一種適合單片機系統的FM雙音頻通信方案

引言

在許多單片機應用系統中，常常利用電信號與非電信號，來(lái)傳送控制信號和數據信息，以實(shí)現遙控或遙測的功能，例如光信號、超聲波信號、電脈沖信號等。而本FM有線(xiàn)/無(wú)線(xiàn)遙控廣播系統中，是使用雙音頻電信號發(fā)送接收挖出，實(shí)現對FM有線(xiàn)/無(wú)線(xiàn)廣播的遠程控制管理。這種雙音頻通信具有控制簡(jiǎn)單，實(shí)施方便，傳輸可靠，而且造價(jià)低廉的特點(diǎn)，也是一種較為常用的通信方式。實(shí)現單片機系統雙音頻通信的關(guān)鍵在于雙音頻接收電路設計和應用，以及檢測程序的設計。

1 遙控廣播系統的基本原理

基本原理如圖1所示。

遙控廣播系統的通信是電話(huà)撥號收發(fā)的一種雙音頻通信方式，是一項可靠、成熟的通信技術(shù)。它取代了傳統的電話(huà)撥號脈沖通信方式，成為現代電話(huà)通信撥號的主要通信方式。它對傳輸電路的要求低，傳送的距離遠，而且具有通用多種型號的雙音頻元器件以備選用，通過(guò)普通的電話(huà)就可以獲得發(fā)送信號和編碼。再經(jīng)過(guò)FM捷變頻立體聲調頻調制器的調制，采用立體聲的兩個(gè)聲道，左聲道輸入廣播音頻信號，右聲道輸入用于控制雙音頻信號，以避免控制信號干擾廣播音頻信號。FM調制信號可經(jīng)過(guò)有線(xiàn)電視網(wǎng)絡(luò )，或者經(jīng)過(guò)發(fā)射到空間的電磁波傳送到收發(fā)端的接收機。接收機天線(xiàn)接收到射頻信號后，檢波獲得立體聲兩個(gè)通道的音頻信號。從立體聲輸出的左聲廣播音頻信號經(jīng)功放放大輸出;而右聲道的雙音頻控制信號經(jīng)雙音頻解碼電路解碼，獲得二進(jìn)制代碼送到OTP單片機端口。根據設置在接收機內單片機的機號編碼開(kāi)啟和關(guān)閉接收機功放部分的電源，實(shí)現遠程控制FM接收機的各個(gè)廣播點(diǎn)目的。

2 遙控廣播系統發(fā)送接收器的硬件電路設計

2.1 遙控廣播系統發(fā)送器

其發(fā)送器可以自行設計，也可以采用一臺質(zhì)量較好，帶有撥號數字顯示和存儲電話(huà)號碼功能的電話(huà)機改裝。如圖2所示，是遙控廣播系統發(fā)送器。按圖連接上+48V電源，選擇調整R1的電阻值，使A點(diǎn)電壓在電話(huà)拿線(xiàn)的情況下為6～12V，再加上一臺FM捷變頻立體聲調頻制器和廣播音源。

遙控廣播系統發(fā)送器的操作可以像打電話(huà)一樣用按鍵的方法，或用存入存儲器，或重撥等方式輸出被遙控的廣播點(diǎn)密碼，并經(jīng)過(guò)FM捷變頻立體聲調頻調制器的調制輸出。

2.2 遙控廣播系統接收器

其接收器工作原理是，當廣播音頻和遙控信號從FM調制器，通過(guò)空間(無(wú)線(xiàn))或者射頻電纜(有線(xiàn))傳送到FM接收機后，從左右聲道分別輸出廣播音頻和控制雙音頻代碼信號。雙音頻代碼信號經(jīng)CD22204雙音頻解碼器輸出二進(jìn)制代碼代碼給AT89C2051單片機的P1輸入口，檢測密碼并執行開(kāi)啟或關(guān)閉功放的控制動(dòng)作。CD22204是美國無(wú)線(xiàn)電公司(RCA)的產(chǎn)品，內部工作原理如圖3所示。它對標準的雙音頻編碼信號具有檢測和輸出的能力。其工作原理是，當模擬信號加到輸入端，首先抑制50Hz干擾，再進(jìn)行前置放大，高頻濾波電路對高頻點(diǎn)火花有較好的濾波作用，經(jīng)過(guò)過(guò)零檢測、帶通濾波、鑒幅電路、時(shí)間電路處理后，0～9、*、#等每一個(gè)鍵按下，DV就有一個(gè)正脈沖輸出。D1、D2、D4、D8輸出端上的解碼輸出，EN允許端輸入高電平時(shí)，才有D1、D2、D4、D8的輸出。CD22204輸出二進(jìn)制代碼是正邏輯，如圖4中接收及CPU原理圖所示。

