基于89C51設計的電話(huà)遠程控制開(kāi)關(guān)

前言

電話(huà)遙控作為一較新的課題與常規的遙控方式相比，顯示出一定的優(yōu)越性，不需進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的布線(xiàn)，不占用無(wú)線(xiàn)電頻率資源，避免了電磁污染。同時(shí)，由于電話(huà)線(xiàn)路各地聯(lián)網(wǎng)，可以充分利用現有的電話(huà)網(wǎng)，因此遙控距離可跨省市，甚至跨越國家。
電話(huà)屬雙工通信手段。因此，這可以大大體現出利用電話(huà)進(jìn)行遙控的更大優(yōu)越性。操作者可以通過(guò)各種提示音即時(shí)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(huà)遙控這一課題目前已有涉足者，但是只是還只限于實(shí)驗室階段，因而距離實(shí)際應用，尤其是對于日常生活尚有一定的差距，并不能完全體現出電話(huà)遙控方式的雙工通信特點(diǎn)。本作品正是針對這一點(diǎn)進(jìn)行了較大改進(jìn)，采取單片機智能控制，利用不同的提示音達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(shí)了解受控方信息，使產(chǎn)品達到交互式與智能化。而且本作品的調試都是在線(xiàn)調試，已經(jīng)在宿舍連接電話(huà)經(jīng)過(guò)真正的交換機實(shí)驗并且成功。本作品的各種電器接口、各項標準都嚴格遵循國家有關(guān)標準，為以后的產(chǎn)品化提供了良好的基礎。
作品為突出電話(huà)遙控的信息反饋功能，并使產(chǎn)品達到非常高性?xún)r(jià)比。故未對電話(huà)裝置的其他功能進(jìn)行進(jìn)一步的擴展，而且所有使用的集成電路和其它元器件都盡量選擇廉價(jià)的。在該作品的基礎上進(jìn)行了功能擴展是很方便的。譬如:使用語(yǔ)音芯片作為信號音反饋，提高本作品的實(shí)用性（此次為了保證整體電路的廉價(jià)，所以并未使用語(yǔ)音芯片）。加上留言電路，主人不在家時(shí)客人留言。利用遙控方式可使主人很方便地在異地提取留言信息；在各路終端上接上傳感器即可實(shí)現對環(huán)境聲響的監聽(tīng)；接上自動(dòng)撥碼電路可定時(shí)將預定信息轉至主人傳呼機或特定電話(huà)，從而達到定時(shí)提醒主人的目的。本作品還可以應用于工廠(chǎng)企業(yè)的自動(dòng)化控制等領(lǐng)域。

第一章 總體設計

電話(huà)智能遙控器由單片機構成主控部分，進(jìn)行主要的信息處理，接收外部操作指令形成各種控制信號，并完成對于各種信息的記錄；接口電路提供單片機與電話(huà)外線(xiàn)的接口。其中包括鈴流檢測、摘掛機控制、忙音檢測、雙音頻DTMF識別，及語(yǔ)音提示電路。系統原理框圖如圖1.1所示

圖1.1
語(yǔ)音提示電路是該作品重要組成部分。為了降低本裝置的造價(jià)，作品的提示音使用程序產(chǎn)生。語(yǔ)音提示電路受單片機的控制產(chǎn)生相應的提示音提示，并通過(guò)反饋電路反饋至電話(huà)外線(xiàn)。從而使操作者對電器的操作達到交互式，并能即時(shí)了解有關(guān)的信息；顯示電路用于狀態(tài)設置時(shí)的顯示；控制部分即受控的終端，如前所述，可通過(guò)接駁不同的終端并對電話(huà)進(jìn)行必要的改動(dòng)從而達到功能的擴展。這一點(diǎn)，可使產(chǎn)品達到系列化。
本系統的每一個(gè)接口電路（振鈴檢測、模擬摘掛機、語(yǔ)音反饋、雙音頻解碼等）都已經(jīng)經(jīng)過(guò)實(shí)際的交換機在線(xiàn)實(shí)驗，具有很強的實(shí)用性。本系統使用最簡(jiǎn)單的電路、最便宜的電路芯片實(shí)現了完善的功能。本系統還有許多可以添加的功能，具有很強的市場(chǎng)前景。
本裝置并聯(lián)于電話(huà)機的兩端，不會(huì )影響到電話(huà)機的正常使用。用戶(hù)通過(guò)異地的電話(huà)機撥通本裝置所連接外線(xiàn)的電話(huà)號碼，通過(guò)市局交換機向電話(huà)機發(fā)出振鈴信號。本裝置如果檢測到振鈴五次，即五次響鈴后無(wú)人接，自動(dòng)摘機，進(jìn)入密碼檢測，輸入正確后選擇被控制電器，然后輸入開(kāi)或關(guān)進(jìn)行遙控電器，完成后返回。

