管理信息化物聯(lián)網(wǎng)智能家居控制

系統(tǒng)

目錄

引言3

1緒論4

1.1課題背景4

1.2智能家居控制系統(tǒng)的概述5

1.3課題研究的目的及意義6

1.4系統(tǒng)設(shè)計主要任務(wù)6

2方案設(shè)計7

2.1系統(tǒng)總體設(shè)計與分析7

2.1.1單片機(jī)控制部分7

2.1.2系統(tǒng)工作流程部分8

2.2遠(yuǎn)程控制設(shè)計與分析8

2.2.1控制系統(tǒng)設(shè)計分析8

2.2.2控制要求9

2.2.3單元功能模塊9

2.3傳感器信號采集設(shè)計與分析9

2.3.1防火災(zāi)發(fā)生傳感器9

2.3.2可燃?xì)怏w泄漏傳感器10

2.3.3防盜傳感器10

2.3.4信號采集設(shè)計與分析10

2.4GSM模塊的接口與設(shè)計10

2.4.1TC35模塊組成10

2.4.2TC35模塊通信電路10

2.4.3TC35模塊與MCI連接方式10

2.5紅外學(xué)習(xí)遙控設(shè)計11

2.5.1紅外學(xué)習(xí)遙控的設(shè)想11

2.5.2紅外學(xué)習(xí)遙控的實現(xiàn)11

3硬件電路設(shè)計12

3.1相關(guān)芯片及模塊簡介12

3.1.1MCUSM8952AC25P簡介12

3.1.2雙音多頻收發(fā)器MT8870簡介12

3.1.3ISD2500系列單片語音錄放簡介13

3.1.4固態(tài)繼電器(SSR)簡介13

3.2遠(yuǎn)程控制電路設(shè)計13

3.2.1振鈴檢測電路13

3.2.3雙音頻解碼電路15

3.2.4語言提示電路16

3.3電源電路設(shè)計17

3.3.15V開關(guān)電源穩(wěn)壓器電路17

3.3.2其他電源穩(wěn)壓器電路17

3.4TC35短消息模塊電路設(shè)計17

3.4.1TC35短消息模塊接口電路17

3.4.2TC35短消息模塊控制設(shè)計18

3.5紅外學(xué)習(xí)遙控電路設(shè)計19

3.5.1紅外學(xué)習(xí)遙控接收電路設(shè)計19

3.5.2紅外學(xué)習(xí)遙控發(fā)送電路設(shè)計19

4軟件部分19

4.1下位機(jī)編程19

4.1.1主控單片機(jī)系統(tǒng)軟件設(shè)計19

4.1.2遠(yuǎn)程控制程序設(shè)計21

4.1.3短信息發(fā)送程序設(shè)計22

4.1.4紅外學(xué)習(xí)遙控程序設(shè)計23

4.2上位機(jī)（PC機(jī)）編程24

4.2.1用戶界面的設(shè)計24

4.2.2串行通信的實現(xiàn)24

4.2.3控件MSComm使用方法25

5系統(tǒng)制作及調(diào)試26

5.1使用的儀器儀表及工具27

5.2硬件制作與調(diào)試27

5.2.1系統(tǒng)PCB板的設(shè)計27

5.2.2系統(tǒng)硬件調(diào)試27

5.3軟件及朕機(jī)調(diào)試28

5.3.1主控程序調(diào)試28

5.3.2短消息發(fā)送調(diào)試28

6結(jié)論29

謝辭30

附錄132

附錄254

附錄362

附錄463

引言

21世紀(jì)是信息化的世紀(jì)，各種電信和互聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)推動了人類文明的巨大進(jìn)步。

本文介紹的數(shù)字化家居控制系統(tǒng)可以使得人們可以通過手機(jī)或電話在任何時候、

任意地點對家中的任意電器(空調(diào)、熱水器、電飯煲、燈光、音響、DVD錄像機(jī))

進(jìn)行遠(yuǎn)程控制；也可以在下班途中，預(yù)先將家中的空調(diào)打開、讓熱水器提前燒好

熱水、電飯煲煮好香噴噴的米飯……；而這一切的實現(xiàn)都僅僅是打一個簡單的電

話。此外，該系統(tǒng)還可使家庭具有多途徑報警、遠(yuǎn)程監(jiān)控等多種功能，如果不幸出

現(xiàn)某種險情，您和110可以在第一時間獲得通知以便進(jìn)一步采取行動。舒適、時

尚的家居生活是社會進(jìn)步的標(biāo)志，智能家居控制系統(tǒng)能夠在不改變家中任何家電

的情況下，對家里的電器、燈光、電源、家庭環(huán)境進(jìn)行方便地控制，使人們盡享

高科技帶來的簡便而時尚的現(xiàn)代生活。

實現(xiàn)智能化離不開運算和控制單元，本系統(tǒng)采用MCU(SM8952AC25P)作為主控

器件，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)由硬件和軟件組成。硬件由單片機(jī)擴(kuò)展的存儲器、輸入/

出設(shè)備以及各種實現(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)捽制要求的接口電路和有關(guān)的外圍電路芯片或

部件組成；軟件由單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)實現(xiàn)其特定控制功能的各種工作程序和管理程

序組成。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的過程中，應(yīng)不斷調(diào)整軟、硬件，協(xié)調(diào)地進(jìn)行軟、硬

件設(shè)計，以提高工作效率，當(dāng)系統(tǒng)硬件和軟件緊密配合、協(xié)調(diào)一致，就可以組成高

性能的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。本課題完成了單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)其開發(fā)過程的系統(tǒng)的

總體設(shè)計、硬件設(shè)計、軟件設(shè)計和系統(tǒng)調(diào)試，根據(jù)開發(fā)的實際需要，相互協(xié)調(diào)、

交叉，有機(jī)的進(jìn)行。本設(shè)計的MCU與各個芯片和模塊的接口、各項標(biāo)準(zhǔn)都嚴(yán)格遵

循國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，為以后的產(chǎn)品化提供了良好的基礎(chǔ)。

本系統(tǒng)的電話遠(yuǎn)程控制是基于電話交換網(wǎng)絡(luò)的國際雙音頻通信標(biāo)準(zhǔn)DTMF通

信方式，程控交換信令作為系統(tǒng)控制命令，采用MT8870雙音頻編解碼電路實現(xiàn)，

單片機(jī)通過MT8870識別來自電話程控交換機(jī)的網(wǎng)絡(luò)的控制信號，用戶只需撥通家

中的電話可以根據(jù)系統(tǒng)的語音提示進(jìn)行按鍵選擇以實現(xiàn)用戶身份的識別、遠(yuǎn)程控制

和安防操作；各種傳感器的檢測是利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將多路被測量值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量,

再經(jīng)過單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，實現(xiàn)實時測控；短消息發(fā)送部分采用基于

SIEMENSTC35GsM模塊TC35modem和TI公司的電平轉(zhuǎn)換芯片MAX3238等器件構(gòu)成的

移動終端的硬件電路可以完成短消息收發(fā)等功能。

在設(shè)計本系統(tǒng)時，面對各種檢測對象和大量控制單元，需要利用各種接口標(biāo)

準(zhǔn)和MCU進(jìn)行連接，再經(jīng)過MCU進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，實現(xiàn)實時測控。而此時采用單片

機(jī)來實現(xiàn)智能家居控制系統(tǒng)不僅具有采集控制方便、簡單、靈活等優(yōu)點，而且可

以大幅度提高采各模塊和芯片的協(xié)調(diào)性，從而大大提高系統(tǒng)的可利用性。此次系

統(tǒng)設(shè)計統(tǒng)正是把MT8870.TC35modem與SM8952AC25P單片機(jī)有機(jī)的結(jié)合起來，順

利的完成了本設(shè)計的要求。并且實現(xiàn)了學(xué)習(xí)型遠(yuǎn)程紅外遙控功能，為控制紅外家

電和設(shè)備提供了良好的基礎(chǔ)。本系統(tǒng)也可應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)中，實現(xiàn)對無人值守崗位

的遠(yuǎn)程監(jiān)控等。

1緒論

1.1課題背景

21世紀(jì)是信息時代，各種電信新技術(shù)推動了人類文明的進(jìn)步。自從1876年,

AlexanderGrahamBell（貝爾）發(fā)明電話以來，世界各國的電話網(wǎng)絡(luò)發(fā)展非常迅

速，近十年來，中國的固定電話業(yè)務(wù)呈現(xiàn)出舉世矚目的快速增長。1997年8月局

用電話交換機(jī)總?cè)萘客黄?億門，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模躍居世界第二位，2006年初固定電話

