1、基于单片机的电话远程控制系统的毕业设计概述基于单片机的电话远程控制系统摘 要：本文设计了一种电话远程控制系统,该系统以AT89C51单片机和MT8870双音多频解码集成电路为核心，借助公共电话网络，通过电话实现对远程设备智能化控制。文章介绍了系统的组成、工作原理及程序设计方法。对“振铃检测、模拟摘挂机控制、双音频解码，语音提示及家用电器控制”等电路作了详细的说明。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。本装置适用于家庭、企事业单位、商店等场所,操作简单方便,系统性能可靠,是未来很有发展前景的科技产品。关键词
2、：单片机AT89C51，双音频编解码，振铃检测Microcontroller-based telephone remote control systemAbstract：This paper, a telephone remote control system, the system AT89C51 microcontroller and MT8870 DTMF decoder integrated circuit as the core, with the public telephone network, by telephone to achieve intelligent contro
3、l of remote devices.This paper introduces the system, working principle and procedure design.The ring test, simulation Abstract hook control, dual audio decoding, voice prompts, and household appliances control gave a detailed description of the circuit.Users can any one pair of outdoor tone multi-f
4、requency telephone (including mobile phone, telephone extension), according to the voice prompts, can be a variety of electrical appliances (such as rice cookers, microwave ovens and other appliances) for remote controlThis.device is suitable for families, enterprises and institutions, shops and oth
5、er places, simple operation, reliable performance is very promising future technology products.Keywords：SCM AT89C51，Dual Audio Codec，Ring Detection1 绪论1.1 课题研究背景和意义 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。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，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
6、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
7、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，而且不具备很高的可靠性。电话遥控作为一较新的课题与常规的遥控方式相比，显示出其巨大的优越性，它不需要进行专门的布线，不占用无线电频率资源，避免了电磁污染。同时，电话线路各地联网，可以充分利用现有的电话网，遥控距离可跨省市，甚至跨越国家，因此采用这种控制方式的优点是明显的。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送控制家电指令；接收由智能控
8、制器传来的报警或求援信息（经并行通信），自动拨号（可由键盘预先设置）后，以语音形式将信息传送给用户或直接报警。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。 利用现有的个人通信终端实现基于陆地移动通信网和公用电话交换网的电话远程控制系统既可以节约投资又便于推广。电话远程控制系统ITRCS以CCITT及我国标准共同规定的部分标准程控交换信号、双音多频信号、振铃信号、回铃音信号等作为系统控制命令，以陆地移动通信网和公用电话交换网作为传输介质，使用户可以在远端利用固定电话或移动电话发送双音多频信号实现对近端电器设备的远程控制。这种远程控制方法也是设计智能住宅中远程电器控制的一个重要途
9、径，利用个人通信终端来查询或者控制住宅中电器的工作状态，达到智能控制的目的。如果能够用单片机实现来设计所要求的功能，将有着很强的现实意义和应用前景。1.2 本论文的研究内容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发送控制家电指令；接收由智能控制器传来的报警或求援信息（经并行通信） ，自动拨号（可由键盘预先设置）后，以语音形式将信息传送给用户或直接报警。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
10、射频技术(HomeRF)、蓝牙技术(Bluetooth)及家庭电话线网络联盟技术(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
11、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,系统采用单片机作为中央处理器。同时,电话远程控制系统正常工作还需电源供
12、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、电器控制驱动电路等组成。2 系统方案设计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、双音频DTMF识别，及语音提示电路。系统原理框图如图2.1所示 图2.1系统组成框图 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
13、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、 双音频信号解码； 5、 输入信息分析； 6、 控制电器开关； 7、 电器状态查询； 8、 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
14、、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，实现也很容易。综上所述，本设计的信号音检测、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、信息分析、电器状态查询等功能模块使用软件编程完成。2.2 硬件功能分析 本设计以AT89C51单片机为控制中心，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。其中包括振铃检测电路，
15、摘挂机控制电路，双音频DTMF识别电路，以及家电的控制电路等部分组成。 本装置使用普通电话机发出遥控命令信号，以DTMF信号作为运载遥控命令的媒体，而无需专门安装遥控发送装置，利用电话网络传送遥控命令或其他数字信息时，只需把接收装置安装在任何一个电话用户线的终端，就可以接收任何地方只要电话能通达的地方的遥控操作或其他数字信息，接收装置就像一部普通电话机，传真机或其他电话用户终端设备一样被使用，因此不受距离的局限。 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八次，即八次响铃后无
16、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。 系统基本工作原理是：系统上电，单片机复位，系统开始工作，当电话线路中有振铃信号时，振铃检测电路将产生占空比为1：4的方波，方波从AT89C51单片机的外部计数端输入，系统在程序控制下进行计数，当振铃次数为8次时约40秒若没有人接电话，表明没有人在场，系统一方面，启动语音提示电路，发出“尊敬的用户，您好！欢迎您使用智能电话控制系统，请输入用户密码，并以#字确认”；另一方面，发出自动摘机控制信号，外线经摘挂机控制的开关电路与DTMF译码电路接通，译码电路将对外线传递的信号进行译码，译码信号以四位二进制