第二章 系統設計可行性分析

2.1 總體設計分析

根據電話(huà)遠程智能遙控系統的具體設計要求：

⑴ 通過(guò)電話(huà)網(wǎng)對異地的電器實(shí)現控制（開(kāi)/關(guān)）；
⑵ 控制器可以實(shí)現自動(dòng)模擬摘掛機；
⑶ 控制器設置密碼校驗；

我設計此系統必須具有以下單元功能模塊：

⑴ 鈴音檢測、計數；
⑵ 自動(dòng)摘掛機;
⑶ 密碼校驗；
⑷ 在線(xiàn)修改密碼；
⑸ 雙音頻信號解碼；
⑹ 輸入信息分析；
⑺ 控制電器開(kāi)關(guān)；
⑻ 電器狀態(tài)查詢(xún)；
⑼ 忙音檢測；

根據電話(huà)機和交換機發(fā)出的不同信號音以及電話(huà)線(xiàn)各種狀態(tài)的不同要求，我結合實(shí)際情況對具體的單元功能模塊作出軟件或硬件上的不同分工，具體如下:
理論上交換機所發(fā)出的各種信號音都可以通過(guò)軟件編程而識別，即通過(guò)單片機發(fā)出的脈沖信號來(lái)檢測信號音單位時(shí)間內的脈沖個(gè)數計算出其頻率，從而完成信號音識別。但是從系統的可靠性和程序的結構設計上分析，我選擇了硬件來(lái)解決振鈴音檢測、忙音檢測、雙音頻信號解碼等功能模塊。
自動(dòng)摘掛機和電器的控制必須使用具體硬件電路來(lái)實(shí)現。
振鈴音計數、忙音計數、密碼校驗、在線(xiàn)修改密碼、輸入信息分析、電器狀態(tài)查詢(xún)等功能模塊使用軟件編程方式要比硬件電路簡(jiǎn)單的多，實(shí)現也很容易。
綜上所述，我設計信號音檢測、自動(dòng)摘掛機、控制電器、雙音頻解碼等功能模塊使用硬件電路實(shí)現。而信號音計數、密碼校驗、在線(xiàn)修改密碼、信息分析、電器狀態(tài)查詢(xún)等功能模塊使用軟件編程完成。
下面就硬件以及軟件實(shí)現的單元電路分別進(jìn)行具體分析。

2.2 硬件模塊

本作品使用了大量的硬件電路完成部分功能模塊，其目的就是充分利用硬件電路的可靠性、穩定性，使整體電路達到比較高的穩定性。

2.2.1自動(dòng)摘掛機

因為程控電話(huà)交換機對電話(huà)摘機的響應是電話(huà)線(xiàn)回路電流突然變大為約30mA的電流，交換機檢測到回路電流變大就認為電話(huà)機已經(jīng)摘機。自動(dòng)摘掛機電路可以通過(guò)單片機控制一個(gè)繼電器的開(kāi)關(guān)，繼電器的控制端連接一個(gè)大約300Ω的電阻接入電話(huà)線(xiàn)兩端，從而完成模擬摘掛機。

2.2.2振鈴音的檢測

當用戶(hù)被呼叫時(shí)，電話(huà)交換機發(fā)來(lái)鈴流信號。振鈴為25±3伏的正弦波，諧鈴失真不大于10%，電壓有效值90±15V。振鈴以5秒為周期，即1秒送，4秒斷。根據振鈴信號電壓比較高的特點(diǎn)，可以先使用高壓穩壓二極管進(jìn)行降壓，然后輸入至光電耦合器。經(jīng)過(guò)光耦的隔離轉換，從光電耦合器輸出的波形是時(shí)通時(shí)斷的正弦波，經(jīng)過(guò)RC回路進(jìn)行濾波輸出很標準的方波。方波信號就可以直接輸出至單片機的中斷計數器輸入口，完成整個(gè)振鈴音檢測和計數的過(guò)程。

