1、完整版手机遥控家用电器电路设计本科毕业设计论文河南科技学院新科学院本科毕业论文（设计）论文题目：手机遥控家用电器电路设计所在院系：新科学院机电系所学专业：电子信息工程专业摘 要随着我国经济的发展，人民生活水平的提高，手机已经在家庭普及, 利用手机实现家用电器遥控是家电未来的发展方向。这样设计将人们的生活带来很多的便利，简单的例子，炎炎的夏日，主人可以在下班前半小时遥控打开空调，下班进家就有一种很凉爽的感觉；可以遥控开启微波炉、电饭锅等炊具，一回到家便可享受美味的饭菜。在高科技给人们带来便利的同时，家庭安全防护意识也越来越受到人们的重视，如果家中有警情(如火警、盗警等)时，主人还希望能及时获知警
2、情，采取及时有效的措施。本系统设计实用，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。电话远程控制不需进行专门的布线,可避免电磁污染，是符合社会发展和时代要求的一项自动控制技术。 关键词： 自动控制技术，设计，遥控，手机Abstract With the development of our national economy, improvement of peoples living standard. Along with the widespread use of telephone in family, the remote control of hou
3、sehold appliances by means of telephone is to be realized in the future. This design will bring a lot of peoples life convenient, for example, , the heat of summer, the owner can work the remote control to open half an hour before air-conditioning, work into the home have a very cool feeling; can re
4、motely open the microwave oven, rice cooker and other cooking utensils, a home can enjoy delicious meals. In the high-tech convenience to the people at the same time, the family has become increasingly security conscious attention, if the police family situation (such as fire, theft alarm, etc.), th
5、e owner also informed the police hope that in time the situation and take timely effective measures. This system design and practical function, flexible, convenient operation, high reliability, and can be widely applied in the family or other places of intelligent control. Phone remote control to sp
6、ecial cabling, can avoid electromagnetic pollution, conforms to the social development and the demands of the era of an automatic control technology.Keywords: Automatic control technology, Design, Femote control, Phone目 录1 前言 11.1 课题研究的背景及意义 11.2 国内外相关研究情况 11.3 设计思想 22 系统总体设计 23 芯片介绍 33.1 MT8870介绍 3
