基于电话网络的远程控制器的设计

基于电话网络的远程控制器的设计内容摘要：

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。 5 第 3 章 系统设计分析 总体设计分析 我设计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） 双音频信号 发送； （ 7） 输入信息分析； （ 8） 控制电器开关； （ 8） 电器状态查询； （ 10）语音提示； 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，我结合实际情况对具体的单元功能模块作 出硬件上的不同分工，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、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，实现也很容易。 综上所述，我设计信号 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、电器状态查询等功能模块使用软件编程完成。 下面 主要 就硬件实现的单元电路进行具体分析。 6 硬件模块 本作品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的可靠性、稳定性，使整体电路达到比较高的稳定性。 振铃音的检测 当电话线路上没有振铃信号时，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，电话交换机发来铃流信号。 振铃为 25177。 3 伏的正弦波，谐铃失真不大于 10%，电压有效值 90177。 15V。 振铃以 5秒为周期，即 1 秒送， 4秒断。 根据振铃信号电压比较高的特点 ，有以下两个方案： 可以先使用高压稳压二极管进行降压，然后输入至光电耦合器。 经过光耦的隔离转换，从光电耦合器输出的波形是时通时断的正弦波，经过 RC 回路进行滤波输出很标准的方波。 方波信号就可以直接输出至单片机的中断计数器输入口，完成整个振铃音检测和计数的过程。 在电话线的一端接入一个电容，目的是阻断直流，当有振铃信号来的时候，就可以用两个电阻串联进行分压，分到一个 5V 左 右的电压，用这个电压去驱动光电耦合器。 针对以上两个方案，综合比较，我采用了第二个方案，它具有硬件简单，检测方便等优点，可以用计数方式对他进行判断。 自动摘挂机 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 Ω ,在挂机状态下 ,其漏电流≤ 5μ A。 当用户摘机时 ,电话机通过叉簧接上约 300 Ω 的负载 ,使整个电话线回路流过约 30 mA 的电流。 所以 程控电话交换机对电话摘机的响应是电话线回路电流突然变大为约 30mA 的电流，交换机检测到回路电流变大就认为电话机已经摘机。 自动 摘挂机电路可以通过单片机控制一个继电器的开关，继电器的控制端连接一个大约300Ω 的电阻接入电话线两端，从而完成模拟摘挂机。 当单片机检测到系统设定的振铃次数后 ,送出摘机信号 :P3. 1 输出高电平 ,驱动三极管 T1 导通 ,继电器动作使 电阻接入电路 ,实现摘机。 当单片机检测到正确的密码 ,并按照用户设定要求工作后 ,或者检测到连续密码错误次数达 3 次 ,则单片机取消摘机信号 ( P3. 1 输出低电平 ) ,三极管截止 ,系统挂机。 7 控制电器 此部分比较简单，通过单片机控制多路继电器的开关即可，常用的电路 已经很成熟，在此就不累述了。 双音频解码 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。 经过翻阅大量的文献资料，我发现使用电话专用的双音频编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编解码集成电路有 8870、 8880、 8888等，经过反复论证比较，我决定使用双音频解码集成片 MT8870来完成此功能模块。 双音频发送 当 MT8870 作为发送器时数据总线上 D0～ D3 四位二进制码被锁存在发送数据寄存器中，发送的 DTMF 信号频率由 3． 58 MHz的晶振分频产生。 分频器首先从基准频率分离出 8个不同频率的正弦波，行列计数器根据发送数据寄存器中的数据，以八取二方式分离出一个高频信号和一个低频信号，经开关电容做 D／ A 转换，在加法器中合成DTMF 信号，并从 TONE 端输出。 MT8870简介： MT8880是 MITEL公司生产的 DTMF发送与接收器 ,它是一种功能较强的 DTMF发送与接收器。 它的内部寄存器和控制接口、数据总线器 ,便于实现 与微处理器的直接接口和对电路进行工作模式控制 , 获得更多的功能和灵活性 . 通过微机接口可以由CP,RSO,R/W,CS,D0～ D3等信号选择与内部寄存器 ,并控制电路的工作状态或工作模式。  提供完整的 DTMF 发送或接收功能；  具有接收信号音和带通滤波的功能；  能与微处理器直接连接。  OSC1,OSC0：时钟或振荡器输入和输出端。 通常两端外接 ；  IN+,IN：运放的同相和反相输入； 8  GS：增益选择端 ；  VREF：基准电压输出端 ,由 VDD,VSS产生 ,通常为 VDD/2：作为运放输入偏置；  TONE：发送 TONE信号的输出；  R/W：读、写控制信号输入 ,与 TTL兼容；  CS：片 选信号输入，由地址译码器引出。 若 CS为 TTL低电平 ,则此电路被选；  RSO：寄存器选择输入 ,与 TTL电平兼容；  CP：系统时钟输入；  D0～ D3：直接引自单片机控制 DTMF信号发送和 DTMF译码的 4位数据输入 /输出 ,与TTL兼容；  IRQ/CP：直接引向微处理器的计数器，对微处理器的中断请求信号。 若控制寄存器数据设定电路处于呼叫处理 (CALL)模式和中断使能 ,则 IRQ/CP端输出代表运放输入的方波信号音，该位信号频率必须落在呼叫处理滤波器带宽内；  EST：初始控制输出。 