用戶總數(shù)達(dá)到35539.2萬戶，移動電話用戶達(dá)到40407.2萬戶，現(xiàn)代電話網(wǎng)絡(luò)是

由程控交換機(jī)進(jìn)行交換傳輸，移動通信也從模擬時代走向了高度數(shù)字化時代，它

們的性能已經(jīng)有了很大的進(jìn)展，而旦可靠性非常高。

正是因為通信技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制技術(shù)的迅猛發(fā)展與提高，

促使了家庭實現(xiàn)了生活現(xiàn)代化，居住環(huán)境舒適化、安全化。這些高科技已經(jīng)影響

到人們生活的方方面面，改變了人們生活習(xí)慣，提高了人們生活質(zhì)量，家居智能

化也正是在這種形勢下應(yīng)運而生的。智能家居控制系統(tǒng)的主要功能包括通信、設(shè)備

自動控制、安全防范三個方面。

隨著新技術(shù)和自動叱的發(fā)展，傳感器的使用數(shù)量越來越大，功能也越來越強(qiáng)，

各種傳感器都已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化這給智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計提供極大方便。

電話遠(yuǎn)程控制作為一較新的課題與常規(guī)的遙控方式相比，顯示出一定的優(yōu)越

性，不需進(jìn)行專門的布線，不占用無線電頻率資源，避免了電磁污染。同時，由

于電話線路各地聯(lián)網(wǎng)，可以充分利用現(xiàn)有的電話網(wǎng)，因此遙控距離可跨省市，甚至

跨越國家。另外電話屬雙工通信手段。因此，這可以大大體現(xiàn)出利用電話進(jìn)行遙控

的更大優(yōu)越性。操作者可以通過各種提示音即時了解受控對象的有關(guān)信息，從而

進(jìn)行進(jìn)一步的操作。電話遙控部分課題目前已有涉足者，但是只是還只限于實驗

室階段，因而距離實際應(yīng)用，尤其是對于日常生活尚有一定的差距，并不能完全

體現(xiàn)出電話遙控方式的雙工通信特點。本設(shè)計正是針對這一點進(jìn)行了較大改進(jìn)，

采取單片機(jī)智能控制，利用不同的提示音達(dá)到對于不同操作的提示及對受控

方狀態(tài)的信息反饋，從而使操作者能夠及時了解受控方信息，使產(chǎn)品達(dá)到交互式

與智能化。而且本設(shè)計的調(diào)試都是在線調(diào)試，已經(jīng)在電信、鐵通的交換機(jī)實驗并

且能夠成功的使用移動電話進(jìn)行操作。

短信息服務(wù)(ShortMessagcScrvice,SMS)是GSM

(G1obalSystemforMobi1eCommunication)系統(tǒng)中提供的一種GSM終端(手機(jī))

之間，通過服務(wù)中心(servicecenter)進(jìn)行文本信息收發(fā)的應(yīng)用服務(wù)，其中服務(wù)

中心完成信息的存儲和轉(zhuǎn)發(fā)功能。短信息服務(wù)作為GSM網(wǎng)絡(luò)的一種基本業(yè)務(wù)，已

得到越來越多的系統(tǒng)運營商和系統(tǒng)開發(fā)商的重視，基于這種業(yè)務(wù)的各種應(yīng)用也蓬勃發(fā)

展起來。由于GSM網(wǎng)絡(luò)在全國范圍內(nèi)實現(xiàn)了聯(lián)網(wǎng)和漫游，具有網(wǎng)絡(luò)能力強(qiáng)的特點，

用戶無需另外組網(wǎng)，在極大提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的同時為客戶節(jié)省了昂貴的建網(wǎng)費用

和維護(hù)費用。同時，他對用戶的數(shù)量也沒有限制，克服了傳統(tǒng)的專網(wǎng)通信系統(tǒng)投資

成本大、維護(hù)費用高、且網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的覆蓋范圍和用戶數(shù)量有限的缺陷。比傳統(tǒng)的集群

系統(tǒng)在無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋上具有無法比擬的優(yōu)勢，加上GSM的SMS本身具備的數(shù)據(jù)傳送

功能，都使得這些應(yīng)用得到迅速的普及。利用GSM短信息系統(tǒng)進(jìn)行無線通信還具有雙

向數(shù)據(jù)傳輸功能，性能穩(wěn)定，為遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳送和監(jiān)控設(shè)備的通信提供了一個強(qiáng)大的支

持平臺。在此以GSM網(wǎng)絡(luò)作為數(shù)據(jù)無線傳輸網(wǎng)絡(luò)，它可以應(yīng)用在銀行、儲蓄點機(jī)房

監(jiān)控、電信機(jī)房動力環(huán)境監(jiān)控、通信行業(yè)遠(yuǎn)端無人值守站機(jī)房監(jiān)控和遠(yuǎn)程維護(hù)(如

移動通信基站、微波站、光纖中繼站等)及其他無人值守點(如倉庫、辦公樓等)

監(jiān)控及城市公用事業(yè)實時監(jiān)控維護(hù)系統(tǒng)像煤氣調(diào)壓站、自來水、污水管網(wǎng)和熱力

系統(tǒng)、電力系統(tǒng)城市中電網(wǎng)等情況中。在此本系統(tǒng)采用了Siemens公司新一代無

線通信GSM模塊TC35是，它設(shè)計小巧、功耗很低很大程度上方便了智能家居控制

系統(tǒng)的設(shè)計。

1.2智能家居控制系統(tǒng)的概述

電話遠(yuǎn)程控制器

電話

紅外代碼轉(zhuǎn)發(fā)器

工作習(xí)空調(diào)

人們的觀念隨之巨變。人們對家居的要求早已不只是物理空間，更為關(guān)注的是一

個安全、方便、舒適的居家環(huán)境。家居智能化技術(shù)起源于美國，它是以家為平臺

進(jìn)行設(shè)計的。

智能家居控制系統(tǒng)是以HFC、以太網(wǎng)、現(xiàn)場總線、公共電話網(wǎng)、無線網(wǎng)的傳輸網(wǎng)

絡(luò)為物理平臺，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為技術(shù)平臺，現(xiàn)場總線為應(yīng)用操作平臺，構(gòu)成一

個完整的集家庭通信、家庭設(shè)備自動控制、家庭安全防范等功能的控制系統(tǒng)。

智能家居控制系統(tǒng)的總體目標(biāo)是通過采用計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制技術(shù)和集

成技術(shù)建立一個由家庭到小區(qū)乃至整個城市的綜合信息服務(wù)和管理系統(tǒng)，以比來

提高住宅高新技術(shù)的含量和居民居住環(huán)境水平。

大型的智能家居控制系統(tǒng)通常由系統(tǒng)服務(wù)器、家庭控制器（各種模塊）、各種路由

器、電纜調(diào)制解調(diào)器頭端設(shè)備CMTS,交換機(jī)、通訊器、控制器、無線收發(fā)器、各

種探測器、各種傳感器、各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)、打印機(jī)等主要部分組成。

1.3課題研究的目的及意義

智能家居控制系統(tǒng)可以定義為一個過程或者一個系統(tǒng)。利用先進(jìn)的計算機(jī)技

術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、綜合布線技術(shù)、將與家居生活有關(guān)的各種子系統(tǒng)，有機(jī)地結(jié)合

在一-起，通過統(tǒng)籌管理，讓家居生活更加舒適、安全、有效。與普通家居相比，智

能家居不僅具有傳統(tǒng)的居住功能，提供舒適安全、高品位且宜人的家庭生活空間。

還將原來的被動靜止結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂心軇又腔鄣墓ぞ?，提供全方位的信息交換功能,

幫助家庭與外部保持信息交換暢通，優(yōu)化人們的生活方式，幫助人們有效安排時間,

增強(qiáng)家居生活的安全性，甚至為各種能源費用節(jié)約資金。

系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化功能可以提供遙控、家電（空調(diào)，熱水器等）控制、照明控制、室

內(nèi)外遙控、窗簾自控、防盜報警、電話遠(yuǎn)程控制、可編程定時控制及“算機(jī)控制

等多種功能和手段。使生活更加舒適、便利和安全。因智能家居控制系統(tǒng)布線簡

單、功能靈活，擴(kuò)展容易而被人們廣泛接受和應(yīng)用。

1.4系統(tǒng)設(shè)計主要任務(wù)

