1、基于单片机的电话远程控制家电系统毕业设计 黑龙江科技学院2011届本科毕业论文（设计）论文题目：基于单片机的电话远程控制系统基于单片机的电话远程控制系统摘要:随着通讯产业的迅速发展,电话机已经走进了千家万户,但是利用电话机进行远程控制的技术却没有多少实质性的进展.如何将电话远程控制用于日常生活中正是本文所要研究的课题,众所周知,近几年通信和电子信息技术行业有了长足发展,本文设计了一种电话远程控制系统,该系统以AT89C2051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
2、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:AT89C51单片机;双音多频DTMF解码电路;振铃检测;摘挂机控制Abstract：As the development of communication, telephone is widely used all over the world. This is our motive that h
3、ow to make the long-distance control system based on telephone network used in our daily life. As we all know that there is a great development in communication and electrical technology. In this article a long-distance control system based on telephone network is designed. It can also be called int
4、elligence control system. Depend on the network of telephone, some functions of the long-distance control system become true. In this article the compose of the control system and the principle about the long-distance control system are introduced. To meet the needs of long-distance and management o
5、f automation industry equipments based on network of communication. The system about long-distance control model and its architecture were put forward, and operation principles of the system were discussed in detail.Keywords: Intelligence; Controller; Communication; Long-distance1绪论 21世纪是信息时代，各种电信新技
6、术推动了人类文明的进步。自从1876年，Alexander Graham Bell（贝尔）发明电话以来，世界各国的电话网络发展非常迅速。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。1997年8月局用电话交换机总容量突破1亿门，网络规模跃居世界第二位，1999年7月固定电话用户总数突破1亿户。现代电话网络是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
7、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
8、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，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。本次设计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。本设计的各种电器接口、各
9、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。设计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:使用语音芯片音乐片作为信号音反馈，提高本设计的实用性。 随着社会的发展和人们生活水平的提高,越来越多的家用电器进入了百姓的生活,给大家带来了很多的方便和享受,同时随着电话在家庭中的普及,利用电话实现家用电器遥控是未来的发展方向。遥控装置是电子爱好者热衷开发的产品，现在市场上的遥控装置采用红外线、超声波、动力载波、无线遥控及无线寻呼等方
10、式。勿容置疑，这些装置为满足工农业生产和人民生活的需要，带来了便利。然而采用红外线、超声波方式的遥控装置，遥控距离在10m以内；载波方式是通过电力线传递信息，该方式仅适用于同一变压器所辖范围；采用无线遥控，一方面，不可避免占用无线频率资源，造成电磁污染，另一方面也存在遥控距离的问题。基于无线寻呼的遥控方式利用了现有的寻呼频率资源，虽然遥控距离不受限制，但可靠性差，如处于信号弱区域内的通信设备,就无法实现控制。长期以来,困扰遥控装置发展的关键问题，是如何实现远程电器设备可靠控制。基于单片机的智能电话控制系统，借助公共电话网络，操作者可在语音提示下实现对远程设备的可靠控制。该装置具有可靠性高,不受