7、3.2 PC817介绍 53.3 ARP9600介绍 53.4 LM386介绍 63.5 74HC04介绍 73.6 LM7805介绍 83.7 LM358介绍 94 电路介绍 94.1模拟摘机电路 94.2 来电检测电路 94.3 电源电路 114.4 双音频解码电路 114.5 语音提示电路 124.6 无线发射接收设备 174.6.1 无线发射电路 144.6.2 无线接收电路 184.7 总电路 155. 结束语 166. 致谢 16参考文献 16附录 18附录1 ARP9600的管脚的功能表 18附录2 总电路图 191 前言1.1 课题研究的背景及意义 随着我国社会经济的快速发展，
8、各种远程控制的智能家居会逐渐被人们所接受，慢慢进入家庭当中，在我们生活当中起着非常重要的作用，让我们的生活变得丰富、轻松、方便而又更加有意义。智能家居是未来生活中非常重要的部分，当前的发展也是非常热门的，通过对基于固定电话网络的远程控制器的研究，可以使我了解当前智能家居的发展状况，更多的掌握有用的知识，将自己所学的知识综合运用到实践当中，扩大了自己的知识面，能够提高自己的动手动脑能力。通过毕业设计一方面能够提高我使用应用软件的能力和实践能力；另一方面也能够提高我对本专业知识的理解，设计中要用到许多本专业的课程，在设计过程中不仅是知识的温习与巩固，更重要的是通过设计能使我提高对已有知识的应用能力
9、，丰富自己的知识，提高我对未知知识的求知欲望。随着工业自动化水平的提高，在许多无人看守的工业现场，希望能够对设备进行远程的控制和测量，以及对远程数据终端进行设置和数据采集，手机的逐渐普及使得在工业现场使用手机成为可能。近些年来,由于通讯网络的飞速发展,移动通信与实际应用的结合使得各种基于GSM网络的无线监控系统成为当前远距离无线监控领域最为广泛的应用。另一方面,基于嵌入式概念的单片机和PC通过串行口构成的多微机监测系统己经广泛应用于工业控制、数据传输、水利系统、消防治安、智能楼宇、银行金融等方面,这些系统原来大多采用有线网络、短距离无线网络等通信方式,其固有的缺陷很大程度上限制了其使用的场合。
10、 另外随着生活质量的提高，人们非常希望能像在家里一样随时随地对家电进行遥控。这样，炎炎的夏日，主人可以在下班前半小时遥控打开空调，下班进家就有一种很凉爽的感觉；可以遥控开启微波炉、电饭锅等炊具，一回到家便可享受美味的饭菜。 1.2 国内外相关研究情况21世纪是信息化的世纪，各种电信和互联网新技术推动了人类文明的巨大进步。数字化家居控制系统的出现使得人们可以通过手机或者互联网在任何时候、任意地点对家中的任意电器（空调、热水器、电饭煲、灯光、音响、DVD录像机）进行远程控制；也可以在下班途中，预先将家中的空调打开、让热水器提前烧好热水、电饭煲煮好香喷喷的米饭；而这一切的实现都仅仅是轻轻的点几下鼠标
11、，或者打一个简单的手机。随着经济的发展,社会信息化的程度不断提高,基于手机网络远程控制器的各种智能系统逐步走进了人们的生活，国外远程控制的智能系统的发展情况自从世界上第1幢智能建筑1984年在美国出现后，美国、加拿大、欧洲、澳大利亚和东南亚等经济比较发达的国家先后提出了各种智能家居系统的方案。智能系统在美国、德国、新加坡、日本等国都有广泛的应用。国外的家庭智能化系统包括三表抄送功能、安防报警功能、可视对讲功能、监控中心功能、家电控制功能、有线电视接入、住户信息留言功能、家庭智能控制面板、智能布线箱、宽带网接入和系统软件配置等。1.3 设计思想整个设计是有五个单元电路组成：来电检测电路，模拟摘机
12、电路，双音频检测电路，语音提示电路以及无线接收发射电路。所要完成的功能主要是当电话机检测到振铃信号，如果这个振铃信号达到预设的值后，系统认为是控制信号，模拟摘机电路自动接通，系统接收电路传过来的按键信号（双音频信号），将其转化为二进制的8421BCD码送到外部的单片机的控制及输出电路，使其完成所设功能。如果用户长时间不发送指令或者忘记关机时，到达预置时间后，系统将自动挂机。该设计结构简单，元件数量少，操作简单，适合城乡家庭安装使用。手机远程遥控不需要专门的布线，不占用无线电视频资源，避免了电磁污染，利用现有的电话网，遥控距离可以跨省市，甚至跨越国家，打破了区域的局限性。 2 系统总体设计此设计
13、主要由来电检测电路，模拟摘机电路，双音频检测电路，语音提示电路以及无线接收发射电路五部分构成。振铃检测电路以光耦817为主构成，当有振铃信号时，铃流进入817输入端脚1和脚2，脚4输出脉冲方波信号，送至89C51的INT1端，由于语音信号和双音频信号电压远低于振铃信号电压，该电路不会引起误判。模拟摘机电路由两个高压三极管组成。89C51的口输出高低电平，使三极管导通或截止，从而改变挂接在电话线上的阻抗来模拟摘机和挂机。远程控制系统利用电话按键信号作为数据和命令，即将按键双音频信号进行编码与解码，为了实现双音频信号的解码，本设计采用MT8870芯片作为双音频解码的主要芯片，从而得到远程控制端对智
