基于单片机的家庭智能控制系统

1、目 录摘 要2第一章 绪论31.引言31.2远程控制的内容31.3总体设计方案4第二章 系统设计可行性分析42.1 总体设计分析42.1.1 系统总体设计分析52.1.2 单片机介绍62.1.3 AT89S52主要性能62.2 AT89S52功能特性概述62.3 GSM无线通信模块TC35 72.4 GSM短消息数据通信原理82.5 LCD显示模块及电路82.5.1 液晶显示模块介绍82.5.2 LCD模块接口技术 92.6 键盘功能9第三章 硬软件单元电路设计9 3.1 振铃检测电路103.2 模拟摘机电路103.3 双音频解码电路113.4 信号提示电路13 3.5 电器控制电路153.6

2、 单片机初始化16 3.7 振铃计数模块173.8 语音提示模块173.9 密码检测模块193.10 控制电路模块21 第四章 测试分析234.1 硬件测试234.2 软件测试234.3 测试结论23第五章 应用系统245.1 系统应用前景245.2 系统应用说明245.3 系统功能扩展25 结 语26 致 谢26 参考文献26附件1、系统主要电路图27摘要: 本文设计的是一种基于AT89C51单片机的远程电话控制系统。该系统是以AT89C51为核心、利用现有的个人通信终端,实现基于PLMN(陆基移动通信网)和PSTN(公用电话交换网)的电话远程控制系统。电话远程控制系统(ITRCS),以CC

3、ITT（国际电报电话咨询委员会）及我国标准共同规定的部分标准程控交换信令(DTMF双音多频信号,振铃信号,回铃音信号等)作为系统控制命令,以PLMN与PSTN通信网作为传输介质,使用者可以在远端利用固定电话或移动电话发送DTMF双音多频信号,实现对近端电器设备的实时远程控制。该电话远程控制系统不需进行专门的布线,不占用无线电频率资源,从而可避免电磁污染；且通过嵌入式的智能语音提示,突出的语音提示功能和密码控制系统,可使操作者根据各种提示音及时了解受控对象的有关信息。还可通过发出语音命令用电话远程控制多个受控对象,用户可以查询其状态,提供密码处理功能,只有输入正确的密码才能控制家电,从而提高了安

4、全性。该系统设计实用，功能灵活多样，可靠性高，操作方便，可以广泛地应用于家庭或者其它场所的智能控制。关键词: 电话网；远程控制；单片机；MT8870 第一章 绪 论1.1 课题背景电话遥控作为一较新的课题与常规的遥控方式相比，显示出一定的优越性，不需进行专门的布线，不占用无线电频率资源，避免了电磁污染。同时，由于电话线路各地联网，可以充分利用现有的电话网，因此遥控距离可跨省市，甚至跨越国家。电话属双工通信手段。因此，这可以大大体现出利用电话进行遥控的更大优越性。操作者可以通过各种提示音即时了解受控对象的有关信息，从而进行进一步的操作。电话遥控这一课题目前已有涉足者，但是只是还只限于实验室阶段，

5、因而距离实际应用，尤其是对于日常生活尚有一定的差距，并不能完全体现出电话遥控方式的双工通信特点。本作品正是针对这一点进行了较大改进，采取单片机智能控制，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。而且本作品的调试都是在线调试，已经在宿舍连接电话经过真正的交换机实验并且成功。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。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廉价的。在该

6、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廉价，所以并未使用语音芯片）。加上留言电路，主人不在家时客人留言。利用遥控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。 1.2远程控制的内容4月17日举行的2008中国国际家电展上，海尔集团展出了自主研发的U-home智能家电系统，包含家庭智能网关、网络空调、网络洗衣机、网络热水器等。下班回家的路上，用手机给

7、家中的电热水器发个短信，到家后就能洗上热水澡；给空调发个短信，设定温度，到家就能享受舒适的室温；给洗衣机发个指令，它就自动将衣物洗涤干净，到家后就能直接晾晒这些过去只在幻想中出现的场景，如今已经变成现实。然而当今大多数家庭仍然使用的是传统家用电器，本文主要设计一种可以远程控制传统家电的电话控制系统。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。组网方式分为两大类：有线组网和无线组网。有线组网主要是利用家中的电话线、单独布置通信控制线路或电力线载波通信进行组网；无线组网的主要技术有家庭射频技术(HomeRF)、蓝牙技术(Bluetooth)及家庭电

