔直电容，主要对接收的音频信号起到一个隔直、耦合的作用，选用100uF的电解电容；音频放大电路：由R1、R2、R3

47、、C2、C3、R4和LM386共同组成，其中R1、R2、R3、R5和R6的阻值都别为20k，C1、C2、C3和C4分别取10uF、0.39uF、1.0uF和0.39uF的电解电容； 图3.8 音频放大电路第3.5节 控制单元电路3.5.1 控制单元电路的工作原理本次设计控制单元电路主要是由反向电路、D触发器和继电器等控制单元组成，核心单元是AT89C51单片机。我们只需要将空调，电饭煲等电器的插头接上一个有继电器的插座，我们就可以通过控制插座中的继电器来控制智能电器的电源接通情况，这个过程就完成了单片机对家里智能电器的控制。如果控制的家用电器较多，我们可以采用多位的二进制数来进行控制。这种通过

48、控制插座中继电器来控制家用电器的方式不仅简单，而且还比较容易实现。以下是该电路的元器件列表：反相器：选用74LS04中的两个反相器；继电器：选用JRC-4100F DC5V的继电器，直接控制智能电器电源的通断；D触发器：选用4013，完成对数据进行锁存的环节；三极管：选用9013；二极管D1：主要起到保护作用，选用4001；指示灯LED：选用红色的发光二级管，起到一个提示的作用；电阻R11：对发光二级管起到一个限流保护的作用，阻值为1k；电阻R21：对三极管起到一个限流保护的作用2k；3.5.2 电路图的设计根据我们此次设计的系统要实现的功能，设计如下电器控制电路，如图3.9所示：3.9 电器

49、控制电路第4章 系统软件设计分析第4.1节 软件设计原理本次系统设计的核心部分是单片机AT89C51，我们针对要设计的智能家居环境，编写相应的语言程序，而单片机所用到的语言主要是汇编语言，所以本次编写程序所用的语言是汇编语言。我们采用模块换的设计理念，将要实现的功能逐一用不同的模块实现，其中软件部分的模块设计又主要可以分为:振铃信号的检测计数主要检查响铃的次数、控制摘挂机的模拟电路主要是对振铃信号进行一个模拟的摘挂过程、双音多频解码电路主要是对信号进行解码、信号音提示电路则是对用户进行一个提醒的作用、控制家用电器电路等。由于这个系统是由各个模块结合而成，所以每个部分的功能对整个电路的设计都很重

50、要，要想实现远程控制家用电器，我们必须确保每一个模块都能实现它的功能而且都能正常进行工作，只有这样，我们才能保证整个系统能够正常运行，我们才能够实现用户远端控制智能家电的想法。并且当MT8870芯片检测到STD引脚有信号输出时，即STD引脚的信号由低到高的变化过程，将会提示用户“请输入密码”，并将操作者输入的密码与用户之前设定的密码进行比对，如果两个密码一致，系统将会继续进行下一步的语音提示，即“请输入需要控制的智能电器号码”，然后操作者在远端进行一个需要控制的智能家电的号码的输入，然后MT8870将会对接收到的电话按键的信息进行解码，并将解码后的内容直接发送给单片机，单片机然后控制智能家电，

51、也就是单片机将会对智能家电进行相应的处理，打开或者关闭某一部分的功能。但是，但单片机检测到用户输出的密码与用户之前在单片机中设定的密码不一致时，我们不会立马关闭，系统将会提示用户重新输入新的密码，如果输入正确，和之前一样，单片机将会继续要求用户输入所要控制的智能家用电器，但是如果操作者连续3次都输入错误的密码，系统将会进行自动挂机的操作。定时中断子程序，顾名思义，它是一个定时计数的作用，在本次设计的课题中主要是完成对振铃信号进行一个定时计数的功能，我们要合理的设置它的每一次的计数时间，振铃信号每隔多长时间进行一个响铃，每次响铃时间控制在多久，不同工作模式上不同的响铃时间等等问题，都是在这个过程

52、中实现，它的作用不仅仅是这些，我们还要考虑用户和智能家电之间的连接问题，它们都是在这个过程中实现，因为远端的用户不能及时的了解家用电器处于何种工作状态，所以我们必须使用中断子程序构建一个双方联系的桥梁，也就是提供用户对单片机处于何种状态进行查询的工作，通过这样一个桥梁，用户就可以在远端了解家用电器处于何种状态最佳，以及能够及时地根据环境改变家用电器的各种状态。密码检测环节的设计也是本次软件设计的一个值得注意的地方，而且也是整个操作系统中必不可缺的地方。操作者在远端对家用电器的控制主要通过这一环节，只有在用户通过手机发出正确的密码后，单片机才会提示用户进一步的操作，即要求用户发出想要控制的智能家