14、能控制系统传送的数据和命令。语音提示电路的控制主要采用APR9600语音录放芯片作为反馈信号源，从而使该系统能良好地实现人机对话，即对远程控制端进行操作时，系统给出相关的提示语音信号作为反馈信号。无线收发电路主要采用315 MHz无线数据收发模块（有名DF数据模块），DF数据模块具有较宽的工作电压范围312 V ,当电压变化时发射频率基本不变,和发射模块配套的接收模块无需任何调整就能稳定地接收。其原理方框图见下图（1）图1 原理方框图3 芯片介绍3.1 MT8870介绍图2 芯片MT8870引脚图MT8870音调译码器(Tone Decoder）是MITEL公司所开发生产为一颗常用复频译码IC
15、，这个电路可以接收DTMF信号，是一个完整的DTMF 接收器。它接收了DTMF信号后，内部将信号分成高频带和低频带，并将此信号送至数字译码器，然后将讯号送至数字译码器以解出按键值，接着将解出的按键值以二进制的方式以四条线(Q1、Q2、Q3、Q4)输出到外部共享Bus上，其MT8870引脚说明如表1及内部结构如图3。值得一提的是，当MT8870解出一个按键值且输出到外部时，其STD 接脚会由低态升为高态，经一段时间后再降为低态，我们便可利用此特点侦测到此脚有讯号时便马上将Q1-Q4接脚所产生的值读入CPU，然后解出电话的按键值。表1 MT8870引脚功能介绍PIN脚位说明1IN+OPA非反相输入
16、端2IN-OPA反相输入端3GS增益选择4VREP参考电压选择5INH禁制输入信号检出6PWDN电源下降输入7OSC1内部振荡电路输入端8OSC2内部振荡电路输出端9Vss电源地线10TOE三态输出端11Q1三态译码数据输出端12Q2三态译码数据输出端13Q3三态译码数据输出端14Q4三态译码数据输出端15STD延迟动作输出16EST提前动作输出17ST/GT动作输入/监视时间18Vdd电源正电源由上表可知，MT8870共有18个拐角，其中Q0-Q3为三态译码数输出，IN+为OPA非反向输入端，IN-为OPC反向输入端，GS为增益选择，VREF为参考电压输出，INH为禁制输入信号检出，PWDN
17、为电源下降输入，OSC1为内部振荡电路输入端，OSC2为内部振荡电路输出端，VSS为电源地线，VDD为电源正电压，ST/GT为动作输入/监视时间，EST为提前动作输出，STD为延迟动作输出。该芯片的内部结构见图3图3 MT8870芯片内服结构3.2 PC817介绍 pc817是常用的线性光藕，在各种要求比较精密的功能电路中常常被当作耦合器件，具有上下级电路完全隔离的作用，相互不产生影响。1 阳极 2 阴极 3 发射极 4 集电极图4 PC817内部结构当输入端加电信号时，发光器发出光线，照射在受光器上，受光器接受光线后导通，产生光电流从输出端输出，从而实现了“电-光-电”的转换。 普通光电耦合
18、器只能传输数字信号（开关信号），不适合传输模拟信号。线性光电耦合器是一种新型的光电隔离器件，能够传输连续变化的模拟电压或电流信号，这样随着输入信号的强弱变化会产生相应的光信号，从而使光敏晶体管的导通程度也不同，输出的电压或电流也随之不同。PC817光电耦合器不但可以起到反馈作用还可以起到隔离作用。3.3 ARP9600介绍图5 ARP9600芯片管脚图管脚的具体功能介绍见附录中的表1为了使该系统能良好地实现人机对话，即对远程控制端进行操作时，将系统给出相关的提示语音信号作为反馈信号。本文选用台湾公司最新推出的APR9600语音录放芯片作为反馈信号源。APR9600语音录放芯片采用模拟存储技术，
19、具有音质好、噪音低、不怕断电、可反复录放、同时又具备多种控制方式，外围电路设计简单，价格也十分低廉，单片电路可录放3260秒的特性。该语音芯片可以设置为串行工作模式或并行工作模式，串行控制时可以将播放时间分为256段以上，并行控制时最大可分8段。有关该芯片的工作模式设置如表2所示。APR9600为28脚双列直插式标准封装DIP芯片， APR9600工作电压4565V，静态电流1 ，工作电流25mA，驱动功率12mW (外接扬声器16n)。语音芯片被预先设置为并行控制模式，相应语音段的播放由软件来触发。此语音经芯片SP+、SP一端，进至音频放大电路LM386进行放大，再经T1耦合至电话回路，用户