2.2.3控制電器

此部分比較簡(jiǎn)單，通過(guò)單片機控制多路繼電器的開(kāi)關(guān)即可，常用的電路已經(jīng)很成熟，在此就不累述了。

2.2.4雙音頻解碼

此部分是整個(gè)系統的關(guān)鍵，它的工作情況直接決定了系統的可靠性。經(jīng)過(guò)翻閱大量的文獻資料，我發(fā)現使用電話(huà)專(zhuān)用的雙音頻編解碼芯片進(jìn)行輸入雙音頻信號的解碼，是比較常用的一種方法。使用集成電路不但外圍電路簡(jiǎn)單，而且可靠性強。經(jīng)過(guò)專(zhuān)用集成電路的解碼，信號轉換成為不同的碼制信號，可以直接被單片機讀取。一般常用的電話(huà)雙音頻編解碼集成電路有8870、8880、8888等，經(jīng)過(guò)反復論證比較，我決定使用雙音頻解碼集成片MT8870來(lái)完成此功能模塊。有關(guān)MT8870的詳細介紹請參閱本報告的附錄部分。

2.3 軟件模塊

經(jīng)過(guò)比較，我決定使用AT89C51作為控制的單片機芯片，具體有關(guān)AT89C51的介紹不在這里累述，其詳細資料請參閱本報告的附錄部分。

2.3.1信號音計數

本單元可以使用AT89C51的兩個(gè)計數器的外部中斷方式來(lái)實(shí)現對不同信號音的計數。

2.3.2密碼檢測

本單元可以在系統初始化的時(shí)候，在單片機內部的存儲器的內部開(kāi)辟一塊空間放置密碼。當用戶(hù)輸入密碼的時(shí)候，單片機把輸入的密碼寫(xiě)入另外的一塊空間，然后利用減法運算比較兩者是否相等。這樣就可以實(shí)現密碼檢測的功能。

2.3.3 信號分析處理

本單元可以利用查表方式，也可以用簡(jiǎn)單的語(yǔ)句，稍微長(cháng)一點(diǎn)的語(yǔ)句實(shí)現，例如CASE語(yǔ)句等。

經(jīng)過(guò)翻閱大量的技術(shù)資料，對具體要求實(shí)現的功能進(jìn)行完整的系統分析，我認為我的電話(huà)遙控系統設計基本符合實(shí)際情況，可以完成設計任務(wù)所要求實(shí)現的基本功能。 第三章 硬件單元電路設計

3.1 振鈴檢測電路

在電話(huà)線(xiàn)路未來(lái)鈴流前，電話(huà)線(xiàn)路由電話(huà)交換機提供大約48V的直流電壓。當用戶(hù)被呼叫時(shí)，電話(huà)交換機發(fā)來(lái)鈴流信號。振鈴信號為25±3伏的正弦波，諧鈴失真不大于10%，電壓有效值90±15V。振鈴以5秒為周期，即1秒送，4秒斷。
在本電路檢測鈴流信號時(shí)，以五次鈴響為準，即五次振鈴后無(wú)人摘機，便由單片機控制自動(dòng)模擬摘機。

圖3.1
原理說(shuō)明：

電話(huà)振鈴信號通過(guò)電容C1隔直、D1穩壓二極管、R1限流電阻輸入至光電耦合器4N25的輸入端1口，C1、D1和R1共同組成振鈴信號變換電路，它們使輸入電壓和電流不會(huì )太大，對后面的光電耦合器起保護作用。光電耦合器4N25起的是隔離作用，光電耦合器是一種電信號的耦合器件，它一般是將發(fā)光二極管和光敏三極管的光路耦合在一起，輸入和輸出之間不可共地，輸入電信號加于發(fā)光二極管上，輸出信號由光敏三極管取出。