11、传输距离限制,不占用频率资源等特点。适用于家庭、企事业单位、工业现场、商店等场所，利用手机或固定电话就能实现电器设备的控制和运行状态查询.电话遥控和常规的遥控方式相比,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,而且由于电话线路各地联网,可以充分利用现有的电话网。本文介绍了一种基于电话和单片机的家用电器遥控装置。利用该装置,用户可以通过任意一部双音频电话随时开关、检查家里电器的使用情况,而且当用户要下班时,还可以通过电话,提前打开空调、电饭锅等。2系统设计原理2.1 硬件功能分析系统设计可行性分析 根据电话远程控制系统的具体设计要求该系统必须满足以下功能： 通过电话网对异地的电器
12、实现控制（开/关）； 控制器可以实现自动模拟摘挂机； 控制器设置密码校验；系统必须具有以下单元功能模块： 铃音检测、计数； 自动摘挂机； 密码校验； 双音频信号解码； 输入信息分析； 控制电器开关； 电器状态查询； 忙音检测；本设计以89C2051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，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
13、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
14、比为1：4的方波，方波从89c2051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
15、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
16、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
17、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
18、,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。系统原理框图如下图所示： 图1 系统原理框图 2.2 软件模块分析 经过比较，我决定使用AT89C2051作为控制的单片机芯片，具体有关AT89C2051的介绍不在这里累述，其详细资料请参阅本设计的硬件电路设计部分。 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的两个计数器的外部中
19、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 系统硬件电路设计3.1振铃检
20、测电路3.1.1电路工作原理振铃检测电路由光耦LE以及门电路G4等元件组成。电话线路没有铃流时，电话交换机提供的线路电压为48V-60V的直流信号。当用户呼叫时，电话交换机发来振铃信号，89C2051单片机驱动摘挂机控制开关电路，DTMF信号译码电路，铃流检测电路和语音提示电路等电路设备。此时光耦LE的发光二极管导通，使光敏晶体管导通，于是+5V电源通过1K电阻和二极管向100uF电容充电。当电容上电压充到开门电平时，与门G4输出高电平并由AT89C2051的P3.5检测，每振铃一次，门G1输出一次高电平即一个正脉冲。 振铃信号为253V的正弦波，电压有效值为9015V,振铃以5s为周期，即1
21、s送4s断。正脉冲信号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。3.1.2 电路图设计根据振铃信号的特征，设计振铃检测电路如图2所示。 图2 振铃检测电路3.2 摘挂机控制电路3.2.1电路工作原理AT89C2051首先从P3.5 检测与门G4的输出,G4每输出一个正脉冲，电话振铃一声；P3.5必须检测到8个正脉冲信号时，才从P1.1送出低电平使三极管T7导通，于是继电器JK吸合使两对常开触点JKa和JKb闭合，并使500欧电阻与小音频变压器绕组串联被接入电话线，实现了“模拟提机”。然后P3.2等待DTMF解码器STD端正脉冲的到来，一旦识别到STD端的正脉冲，P
22、3.0-P3.4即读入DTMF解码器的输出的二进制码信息，这个信息就是遥控命令，AT89C2051能对其进行判别-究竟是密码还是控制某路开，关的命令，或是挂机命令。挂机命令的执行信号是从P1.1输出的，当P1.1=1时，T7截止，继电器释放，即实现了“模拟挂机”。而控制受控对象动作的信号是从P1.3-P1.7共5路输出的，例如若P1.3=1能使T1导通，继电器J1吸合;若P1.3=0，则J1释放.若P1.7=1,则能使T5导通，继电器J5吸合;若P1.7=0，则J5释放。但由图中可知，P1.3并没有直接接到T1.P1.7并没有直接接到T5，而是隔了一片集成块74LS273。74LS273是一个
23、8D锁存器也就是芯片内部包含了8个D触发器，输入端为D0-D7，输出端为Q0-Q7。若清零端CLR加以低电平，则器件复零，Q0-Q7输出全为零，若清零端为高电平，则每当触发端CLK有一个电平的上跳变时（从“0”变到“1”的瞬间），输入端D0-D7的状态就会被锁存到器件内并从Q0-Q7输出，只要CLK端不再触发，这一状态就会被永远记住。可见AT89C2051从P1.3-P1.7输出的信号只不过是先由74LS273记忆后再送出，其控制逻辑与直接接到的T1-T5是一样的。74LS273的输入端D0-D7能接受输入信号的必要条件是CLK端有正跳变出现，这必须同时满足两个条件：其一是DTMF解码器的ST
