電器設(shè)備遠(yuǎn)程控制的實(shí)現(xiàn)

在該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，主要控制單元為at89s52，dtmf解碼電路芯片為mt8870，采用電子束教育法和電話通信的結(jié)合，用戶(hù)可以通過(guò)電話線路實(shí)現(xiàn)對(duì)多功能家庭的智能控制，如提前加熱和提前加熱加熱對(duì)家庭設(shè)備的加熱。1語(yǔ)音顯示模塊的設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu),主要由電話接口電路、語(yǔ)音提示部分、雙音頻解碼部分、單片機(jī)主控部分和繼電器控制部分組成。電話接口電路主要完成振鈴信號(hào)檢測(cè)、模擬摘掛機(jī)、語(yǔ)音發(fā)送等。語(yǔ)音提示部分發(fā)出語(yǔ)音提示信號(hào),以實(shí)現(xiàn)人機(jī)互交式操作界面。雙音多頻解碼部分對(duì)用戶(hù)從遠(yuǎn)端發(fā)送來(lái)的DTMF(雙音多頻)信號(hào)進(jìn)行解碼,解碼后的信號(hào)送給單片機(jī)進(jìn)行處理。單片機(jī)主控部分主要完成信息處理和記錄、控制調(diào)度其它部分正常工作、如電器的控制、密碼校對(duì)和修改等工作。繼電器控制部分主要負(fù)責(zé)根據(jù)單片機(jī)的指令,對(duì)家用電器進(jìn)行通、斷操作。電話遠(yuǎn)程家庭智能控制系統(tǒng)構(gòu)成方框圖如圖1所示。2電路系統(tǒng)各部分的設(shè)計(jì)方案2.1振鈴檢測(cè)電路設(shè)計(jì)2.1.1用戶(hù)被電話本電線振鈴信號(hào)在沒(méi)有振鈴前,電話線路由電話交換機(jī)提供大約48V的直流電壓。當(dāng)用戶(hù)被呼叫時(shí),電話交換機(jī)發(fā)來(lái)振鈴信號(hào),振鈴信號(hào)為25±3V的正弦波,電壓有效值為90±15V,振鈴以5s為周期,即1s送,4s斷。根據(jù)振鈴信號(hào)的特征,設(shè)計(jì)振鈴檢測(cè)電路如圖2所示。振鈴檢測(cè)電路圖原理分析:(1)用戶(hù)無(wú)呼叫時(shí):無(wú)振鈴信號(hào)。電話交換機(jī)給電話線路提供48V電壓,穩(wěn)壓管D8截止,振鈴信號(hào)輸出約為0V,單片機(jī)未接收到脈沖信號(hào)。(2)用戶(hù)被呼叫時(shí):有振鈴信號(hào)。電話交換機(jī)給電話線路發(fā)送25±3V的正弦波,即電壓有效值為90±15V。該電壓經(jīng)全橋BRIDGE進(jìn)行極性校正,并使穩(wěn)壓二極管D8擊穿,經(jīng)電阻R20對(duì)電容C3進(jìn)行充電,再將信號(hào)輸入至光電耦合器4N35。從光電耦合器中輸出時(shí)斷時(shí)續(xù)的正弦波,振鈴(正弦波)以5s為周期,1s送,4s斷。該正弦波經(jīng)三極管放大,再經(jīng)反向施密特觸發(fā)器進(jìn)行整形,濾出方波,輸出至單片機(jī)AT89S52的中斷計(jì)時(shí)輸入口T0(即AT89S52的第14腳,P3.4端口),即光電耦合器、二極管、電阻、電容所構(gòu)成的振鈴檢測(cè)電路,將振鈴信號(hào)轉(zhuǎn)換成TTL電平,提供給單片機(jī)的中斷計(jì)時(shí)端口。當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到P3.4腳連續(xù)有5個(gè)脈沖輸入信號(hào)時(shí),即P3.4口計(jì)數(shù)值為5時(shí),若仍無(wú)人摘機(jī),便由單片機(jī)控制自動(dòng)模擬摘機(jī)。2.1.2在其他線路疊加到矩形脈沖的波形本系統(tǒng)從電話交換機(jī)發(fā)送的矩形脈沖經(jīng)電話線路傳輸后往往發(fā)生波形畸變。當(dāng)傳輸線上的電容較大時(shí),波形的上升沿將明顯變壞;當(dāng)傳輸線較長(zhǎng),而且接收端的阻抗與傳輸線的阻抗不匹配時(shí),在波形的上升沿和下降沿將產(chǎn)生振蕩現(xiàn)象;當(dāng)其他脈沖信號(hào)通過(guò)導(dǎo)線間的分布電容或公共電源線疊加到矩形脈沖信號(hào)時(shí),信號(hào)上將出現(xiàn)附加的噪聲。