8、话线网络联盟技术(HomePAN)等。电话遥控作为一较新的课题与常规的遥控方式相比，显示出一定的优越性，不需进行专门的布线，不占用无线电频率资源，避免了电磁污染。同时，由于电话线路各地联网，可以充分利用现有的电话网，因此遥控距离可跨省市，甚至跨越国家。电话属半双工通信手段。因此，这可以大大体现出利用电话进行遥控的更大优越性。操作者可以通过各种提示音即时了解受控对象的有关信息，从而进行进一步的操作。电话遥控这一课题目前已有涉足者，但是只是还只限于实验室阶段，因而距离实际应用，尤其是对于日常生活尚有一定的差距，并不能完全体现出电话遥控方式的半双工通信特点。本作品正是针对这一点进行了较大改进，采取单

9、片机智能控制，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。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。电话远程控制系统接收远端发送来的DTMF信号,并对其进行解码,解码后的信号再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,所以应具有自动摘挂机功能、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。由此可以看出,系统主要由流铃检

10、测电路、自动摘挂机电路、由DTMF双音频解码电路、语音提示电路、中央处理单元AT89C51、电器控制驱动电路等组成。1.3总体设计方案 电话智能遥控器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、忙音检测、双音频DTMF识别，及语音提示电路。语音提示电路是该作品重要组成部分。为了降低本装置的造价，作品的提示音使用程序产生。语音提示电路受单片机的控制产生相应的提示音提示，并通过反馈电路反馈至电话外线。从而使操作者对电器的操作达到交互式，并能即时了解有关的信息；显示电

11、路用于状态设置时的显示；控制部分即受控的终端，如前所述，可通过接驳不同的终端并对电话进行必要的改动从而达到功能的扩展。这一点，可使产品达到系列化。 本系统的每一个接口电路（振铃检测、模拟摘挂机、语音反馈、双音频解码等）都已经经过实际的交换机在线实验，具有很强的实用性。本系统使用最简单的电路、最便宜的电路芯片实现了完善的功能。本系统还有许多可以添加的功能，具有很强的市场前景。 本装置并联于电话机的两端，不会影响到电话机的正常使用。用户通过异地的电话机拨通本装置所连接外线的电话号码，通过市局交换机向电话机发出振铃信号。本装置如果检测到振铃五次，即五次响铃后无人接，自动摘机，进入密码检测，输入正确后

12、选择被控制电器，然后输入开或关进行遥控电器，完成后返回。系统功能实现是监控中心PC通过单片机监控软件实时循环采集各项数据，当发现异常情况时，系统通过短信或图像等报警方式给用户发送信息，并根据预先设置的应急程序进行处理，如烟雾、煤气检测异常等。用户也可通过手机或计算机利用因特网浏览器访问控制器站点对智能家电进行远程设置，如空调/电热水器的开启关闭及其温度设置等。第二章 系统设计可行性分析2.1 总体设计分析电话智能遥控器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、忙音检测、

13、双音频DTMF识别，及语音提示电路。系统原理框图如图21所示。按键图21系统组成框图 语音提示电路是该作品重要组成部分。为了降低本装置的造价，作品的提示音使用程序产生。语音提示电路受单片机的控制产生相应的提示音提示，并通过反馈电路反馈至电话外线。从而使操作者对电器的操作达到交互式，并能即时了解有关的信息；显示电路用于状态设置时的显示；控制部分即受控的终端，如前所述，可通过接驳不同的终端并对电话进行必要的改动从而达到功能的扩展。这一点，可使产品达到系列化。本系统的每一个接口电路（振铃检测、模拟摘挂机、语音反馈、电器开展、双音频解码等）具有很强的实用性。本系统使用最简单的电路、最可靠的电

14、路芯片实现了完善的功能。本系统还有许多可以添加的功能，具有很强的市场前景。本装置并联于电话机的两端，不会影响到电话机的正常使用。用户通过异地的电话机拨通本装置所连接外线的电话号码，通过市局交换机向电话机发出振铃信号，振铃检测电路将检测到的振铃信号送至系统的中央控制单元，如果本装置检测到振铃五次，即五次响铃后无人接，自动摘机，进入密码检测，输入正确后选择被控制电器，然后输入开或关进行遥控电器，完成后返回，这是自动方式；第二种是手动方式。即当中央控制单元接收到振铃信号后，便发出摘机信号，通过模拟摘挂机电路实现模拟摘机。同时，中央控制单元发出控制信号使语音录放电路启动，发出事先录制好的语音提示。用户