本文利用SM8952AC25P、MT8870、TC35modem和各類家居傳感器設(shè)計制作一

款智能家居控制系統(tǒng)樣機(jī)。實驗樣機(jī)的設(shè)計包括：系統(tǒng)硬件的設(shè)計與調(diào)試和控制

軟件的編寫與調(diào)試。

⑴硬件部分

智能家居控制系統(tǒng)其硬件部分主要由五大部分構(gòu)成，即電話交換網(wǎng)程控交換

信令部分、控制單元、傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、GSM模塊TC35modem與接口和電源

部分。電話交換網(wǎng)程控交換信令部分主要由MT8870和電壓檢測元件組成，它是

系統(tǒng)中控制部分關(guān)鍵的元件，它與控制單元組成控制部分功能；傳感器數(shù)據(jù)采集

系統(tǒng)、GSM模塊TC35mDdem和控制單元完成報警等信號的處理和發(fā)送：電源部分

則為各個部分提供工作電源。

⑵軟件部分

軟件設(shè)計部分主要由五大部分構(gòu)成：即數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)分析部分、電話交換

網(wǎng)程控交換信令識別與分析部分、GSM模塊TC35modem接口程序部分、分析控制

部分。其中數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)分析部分和電話交換網(wǎng)程控交換信令識別需要作實時

處理；GSM模塊TC35niDdem接口程序部分和分析控制部分則是根據(jù)采集和電話交

換網(wǎng)交換信令進(jìn)行分時操作有利于提高系統(tǒng)效率。

2方案設(shè)計

2.1系統(tǒng)總體設(shè)計與分析

本設(shè)計屬于單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。確定單片機(jī)控制系統(tǒng)總體方案，是進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)

計最重要、最關(guān)鍵的一步。總體方案的好壞，直接影響整個控制系統(tǒng)的性能及實施

細(xì)則?？傮w方案的設(shè)計主要是根據(jù)被控對象的任務(wù)及工藝要求而確定的。設(shè)計方法

大致如下：根據(jù)系統(tǒng)的要求，首先確定出系統(tǒng)是采用開環(huán)系統(tǒng)還是閉環(huán)系統(tǒng)，或者是

數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。選擇檢測元件，在確定總體方案時，必須首先選擇好被測

參數(shù)的測量元件，它是影響控制系統(tǒng)精度的重要因素之一。選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu)，執(zhí)行

機(jī)構(gòu)是微型機(jī)控制系統(tǒng)的重要組成部件之一。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇一方面要與控制算法

匹配，另一方面要根據(jù)被控對象的實際情況確定。選擇輸入/輸出通道及外圍設(shè)備。

選擇時應(yīng)考慮以下幾個問題：被控對象參數(shù)的數(shù)量；各輸入/輸出通道是串行操作

還是并行操作；各通道數(shù)據(jù)的傳遞速率；各通道數(shù)據(jù)的字長及選擇位數(shù)；對顯示、

打印有何要求；畫出整個系統(tǒng)流程圖和原理圖。

2.1.1單片機(jī)控制部分

本系統(tǒng)是單片機(jī)在系統(tǒng)檢測以及工程控制方面的應(yīng)用，其特點是體積小，成

本低，功能強(qiáng)，功耗低，是微機(jī)應(yīng)用產(chǎn)品化的最佳機(jī)種之一，它已廣泛地應(yīng)用在

產(chǎn)品智能化和工業(yè)自動化上。而把單片機(jī)面向工控領(lǐng)域?qū)ο螅度氲焦た貞?yīng)用系

統(tǒng)中，實現(xiàn)嵌入式應(yīng)用的計算機(jī)稱之為嵌入式計算機(jī)系統(tǒng)，簡稱嵌入式系統(tǒng)。嵌

入式系統(tǒng)一般分為四種:工控機(jī)，通用CPU模塊，嵌入式微機(jī)處理，單片機(jī)。嵌

入式系統(tǒng)具有以下特點：

(1)面對控制對象。如傳感信號輸入、人機(jī)交互操作，伺服驅(qū)動等。

(2)嵌入到工控應(yīng)用系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)形態(tài)。

(3)能在工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境中可靠運行的品質(zhì)。

(4)突出控制功能,如對外部信息的捕捉、友控制對象實時控制和有突出控

制功能的指令系統(tǒng)(I/O控制、位操作和轉(zhuǎn)移指令等)。

單片機(jī)有惟一的專門為嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的體系結(jié)構(gòu)與指令系統(tǒng)，最能滿

足嵌入式應(yīng)用要求。單片機(jī)是完全按嵌入式系統(tǒng)要求設(shè)計的單芯片形態(tài)應(yīng)用系統(tǒng)，能

滿足面對控制對象、應(yīng)用系統(tǒng)的嵌入、現(xiàn)場的可靠運行及非凡的控制品質(zhì)等要求,

是發(fā)展最快、品種最多、數(shù)量最大的嵌入式系統(tǒng)。

2.1.2系統(tǒng)工作流程部分

可燃?xì)怏wI放大、I

短信息發(fā)送

圖2.1-1系統(tǒng)工作流程

2.2遠(yuǎn)程控制設(shè)計與分析

2.2.1控制系統(tǒng)設(shè)計分析

系統(tǒng)控制器由MT8870接收遠(yuǎn)端發(fā)送來的DTMF信號、并對其進(jìn)行解碼，解碼

后的信號由中央處理單元采集處理。為了方便用戶使用，系統(tǒng)設(shè)計了語音提示界面。

電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)一般工作在無人值守環(huán)境，所以應(yīng)具有自動離線、上線、復(fù)位功

能。為了符合

智能化要求，系統(tǒng)采用SM8952AC25P作為中央處理器。同時，電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)正

常工作還需電源供電電路、驅(qū)動電路等輔助電路。系統(tǒng)組成框圖如圖2.2-1示。由圖

可知，系統(tǒng)主要由振鈴檢測電路、模擬摘掛機(jī)電路、DTMF音頻解碼電路、語音提示

電路、中央處理單元(SM8952AC25P)、控制電路、電源電路等組成。

控制器檢測到六次振鈴后，即六次響鈴后無人接聽時電話自動摘機(jī)，進(jìn)入密碼檢

測階段，輸入正確密碼后選擇被控電器，然后輸入開或關(guān)密碼遙控被控電器，完

成后返回。

2.2.2控制要求

完成遠(yuǎn)程控制部分必須完成一下要求：

⑴通過電話網(wǎng)對異地的電器實現(xiàn)控制(開/關(guān))。

(2)控制器可以實現(xiàn)自動模擬摘掛機(jī)。

(3)控制器設(shè)置密碼校驗。

2.2.3單元功能模塊

本設(shè)計此系統(tǒng)必須具有以下單元功能模塊：

(1)鈴音檢測、計數(shù)；

(2)自動摘掛機(jī)；

⑶密碼校驗；

(4)在線修改密碼；

(5)雙音頻信號解碼；

(6)輸入信息分析；

(7)控制電器開關(guān)；

(8)電淵狀態(tài)查詢；

2.2.4軟硬件方案確定

根據(jù)電話機(jī)和交換機(jī)發(fā)出的不同信號音以及電話線各種狀態(tài)的不同要求，本

設(shè)計方案結(jié)合實際情況對具體的單元功能模塊作出軟件或硬件上作了以下分工：

交換機(jī)所發(fā)出的各種信號音都大多數(shù)可以通過軟件編程來識別，即通過單片機(jī)發(fā)

出的脈沖信號來檢測信號音單位時間內(nèi)的脈沖個數(shù)計算出其頻率，從而完成信號

音的識別。但從系統(tǒng)的可靠性和程序的結(jié)構(gòu)設(shè)計上分析，用硬件來解決振鈴音檢

測、雙音頻信號解碼等功能相對穩(wěn)定可靠。設(shè)計中自動摘掛機(jī)和電器的控制必須

使用具體硬件電路來實現(xiàn)。而振鈴音計數(shù)、密碼校驗、在線修改密碼、輸入信息

分析、電器狀態(tài)查詢等功能模塊使用軟件編程方式要比硬件電路簡單的多，易于

實現(xiàn)。

綜上所述，本設(shè)計信號音檢測、自動摘掛機(jī)、控制電器、雙音頻解碼等功能模塊

使用硬件電路實現(xiàn)。而信號音計數(shù)、密碼校驗、在線修改密碼、信息分析、電器

狀態(tài)查詢等功能模塊使用軟件編程完成。

2.3傳感器信號采集設(shè)計與分析

2.3.1防火災(zāi)發(fā)生傳感器

火災(zāi)煙霧傳感器是一種在消防管理、安全防范系統(tǒng)中常用的報警器材，它工

作可靠、體積小巧，火災(zāi)煙霧傳感器是把煙霧信號轉(zhuǎn)換為電信號，電路設(shè)計時可

以在背后設(shè)計專用的卡口以便地固定在墻體或者天花板上，使用時通過設(shè)置在廚

房的感溫探測器和設(shè)置在客廳、臥室等的感煙探測器，監(jiān)視各個房間內(nèi)有無火災(zāi)

