基于PSTN&DTMF的家用电器远程控制系统.doc
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1、数理与信息工程学院单片机原理及应用期末课程设计基于PSTN&DTMF的家用电器远程控制系统目 录第1节 引 言31.1 家电控制系统概述 3 1.2 本设计任务和主要内容 4第2节 系统主要硬件电路设计 52.1 单片机控制系统原理52.2 单片机主机系统电路62.2.1 时钟电路6 2.2.2 复位电路72.2.3 系统扩展电路72.3 DTMF解码电路 92.4 振铃检测与模拟摘挂机电路 122.5 语音提示电路 142.6 来电显示电路 162.7 家电控制电路 172.8 日历及时间显示 17第3节 系统软件设计 193.1 系统主程序设计193.2 DTMF检测及状态控制子程序203
2、.3 定时中断子程序20第四节 结束语22参考文献23基于PSTN&DTMF的家用电器远程控制系统 数理与信息工程学院 04 电信 刘邹指导教师:余水宝第1节 引 言 本设计介绍了一种以单片机AT89C51为主控制器和DTMF(双音多频)解码电路芯片MT8880为核心,通过PSTN(Public Switched Telephone Network,公众电话网)以及ISD1420语音电路实现对家用电器的远程多路智能控制系统。该系统实用、功能灵活多样,可以对被遥控对象的状态进行查询以及控制,可以广泛地应用于家用电器或者其他场所的各种控制设备。在此基础上,增设了高分辨率(12864)大屏幕LCD实
3、时显示系统各种状态,同时显示日期和时间;增设了各种状态下所需操作的语音提示;增设了来电显示电话号码功能,并对系统机械结构进行了优化设计,整体性好,人性化强、可靠性高。1.1 家电控制系统概述 随着生活水平的不断提高,人们希望有一种自动化、智能化程度高的控制系统对所有的家用电器能实施远程控制。目前,随着电话和家用电器的普及,借助电话来进行各种设备的远程控制显得越来越方便和实用。为此,我们设计开发了一种低成本电话远程控制器,使用户通过电话可以随时随地完成对远程电器设备的电源开关的控制。本设计介绍了一种基于PSTN(Public Switched Telephone Network,公众电话网)实现
4、对家用电器的远程控制,通过固定电话或移动电话可以随时随地控制多种家用电器的开关和各种设定,诸如将空调提前升降温、电热水器提前预热等,应用前景相当广泛。基于单片机的家电远程控制系统集单片机技术、电话通讯技术、语音技术于一体,可以远程的对家用电器实现相应的控制。在设计的过程中采用模块化设计方法,将系统分主控单元、DTMF解码单元、语音单元、电话接口单元、控制单元。主控单元以AT89C51为核心;DTMF解码单元以双音多频解码电路芯片MT8880为核心;语音单元以ISD1420为核心;电话接口单元以PH8809为核心。该系统实用、功能灵活多样,可以对被遥控对象的状态进行查询以及控制,可以广泛地应用于
5、家用电器或者其他场所的各种控制设备。在此基础上,增设了高分辨率(12864)大屏幕LCD实时显示系统各种状态,同时显示日期和时间;增设了各种状态下所需操作的语音提示;增设了来电显示电话号码功能,并对系统机械结构进行了优化设计,整体性好,人性化强、可靠性高。1.2 本设计任务和主要内容本设计以单片机为控制核心,采用模块化设计,共分以下几个功能模块:单片机控制系统、DTMF解码电路、振铃检测电路、模拟摘挂机电路、语音信息提示电路、来电显示电路和家电控制电路等。主要内容如下: 单片机作为整个硬件系统的核心,它既是协调整机工作的控制器,又是数据处理器。它由单片机、时钟电路、复位电路等组成。 DTMF解
6、码电路采用MT8880双音多频解码芯片检测电话,实现双音多频信号的检测与发送。 振铃检测电路在本系统中采用专用电话接口模块PH8809来实现对振铃信号的检测以及模拟摘挂机操作。PH8809模块是专门用于研发、生产配套的完整电话接口功能模块,该模块具有成熟的电路设计,符合电信标准的双音频拨号指标。 语音电路的作用是提示用户对控制器进行操作,即当用户通过固定电话网或移动电话网接通控制系统时,语音电路将提示用户输入密码、输入控制指令,对家电进行远程控制。因此,语音电路所选用的芯片必须具备三种功能:分段录音、放音、可寻址,根据这些功能要求,本系统选用美国ISD公司的ISD1420。 来电显示电路采用D