15、听到语音提示后便会进行操作，用户按键产生的信号经双音多频DTMF（Dual Tone Multi-Frequency）解码电路解码后，送入中央控制单元。中央控制单元将根据DTMF解码的结果通过驱动电路进行相应的动作（接通分机或开关家电）。2.1.1 系统总体设计分析根据电话远程智能遥控系统的具体设计要求：1、 通过电话网对异地的电器实现控制（开/关）；2、 控制器可以实现自动模拟摘挂机；3、 控制器设置密码校验；设计的此系统必须具有以下单元功能模块：1、 铃音检测、计数；2、 自动摘挂机；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；8、 电器

16、状态查询；9、 忙音检测；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：1、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，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。2、 自动摘挂机和电器的控制必须使用具体硬件电路来实现。3、振铃音计数、忙音计数、密码校验、在线修改密码、输入信息分析、电器状态查询等功能模块使用软件编程方式要比硬件电路简单的多，实

17、现也很容易。2.1.2 单片机简介本系统用的核心控制单片机芯片的型号是AT89C51。它是由Atmel公司生产的能与MCS-51系列兼容的单片机，其引脚如图22所示。C51单片机引脚功能介绍：单片机的40个引脚大致可分为4类：电源、时钟、控制和I/O引脚。1、  电源：（1）VCC芯片电源，接+5V；（2）VSS接地端；2、  时钟：XTAL1、XTAL2晶体振荡电路反相输入端和输出端。3、  控制线：控制线共有4根：（1）ALE/PROG：地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲；ALE功能：用来锁存P0口送出的低8位地；PROG功能：片内有EPROM的芯片，在EP

18、ROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。（2）PSEN：外ROM读选通信号；（3）RST/VPD：复位/备用电源；RST（Reset）功能：复位信号输入端；Vpp功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，施加编程电源Vpp。2.1.3 AT89S52的主要性能与MCS-51单片机产品兼容8K字节在系统可编程Flash存储器1000次擦写周期全静态操作：0Hz33Hz三级加密程序存储器32个可编程I/O口线三个16位定时器/计数器八个中断源全双工UART串行通道低功耗空闲和掉电模式掉电后中断可唤醒看门狗定时器双数据指针掉电标识符2.2 AT89S52的功能特性描述AT89S52是一种低功耗

19、、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至0H

20、z 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。2.3 GSM无线通信模块TC35I目前，国内已经开始使用的GSM模块有Falcom的A2D系列、Wavecome的WMO2系列、西门子的TC35系列、爱立信的DM10/DM20系列、中兴的ZXGM18系列等，而且这些模块的功能、用法差别不大。其中西门子的TC35系列模块性价比很高，并且已经有国内的无线电设备入网证。所以本设计选用的是西门子TC35系列的TC35i。这是西门子推

21、出的最新的无线模块，功能上与TC35兼容，设计紧凑，大大缩小了用户产品的体积。TC35i与GSM 2/2+兼容、双频(GSM900/GSMl800)、RS232数据口、符合ETSI标准GSM0707和GSM0705，且易于升级为GPRS模块。该模块集射频电路和基带于一体，向用户提供标准的AT命令接口，为数据、语音、短消息和传真提供快速、可靠、安全的传输，方便用户的应用开发及设计。主要技术指标： 频段为双频GSM900MHz和GSMl800MHz (phase 2/2+)； 支持数据、语音、短消息和传真； 高集成度(54.5mm×36mm×3.6mm)； 质量为9g； 电源电

22、压为单一电压3.34.8V； 可选波特率300bps115kbps，动波特率 4.8115kbps； 电流消耗休眠状态为3.5mA，空闲状态为25mA，发射状态为300mA(平均)，2.5A峰值； 温度范围 正常操作-20+55，存放-30+85； SIM电压为3V/1.8V。TC35i有40个引脚，通过一个ZIF(Zero Insertion Force，零阻力插座)连接器引出。这40个引脚可以划分为一下几类： 电源：15为电源电压输入端Vbatt+，610为电源地GND，11、12为充电引脚，13为对外输出电压(共外电路使用)，14为ACCU-TEMP接负温度系数的热敏电阻； 数据输入/输