的發(fā)生。如有火災(zāi)發(fā)生控制器發(fā)出聲光和短信報警信號，通知家人及小區(qū)物業(yè)管

理部門。家庭控制器還可以根據(jù)有人在家或無人在家的情況，調(diào)節(jié)感溫探測器和

感煙探測器的靈敏度。本系統(tǒng)采用NIS-09C型煙霧傳感器。

2.3.2可燃?xì)怏w泄漏傳感器

通過設(shè)置在廚房的可燃?xì)怏w探測器，監(jiān)視燃?xì)夤艿?、灶具有無燃?xì)庑孤Ｈ?/p>

有燃?xì)庑孤┘彝タ刂破靼l(fā)出聲光報警信號，并聯(lián)動關(guān)閉燃?xì)夤艿郎系碾姶砰y，同

時短信通知家人及小區(qū)物業(yè)管理部門。這里采用TP-2高溫型一氧化碳傳感器報

警器需在一氧化碳濃度達(dá)到設(shè)定制值時系統(tǒng)應(yīng)啟動報警。

2.3.3防盜傳感器

防盜報警的防護(hù)區(qū)域分成兩部分，即住宅周界防護(hù)和住宅內(nèi)區(qū)域防護(hù)。住宅

周界防護(hù)是指在住宅的門、窗上安裝門磁開關(guān)，在對外的玻璃窗、門附近安裝玻

璃破碎探測器；住宅內(nèi)區(qū)域防護(hù)是指在主要通道、重要的房間內(nèi)安裝被動紅外探

測器或被動紅外/微波雙技術(shù)探測器。當(dāng)家中有人時，住宅周界防護(hù)的防盜報警

設(shè)備（門磁開關(guān)、玻璃破碎探測器）設(shè)防，住宅內(nèi)區(qū)域防護(hù)的防盜報警設(shè)備（紅外

探測器或被動紅外/微波雙技術(shù)探測器）撤防。當(dāng)家人出門后，住宅周界防護(hù)的

防盜報警設(shè)備（門磁開關(guān)、玻璃破碎探測器）和住宅內(nèi)區(qū)域防護(hù)的防盜報警設(shè)備

（被動紅外探測器或被動紅外/微波雙技術(shù)探測器）均設(shè)防。當(dāng)有非法侵入時，家

庭控制器發(fā)出聲光報警信號，并短信通知家人及小區(qū)物業(yè)管理部門。另外，通過

程序可設(shè)定報警裝置的等級和報警器的靈敏度。

2.3.4信號采集設(shè)計與分析

傳感器是將外界信息轉(zhuǎn)換成電信號的裝置，其中的電信號包括數(shù)字信號和模

擬信號，數(shù)字信號可以通過電氣隔離直接送給單片機(jī)或微型計算機(jī)進(jìn)行處理，模

擬信號則利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將多路被測量值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，再經(jīng)過單片機(jī)或微型

計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，實現(xiàn)實時測控。

2.4GSM模塊的接口與設(shè)計

2.4.1TC35模塊組成

Siemens公司的TC35模塊主要由GSM基帶處理器、GSM射頻模塊、供電模塊

（ASIC）、閃存、ZIF連接器、天線接口六部分組成。作為TC35的核心，基帶處理

器主要處理GSM終端內(nèi)的語音、數(shù)據(jù)信號，并涵蓋了蜂窩射頻設(shè)備中的所有的模

擬和數(shù)字功能。在不需要額外硬件電路的前提下，可支持FR、HR和EFR語音信

道編碼。

2.4.2TC35模塊通信電路

數(shù)據(jù)通信電路主要完成短消息收發(fā)、與微機(jī)機(jī)通信、軟件流控制等功能。TC35

的數(shù)據(jù)接口采用串行異步收發(fā)，符合ITU-TRS-232接口電路標(biāo)準(zhǔn)，工作在CMOS

電平(2.65V)。數(shù)據(jù)接口配置為8位數(shù)據(jù)位、1位停止位、無校驗位，可以在

300bps?115kbps的波特率下運行，支持的自動波特率為4.8kbps?115kbps

(14.4kbps和28.8kbps除外)。TC35模塊還支持RTSO/CTSO的硬件握手和

XON/XOFF的軟件流控制。

2.4.3TC35模塊與MCU連接方式

單片機(jī)與TC35一般采用串行異步通信接口，具有紅外和通信電纜兩種連接方

式其中電平轉(zhuǎn)換及串口通信功能以TI公司的MAX3238芯片為核心，通信速度可

設(shè)定，通常為19200bps。采用紅外接口的優(yōu)點是單片機(jī)系統(tǒng)與手機(jī)電氣隔離，

相互不干擾，接口各自獨立，使用方便；缺點是通信距離較短，紅外傳播的方向

性對接口相對位置有要求。采用電纜連接時，數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃暂^好；其主要缺

點是接口的電氣參數(shù)不兼容，設(shè)計不當(dāng)時就會對手機(jī)的通信質(zhì)量產(chǎn)生影響。這個單

片機(jī)系統(tǒng)其實就是一個具有GPRS功能的GSM手機(jī)模塊加上單片機(jī)控制系統(tǒng)，

GSM手機(jī)模塊主要是用來建立無線信道，接收和發(fā)出短消息。單片機(jī)系統(tǒng)用來控制

手機(jī)模塊，并且對收到的短消息信息進(jìn)行解釋并執(zhí)行，目前全國共有8種短消息格

式包含從互聯(lián)網(wǎng)平臺發(fā)出的短消息。本系統(tǒng)采用通信電纜的連接方式。

2.5紅外學(xué)習(xí)遙控設(shè)計

2.5.1紅外學(xué)習(xí)遙控的設(shè)想

對于空調(diào)、電視等需要紅外遙控器才可控制的紅外控制類家電僅靠接通交流

電源是無法使其進(jìn)入工作狀態(tài)的。因此本人提出使用紅外遙控進(jìn)行對空調(diào)以及其

他紅外電氣的控制方案，使系統(tǒng)具有的紅外學(xué)習(xí)功能可實現(xiàn)對這類家電的有效控

制。又如紅外插座、紅外開關(guān)等，雖然紅外遙控在家電產(chǎn)品中有廣泛應(yīng)用，但各

產(chǎn)品的遙控器不能相互兼容，目前市面上常見的萬能遙控器只能對某兒種產(chǎn)品進(jìn)

行控制，不是真正的“萬能”。本系統(tǒng)可以學(xué)習(xí)并記憶各種紅外控制類家電的遙控

指令，利用單片機(jī)對遙控器的發(fā)射信號的波形進(jìn)行測量，然后將測量的數(shù)據(jù)回放，

由于只關(guān)心發(fā)射信號波形中的高低電平的寬度，不管其如何編碼，因此做到了真

正的“萬能”。也為整個控制器的實現(xiàn)提供了良好的基礎(chǔ)。當(dāng)用戶可以通過任意操

作方式對這類家電進(jìn)行控制時，紅外插座或開關(guān)會向受控電器發(fā)送相應(yīng)的紅外遙控

指令，從而控制電器的運行狀態(tài)。

2.5.2紅外學(xué)習(xí)遙控的實現(xiàn)

經(jīng)過充分的論證和研討，本系統(tǒng)采用各設(shè)備集中控制的方式實現(xiàn)。集中各設(shè)

備的方法是首先對各設(shè)備的紅外遙控信號進(jìn)行識別并存儲，然后在需要時進(jìn)行還

原，以控制對應(yīng)設(shè)備動作。由單片機(jī)構(gòu)成集中控制器，它是自學(xué)習(xí)與還原的核心

部分，紅外接收部分由CX20106解調(diào)電路或一體化紅外接收頭組成，發(fā)射部分有

紅外發(fā)光管極其驅(qū)動部分組成。

通常，紅外遙控器將遙控信號調(diào)制在38KHz的載波.L,經(jīng)緩沖放大后送至紅

外發(fā)光二極管，轉(zhuǎn)化為紅外信號發(fā)射出去。二進(jìn)制脈沖碼的形式有多種，其中最

為常用的是PWM碼（脈沖寬度調(diào)制碼）和PPM碼（脈沖位置調(diào)制碼）。PWM碼以寬脈

沖表示1,窄脈沖表示OoPPM碼脈沖寬度一樣，但是碼位的寬度不一樣，色位寬

的代表1,碼位窄的代表Oo

遙控編碼脈沖信號（以PPM碼為例）通常由引導(dǎo)碼、系統(tǒng)碼、系統(tǒng)反碼、功

能碼、功能反碼等信號組成。引導(dǎo)碼也叫起始碼，由寬度為9ms的高電平和寬度

為4.5ms的低電平組成（不同的遙控系統(tǒng)在高低電平上有一定的區(qū)別），用來標(biāo)