若检测出有效的 DTMF信号时 ,EST为高电平。 若信号丢失 ,则 EST返为低电平 ；  ST/GT：控制输入 /时间监测输出。 若 CI电压高于门限 VTST时 ,电路寄存被检测的 DTMF单音对 ,并更新输出锁存器内容；若 CI电压低于 VTST,则电路不接收一新单音对。 GT输出的作用是设置外部监测时间常数。 实时时钟 此部分虽然不是整个系统的重点，但是它可以给用户提供时间信息，确保用户的指示按时操作。 经过翻阅大 量的文献资料，我发现使用专用的时钟芯片比较方便，同时可靠性也比较高。 经过反复比较我决定使用 DS12887。 DS12887 为 DALLAS 公司生产的实时时钟芯片， 它 除具有实时钟功能外，它还具有 114 字节的通用 RAM，内藏锂电池。 在本系统中，巧妙的应用 DS12887 实现了以下功能 ： （ 1）多功能日历、时钟。 （ 2）掉电保存各路家用电器开关状态。 （ 3）保存系统密码，且密码可在线更改。 （ 4）结合软件实现看门狗，增强了系统的可靠性与稳定性。 9 语音提示 这个部分也是整个系统的关键，因为系统自动摘机后 将由它引导用户进行下一步具体的 操作，它的工作情况直接决定了用户操作的正确性，决定用户的操作能否正确执行。 经过翻阅大量的资料并查看大量的有关语音的电路，我发现使用专用的语音芯片比较方便，同时可靠性也比较高，用户操作起来也容易，但是 专用的语音芯片价格比较贵，软件实现也比较繁琐。 最后经过慎重考虑，我采用了基于 LM386 的语音放大电路。 软件模块 经过比较，我决定使用 AT89S52 作为控制的单片机芯片，具体有关 AT89S52 的介绍书籍很多很详细，在这里不在累述。 同时 如何利用有限的 16 种 DTMF 信号实现多样的系 统控制功能，是系统成功与否的关键，借助于软件编程，系统可以对 16 种 DTMF信号的任意组合进行解释，从而丰富了系统功能。 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、信号音提示部分。 信号音计数 本单元可以使用 AT89C51 的两个计数器的外部中断方式来实现对不同信号音的计数。 密码检测 为了保证只有合法用户才能操作系统 ，电话远程控制系统上线以后，用户必须输入密码，待系统确认后才具有对系统操作的权限。 本单元可以在系统初始化 的时候，在单片机内部的存储器的内部开辟一块空间放置密码。 当用户输入密码的时候，单片机把输入的密码写入另外的一块空间，然后利用减法运算比较两者是否相等。 这样就可以实现密码检测的功能。 信号分析处理 对收到的 用户信号，系统按照软件设定加以解释，并决定对语音提示电路寻址，播放相应的系统提示音，实现用户和电话远程控制系统间的交互操作，或者对外部受控设 10 备发出相应的驱动信号。 本单元可以利用查表方式，也可以用简单的语句，稍微长一点的语句实现，例如CASE 语句等。 软件定时功能 系统软 件设定系统自动复位的软件定时器，定时器的设置值规定了系统一次工作的最大时间。 若一次工作超时，系统自动离线，进入待机状态。 经过翻阅大量的技术资料，对具体要求实现的功能进行完整的系统分析，我认为我的电话遥控系统设计基本符合实际情况，可以完成设计任务所要求实现的基本功 能。 11 第 4 章 硬件单元电路设计 根据系统的特点 ,选择 AT89C51 作为整个控制系统的核心单元。 AT89C51 是一种低功耗、高性能、 CMOS 工艺的 8 位微处理器 ,片内有 4 kB 的程序存储器。 其工作电压 (2. 7～ 6 V) 和工作频率 (0～ 24 MHz) 范围都很宽。 振铃检测电路 当电话线路上没有振铃信号时，电话线路由电话交换机提供大约 48V(老式交换机为 60 V)的直流电压 ，进滤波整流后不足以 使稳压二极管导通，振铃信号输出端电压接近 0V； 当用户被呼叫时 ,电话交换机发来振铃信号 ， 振铃信号为 25 177。 3 V 的正弦波 ,电压有效值为 90 177。 15 V。 此信号经隔直分压后变换成为峰值为 90V的脉动直流电，其峰值足以击穿稳压二极管，振铃输出端电压升高。 因此，振铃检测电路输出一定周期的脉冲信号，把该信号接 在单片机的 口（定时器 0 计数脉冲输入端），如果单片机检测到该口连续有 5 个脉冲输入信号（振铃以 5 s 为周期 ,即 1 s 送 ,4 s 断），即 口计数值为 5 时，仍无人摘机，便由单片机控制模拟摘机。 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。 根据振铃信号的特征 , 设计振铃检测电路如图 所示。 原理说明： 电话振铃信号通过电容 C13隔直、 Z1稳压二极管、电阻 R17和电阻 R18分压后，再经过电阻 R16输入至光电耦合器 4N35的输入端 1口， C1 Z R17和 R18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 4N35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。 在光耦另外一端引入单片机 T1口进行计数，编程就按上面实际输出的波形进行。 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，从而对地电位差干扰有很强的抑制能力，而且有很强的抑制 电磁干扰能力。 速度高、价格低、接口简单。 振铃信号通过光耦 4N35的 4脚输出振铃方波，此方波再经放大 、整形后送到单片机 12 AT89S52的 T0/，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。 Z1U14N35T2VCCR7R81 2U3A74LS14R1610KR17C13INB 图 原器件选取： 1. C13是隔直电容，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 100V的瓷片电容； 2. Z1为稳压二极管，选取 36V的稳压二极。