23、出：1623为数据输入/输出，分别为DSR0、RING0、RxD0、TxD0、CTS0、RTS0、DTR0和DCD0。 SIM卡：2429为SIM卡引脚，分别为CCIN、 CCRST、CCIO、CCCLK、CCVCC和CCGND； 音频接口和控制：3340为语音接口，用来接电话手柄。 15、30、31和32脚为控制部分：15为点火线IGT(Ignition)， 当TC35i通电后必须给IGT一个大于100ms低电平，模块才启动；30为RTC backup，31为Power down，32为SYNC。TC35的数据输入/输出接口实际上是一个串行异步收发器，符合ITU-T RS232接口标准。它有

24、固定的参数：8位数据位和1位停止位，无校验位，波特率在300bps115kbps之间可选，硬件握手信号用RTS0/CTS0，软件流量控制用XON/XOFF，CMOS电平，支持标准的AT命令集2.4 GSM短消息数据通信原理短消息业务与语音传输及传真同为GSM数字蜂窝移动通信网络提供的主要电信业务，它通过无线控制信道进行传输，经短消息服务中心完成存储和前转功能。短消息业务包括两类：一类是点到点的短消息，即由一个用户发给另一个用户少量的文字和数据信息；另一类是广播短消息，即由短消息广播中心收集用户所需的信息给用户。两种方式均可在网络暂时无法讲短消息传给移动台的情况下，将信息在网上记录，当发现移动台

25、可达时，通知相应实体重新传送短消息，因此，短消息具有很高的可靠性。基于电路交换的点到点短消息业务仲缩涉及的网络实体之间的协议：在电路交换GSM PLMN（公共陆地移动网）中，移动台GSN PLMN是通过MSC(移动交换中心)进行的。在移动被叫点到点短消息业务仲，首先，短消息服务中心发送短消息给SMS-GMSC,SMS-GMSC通过询问HLR获得目标MS锁在的MSC号码，将短消息先转给MSC。MSC询问LVR仲存放的用户相关信息，对用户进行鉴权后，将短消息传递给目标MS。然后，MS返回报告给SC；在移动主叫点到点的短消息业务仲，用户请求介入通过鉴权后，将短消息传递给MSC。 通过以上的SMS工作

26、原理可以看出，SMS作为GSM网络的一种主要的电信业务，其传递可靠性很高。GSM网络在全国乃至全球范围内实现了联网和漫游，相对于传统的集群系统在无线覆盖面上具有无法比拟的优势，更加突出了它在无线数据传输方面的巨大优势，为基于它的给类数据传输业务的开发打下了坚实的基 2.6 键盘功能人机对话功能，在绝大多数的单片机应用系统仲是必不可少的，它起着沟通操作者与系统之间的联系的重要作用。包括人对应用系统的状态干预与数据输入以及应用系统向人报告运行状态与运行结构。而人机对话功能模块的最基本组成就是键盘、显示器部分。因此，设计一种键盘、显示两部分融为一体的相对独立的人机对话功能模块很有必要。对它

27、的设计，在一定程度上影响着系统的智能化程度和操作的直观性。模块中采用的是由17个按键组成的键盘，利用键盘实现打电话并通过液晶显示屏显示出来。这17个键盘分别实现的功能为：0-9十个数字键、免提、重拨、删除、查询、时间设置。键盘主要作用：1、 通过免提键来实现打电话2、 0-9数字键在打电话过程中实现输入号码3、 重拨键实现上次的拨号4、 删除键打电话过程中，进行删除输入错误的号码5、 查询键实现本机拨打过的电话6、 时间设置进行时间的调整键盘电路如下图：图 2第三章 硬件单元电路设计3.1 振铃检测电路在电话线路未来铃流前，电话线路由电话交换机提供大约48V的直流电压。当用户被呼叫时，电话交换

28、机发来铃流信号。振铃信号为25±3伏的正弦波，谐铃失真不大于10%，电压有效值90±15V。振铃以5秒为周期，即1秒送，4秒断。在本电路检测铃流信号时，以五次铃响为准，即五次振铃后无人摘机，便由单片机控制自动模拟摘机，振铃检测电路设计如图31所示。原理说明：电话振铃信号通过电容C1隔直、D1稳压二极管、R1限流电阻输入至光电耦合器4N25的输入端1口，C1、D1和R1共同组成振铃信号变换电路，它们使输入电压和电流不会太大，对后面的光电耦合器起保护作用。光电耦合器4N25起的是隔离作用，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和光敏三极管的光路耦合在一起，输入和