志遙控編碼脈沖的開始。系統(tǒng)碼也叫識別碼，它用來指示遙控系統(tǒng)的種類，以區(qū)

別其他遙控系統(tǒng)，防止各種遙控系統(tǒng)的誤操作。功能碼也叫指令碼，它代表了相

應(yīng)的控制功能，接收機(jī)中的微控制器可根據(jù)功能碼的數(shù)值完成各種功能操作。系

統(tǒng)反碼與功能反碼是系統(tǒng)碼與功能碼的反碼，反碼的加入是為了能在接收端校對

傳輸過程中是否產(chǎn)生差錯。為了提高抗干擾性能和降低電源消耗，將上述的遙控

編碼脈沖對頻率為38KHz（周期為26.3ms）的載波信號進(jìn)行脈幅調(diào)制（PAM）,再

經(jīng)緩沖放大后送到紅外發(fā)光管，將遙控信號發(fā)射出去。

由于遙控器的二進(jìn)制編碼脈沖有一定的寬度，而且它的高低電平均不斷的交

替變化，因此容易讓我們想到一種容易且方便的方法，脈寬測量。雖然它的二進(jìn)

制脈沖的高低電平的寬度有所不同，但它們大都是亳秒級的，因而，采用單片機(jī)

的定時器來測量它的脈沖寬度，然后存儲，還原是完全可以實現(xiàn)的。實際證明這

種思路是可行的，而且電路簡單，容易實現(xiàn)。

3硬件電路設(shè)計

3.1相關(guān)芯片及模塊簡介

3.1.1MCUSM8952AC25P簡介

SM8952C25的最高主頻為25MHz,內(nèi)帶8KB閃存的MCU,SM8951/8952系列產(chǎn)

品是內(nèi)嵌4/8K字節(jié)閃存的8位單片微控制器它具有多達(dá)32個I/O口其4K/8K

的閃存既可作程序存儲空間也可以作數(shù)據(jù)存儲空間或程序數(shù)據(jù)混合空間這些硬

件特征和其強(qiáng)大的指令系統(tǒng)和其自帶可編程看門狗使它能應(yīng)用于不同的場合，

因

此是一種通用的和性能價格比高的控制器，SM8951/8952允許用戶還可以通過置

位SCONF寄存器的位O(ALE1)來降低EMT,其中的看門狗定時器(WDT)是1個16

位自運行計數(shù)器在計數(shù)器溢出時會產(chǎn)生復(fù)位信號。WDT對那些易受噪聲干擾電壓

波動或放電現(xiàn)象影響的系統(tǒng)很有用在程序跑飛或死機(jī)的情況下，WDT可以使用戶

程序脫離不正常狀態(tài)。WDT不同于8052系統(tǒng)的定時器0定時器1和定時器2o通

過軟件周期性的清除WDT計數(shù)器的值可以防止WDT產(chǎn)生復(fù)位信號。片上閃存可以

使用商用編程器進(jìn)行編程。

3.1.2雙音多頻收發(fā)器MT8870簡介

MT8870是一種帶呼叫進(jìn)展過濾器的單片雙音多頻收發(fā)器。它包括一個帶增益可

調(diào)放大港的DTMF接收國和一個DTMF發(fā)送器。其中濾波電路采用高頻群和低頻群兩

個六階開關(guān)電容帶通濾波器，解碼采用數(shù)字計數(shù)器技術(shù)來確定輸入的DTMF音調(diào)

的頻率，并將其譯成標(biāo)準(zhǔn)的四位二進(jìn)制碼。發(fā)送潛采用開關(guān)電容D/A變換器。片內(nèi)

使用了一個脈沖計數(shù)器，能合成精確的音調(diào)脈沖，保證音調(diào)脈沖準(zhǔn)確的定時發(fā)送。

MT8870提供了一個標(biāo)準(zhǔn)的微處理器總線接口，可以直接與MCS-51系列MCU和微機(jī)

接口。它還可以選用呼叫進(jìn)展方式工作，通過呼叫進(jìn)展流波器來檢測特定通帶內(nèi)

的信號頻率，供微處理機(jī)或計數(shù)器電路分析，以確定檢測到的呼叫進(jìn)展音的性質(zhì)。

它從接收端接收來自電話機(jī)的雙音多頻脈沖信號該雙音多頻信號先經(jīng)其內(nèi)部的撥號

音濾波器，濾除撥號音信號，然后經(jīng)前置放大后送入雙音頻濾波器，將雙音頻信

號按高，低音頻信號分開，再經(jīng)高，低群濾波器，幅度檢測器送入輸出譯碼電路，

經(jīng)過數(shù)字運算后，在其數(shù)據(jù)輸出端輸出相對應(yīng)的8421碼。3.1.3ISD2500系列強(qiáng)片語

音錄放簡介

美國ISD公司的2500芯片，按錄放時間60秒、75秒、90秒和120秒分成

ISD2560.2575、2590和25120四個品種。ISD2500系列和1400系列語音電路一

樣，具有抗斷電、音質(zhì)好，使用方便等優(yōu)點。它的最大特點在于片內(nèi)E2PR0M容

量為480K（1400系列為128K）,所以錄放時間長；有10個地址輸入端（1400系列

僅為8個），尋址能力可達(dá)1024位；2500系列最多可分為600段，只要在分段錄

/放音操作前（不少于300納秒），給地址A0、A9賦值，錄音及放音功能均從設(shè)定

的起始地址開始，錄音結(jié)束由停止鍵操作決定，芯片內(nèi)部自動在該段的結(jié)束位置

插入結(jié)束標(biāo)志（E0M）：而放音時芯片遇到E0M標(biāo)志即自動停止放音，設(shè)有OVF

（溢出）端，便于多個器件級聯(lián)。

3.1.4固態(tài)繼電器（SSR）簡介

繼電器是本系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，本系統(tǒng)選用D4810型固態(tài)繼電器，固態(tài)繼電器

（SSR）與機(jī)電繼電器相比，是一種沒有機(jī)械運動，不含運動零件的繼電器，但它

具有與機(jī)電繼電器本質(zhì)上相同的功能。SSR是一種全部由固態(tài)電子元件組成的無

觸點開關(guān)元件，他利用電子元器件的點，磁和光特性來完成輸入與輸出的可靠隔

離，利用大功率三極管，功率場效應(yīng)管，單項可控硅和雙向可控硅等器件的開關(guān)

特性，來達(dá)到無觸點，無火花地接通和斷開被控電路。固態(tài)繼電器有三部分組成:

輸入電路，隔離（耦合）和輸出電路。安輸入電壓的不同類別，輸入電路可分為直

流輸入電路，交流輸入電路和交直流輸入電路三種。有些輸入控制電路還具有與

TTL/CMOS兼容，正負(fù)邏輯控制和反相等功能。固態(tài)繼電器的輸入與輸出電路的隔離

和耦合方式有光電耦合和變壓器耦合兩種。固態(tài)繼電器的輸出電路也可分為直流

輸出電路，交流輸出電路和交直流輸出電路等形式。交流輸出時，通常使用兩個

可控硅或一個雙向可控硅，直流輸出時可使用雙極性器件或功率場效應(yīng)管。固態(tài)

繼電器有壽命長、可靠性高、靈敏度高、控制功率小、電磁兼容性好、快速轉(zhuǎn)