D1、D2、D4、D8輸出數據信號經(jīng)過(guò)BG1、BG2、BG3、BG4組成的反相器反相后輸入到AT89C 2051的P1.7、P1.6、P1.5、P1.4口。設計液晶顯示屏便于觀(guān)察通信和檢測情況，個(gè)位顯示代碼總位數5，千位顯示動(dòng)態(tài)被檢測的位數5～1，十位顯示動(dòng)態(tài)的本機密碼0～9，百位顯示動(dòng)態(tài)代碼0～9。當輸入五位代碼與本機五位密碼相等，并收到開(kāi)關(guān)信號(0—開(kāi)，#—關(guān))，功放開(kāi)關(guān)才動(dòng)作。若密碼不對或不按開(kāi)或關(guān)按鍵，無(wú)動(dòng)作。

在使用系統時(shí)，應將代碼預先存入存號存儲器或用重撥鍵，一次輸出代碼，以便快速準確地輸入代碼。當MCU檢測輸入代碼等于本機密碼和開(kāi)(*)或關(guān)(#)時(shí)，將從P3.5口輸出高電平，使BG6導通繼電器吸合打開(kāi)功放電源，或輸出低電平使BG6載上關(guān)斷功放電源，以達到點(diǎn)對點(diǎn)，或點(diǎn)對多點(diǎn)的控制。

3 遙控廣播系統接收器的軟件設計

3.1 RAM分配

10H 個(gè)位顯示寄存器，顯示密碼位數5。

11H 十位顯示寄存器，顯示動(dòng)態(tài)密碼數0～9。

12H 百位顯示寄存器，顯示動(dòng)態(tài)輸入代碼數0～9。

13H 千位顯示寄存器，顯示動(dòng)態(tài)密碼位數5～1。

17H 1ms延時(shí)初值寄存器。

30H 個(gè)位密碼數，本機為1。

31H 十位密碼數，本機為2。

32H 百位密碼數，本機為3。

33H 千位密碼數，本機為4。

34H 萬(wàn)位密碼數，本機為5。

3.2 程序軟件設計

軟件由主程序、密碼校對子程序、液晶顯示器子程序、T0定時(shí)中斷、10ms延時(shí)子程序組成。T0中斷是為液晶提供250Hz方波驅動(dòng)信號而設置的，目的是使液晶筆劃不會(huì )燒死。10ms延時(shí)是穩定顯示而設置的。液晶顯示軟件設計是從個(gè)位逐位將字型送入液晶屏。密碼校對子程序中，從P1.4～P1.7讀入負邏輯二進(jìn)制代碼，需反相恢復正邏輯。在主程序中設置了大循環(huán)和小循環(huán)，目的是循環(huán)完成以后重新裝一次設定值，以保持有異常輸入，延遲一定時(shí)間恢復正常工作。密碼校對子程序也可以采用中斷方式設計。

4 總結

設計和制造的樣機使用以來(lái)，性能穩定、工作可靠、運轉正常，基本沒(méi)有發(fā)現控制錯誤。這種控制方案還可以推廣到閉路電視管理系統，不過(guò)接收裝置要專(zhuān)門(mén)設置?？梢圆捎靡粋€(gè)接收機控制多個(gè)用戶(hù)方法，以降低成本費用?？梢杂糜跀z像頭云臺的控制方案，降低監控系統的造價(jià)。進(jìn)一步地完善和提高系統的設計并在大量的使用中發(fā)現問(wèn)題，解決問(wèn)題提高系統的水平和質(zhì)量。本方法屬于單向通信方式，還存在一些不足。