29、输出之间不可共地，输入电信号加于发光二极管上，输出信号由光敏三极管取出。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，从而对电位差干扰有很强的抑制，而且具有很强的抑制电磁干扰能力、速度高、价格低、接口简单的特点。振铃信号通过光耦4N25的4脚输出振铃正弦波，R2和C2共同组成滤波电路，信号到了开关三极管T1的基极就变成了方波。经过一个施密特反向器（可用74LS04代替）的整形输出到单片机AT89C51的T0/P3.4口，中断方式采用外部中断，计数5次产生T0中断，控制继电器模拟摘机，完成振铃音检测。当电话振铃信号到来时，电话线路上的90伏振

30、铃信号，经过整流及滤波后，驱动光电耦合器，如图2所示。有振铃信号时，输出为高电平，无振铃时为低电平，CPU以此来来判断有无振铃及振铃次数。< P 原器件选取：1、C1隔直电容，因为是过滤直流，滤出低频信号，而且振铃信号的电压还比较高，因此选取10F耐压100V的瓷片电容；2、D1为稳压二极管，选取36V的稳压二极管；3、R1是4N25的限流电阻，取33 k；4、IC1选取光电耦合器4N25；5、R2和C2共同组成振铃信号音滤波电路，根据电话振铃的技术指标：频率25Hz的正弦波，1秒通，4秒断，=RC可以推出0.024（S）。为了使振铃信号音输出很好的方波波形，如图32所示，计算

31、后选取R2=10k，C2=100F，=1s； 6、R3和D3共同组成振铃指示灯，R3=100，D3为黄色5mm发光二极管；7、T1和R4组成模拟开关电路，T1选取9013，根据分压原理和74LS04的低电平有效值，R4取2.9 k；8、反向器由74LS04中的二组反向器组成，起整流作用；3.2 模拟摘挂机电路设计主要思路：根据国家有关标准规定：不论任何电话机，摘机状态的直流电阻应300，有“R”键的电子电话机的摘机状态直流电阻应350。在挂机状态下，其漏电流5A。当用户摘机时，电话机通过叉簧接上约200的负载，使整个电话线回路流过约30mA的电流。交换机检测到该电流后便停止铃流发送，

32、并将线路电压变为十几伏的直流，完成接续。根据有关技术指标，模拟摘挂机电路设计如图33所示，模拟摘挂机电路主要由一个光电耦合器开关电路控制继电器的开关，继电器控制接入电话线两端的200电阻。摘挂机信指令由单片机通过使TXD/P3.1口变为高电平实现，交换机响应摘机信号，完成电话线路接通。整个电路完成自动模拟摘机过程。图33模拟摘挂机电路 根据设计原理，原器件选取如下：1、IC1是光控三极管，其中T1三极管是起对单片机控制信号的放大作用，D1是摘机指示灯，取5mm绿色发光二极管；2、R1是摘机指示灯限流保护电阻，取220；3、L1是变压器感应变压输出；4、C1起对电话线电压积累作用；5、

33、R2是三极管限流电阻，取2k；6、D2二极管是起继电器反向保护的作用，取4001；3.3 双音频解码电路原理简介：双音多频DTMF信号解码电路采用MT8870芯片。MT8870的连线如图34所示，它的IN+、IN-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Q4Q1连到AT89C51的P1口的P1.0P1.3，单片机经P1口识别4位代码。MT8

34、870芯片简介和电话按键与相应译码（Q4Q1）输出见附录C。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CID有效端经施密特反相器后接AT89C51的INT0引脚。当MT8870获取有效双音多频信号后，CID电平由低变高，再反相为低，单片机检测后，指示P1口接收有效二进制代码。而无效的双音频信

35、号（电话线路杂音、人们的语音信号等）是不会引起MT8870的CID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CID端中断关闭。其解决办法是，将CID端接与非门的一端输入，与非门的另一输入端接一不定电平端P。对CID的有效控制（即中断开放）为，EN=1则P3.2/INT0中断允许；EN=0时则P3.2/INT0中断关闭。本单元元器件列表：1、R1、R2、C1和C2共同组成整流电路，其中R1、R2均取17K,C1、C2隔直电容，均取0.1F；2、R3、R4、R

36、5是输入平衡电阻，取100K,3、芯片外部晶振Y1选择3.579MHz；4、IC1是双音频解码芯片，选取MT8870；5、C3选取0.1F；6、R6是输出平衡电阻，选取470K；7、反向器选取74LS04的一组反向器； 图34 DTMF解码电路 DTMF技术是一种利用声音频率的不同音调来传送拨号信号以取代直接拨号脉冲的方法。DTMF是由低频组（697Hz941Hz）和高频组（1209Hz1633Hz）两组频率信号叠加构成的。设v(t)为DTMF信号，vl(t)和vh(t)分别代表选自低频组和高频组的两个信号，它们之间满足关系v(t) = vl(t) + vh(t) = As