換、電磁干擾小的優(yōu)點。D4810型繼電器輸入電流為5-40mA,電壓3-30V,額定

輸出電流10A,輸出電壓范圍寬為20-220V,滿足項目的要求。

3.2遠(yuǎn)程控制電路設(shè)計

3.2.1振鈴檢測電路

振鈴檢測電路如圖3.2-1所示，圖中二極管有2種作用：

（1）將不確定的線路供電正負(fù)變?yōu)楣潭ǖ恼?fù)輸出；

（2）將交流的振鈴信號變?yōu)槊}動直流以供檢測。

當(dāng)沒有振鈴信號時，線路上的供電電壓為48V（部分交換機(jī)為60V）,經(jīng)四

個二極管構(gòu)成的全橋整流后，不足以使62V穩(wěn)壓管導(dǎo)通，振鈴信號輸出端電壓接

近0V,當(dāng)振鈴信號到來時，線路上的90V交流振鈴信號經(jīng)全橋整流變換后90V的

脈動直流電，其峰值足以擊穿耐壓值為62V穩(wěn)壓管，經(jīng)電阻R1給U1提供電壓，從

光電耦合器輸出的波形是時通時斷的方波方波信號，可以直接輸出至單片機(jī)的中

斷輸入口，CPU可以根據(jù)振鈴信號光電轉(zhuǎn)換后的高低電平檢測有無振鈴。其中通

過光電耦合一次側(cè)的輸入及的電流為：

（3-1）

即R1取5.1K滿足設(shè)計要求。

電路中光電耦合11隔離了振鈴信號和單片機(jī)的直接連接，光電耦合器以光

電轉(zhuǎn)換原理傳輸信息，它不僅使信息發(fā)出端（一次側(cè)）與信息接收并輸出端（二

次側(cè)）是絕緣的，從而對地電位差干擾有很強(qiáng)的抑制能力，而且有很強(qiáng)的抑制電

磁干擾能力。保護(hù)單片機(jī)也提高了穩(wěn)定性。

圖3.2-1振鈴檢測電路

3.2.2模擬摘掛機(jī)電路

設(shè)計主要思路:

根據(jù)ITU及國家標(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)W300C,

有“R”鍵的電子電話機(jī)的摘機(jī)狀態(tài)直流電阻應(yīng)W350Q。在掛機(jī)狀態(tài)下，其漏電

流W5uA。當(dāng)用戶摘機(jī)時，電話機(jī)通過叉簧接上約250c的負(fù)載，使整個電話線

回路流過約30mA的電流。交換機(jī)檢測到該電流后便停止鈴流發(fā)送，并將線路電

壓變?yōu)槭畮追闹绷鳎瓿山永m(xù)。

模擬摘掛機(jī)電路如圖3,2-2所示。平時電話掛機(jī)時，兩條電話線處于開路狀態(tài)，

兩電話線的電壓為48V（部分電話為60V）,加到電話機(jī)的振鈴電路兩端，當(dāng)摘

機(jī)時振鈴電路斷開，兩電話線接通，阻值大約250Qo當(dāng)撥打電話號碼時，來自

電話線的高壓振鈴信號經(jīng)鈴流檢測電路，通過光電耦合器在其二次側(cè)形成方波脈

沖信號送到單片機(jī)進(jìn)行振鈴脈沖進(jìn)行計數(shù)，當(dāng)振鈴次數(shù)達(dá)到設(shè)定次數(shù)時，由單片機(jī)

內(nèi)部軟件程序控制，控制摘掛機(jī)口輸出一個低電平，然后電平送到三極管PNP1的基

極，使三極管飽和此時，+5V電源經(jīng)三極管，再通過繼電器線圈接地，繼電器線圈

得電，使繼電器的常開觸電閉合，250。的電阻接入電路當(dāng)中，電話接通。當(dāng)用戶

輸入密碼錯誤，或者是操作結(jié)束后，系統(tǒng)由軟件控制PNP1截止，繼電器線圈失

電，常開觸點斷開，電話線乂處于開路狀態(tài)，從而實現(xiàn)模擬掛機(jī)。

圖3.2-2模擬摘掛機(jī)電路

3.2.3雙音頻解碼電路

DTMF(DualToneMultiFrequency)雙音多頻信號解碼電路是目前在按鍵電話

(固定電話、移動電話)、程控交換機(jī)及無線通信設(shè)備中廣泛應(yīng)用的集成電路。

它包括DTMF發(fā)送器與DTMF接受器，前者主要應(yīng)用于按鍵電話作雙音頻信號發(fā)送

器，發(fā)送一組雙音多頻信號，從而實現(xiàn)音頻撥號。雙音多頻信號是一組由高頻信

號與低頻信號疊加而成的組合信號，CCITT和我國國家標(biāo)準(zhǔn)都規(guī)定了電話鍵盤按鍵

與雙音多頻信號的對應(yīng)關(guān)系如表1所示：電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)采用MITEL公司生產(chǎn)的

MT8870DTMF接受器作為DTMF信號的解碼核心器件。MT8870主要用于程控交換機(jī)、

遙控、無線通信及廣播系統(tǒng)，實現(xiàn)DTMF信號的分離濾波和譯碼功能，輸配相應(yīng)

16種頻率組合的四位并行二進(jìn)制碼。MT8870具有撥號音抑制和模擬信號輸入可調(diào)

功能，所以在設(shè)計MT8870DTMF解碼電路時，只需外加一些阻容元件即可。

表1電話鍵盤與DTMF頻率對應(yīng)關(guān)系表

本系1209Hz1336Hz1477Hz1633Hz統(tǒng)的

低頻

雙音

697Hz123A

DTMF.信1口號J

770Hz456B

解碼_由弦

852Hz789C

由

941Hz*0#D

MT8870主要承擔(dān)。MT8870的連線如圖3.2-3所示，其的23腳接收來自電話機(jī)的

雙音多頻脈沖信號該雙音多頻信號先經(jīng)其內(nèi)部的撥號音濾波器，濾除撥號音信號,

然后經(jīng)前置放大后送入雙音頻濾波器，將雙音頻信號

按高，低音頻信號分開，再經(jīng)高，低群濾波器，幅度檢測器送入輸出譯碼電路，

經(jīng)過數(shù)字運算后，在其數(shù)據(jù)輸出端(1P14腳)輸出相對應(yīng)的8421碼。MT8870

的數(shù)據(jù)輸出端QgQ1連到單片機(jī)，單片機(jī)識別4位代碼。電話按鍵與相應(yīng)譯碼

(QFQ1)輸出。其中，A,B,C,M個按鍵常被當(dāng)作R/P,REDIAL,HOLD,HANDSFREE

等功能使用。為了使單片機(jī)及時獲取有效數(shù)據(jù)，MT8870的CLD有效端經(jīng)反相后接

CPU的INTO引腳。當(dāng)MT8870獲取有效雙音多頻信號后，CLD電平由低變高，再

反相為低，CPU檢測后，指示輸入口接收有效二進(jìn)制代碼。而無效的雙音頻信號

(電話線路雜音、人們的語音信號等)是不會引起MT8870的CLD端變化的。DTMF

接收器的外圍電路如圖3.2-3所示。

圖3.2-3雙音頻解碼電路

3.2.4語言提示電路

ISD2560芯片采用多電平直接模擬量存儲專利技術(shù)，每個采樣值直接存儲在

片內(nèi)單個E2PROM單元中，不需另加A/D或D/A變換來存儲和重放，能夠非常自

然、真實地再現(xiàn)語音，音樂，音調(diào)和效果聲，避免了一般固體錄音電路因量化和

壓縮造成的量化噪聲和〃金屬聲〃，因此，作為目前國內(nèi)外較為理想的語音芯片，

在許多領(lǐng)域得到了廣泛地應(yīng)用。語音芯片音質(zhì)的優(yōu)劣、功能的強(qiáng)弱決定了報站器

的語音效果和性能。如圖3.2-4所示，語音控制電路由單片機(jī)完成。其中，系統(tǒng)

中單片機(jī)P0端口為單片機(jī)與語音芯片的通訊口。ISD2560中，模擬電源(VCCA)和

數(shù)字電源(VCCD)使用不同的電源總線，分別引到外封裝上；模擬地(VSSA)和數(shù)字

地(VSSD)也使用不同的地線。

圖3.2-4語言錄放電路

3.3電源電路設(shè)計

3.3.15V開關(guān)電源穩(wěn)壓器電路

由于本控制系統(tǒng)單元電路較多對且對5V電源的要求比較高，其中TC35模塊

的突發(fā)耗電電流峰值可達(dá)2.5A,故外加的穩(wěn)壓器件必須達(dá)到足以提供TC35和其

他電路額定電流的條件。在本系統(tǒng)中,采用了開關(guān)電源芯片LM2576完成從12V到5V

的轉(zhuǎn)換，作為對TC35終端和其他5V單元的供電c必須特別注意的是，如圖

3.3-1由LM2576芯片完成開關(guān)電源轉(zhuǎn)換需要大功率的電感（lOOuH）和電容，以提

高儲能的能力，達(dá)到單元電路的耗電需求。LM257E為5.OV3A開關(guān)電源穩(wěn)壓器。

圖3.3-15V開關(guān)電源穩(wěn)壓器電路

3.3.2其他電源穩(wěn)壓器電路

本系統(tǒng)的設(shè)計還涉及到傳感器信號采集與信號放大，其中放大器等部分需要

用到±12V電源，因此根據(jù)設(shè)計要求增加了7812/7912三端穩(wěn)壓TC提供的±12V電

源，如圖3.3-2由220V的交流電經(jīng)交流變壓器T降壓，變成12V交流電，低壓

交流電再經(jīng)過全橋整流變成脈動直流17V左右為三端穩(wěn)壓提供電源，脈動直流電經(jīng)