無(wú)論出現(xiàn)上述的那一種情況,都可以通過(guò)用施密特反相觸發(fā)器整形而得到比較理想的矩形脈沖波形。只要施密特觸發(fā)器的vt+和vt-設(shè)置得合適,均能得到滿意的整形效果。2.2同系統(tǒng)的電路轉(zhuǎn)輸自動(dòng)摘掛機(jī)電路設(shè)計(jì)如圖3所示。摘掛機(jī)控制電路由繼電器K4、晶體管Q5、二極管D4、電阻R19組成,由微處理器CPU的P3.5控制K1的通斷,從而完成電話線的接通和掛斷。另外電阻R14是電話交換系統(tǒng)的負(fù)載補(bǔ)償,變壓器T1、電容C1、C2起隔直流的作用。根據(jù)國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:不論任何電話機(jī),摘機(jī)狀態(tài)的直流電阻應(yīng)≤300Ω,在掛機(jī)狀態(tài)下,其漏電流≤5μA。當(dāng)用戶(hù)摘機(jī)時(shí),電話機(jī)通過(guò)叉簧接上約300Ω的負(fù)載,使整個(gè)電話線回路流過(guò)約30mA的電流,交換機(jī)檢測(cè)到該電流后便停止鈴流發(fā)送,并將線路電壓變?yōu)槭畮追闹绷?完成接通。當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到系統(tǒng)設(shè)定的振鈴次數(shù)后,送出摘機(jī)信號(hào):P3.5輸出高電平,驅(qū)動(dòng)三極管Q5導(dǎo)通,電阻接入電路,實(shí)現(xiàn)摘機(jī)。當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到正確的密碼,并按照用戶(hù)設(shè)定要求工作后,或者檢測(cè)到連續(xù)密碼錯(cuò)誤次數(shù)達(dá)3次,則單片機(jī)取消摘機(jī)信號(hào)(P3.5輸出低電平),三極管截止,系統(tǒng)掛機(jī)。2.3語(yǔ)音提示電路本功能模塊主要是重放提示音。先把所需的聲音通過(guò)錄音程序錄進(jìn)ISD4004語(yǔ)音芯片內(nèi),單片機(jī)判斷用戶(hù)發(fā)送的DTMF信號(hào)后,對(duì)語(yǔ)音提示電路進(jìn)行尋址,播放相應(yīng)的提示音,向用戶(hù)反饋信息提示下一步該如何操作。ISD4004語(yǔ)音提示電路原理圖如圖4所示:在本系統(tǒng)中的提示音主要有:(1)詢(xún)問(wèn)是否進(jìn)入家電控制模式:“進(jìn)入家電控制模式請(qǐng)按“1”鍵”,錄在ISD4004,開(kāi)始地址為01H;“請(qǐng)輸入密碼,以#字結(jié)束”錄在ISD4004,開(kāi)始地址為03H;“密碼錯(cuò)誤,請(qǐng)重新輸入,以#字結(jié)束”,錄在ISD4004,開(kāi)始地址為05H。(2)電器開(kāi)關(guān)控制:“請(qǐng)選擇操作電器,按“1”鍵開(kāi)燈,按“2”鍵關(guān)燈,按“3”鍵開(kāi)空調(diào),按“4”鍵關(guān)空調(diào),按“*”鍵退出家電控制模式,以“#”號(hào)確認(rèn)”,錄在ISD4004,開(kāi)始地址為07H;“本次處理完畢”,錄在ISD4004,開(kāi)始地址為09H。2.4dmf解碼電路設(shè)計(jì)2.4.1dsp的初始化算法雙音多頻信號(hào)就是兩個(gè)正弦波信號(hào)的疊加,本文選定兩個(gè)頻率f1和f2后很容易得到這種信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式:DTMF編碼器基于兩個(gè)二階數(shù)字正弦波振蕩器,一個(gè)用于產(chǎn)生行頻,一個(gè)用于產(chǎn)生列頻。選取8000Hz作為采樣頻率,即可滿足奈奎斯特(Nyquist)條件,得到該二階系統(tǒng)函數(shù)的差分方程為:其中,1a=-2cosω0,a2=1,0ω=2πf0/fs,fs為采樣頻率,f0為輸出正弦波的頻率,A為輸出正弦波的幅度。該式初值為y(-)1=0,y(-)2=-Asinω0。編碼器有兩個(gè)任務(wù),其一是音頻信號(hào)任務(wù),產(chǎn)生雙音樣本,其二是靜音任務(wù),產(chǎn)生靜音樣本。