37、inlt + Bsinht。低频组和高频组中均仅有4个独立的音调，这些音调的选择是依据它们之间的谐波不相关，它们的互调制信号对主信令的影响最小。DTMF信号共有16（24）种组合，其中10种组合分别代表数字0到9，其余6种组合（#、*、A、B、C、D）用做特别的信令。CCITT和我国国家标准都规定了电话键盘按键与DTMF信号的对应关系，如表35所示。表35  电话键盘按键与DTMF信号的对应关系电话键盘按键高频组(Hz)1209133614771633低频组(Hz)697123A770456B852789C941*0#D MT8870 芯片介绍：实现DTMF解码的芯片是MT

38、8870，它是MITEL公司生产的,为CMOS电路,DIP封装。它具有DTMF信号分离滤波和译码功能，可直接与MCS-51系列单片机接口。图36为MT8870引脚分配图。其引脚说明如下：IN+、IN-为运放的同、反相输OSCI入,DTMF信号输入端；FB为运放输出端，通过外部接入的反馈电阻可调节其内部放大器增益；VREF为基准电压输出；IC为内部连接点,应接至VSS端；OSCI、OSCO为振荡器输入、输出可外接3.58MHZ晶振；EN为数据输出控制端，当它为高电平时允许输出数据Q1Q4为数据输出端；CID为延迟控制输出端;CI/GTO为控制输入端/时间监测输出端;ECO为初始控制输出端；VDD

39、、VSS为正负电源。 图36  MT8870引脚 MT8870的输出代码（Q8Q4Q2Q1）与电话键盘上按键的对应关系如表37所示：按键输出代码按键输出代码按键输出代码按键输出代码Q8Q4Q2Q1Q8Q4Q2Q1Q8Q4Q2Q1Q8Q4Q2Q110 0 0 150 1 0 191 0 0 1A1 1 0 120 0 1 060 1 1 001 0 1 0B1 1 1 030 0 1 170 1 1 1×1 0 1 1C1 1 1 140 1 0 081 0 0 01 1 0 0D0 0 0 03.4 信号音提示电路原理说明：为了方便本系统的使用，设计了信

40、号音提示音电路如图38，首先规定了信号音的规范以及其对应含义：1、响1声，频率为500Hz：请输入密码；2、响2声，频率为500Hz：请输入需要控制的电器号；3、响3声，频率为500Hz：请输入控制开/关；4、响1声，频率为1000Hz：完成操作；5、响3声，频率为1000Hz：密码错误；语音提示芯片ISD2590的最高地址位PLAYL(脚9)，PLAYE(脚10)置为高电平时，芯片即进入操作模式状态。操作模式根据引脚A0A7的高低电平不同组合总共分为256种不同的模式，实现不同的功能。为尽量节省I/O口线，采用了M1和M6相结合的方法实现对ISD2590操作，将所需的语音通过开始/暂停按钮一

41、段一段从话筒录入芯片，只需记住各段的序号即可。ISD2590的信息检索模式的使用方法：首先将芯片的录放控制P/R端置高，地址位A0A7置高，现在芯片即处于信息检索模式的信息读取状态。要播放第N段的语音，先给PD端一高电平脉冲，使地址指针复位为0。因为所有的序号都以存储器起始处为基准，除第一段外，只需要CE端收到10us低脉冲，即可使地址指针按A0-A7寻址第N段的开始处，然后拉高SP+，在CE端加一个低脉冲即可播放第N段的语音信息，直到此段后的EOM标志出现为止。由此可知准确检索的关键在于正确检测到每一段的EOM结束标志。因为在快进状态下，EOM脉冲的宽度只有10us左右，对于速度不高的单片机

42、不易检测到，此时可用外部中断来检测EOM标志位。信号音从ISD2590的SP+口输出，先经过一组反向器进行整流、隔离，从反向器输出的是频率一定，时通时断的方波，提示信号经过隔直电容C1输入到音频放大集成电路LM386N-1的输入端。经过LM386N-1的放大，信号音经耦合电容C4至变压器T1，它是音频输出专用的耦合变压器，正好符合阻抗匹配的要求。(本电路重点在于耦合变压器T1(参看模拟摘挂机电路)的选取。因为电话线中直流电压比较高，而且还有各种信号音，这些都会影响到语音信号加载到电话线上，因此本装置使用一个耦合变压器作为隔离器件。这个耦合变压器的阻抗匹配问题是设计的难点，这种耦合变压器分两种，