4700u電解電容和0.In鏡片電容濾波，送到穩(wěn)壓塊輸入端，進(jìn)行穩(wěn)壓，然后由

三端穩(wěn)壓輸出端輸出±12V直流電壓，±12V直流弓再由2200u和0.lu電容進(jìn)行濾

波，輸出比較穩(wěn)定的±12V直流電壓，給模塊供電源。

圖3.3-2±12V電源穩(wěn)壓器電路

3.4TC35短消息模塊電珞設(shè)計

3.4.1TC35短消息模塊接口電路

TC35短消息模塊是RS-232C標(biāo)準(zhǔn)接口，RS-232C標(biāo)準(zhǔn)（協(xié)議）的全稱是

EIA-RS-232C標(biāo)準(zhǔn),其中EIA（ElectronicIndustryAssociation）代表美國目子工

業(yè)協(xié)會，RS（remededstandard）代表推薦標(biāo)準(zhǔn)，232是標(biāo)識號，C代表RS232的最

新一次修改（1969）,在這之前，有RS232B、RS232A。它規(guī)定連接電纜和機(jī)械、電氣

特性、信號功能及傳送過程。目前在PC機(jī)上的COM1,COM2接口就是RS-232C接口。

TI公司的MAX3238芯片如圖3.4-1供電電壓為3?5.5V,符合TIA/EIA-

232-F利ITUv.28標(biāo)準(zhǔn)。具有獨特的±15KV人體靜電保護(hù)措施，兼容5V邏輯輸入,

內(nèi)含3路接收、5路發(fā)送串行通信接口，最大數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)250kbps。該芯

片的最大特點是，在串行口無數(shù)據(jù)輸入的情況下，可以靈活的進(jìn)行電源管理，即

當(dāng)FORCEON（13腳）為低電平、/F（）RCE0FF（14腳）為高電平時，Auto-

PowerdownPlus功能有效。在正常運行模式下，約30秒事件內(nèi)若芯片在接收和發(fā)送

引腳沒有檢測到有效信號，將自動進(jìn)入Powerdown模式，此時耗電luAo如果

FORCEON和/F0RCE0FF引腳均為高電平，那么Auto-PowerdownPlus功能失效。在

Auto-PowerdownP1us功能有效的時，如果檢測到接收或發(fā)送引腳有信號輸入，該

芯片自動被激活，轉(zhuǎn)入正常工作狀態(tài)。如果任一接收通道的輸入電壓高于2.7V或小于

-2.7V,或者位于-0.3V?0.3V的時間小于30uS,則/INVALID（15腳）引腳為高電平

（數(shù)據(jù)有效）。如果所有接收通道的輸入電壓位于-0.3V?0.3V的時間大于30uS,則

/INVAL1D（15腳）引腳為低電平（數(shù)據(jù)無效）。該芯片的以上特性，滿足了TC35作為

移動終端的接收和發(fā)送電路連接要求。

圖3.4-1RS232接口電路

3.4.2TC35短消息模塊控制設(shè)計

SM8952AC25P與TC35之間通過異步串行接口進(jìn)行通信，通信速率為9600b/s,

具有1位起始位、8位數(shù)據(jù)位、1位停止位，無奇偶校驗。由于TC35的數(shù)據(jù)接口

工作在CMOS電平，接口電平為3.3V?5.5V,而SM8952AC25P單片機(jī)串口工作在TTL

電平，工作電壓范圍一般比TC35寬，故應(yīng)在SM8952AC25P和TC35之間加電平轉(zhuǎn)

換電路和電平限制電路。若無電平轉(zhuǎn)換，則有可能使智能模塊的性能不太穩(wěn)也ZIF

連接器給S1M卡接口提供6個引腳，其中CC1N用來檢測S1M卡是否插好，其他5

個引腳分別為ccvcc（電源，2.9v）、CCGND（地）、CCRS腳復(fù)位）、CCCLK（時鐘）和

CC1O（數(shù)據(jù)）。ZIF連接器的SYNC腳控制燈的狀態(tài)，以此判斷TC35的工作狀態(tài)。

系統(tǒng)加電后，為使TC35進(jìn)入工作狀態(tài)，必須給IGT加一延時大于100ms的低脈

沖，電平下降持續(xù)時間不可超過1ms；啟動后，IGT應(yīng)保持高電平（3.3V）：驅(qū)動

IGT時，TC35的供電電壓不能低于3.3V.否則TC35不能被激活。

3.5紅外學(xué)習(xí)遙控電路設(shè)計

3.5.1紅外學(xué)習(xí)遙控接收電路設(shè)計

所有紅外遙控器的輸出都是用編嗎后的串行數(shù)據(jù)對38kHz?40kHz的方波進(jìn)

行脈沖幅度調(diào)制而產(chǎn)生的。如果直接對已調(diào)波進(jìn)行測量，而其脈寬只有20多微

秒，由于單片機(jī)的指令周期是微秒級，會產(chǎn)生很大的誤差。因此，先要對己調(diào)波

進(jìn)行解調(diào)，對解調(diào)后的波形進(jìn)行測量。將CX20106或一體化紅外接收頭解調(diào)出的

遙控編碼脈沖直接連入SM8952AC25P單片機(jī)的INTO和T0腳，定時器T0和T1都

初始化為定時工作方式1,T0的GATE位置位。每次外部中斷首先停止定時，記

錄TO、T1的計數(shù)值，然后將TO、T1的計數(shù)值清零，并重新啟動定時。T0的值即

為高電平脈寬，T1?TO的值為低電平脈寬。TO、T1與紅外編碼信號脈寬的對應(yīng)