在靜音任務(wù)結(jié)束后,DSP從數(shù)字緩存中調(diào)出下一個(gè)數(shù)字,判決該數(shù)字信號(hào)所對(duì)應(yīng)的行頻和列頻信號(hào),并根據(jù)不同頻率確定其初始化參數(shù)01a-=cos2ω,0-=-Aysin)2(ω。本文用一個(gè)合適的采樣頻率對(duì)這個(gè)信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換,計(jì)算每一個(gè)采樣點(diǎn)的A/D值,將這些采樣值形成一張表,在單片機(jī)里用同樣的采樣頻率將這張表中的數(shù)值用D/A轉(zhuǎn)換器輸出,就形成了雙音頻信號(hào)。2.4.2信號(hào)頻率分配雙音多頻撥號(hào)方式中的雙音是指用兩個(gè)特定的單音信號(hào)的組合疊加來(lái)代表數(shù)字或符號(hào)(功能)。在雙音多頻電話機(jī)中,有16個(gè)按鍵,其中有10個(gè)數(shù)字鍵(0~9),6個(gè)功能鍵(*、#、A、B、C、D)。按照組合原理,它有8種不同的單音頻信號(hào),故稱(chēng)之為多頻。根據(jù)CCITT的建議,國(guó)際上采用697Hz、770Hz、825Hz、941Hz、1209Hz、1336Hz、1477Hz和1633Hz。把這8種頻率分成兩個(gè)群,即高頻群和低頻群。DTMF信號(hào)頻率分配表如表1所示:這些頻率的選擇是經(jīng)過(guò)對(duì)人體聲學(xué)的研究后得到的,是人聲帶使用最少的頻率組合。因此DTMF可避免人的話音干擾。2.4.3遠(yuǎn)端用戶(hù)雙音多頻信號(hào)輸出DTMF解碼電路圖設(shè)計(jì)如圖5所示。MT8870的(1)、(2)、(3)腳作為差分放大器,組成MT8870信號(hào)輸入端;(7)、(8)腳為CLK信號(hào)輸入輸出端,可以直接接晶振;(10)腳為輸出數(shù)據(jù)使能端,當(dāng)TOE為高電平時(shí),輸出數(shù)據(jù)有效;(11)、(12)、(13)、(14)為數(shù)據(jù)輸出端;(15)腳是DTMF轉(zhuǎn)換狀態(tài)位,當(dāng)輸入DTMF信號(hào)經(jīng)IC解碼成功后,該腳變?yōu)楦唠娖?在MT8870供電電源處外接一個(gè)電容,可實(shí)現(xiàn)抗干擾功能。遠(yuǎn)端用戶(hù)發(fā)送的DTMF信號(hào),經(jīng)電容C4的隔直流作用后,MT8870的(1)、(2)腳接收來(lái)自電話機(jī)的雙音多頻信號(hào)。該雙音多頻信號(hào)經(jīng)過(guò)運(yùn)算,在MT8870的數(shù)據(jù)輸出端(11)~(14)腳向單片機(jī)AT89S52輸出相對(duì)應(yīng)的8421碼。為了使單片機(jī)AT89S52獲取有效數(shù)據(jù),MT8870的StD輸出信號(hào)接CPU的/INT0引腳。當(dāng)MT8870獲取有效雙音多頻信號(hào)后,StD電平由低變高,CPU檢測(cè)后,指示P0口接收有效二進(jìn)制代碼。而無(wú)效的雙音多頻信號(hào)(如電話線路雜音、人們的語(yǔ)音信號(hào)等)是不會(huì)引起MT8870的StD端變化的。2.5鎖存器的選擇數(shù)碼管顯示電路設(shè)計(jì)如圖6所示。本系統(tǒng)還采用74HC573作為鎖存器。它是一個(gè)8進(jìn)制3態(tài)非反轉(zhuǎn)透明鎖存器,當(dāng)鎖存端給一個(gè)下降沿的時(shí)候,使鎖存輸入端保存在輸出狀態(tài)。2.6繼電器k1不斷完善該系統(tǒng)的目的是通過(guò)電話遙控,控制不同電器的電源通斷。圖7所示為一路繼電器控制電器的電路原理圖。由于系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),采用的是NPN型三極管2N5551,該三極管B極為低電平的時(shí)候?qū)?B極為高電平的時(shí)候截止。(1)當(dāng)單片機(jī)輸出低電平時(shí),三極管Q1導(dǎo)通,繼電器K1得電,常開(kāi)觸點(diǎn)閉合,220V電壓加在電器兩端,電器被打開(kāi)。(2)當(dāng)單片機(jī)輸出高電平時(shí),三極管Q1截止,繼電器K1不得電,