43、一种是输入，一种是输出，经过实验表明输入用的耦合变压器反馈语音性能比较好，其体积大约是10mm×10mm×8mm。)音频放大集成电路LM386的连接比较简单，本装置的使用是LM386放大增益为50dB的连接方式。利用LM386低压音频功率放大器，LM386是为低压用户设计的功率放大器，内部增益为20倍，在1脚和8脚接电阻和电容时，可使增益增加到200倍，用途广泛，使用方便，外接元件数目较少，本系统的音频放大电路如图39所示。 图38信号音提示音电路 原器件选取：1、反向器选取74LS04中的一组反向器；2、C1的是对音频信号起隔直耦合的作用，所以取100

44、F的电解电容，耐压性能无特殊要求；3、IC1、R1、R2、R3、R4、C2、C3和C4共同组成音频放大电路，IC1选取LM386N-1，R1取1k，R2取1k，R3取20K，R4取10K,C2取10F的电解电容，C3取10F的电解电容，C4取100F的电解电容； 图39音频放大电路 3.5 电器控制电路原理说明：本单元电路主要是由反向电路、D触发器和继电器等控制电路组成。电路图如图310所示。首先，单片机AT89C51从P0口的八位都用作输出控制信号。这八位数据连接八个反向器进行整流隔离，然后连接D触发器进行数据锁存。每个D触发器的输出端都控制一路继电器，而每一路继电器也控

45、制一路电器的开关。二极管指示灯串联在开关三极管基极作为电器开关指示。这样就可以完成单片机对多路电器的控制。设计采用控制带有继电器的电源插座来实现对家电的最终控制，诸如电饭煲、热水器、空调之类的电器只需插上插头，主控单片机即可通过控制插座中各继电器来控制电器电源的通断。该方式简单且易于实现。图3.7所示的为一路电器控制电路图，在本装置中一共有八路电器可以控制，其它电器控制相同。  元器件选取：1、反向器选取两片74LS04（每一片内有六个反向器）中的九个反向器；2、继电器开关K1-8选取八个JRC-4100F DC5V继电器；3、D触发器IC1_8选取四片4013（每一片内有

46、两个D触发器）；4、三极管T1_8选取八个9013；5、二极管D1_8起保护作用，选取八个4001；6、指示灯LCD1_8选取八个红色5mm发光二极管；7、指示灯限流电阻R11_R18选取八个1k的电阻；8、三极管的限流电阻R21_R28选取八个2k的电阻；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、语音提示、密码处理、控制电器等部分组成。每个功能模块对于整体设计都是非常重要的，单片机AT89C51通过软件程序才能很好的对外部的信息进行采集、分析、决策和执行。下面就整体设计以及每个单元功能模块分别进行说明。整体流程图如41图所示：图41 整体流程图3.6

47、单片机初始化单片机的存储系统的分配利用在其工作过程中起非常大的作用，所以就必须对其进行必要的初始化。程序代码：（1）片内RAM初始化子程序IBCLR： MOV  A，R0MOV  R1，ACLR  AIBC1 ：  MOV  R1，AINC  R1DJNZ  R7，IBC1RET（2）片外RAM初始化子程序EBCLR1： MOV  A，ADDPLMOV  DPL，AMOV  A，ADDPHMOV  DPH，ACLR  CEBC11：   MOVX 

48、; DPTR，AINC  DPTRDJNZ  R7，EBC11RET（3）片外RAM初始化子程序(双字节单元)EBCLR2： MOV  A，ADDPLMOV  DPL，AMOV  A，ADDPHMOV  DPH，AMOV  A，R7JZ  EBC21INC  R6EBC21：   CLR  AMOVX  DPTR，AINC  DPTRDJNZ  R7，EBC21DJNZ  R6，EBC21RET3.7 振铃计数模块本单元是通过计数器T0

49、的外部中断方式来计数的。程序代码：ORG  0090HTT0： SETB 7DHRETI3.8 语音提示模块本功能模块主要是产生信号提示音，方便不同的使用者。根据普通人耳的反应频率为20Hz至20KHz的范围，而CCITT规定的电话话音信号的频率范围是300Hz至3400Hz，所以在本功能单元的发声频率定为500Hz和1000Hz两种。主要分为五种提示音：1、一声低音，表示装置已经摘机，请输入密码，其参数：频率f=500Hz，延时t=0.5秒/声；2、两声低音，表示密码已经通过，请选择电器，其参数：频率f=500Hz，延时t=0.5秒/声；3、三声低音，表示电器已经选定，请控制（开/