關(guān)系并且存儲到外部儲蓄器24C256中等待發(fā)送調(diào)用。

圖3.5-1紅外學(xué)習(xí)遙控接收電路設(shè)計

3.5.2紅外學(xué)習(xí)遙控發(fā)送電路設(shè)計

遙控信號的還原是通過SM8952AC25P的T2特殊輸出口進(jìn)行二進(jìn)制脈沖碼的

高電平與低電平的調(diào)制輸出，其中調(diào)制為利用單片機(jī)特殊功能進(jìn)行內(nèi)部調(diào)制這也是

本設(shè)計的一個創(chuàng)新點，調(diào)制后的信號如圖3.5-2驅(qū)動紅外發(fā)光管工作。該設(shè)計的

硬件電路相對簡單，因此系統(tǒng)的調(diào)試重點在軟件上。

圖

3.5-2紅外學(xué)習(xí)遙控發(fā)送電路設(shè)計

4軟件部分

4.1下位機(jī)編程

4.1.1主控單片機(jī)系統(tǒng)軟件設(shè)計

主控單元部分由于任務(wù)多、對可靠性的要求高，本系統(tǒng)的主控部分軟件設(shè)計

為分時操作系統(tǒng)控制，采用RTX51Tiny版操作系統(tǒng)。作為嵌入式系統(tǒng)主控單元的

單片機(jī)，其軟件i般是一個微觀的實時操作系統(tǒng)，是為某種應(yīng)用而專門設(shè)計的。

系統(tǒng)程序有實時過程控制或?qū)崟r信息處理的能力，要求能夠及時響應(yīng)隨機(jī)發(fā)生的

外部事件并對該事件做出快速處理。分時操作系統(tǒng)是把CPU的時間劃分成長短基

本相同的時間區(qū)間，即“時間片”，通過操作系統(tǒng)的管理，把這些時間片依次輪流

地分配給各個用戶使用。如果某個作業(yè)在時間片結(jié)束之前，整個任務(wù)還沒有完成，

那么該作業(yè)就被暫停下來，放棄CPU,等待下一輪循環(huán)再繼續(xù)做。此時CPU又分

配給另一個作業(yè)去使用。由于計算機(jī)的處理速度很快，只要時間片的間隔取得適

當(dāng)，那么一個用戶作業(yè)從用完分配給它的一個時間片到獲得下一個CPU時間片，中

間有所“停頓”;但用戶察覺不出來，好像整個系統(tǒng)全由它“獨占”似的。分時操作系

統(tǒng)主要具有以下3個特點：①多路性。用戶通過各自的終端，可以同時使用一個系

統(tǒng)。②及時性。用戶提出的各種要求，能在較短或可容忍的時間內(nèi)得到響應(yīng)和處理。

③獨占性。在分時系統(tǒng)中，雖然允許多個用戶同時使用一個CPU,但用戶之間操

作獨立，互不干涉。

RTX51Tiny可以配置成使用round-robin多任務(wù)。Round-robinp容許

quasi-parallel執(zhí)行多任務(wù)。任務(wù)并不是連續(xù)執(zhí)行的，而是分時間片執(zhí)行的（本

系統(tǒng)采用10毫秒作為時間片，由RTX51Tiny把時間片分配給各個任務(wù)）。由于時

間片的時間很短，因此任務(wù)看起來像連續(xù)執(zhí)行一樣。

在本系統(tǒng)中RTX51Tiny首先執(zhí)行信號采集jobO的任務(wù)0。本函數(shù)創(chuàng)建了另一

個任務(wù)報警分析jobl。信號采集執(zhí)行完它的時間片后，RTX51Tiny開始執(zhí)行報警

分析jobl,這個函數(shù)又創(chuàng)建了另一個任務(wù)短信發(fā)送job2。如此類推，最后執(zhí)行

完它的時間片后，RTX51Tiny又返回到j(luò)obO開始執(zhí)行。然后再切換到j(luò)obl,如

此循環(huán)。

voidjobO(void)_task0

os_create(l);

while(1)

{

jobO();

)

)

voidjobl(void)task1

(

oscreate(2);

while(1)

{

jobl();

)

}

4.1.2遠(yuǎn)程控制程序設(shè)計

遠(yuǎn)程控制軟件設(shè)“主要分為系統(tǒng)初始化、振鈴檢測“數(shù)、控制摘掛機(jī)、雙音

頻信號分析處理、控制電器、信號音提示等部分。下面，為整體流程圖：

圖4.1-1遠(yuǎn)程控制程序設(shè)計流程圖

4.1.3短信息發(fā)送程序設(shè)計

TC35模塊支持8位數(shù)據(jù)位，無奇偶校驗位,位停止位數(shù)據(jù)傳輸。傳輸速率可以

在4.8kbit/s到115kbit/s間自適應(yīng)。對TC35模塊控制,IGT信號非常地重要,只

有正確的IGT信號才可以使TC35模塊正常地運行。IGT的下降沿啟動TC35,并且

IGT的低電平應(yīng)該至少保持100ms如圖4.卜2,TC35然后正常工作。

100mV/200mV/preset

12more

-50.0000mV450.000mVprobe

圖4.1-2存儲示波器采集到的啟動信號

單片機(jī)對TC35模塊的控制TC35模塊采用AT賀氏指令。單片機(jī)可以通過正

確的AT指令對TC35模塊進(jìn)行初始化和短消息的接收發(fā)送。對短消息的控制共有

三種模式:Block模式!"U模式和Text模式。使用Block模式需要手機(jī)生產(chǎn)廠家

提供驅(qū)動支持。目前,PDU模式已取代Block模式而Text模式不支持中文，因此

本系統(tǒng)使用PDU模式進(jìn)行短消息的發(fā)送。單片機(jī)通過以下系列AT指令對短消息

進(jìn)行控制。

TC35初始化：首先設(shè)置短消息發(fā)送格式AT+CMGF=1<CR>,設(shè)置1彳減PDU模

式，<CR>是回車符號,也就是OxOd。指令正確則模塊返回<CRLF>OK〈CRLF》,?RLF>

是回車換行符號。其次設(shè)置短消息中心AT+CSCA=d+OOd（短消息中心）<CR>,設(shè)置正

確則模塊返回<CRLF>OK〈CRLF>。注意短消息中心號碼可能會因不同手機(jī)或不同區(qū)

域而不同。如果讀取短消息服務(wù)中心則使用命令A(yù)T+CSCA=?<CR>,模塊應(yīng)該返回

<CRLF>+CSCA:dOOd<CRLF>。最后設(shè)置短消息到達(dá)自動提示

AT+CNMI=1,1,0,0,1<CR>,設(shè)置正確則模塊返回<CRLF>0K<CRLF>。設(shè)置此命令可

使模塊在短消息到達(dá)后向單片機(jī)發(fā)送指令《RLF>+CMTI:dSMd,IN2DEX（信息存儲

位置）<CRLF>。

發(fā)送短消息在PDU模式，如果發(fā)送短消息，則首先發(fā)送短消息數(shù)據(jù)的長度。

AT+CMGS=<lengthXCR>o等待TC35模塊返回ASCII字符/>0,則可以將PDU數(shù)據(jù)

輸入，PDU數(shù)據(jù)以<Z>（也就是0x1a）作為結(jié)束符。短消息發(fā)送成功，模塊返回

<CRLF>OK<CRLF>0發(fā)送數(shù)據(jù)格式例如，需要發(fā)送漢字“一氧化碳的濃度超標(biāo)，排

氣扇已打開”到手機(jī)，則首先發(fā)送數(shù)據(jù)串AT+CMGS=19〈CR>,然后等待ASCII字符

/>0,然后輸入PDU數(shù)據(jù)。

圖4.1-3TC35模塊PCB實物圖

4.1.4紅外學(xué)習(xí)遙控程序設(shè)計

設(shè)計的主要思路是通過對紅外二進(jìn)制脈沖的寬度進(jìn)行測量，從而獲得紅外遙

控的波形信息，進(jìn)而實現(xiàn)存儲、還原。根據(jù)遙控信號編碼和發(fā)射過程，遙控信號

的識別（也叫解碼過程）是去除38KI1Z載波信號后識別出二進(jìn)制脈沖碼中的0和1。

紅外接收頭的解調(diào)信號送到INTO引腳，由內(nèi)部定時器完成高低電平長度的采集，

然后進(jìn)行數(shù)據(jù)保存，由單片機(jī)進(jìn)行高電平與低電平的寬度的測量。遙控信號的還

原是通過P1.0（T2）輸出二進(jìn)制已調(diào)脈沖。對遙控信號還原的調(diào)制在單片機(jī)的內(nèi)

部進(jìn)行，利用了定時器2的捕獲工作方式，定時器2是一個16位定時/計數(shù)器。

它既可當(dāng)定時器使用，也可作為外部事件計數(shù)器使用，其工作方式由特殊功

能寄存器T2C0N的C/T2位選擇。定時器2有三種工作方式：捕獲方式，自動重

裝載（向上或向下計數(shù)）方式和波特率發(fā)生器方式，工作方式由T2C0N的控制位

來選擇，在捕獲方式下，通過T2C0N控制位EXEN2來選擇兩種方式。如果EXEN2=

0,定時器2是一個16位定時器或計數(shù)器，計數(shù)溢出時，對T2C0N的溢出標(biāo)志TF2

置位，同時激活中斷。如查EXEN2=1,定時器2完成相同的操作，而當(dāng)T2EX引

腳外部輸入信號發(fā)生1至0負(fù)跳變時，也出現(xiàn)TH2和TL2中的值分別被捕獲到

RCAP2H和RCAP2L中。另外，T2EX引腳信號的跳變使得T2C0N中的EXF2置位，

與TF2相仿，EXF2也會活中斷。本系統(tǒng)正是利用了捕獲方式的RCAP2H和RCAP2L

自動重裝載，產(chǎn)生38K調(diào)制信號，準(zhǔn)備還原的0,1信號的調(diào)制通過TF2標(biāo)志進(jìn)

行調(diào)制，該方案不僅合理的利用硬件資源，而且還提高了系統(tǒng)的可靠性。

4.2上位機(jī)（PC機(jī)）編程

本系統(tǒng)為了給用戶提供一個良好的人機(jī)對話界面還利用RS232通信標(biāo)準(zhǔn)還特別

設(shè)計了與PC機(jī)軟件，傳輸波特率為57600kbpso

4.2.1用戶界面的設(shè)計

用戶界面是一個應(yīng)用程序最重要的部分，對用戶而言，界面就是應(yīng)用程序，

用戶感覺不到幕后正在執(zhí)行的代碼。不論花多少時間和精力來編制和優(yōu)化代碼，

應(yīng)用程序的可用性仍然在很大程度上依賴于界面的好壞。首先針對本系統(tǒng)要開發(fā)

的應(yīng)用程序做出初步規(guī)劃設(shè)訂，在設(shè)II用戶界面時，參照了Microsofl和其池公

司的一些應(yīng)用程序，使用了通用的設(shè)計方案，比如：工具欄、狀態(tài)條、工具提示、上

下文菜單以及標(biāo)記對話框等。