17、形式输出。经译码输出的四位二进制数从单片机的I/O口输入，单片机对读入的二进制数与预置的密码进行比较，如果所拨的密码与预置的相同，则发出“请输入操作码，并按#字键加以确认”的提示音，如果所拨的密码与预置的不同，则发出“对不起，你拨的密码不正确，请核对密码后重新输入，挂机请按*字键确认”的提示音。系统只有接到正确的用户密码才具有操作权。以上操作即实行“模拟提机”接通电话。操作者在主叫话机键盘上输入4位密码，若密码输入正确，会在听筒里听到约2秒的音乐声。按入遥控命令，按“1”，“#”表示第一路开，按“1”，“*”表示第一路关.依次类推，共可操作5路设备，每个操作命令结束时均能听到约1秒的音乐声作为
18、确认信号。 操作完毕按入“0”，接收电路收到“0”这一信息后即“挂断”电话。 如果有人在默认的振铃次数之前接听电话，则不进入电话遥控状态，因此不影响电话的正常通话使用。 系统设计中的关键技术。在整个系统功能的实现中,利用DTMF解码器对用户通过电话输入的DTMF号码进行检测是系统功能实现的关键。MT8870应该能及时并准确地检测到电话线传入的DTMF信号,并以中断方式通知CPU接收其检测到的DTMF号码;而MT8870能否及时检测到DTMF信号并正确译码出该信号对应的主叫号码,与LE78D11的初始化密切相关。在初始化时需要特别注意如下几个方面: (1)设置参数要根据系统情况精确计算确定,尤其
19、输入信号增益参数调整不能让DTMF信号饱和失真,否则会导致MT8870对DTMF音检测译码出错; (2)MT8870的时钟频率寄存器应在芯片上电后第一个进行设置。确保MT8870能及时检测系统时钟与8kHz的帧同步信号的同步情况并给出指示; (3)在初始化最后要启动模拟通道校准功能并确保校准完成;(4)MT8870在进行DTMF音的检测译码时,语音通道连通并都处于激活状态,向单片机发出中断请求,单片机响应中断,接收来电信息。根据电话通信信令,在电话通信过程中,使用某些特定频率音的不同断续组合来指示通信进程。为了判定当前处于何种进程状态,需要及时识别出拨号音、忙音、回铃音、空号音以及其他电信信令
20、规定的进程音。为了简化系统结构,节约硬件成本,提高信号音检测的准确性与灵敏度,本系统不采用通常的信号音检测硬件模块进行检测,而是采用软件实现上述信号音的智能检测。由于上述信号音的频率都是450Hz,仅断续时长不一样,据此,采用电路把信号音整理成方波脉冲串,固定时问间隔(例如1ms)检测输入管脚上脉冲信号,当脉冲信号出现后,立即开始在一定时长内(例如1.2s)分若干时间片(例如0.1s)计数每个时间片内出现的脉冲个数。通过分析比较给定时长内各个时间片的脉冲个数分布情况,可以判别出信号音的类型。2.2 软件模块分析 软件部分的设计由以下几个模块构成： （1）信号音计数。本单元可以使用AT89C51
21、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。 （2）密码检测。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。 （3）信号分析处理。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。 以上部分是对系统设计过程和设计原理的简单叙述。详细部分将在下面的设计中具体介绍。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。3 系统硬件
22、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，电话交换机发来铃流信号。振铃信号为253伏的正弦波，谐铃失真不大于10%，电压有效值9015V。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3.1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
23、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。 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
24、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。图3.1振铃检测电路 主要原器件选取： C1隔直电容，选取1F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U1的限流电阻，取33 k；4、U1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，R2=10k，C2=100F，=1s。3.2模拟摘挂机电路 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。
25、交换机检测到该电流后便停止铃流发送，并将线路电压变为十几伏的直流，完成接续。 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。经过一个反向器驱动发光二极管D1指示摘机，同时改变光敏三极管T1的基极电压，使T1处于导通状态，从而开启继电器J1，J1使电阻R3接入电话线两端。因为R3的电阻为200，使回路电流变大，控制电路向交换机发出模拟摘机的信号，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,模拟摘挂机电路设计如图3.2所示。图3.2模拟摘挂机电路 根据设计原理，原
26、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、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； 7、J1是继电器控制开关，取JRC 4001F(DC5V)； 8、R3是摘机电阻，取2003.3 DTMF信号解码电路3.3.1 MT8870芯片介绍 双音多频DTMF信号解码电路采用MT8870芯片。MT8870 芯片介绍：实现DTMF解码的芯片是MT8870，它是
27、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3.3为MT8870引脚分配图。其引脚说明如下：IN+、IN- 运放同、反相输入，模拟信号或DTMF信号从此端输入；FB 运放输出，外接反馈电阻可调节输入放大器的增益；VREF 基准电压（VDD/2）输出；IC 内部连接点，应接至VSS；OSCI 、OSCO 振荡器输入、输出，外接3.58MHz晶体；EN 为“1”时数据允许输出，为“0”时禁止输出；D01 D04 数据输出；CID 当一有效单音对被接收时为“1”；ECO 检测出一可识别的单音时为：“1”；CI/GTO
28、控制输入/时间监测输出；VDD 正电源；VSS 负电源（地）。图3.3 MT8870引脚图3.3.2 DTMF解码电路设计MT8870的连线如图3.4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。其中，A，B，C，D 4个按键常被当作R/P，
29、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
30、.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。图3.4 DTMF解码电路 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、R5是输入平衡电阻，取100K, 3、芯片外部晶振Y1选择3.579MHz；
31、 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。3.3.3 MT8870解码表 信号在MT8870内需经过滤波、放大、高低频分离，再经过数字处理转化为与DTMF信号相对应的二进制编码。电话键盘对应的输出二进制编码如表3.1所示。 表3.1 MT8870解码表 Digit Q4 Q3 Q2 Q1 1 0 0 0 1 2 0 0 1 0 3 0 0 1 1 4 0 1 0 0 5 0 1 0 1 6 0 1 1 0 7 0 1 1 1 8 1 0 0 0 9 1 0 0 1 0 1 0 1 0 * 1 0 1 1 # 1 1 0 03.4 语音提示电路 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/暂停按钮一段一段从话筒录入芯片，只需记住各段的序号即可。具体不同信号音的定义参见软件设计部分。ISD2590的信息检索模式的使用