50、关），其参数：频率f=500Hz，延时t=0.5秒/声；4、三声高音，表示密码输入错误，其参数：频率f=1000Hz，延时t=0.3秒/声；5、一声高音，表示控制已经完成，其参数：频率f=1000Hz，延时t=0.3秒/声；提示音发生是使用有限循环，反复使单片机的RXD口的电平反转，从而形成方波信号 。子程序代码：ORG 1100HRING10：MOV  R6，#20           ；请输入密码，RING11：MOV  R7，#20   &

51、#160;       ；500Hz，RING12：LCALL  DL10            ；发出提示音，1CPL  P3.0                ；延时0.5sDJNZ  R7，RING12DJNZ  R6，RING11C

52、LR  P3.0RETORG  1150HRING20：MOV R3，#03RING21：MOV  R6，#20           ；选择电器，RING22：MOV  R7，#20           ；500Hz，RING23：LCALL  DL20        

53、    ；发出提示音2，CPL  P3.0                ；延时0.3sDJNZ  R7，RING23DJNZ  R6，RING22CLR  P3.0MOV  R7，#200RING24：LCALL  DL10DJNZ  R7，RING24DJNZ  R3，RING21CLR  P3.0RETORG  

54、1200HRING30：MOV  R3，#02RING31：MOV  R6，#20           ；电器控制，RING32：MOV  R7，#20           ；500Hz，RING33：LCALL  DL10            ；

55、发出提示音3，CPL  P3.0                ；延时0.3sDJNZ  R7，RING33DJNZ  R6，RING32CLR  P3.0MOV  R7，#200RING34：LCALL  DL10DJNZ  R7，RING34DJNZ  R3，RING31CLR  P3.0RETORG  1250HRING40：MOV 

56、0;R3，#03RING41：MOV  R6，#20           ；输入的密码错误，RING42：MOV  R7，#20           ；1000Hz，RING43：LCALL  DL10            ；发出提示音4，CPL  

57、;P3.0                ；延时0.3sDJNZ  R7，RING43DJNZ  R6，RING42CLR  P3.0MOV  R7，#100RING44：LCALL  DL10DJNZ  R7，RING44DJNZ  R3，RING41CLR  P3.0RETORG  1300HRING50：MOV  R6，#40 &#

58、160;          ；操作完成，RING51：MOV  R7，#20            ；1000Hz，RING52：LCALL  DL20             ；发出提示音5，CPL  P3.0   &

59、#160;             ；延时0.3sDJNZ  R7，RING52DJNZ  R6，RING51CLR  P3.0RETORG  1500HDL10： MOV  R5，#25；delay1.25ms，f=500HZ，fosc=12MHzDL12： MOV  R4，#2DL11： DJNZ  R4，DL11DJNZ  R5，DL12RETORG  1600HDL20： MOV

60、  R5，#12；delay0.625ms，f=1000HZ，fosc=12MHzDL22： MOV  R4，#25DL21： DJNZ  R4，DL21DJNZ  R5，DL22RETORG  1650HDL30：MOV  R5，#50               ；delay20msDL32：MOV  R4，#200DL31：DJNZ  R4，DL31DJNZ  

61、R5，DL32RET3.9 密码检测模块本系统密码校验的基本原理是：在系统初始化的时候把原始密码写入地址为30H开始的存储空间内，密码的位数“5”赋给R7。当系统摘机时，要求输入密码，单片机把解码后的数据（使用者输入的密码）存储在38H开始的存储空间内。然后单片机对两个存储地址的内容逐位进行比较，直到完全相等才能转到下一进程，有一位不同，程序就跳转到出错提示的子程序。子程序代码：ORG  0150HHOKE：CLR  7DHSETB  P3.1          &

62、#160;          ；自动摘机CLR  TR0                      ；启动中断T0MOV  R2，#03H            

63、;    ；输入密码三次错误LCALL  RING10                ；请输入密码IN：    CLR  7EH                    &

64、#160; ；7EH置零DTMF：MOV  R7，#5H                 ；输入密码位数5到R7MOV  R1，#38H                 ；信号音SETB  P1.4SETB  P1.5SETB  P1.6SETB  P1.7WAIT：JBC  7EH，CC                   ；等待中断INT0LJMP  WAITCC：