20、可从电话里听到系统控制语音芯片发出的提示进行相应的操作。表2 APR9600语音录放芯片工作模式设置MSEL1（24脚）MSEL2（25脚）/M8(9脚)有效键/M1-8为段控制键，/CE多为停止复位键功能（以60秒计）010/1/M1,/M2,CE并行控制，分二段，每段最大30秒100/1/M1,/M2,/M3, /M4,CE并行控制，分四段，每段最大15秒111/M1/M8,CE并行控制，分八段，每段最大7.5秒110CE单键控制，每段7.5秒循环，CE为启动、停止键001/M1,CE串行顺序控制，可分一至任意多段000/M1,/M2,CE串行选段控制，/M2系选段快进键。（录音时/M8=
21、1时可录一至任意多段，/M8=0时只能录两端）注1、RE=O(置低电平)为录音状态：RE=l(置高电平)为放音状态注2、 /M1-/M8键在有效段放音时，按一下键即开始放音一段，放音期问再按一下即停止；如按键，不放即循环放音注3、 /M1/M8键在有效段控录音时，按住不放为录音，松键即停止3.4 LM386介绍 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。但在1脚和8脚之间增加一只外接电阻和电容,便可将电压增益调为任意值,直至200。输入端以地位参考,同时输出端被自动偏置到电源电压的一半,在6V电源电压下,它的静态功耗仅
22、为24mW,使得LM386特别适用于电池供电的场合。 LM386的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式。芯片特性：静态功耗低,约为4mA,可用于电池供电。工作电压范围宽,4-12V LM386电源电压4-12V，音频功率0.5w。LM386音响功放是由NSC制造的，它的电源电压范围非常宽，最高可使用到15V，消耗静态电流为4mA，当电源电压为12V时，在8欧姆的负载情况下，可提供几百mw的功率。它的典型输入阻抗为50K。图6 LM386芯片管脚图3.5 74HC04介绍描述该74HC04是高速的硅栅CMOS器件并兼容低功耗肖特基的TTL 。图7 74HC04管脚图74HC04是内含6组相同的
23、反向器。即1A输入高电平，1Y输出高电平，六组反向器。对称的传输延迟和转换时间，相对于LSTTL逻辑IC功耗低，工作电压：2V6V，高抗扰度：NIL=30%,NIH=30% Of VCC =5V HCT。当工作电压为4.5 V5V时，兼容直接输入LSTTL逻辑信号。管脚图如下图8所示引出端符号： 1A6A 输入端 1Y6Y 输出端 图8 74HC04逻辑图3.6 LM7805介绍LM7805是常用的三端稳压器，由于LM7805普遍采用TO-220封装，其Vi-Vo2V。所以选用较为常见的交流9V变压器，7805上的圧降Vi-Vo=5V，在它的可承受范围之内。其封装形式如下图9所示。 TO-22
24、01.Input 2.GND 3.Outpput图9 7805的封装LM7805的应用范围广，内含过流和过载保护电路，但是，要注意其的散热问题，带散热片时能持续提供1A的电流。如果使用外围器件，它还可以提供不同的电压和电流。3.7 LM358介绍LM358是内部包括两个独立的高增益，内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器，直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。LM358的封装形式有塑装8引线双列直插式和贴片式。图10 LM358的封装特性：内部频率补偿；
25、直流电压增益高（约100dB）；单位增益频带宽（约1MHZ）；电源电压范围宽：单电源（330V），双电源（V）；低功耗电流；适合于电池供电；低输入偏流；低输入失调电压和失调电流；共模输入电压范围宽，包括接地；差模输入电压范围宽，等于电源电压范围；输出电压摆幅大（10至Vcc-1.5V）。4 电路介绍4.1模拟摘机电路模拟摘机电路通过控制一个三极管的通断来改变继电器常开触点的闭合与断开状态来实现，电路主要由J1、K1、D1、V1、D2D5、R1、R2组成，其中D2D5组成极性固化电路，R2为模拟摘机电阻。当需要摘机时，CPU通过P1.7端给一个高电平，V1导通使K1得电，K1的常开触点闭合完成模