24、D端须为高电平，也就是遥控发送端有DTMF信令送到；其二是AT89C2051的P1.2必须送出一个由“0”变到“1”的跳变信号。只有当这两个条件同时满足时与门G5才输出正跳变信号，74LS273才能接受外部信息，这就大大提高了电路的抗干扰能力，防止AT89C2051因受到意外干扰而可能导致的受控对象的误动作。3.2.2 电路图设计设计摘挂机控制电路如图3所示。 图3 摘挂机控制电路3.2.3 核心AT89C2051芯片介绍智能部件（单片机AT89C2051）。AT89C2051是一种廉价的高性能通用型单片微控制器，俗称单片机，为双列直插式20脚封装。AT89C2051是一个低电压，高性能CMO
25、S 8位单片机，片内含2k bytes的可反复擦写的只读Flash程序存储器和128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大AT89C2051单片机可为您提供许多高性价比的应用场合。AT89C2051是一个功能强大的单片机，但它只有20个引脚，15个双向输入/输出（I/O）端口，其中P1是一个完整的8位双向I/O口，两个外中断口，两个16位可编程定时计数器,两个全双向串行通信口，一个模拟比较放大器。同时AT89C2051的时钟频率可以为零，即具备可用软件
26、设置的睡眠省电功能，系统的唤醒方式有RAM、定时/计数器、串行口和外中断口，系统唤醒后即进入继续工作状态。省电模式中，片内RAM将被冻结，时钟停止振荡，所有功能停止工作，直至系统被硬件复位方可继续运行。主要功能特性：（1）兼容MCS51指令系统。(2)15个双向I/O口。（3）两个16位可编程定时/计数器。（4）时钟频率0-24MHZ。(5)两个外部中断源。（6）可直接驱动LED 。（7）低功耗睡眠功能。（8）可编程UARL通道。（9）2k可反复擦写(1000次）Flash ROM。（10）6个中断源。（11）2.7-6.0V的宽工作电压范围。（12）128x8bit内部RAM。（13）两个串
27、行中断。（14）两级加密位。（15）内置一个模拟比较放大器。（16）软件设置睡眠和唤醒功能。 AT89C2051管脚封装图如下图所示。AT89C2051单片机管脚封装图6所示。 图7 AT89C2051管脚封装图3.3 双音频DTMF解码电路3.3.1 电路工作原理DTMF解码，接收电路使用DTMF解码集成电路MT8870。当电路接口中的JKa和JKb闭合时，由发送端送来的DTMF信号进入MT8870的IN-端，经过DTMF解码，得到4位二进制码从Q3-Q0输出，同时由STD端给出一个正脉冲，该正脉冲的出现表明Q3-Q0已经准备就绪，就可以被读取了。DTMF双音多频信号是目前在按键电话（固定电
28、话，移动电话），程控交换机及无线通信设备中广泛应用的一种信号。它是一组由高频信号与低频信号叠加而成的组合信号。MT8870信号接收器可把DTMF信号变为单片机可以识别的二进制数字信号，来识别每一个按键。MT8870与AT89C2051单片机的接口电路如图4所示。输入的DTMF信号经MT8870解调后，在STD端产生一个控制输出信号，该信号与单片机AT89C2051的外部接口P3.2相连。然后P3.2等待DTMF解码器STD端正脉冲的到来，一旦识别到STD端的正脉冲，P3.0-P3.4即读入DTMF解码器的输出的二进制码信息，这个信息就是遥控命令，AT89C2051能对其进行判别-究竟是密码还是
29、控制某路开，关的命令，或是挂机命令。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。有关MT8870的详细介绍请见下文。3.3.2 电路图设计 双音频DTMF解码电路设计如图4所示。 图4 双音频DTMF解码电路 3.3
30、.3 核心MT8870芯片介绍作为电话网，无线移动通信网和计算机通信网的终端设备。DTMF信号通过IN端输入MT8870,GS引脚接反馈电阻对输入的DTMF信号进行放大，OSC1和OSC2引脚之间接一个3.5795MHZ的晶振，产生DTMF信号双音对中各单音比较信号。信号在MT8870内经过滤波、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。DTMF信号解码为4位二进制码，由Q1Q4直接输出， 如按下电话“1”号键,则电话线上就有高频1200HZ和低频697HZ的DTMF信号.此信号进入MT8870进行解码，解码的结果由Q1、Q2，Q3、Q4，输出，MT8870输出结
31、果与电话按键的对应关系如表格所示。芯片STD引脚提供DTMF信号检测输出，当MT8870接收到DTMF信号并解码完成后该引脚为高电平，平时该引脚为低电平，该信号通过反相后可向单片机申请中断，TOE引脚为输出使能端，当TOE为高电平时解码结果可以从Q1Q4输出。TOE为低电平时Q1Q4引脚为高阻态。MT8870管脚封装图如下图所示。 图8 MT8870管脚封装图3.3.4 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一所示。 表1 MT8870 解码表Digit Q4 Q3 Q2 Q1 1 0 0 0 0 2 0 0 0 1 3 0 0 1 0 4 0 0 1 1 5 0 1 0 0 6 0 1 0 1 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 家用电器控制电路3.4.1 电路工作原理该系统的目的是通过电话遥控，控制不同的电器的电源的通断，在本装置中一共有5路电器可以控制。控制受控对象动作的信号是从P1.3-P1.7共5路输出的，例如若P1.3=1能使T1导通，继电器J1吸合;若P1.3=0，则J1释放.