7、TMF解码电路中的MT8880检测来电号码传输给单片机,经过数据处理后再经显示电路显示电话号码。本设计采用LCD(12864)显示各种状态,并采用专用时钟芯片DS1302显示时间。 家电控制电路使用分立式元件构成,包括一组继电器和保护二极管,AT89C51通过将IO口的相应位置1或清0,实现对继电器的开关状态的控制,从而实现控制家电的功能。友好的人机界面、灵活的控制方式、优化的物理结构以及丰富的功能是本设计的亮点。第2节 系统主要硬件电路设计 2.1 单片机控制系统原理为了简化电路、降低成本、提高可靠性,本系统采用AT89C51作为主控制器,它是一款与MCS51完全兼容且内部自带有4KB的Fl
8、ash存储器及256KB RAM单元的芯片,因此可以不需另外扩展EEPROM及静态RAM就可以实现所需功能。除主控制器之外,还有振铃检测与模拟摘机电路、DTMF解码电路、语音提示电路、来点显示电路、家电控制电路。 图2-1 单片机控制系统原理框图 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,译码后发出控制家电指令;通过各驱动模块,实现对电器进行开关等控制动作。控制器采用AT89C51做主控单元,采用MY8880接收和发送经由电话线传输的DTMF信号。语音模块采取ISD1420为主要器件。控制器工作过程为:当需要遥控家电时,拨打相应的电话号码,振铃检测电路检测铃流信号,当振铃次数达到预定
9、次后(次数可以通过软件任意设定),摘挂机电路自动摘机并将摘机信号输入到单片机中,单片机接收到摘机信号后,启动语音电路发出提示音,提示输入密码,密码经MT8880接收电路接收并转换成二进制数,并由单片机进行验证,正确则提示输入控制键,控制键信号经双音多频接收电路解码后输入到单片机中,由单片机发出控制指令去,控制家电,从而完成一次遥控。当需要遥控家用电器时,拨打相应的电话号码,振铃检测电路检测铃流信号,如果有人接听电话或振铃次数少于6次,对程控电话的使用不造成影响。当电话无人接听或振铃次数达到6次后(次数可以通过软件任意设定),单片机启动语音提示电路发出提示音,询问是否进入家电控制模式,按“0”键
10、否,挂机退出,按“1”键是。若无人应答操作,摘挂机电路自动摘机进入控制状态并将摘机信号输入到单片机中,单片机接收到摘机信号后,首先启动来电显示电路显示来电号码,同时启动语音提示电路发出提示音,提示操作者输入密码或是退出(系统支持在线修改密码)。输入的密码经DTMF接收,转换成二进制数并与事先存储在单片机中的密码比较,如果不相符,则语音提示密码错误,可再次重新输入,若三次密码错误则发提示音并自动挂机;如果密码相符则语音提示选择控制通道(按键18分别表示18号通道,分别控制8路电器)。通道选择后,按下“1”键表示开启该路电器,并有语音提示“该路电器已经开启”,按下“0”键表示关断该路电器,有提示音
11、“该路电器已经关闭”,按下“”键则可挂机退出。若超时则自动挂机(时间可由软件设定)。2.2 单片机主机系统电路单片机作为整个硬件系统的核心,它既是协调整机工作的控制器,又是数据处理器。它由单片机、时钟电路、复位电路等组成。为了简化电路、降低成本、提高可靠性,本系统采用AT89C51作为主控制器,它是一款与MCS51完全兼容且内部自带有4KB的Flash存储器及256KB RAM单元的芯片,因此可以不需另外扩展EEPROM及静态RAM就可以实现所需功能。图2-2 单片机主机系统图2.2.1时钟电路单片机的时钟信号用来提供单片机片内各种微操作的时间基准,时钟信号通常用两种电路形式得到:内部振荡和外