26、拟摘机(电话程控网认为只要线路电流超过30mA就判定为摘机状态)。用户输入密码，当单片机检测到正确的密码时，并按用户设定要求工作后，或者检测到三次输入密码错误，单片机取消摘机信号P1.7口变为低电平，三极管截止，K1断电， K1的常开触点断开完成挂机过程。图11 模拟摘机电路4.2 来电检测电路图12 来电检测电路图来电检测电路以光耦817为主构成，当有振铃信号时，铃流进入817输入端脚1和脚2，脚4输出脉冲方波信号，送至89C51的/INT1端，由于语音信号和双音频信号电压远低于振铃信号电压，该电路不会引起误判。4.3 电源电路由于本系统电源电路要为单片机，所以采用了变压器降压经整流滤波后由
27、集成稳压器7805稳压后给整个系统提供+5V电圧的方式。电路图如图12所示图13 电源电路其中J1为9V交流变压器输入端，D1、D2、D3、D4构成桥式整流电路，经C1（470uF）滤波电容滤波后送入集成稳压器7805输入端，由输出端输出后再由C2，C3滤波后整个系统供电。在此电源电路中，C1为交流高频耦合电容，防止交流高频信号经电源电路串入系统，对系统构成干扰。R21和LED组成电源指示电路，显示电路是否工作。4.4 双音频解码电路 (1)双音多频译码集成MT8870MT8870是双音多频接收译码芯片，能对DTMF信号进行接收、分离和译码，并输出16个DTMF频率组合的4位二进制编码(如表3
28、)。表3按键0123456789*#DTMF编码101000010010001101000101011001111000100110111101各引脚功能如下：IN+、IN一为运放同相、反相输入端，即DTMF信号输入端；GS为运放输出端，外部所接的反馈电阻可改变内部放大器的增益；VREF为基准电压输出端；INH和PWDH为内部接点，应接到地；OSC1、OSC2为时钟输入输出端，外接357954MHz晶振；VSS接地；TOE为输出使能端；QIQ4为DTMF信号所对应的4位二进制数码输出端；STD当有效信号出现时为高电平；EST为延迟控制输出端；STGT为时间监控输出端；VDD为电源正端。(2)D
29、TMF信号检测工作过程图14 双音频检测电路 摘机后，从线路外端传来的DTMF信号经一个0.1U电容C2和100K电阻R3后输入到M8870进行译码，由MT8870内部放大后送入两级滤波器。第一级为拨号音滤波器，虑除350Hz和440Hz的信号，防止拨号音干扰电路正确解码。然后将信号送入高频群和低频群信号滤波器，取出高频音和低频音，送入数字电路解调出高频音和低频音的频率，当检测到正确的高频音和低频音后解调出对应按键，并将解调值锁存，置STD信号为高电平，当TOE端口被置高时，数据通过Q1Q4引脚输出。MT8870双音多频解码电路如图14所示。4.5 语音提示电路APR9600为28脚双列直插式
30、标准封装DIP芯片，。APR9600工作电压4565V，静态电流1 ，工作电流25mA，驱动功率12mW (外接扬声器16n)。语音芯片被预先设置为并行控制模式，相应语音段的播放由软件来触发。此语音经芯片SP+、SP一端，进至音频放大电路LM386进行放大，再经T1耦合至电话回路，用户可从电话里听到系统控制语音芯片发出的提示进行相应的操作。语音芯片控制电路图如图15所示，该电路由录音电路、音频放大电路、语音提示三部分组成。录音电路用来录提示语音信号。LM386对ARP9600的l4脚和l5脚输出的提示语音进行音频放大，从而推动扬声器。ARP9600为语音提示电路的核心，ARP9600的/M1/
31、M8与S1-S8和AT89C51的P2口相连。其中S1-S8为手动提示语音播放开关，而AT89C51利用P2口实现对语音提示电路的控制；S10用来选择ARP9600的操作模式。图15 语音提示电路图4.6 无线发射接收设备315 MHz无线数据收发模块也叫DF数据收发模块,它广泛地运用在遥控、遥测、无线抄表、门禁系统、小型无线数据终端、生物信号采集、工业数据采集系统、无线遥控系统、无线标签、车辆监控、小型无线网络、身份识别、安全防火系统、机器人控制等领域中。DF模块还有一种重要的用途就是配合单片机来实现数据通讯。DF数据模块采用ASK 方式调制,接收灵敏度高,用示波器观察输出波形干净,抗干扰能力强。天线输入端有选频电路;DF模块自身辐射极小,加上电路模块背面网状接地铜箔的屏蔽作用,可以减少自身振荡的泄漏和外界干扰信号的侵入。4.6.1 无线