53、电号码的指令，然后单片机接受指令并且分配工作，也就是对某种智能家电开关状态的控制，已达到用户想要控制电器的状态。最后，限时模块的设计业比较重要，如果不采取限时模块，当单片机发出错误的指令后，将会一直循环下去，这样不仅浪费时间，而且还会干扰用户，也就造成了不必要的麻烦。而限时模块的设计主要是根据用户的需求，方便用户对智能家电的控制，而且也可以让用户合理的利用时间去做更多的事情。第4.2节 系统程序设计流程图本次系统的软件设计主要分为以下几个模块：系统初始化、振铃检测计数、模拟摘挂机的摘、挂机处理、双音频信号解码以及分析处理、密码比对环节、语音提示、以及远程控制家用电器等。如图4.1所示: 图4.

54、1 程序设计流程图第5章 系统的应用5.1 系统的应用前景自从我国改革开放以来，电子生产行业以突飞猛进的速度迅速的崛起。就中国的发展建设来看，物联网已经不仅仅是一个概念，它已经正式地走入了我们的生活，变成了我们生活中必不可少的一部分，它有着广阔的前景和蕴含着巨大的市场潜力。其实，从上世纪末智能家居进入中国以来，该行业应经在中国发展了数十年，已经从一个枯燥的名词变成身边的各种安防系统、对讲系统、信息家电等，看似好像已经在逐渐成熟，但是还没有发展到一定的规模，似有闭门造车之嫌，其实内部有不少的问题，因而阻碍了市场的进一步的发展。目前智能家居在市场上存在的主要问题有：缺乏规范的、统一的行业标准；而且

55、产品的核心技术有待突破；应用模式也有待创新；产品的稳定性和可靠性也有待进一步的提高；最后，市场推广力度也不够。人们对家的概念已经由过去的遮风挡雨的场所慢慢的变化为家庭化的活动中心，改革开放以来，人们的生活水平和消费水平有了很大的提高，新需求的增长以及信息化开始引导着人们对传统的生活做出一定的改变，人们对家居的要求早已不是简单的物质空间的需求，而是向着一个高度安全、舒适以及艺术化的居住环境靠拢，我们利用先进通信设施、完备高效的信息终端，设置自动、智能的家电环境。智能家居的功能丰富多彩，我们还可以利用智能家居扩展更多的生活服务和健康服务。只要我们克服了对智能家居的技术和推广等问题，智能家居作为将来

56、家用电器的发展就会不可限量，对于智能家居的行业来说，在节能环保和绿色建筑的政策的前提下，外加购房者被激发的购房热情，必然会带动更大地智能化装修的市场需求量，而且智能家居必将进入一个快速的发展期。本次设计的远程家电控制系统装置不仅性能稳定、而且可靠性也很高。当用户在远端进行拨号后，振铃检测电路对接收到的信号进行一个振铃的提示，当系统默认的振铃次数响过后，单片机将会启动模拟摘机电路进行相应的自动摘机操作，摘机操作完成后，系统将会送出提示音信号，提示用户输入密码，当用户输入密码后，控制装置将会利用双音多频解码电路进行相应的解码，单片机将解码后的信息进行读取，并与之前设定的密码进行对比，一旦发现密码错

57、误，将会提示用户重新输入，超过3次密码输入错误，系统自动执行挂机操作；而密码输入正确，则进入远程遥控状态。还是利用双音多频解码电路将用户发出的按键命令进行相应的解码，单片机读取解码后的信息，并根据用户的操作命令执行开机、关机等操作。而如果家里有人时，只要在系统默认的振铃次数（5次）之前接听电话，系统就不会进入远程电话遥控状态，通过这种智能化的设计，不会影响到电话的正常使用。智能家电能够让用户更加方便的管理家庭设备，例如，通过家庭触摸、无线遥控器、电话、互联网或者语音识别控制家用电器设备，也可以设定为场景操作模式，以便多个设备联动工作；另外一反面，智能家居内的各种设备能够根据周围环境的影响自动采取相应的措施，很大程度上给用户带来了高效、便利、舒适与安全的