12、部振荡。MCS-51单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反向放大器,引脚XTALl和XTAL2分别是此放大电器的输入端和输出端,由于采用内部方式时,电路简单,所得的时钟信号比较稳定,实际使用中常采用这种方式,如图2-2所示在其外接晶体振荡器(简称晶振)或陶瓷谐振器就构成了内部振荡方式,片内高增益反向放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起可构成一个自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。图2-2中外接晶振以及电容C1和C2构成并联谐振电路,它们起稳定振荡频率、快速起振的作用,其值均为30P左右,晶振频率选12MHz。2.2.2复位电路为了初始化单片机内部的某些特殊功能寄存器,必须采用复位的方
13、式,复位后可使CPU及系统各部件处于确定的初始状态,并从初始状态开始正常工作。单片机的复位是靠外电路来实现的,在正常运行情况下,只要RST引脚上出现两个机器周期时间以上的高电平,即可引起系统复位,但如果RST引脚上持续为高电平,单片机就处于循环复位状态。复位后系统将输入/输出(1/0)端口寄存器置为FFH,堆栈指针SP置为07H, SBUF内置为不定值,其余的寄存器全部清0,内部RAM的状态不受复位的影响,在系统上电时RAM的内容是不定的。复位操作有两种情况,即上电复位和手动(开关)复位。本系统采用上电复位方式。图2-2中R9和Cl组成上电复位电路,其值R取为1K, C取为22F。2.2.3
14、系统扩展电路74LS138用于扩展控制家用电器的继电器,以实现对家用电器的远程操作,这样节省了单片机的IO口,使系统的各功能得到充分发挥。74LS573锁存器实现P0口地址数据复用,74LS573是一种低电平触发的三态锁存器,其引脚图如图2-3所示;其辑功能如表2-2所示。系统电路图2-4所示。图2-3 74LS573引脚表2-1 74LS573引脚功能说明表2-2 74LS573逻辑功能 图2-4 单片机控制系统电路2.3 DTMF解码电路DTMF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
15、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2-3所示。 表2-3 电话拨号数字对应高低频率组合关系当用户在电话机的键盘上输入密码或按下控制按钮后,这些信息均采用双音多频方式通过电话线发出。DTMF解码电路的主要作用是接收从TEL0、TEL1输入的双音多频信号并将其转换成二进制编码,然后输至单片机进行数据处理,进而实现控制功能。电话远程控制系统采用MITEL公司生产的MT8880作为DTMF信号的解码核心器件。MT8880主要用于
16、程控交换机、遥控、无线通信及通播系统,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。MT8880具有拨号音抑制和模拟信号输入可调功能,所以在设计解码电路时,只需外加一些阻容元件即可。MT8880引脚图如图2-5所示。MT8880各频率对应的输出电平如表2-4所示。 图2-5 MT8880引脚图表2-4 MT8880各频率对应的输出电平本电路采用的是MT8880双音多频解码芯片,能实现双音多频信号(DTMF)的发送与接收。发送DTMF信号时,信号从D0D3经数据总线缓冲器送到发送数据寄存器,控制可编程行列计数器,经D/A转换合成DTMF信号,在音频突发开门控制和
17、逻辑控制作用下,从8脚(TONE端)发出。当接收DTMF信号时,模拟摘机后从TEL0、TEL1进入的双音多频信号经过耦合隔离变压器耦合入MT8880的输入脚IN-,DTMF信号经运放、拨号音滤波器、高频组及低频组分离带通滤波器送到数字算法与编码变换器进行确认,译成相应的4位二进制码,存入接收数据寄存器,需要时输出至数据总线,送入89C51的P1口。其中输入脚IN-和增益选择端GS之间所接的反馈电阻R3可以调节运放的增益,CP为中断请求或电话信号音检测输出端,它与89C51的INT0引脚相连。MT8880电路图如图2-6所示。 图2-6 MT8880 DTMF解码电路模拟摘机后,双音多频信号经过
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