基于PSTN設計的家用電器遠程控制系統

引言
隨著(zhù)生活水平的不斷提高，人們希望有一種自動(dòng)化、智能化程度高的控制系統對所有的家用電器能實(shí)施遠程控制。本文介紹了一種基于PSTN(Public Switched Telephone Network，公眾電話(huà)網(wǎng))實(shí)現對家用電器的遠程控制，通過(guò)電話(huà)可以隨時(shí)隨地控制多種家用電器的開(kāi)關(guān)和各種設定，諸如將空調提前升降溫、電熱水器提前預熱等，應用前景相當廣泛。
系統組成及工作原理
為了簡(jiǎn)化電路、降低成本、提高可靠性，本系統采用AT89C51作為主控制器，它是一款與MCS51完全兼容且內部自帶有4KB的Flash存儲器及256KB RAM單元的芯片，因此可以不需另外擴展EEPROM及靜態(tài)RAM就可以實(shí)現所需功能。除主控制器之外，還有振鈴檢測與模擬摘機電路、DTMF解碼電路、語(yǔ)音提示電路、集中控制器，系統結構框圖如圖1所示。

當需要遙控家用電器時(shí)，撥打相應的電話(huà)號碼，振鈴檢測電路檢測鈴流信號，如果有人接聽(tīng)電話(huà)或振鈴次數少于6次，對程控電話(huà)的使用不造成影響，當振鈴次數達到6次后(次數可以通過(guò)軟件任意設定)，單片機啟動(dòng)語(yǔ)音提示電路發(fā)出提示音，詢(xún)問(wèn)是否進(jìn)入家電控制模式，按“0”鍵否，掛機退出，按“1”鍵是，摘掛機電路自動(dòng)摘機進(jìn)入控制狀態(tài)并將摘機信號輸入到單片機中，單片機接收到摘機信號后，啟動(dòng)語(yǔ)音提示電路發(fā)出提示音，提示操作者輸入密碼或是退出(系統支持在線(xiàn)修改密碼)。輸入的密碼經(jīng)DTMF接收，轉換成二進(jìn)制數并與事先存儲在單片機中的密碼比較，如果不相符，則語(yǔ)音提示密碼錯誤，可再次重新輸入，若三次密碼錯誤則發(fā)提示音并自動(dòng)掛機；如果密碼相符則語(yǔ)音提示選擇控制通道(按鍵1～8分別表示1～8號通道，分別控制8路電器)。通道選擇后，按下“1”鍵表示開(kāi)啟該路電器，并有語(yǔ)音提示“該路電器已經(jīng)開(kāi)啟”，按下“0”鍵表示關(guān)斷該路電器，有提示音“該路電器已經(jīng)關(guān)閉”，按下“＊”鍵則可掛機退出。若超時(shí)則自動(dòng)掛機(時(shí)間可由軟件設定)。

硬件電路設計

1 振鈴檢測與模擬摘機電路
在分析該電路之前，首先介紹一下公用電話(huà)網(wǎng)線(xiàn)路上的信號及其檢測方法。公用電話(huà)網(wǎng)的傳輸線(xiàn)路為二線(xiàn)模擬線(xiàn)路，采用直流環(huán)路信號方式，能向模擬話(huà)機提供直流饋電、振鈴信號、話(huà)音數據、音頻數據、雙音頻數據等。我國規定的標準為，平時(shí)掛機時(shí)的饋電電壓一般為-48V，向用戶(hù)振鈴的鈴流電壓為75±15V，25Hz的交流電壓，用戶(hù)話(huà)機的摘掛機狀態(tài)是通過(guò)對直流環(huán)路上電流的通斷來(lái)實(shí)現的，用戶(hù)掛機空閑時(shí)，直流環(huán)路斷開(kāi)，饋電電流為0；反之，用戶(hù)摘機后，直流環(huán)路接通，饋電電流在20mA以上。
當有振鈴信號從TEL0、TEL1輸入時(shí)，如圖2所示，電話(huà)線(xiàn)路上的75±15V，25Hz的交流電壓經(jīng)過(guò)一個(gè)橋式整流Q1及濾波后，振鈴信號進(jìn)入光電耦合器817的1、2引腳，然后從4腳輸出脈沖信號，脈沖輸入到74LS123中，其中74LS123的作用是將小脈沖轉換成大方波信號并送入到89C51單片機的T0引腳進(jìn)行計數，當計數達到6次時(shí)，89C51的T1引腳發(fā)出高電平，使三極管PNP8550導通，從而繼電器RELAY吸合，完成模擬摘機動(dòng)作。由于語(yǔ)音信號和雙音頻信號電壓遠低于振鈴信號電壓，所以該電路不會(huì )產(chǎn)生誤操作。

2 DTMF解碼電路
當用戶(hù)在電話(huà)機的鍵盤(pán)上輸入密碼或按下控制按鈕后，這些信息均采用雙音頻方式通過(guò)電話(huà)線(xiàn)發(fā)出。DTMF解碼電路的主要作用是接收從TEL0、TEL1輸入的雙音多頻信號并將其轉換成二進(jìn)制編碼，然后輸至單片機進(jìn)行數據處理，進(jìn)而實(shí)現控制功能，如圖3所示。
本電路采用的是MT8880雙音多頻解碼芯片，能實(shí)現雙音多頻信號(DTMF)的發(fā)送與接收。發(fā)送DTMF信號時(shí)，信號從D0～D3經(jīng)數據總線(xiàn)緩沖器送到發(fā)送數據寄存器，控制可編程行列計數器，經(jīng)D/A轉換合成DTMF信號，在音頻突發(fā)開(kāi)門(mén)控制和邏輯控制作用下，從8腳(TONE端)發(fā)出。當接收DTMF信號時(shí)，模擬摘機后從TEL0、TEL1進(jìn)入的雙音多頻信號經(jīng)過(guò)耦合隔離變壓器耦合入MT8880的輸入腳IN-，DTMF信號經(jīng)運放、撥號音濾波器、高頻組及低頻組分離帶通濾波器送到數字算法與編碼變換器進(jìn)行確認，譯成相應的4位二進(jìn)制碼，存入接收數據寄存器，需要時(shí)輸出至數據總線(xiàn)，送入89C51的P1口。其中輸入腳IN-和增益選擇端GS之間所接的反饋電阻R3可以調節運放的增益，CP為中斷請求或電話(huà)信號音檢測輸出端，它與89C51的INT0引腳相連。

3 語(yǔ)音提示電路

為了使操作者能及時(shí)了解到受控家用電器的信息，使產(chǎn)品達到交互式與智能化，本系統采用了可用單片機控制的語(yǔ)音芯片APR9600，單片電路可錄放32～60s，串行控制時(shí)可分256段以上，并行控制時(shí)最大可分8段。具有多種手動(dòng)控制方式、分段管理方便、多段控制時(shí)電路簡(jiǎn)單、采樣速度及錄放音時(shí)間可調、每個(gè)單鍵均有開(kāi)始停止循環(huán)多種功能等特點(diǎn)。當利用APR9600進(jìn)行錄音時(shí)，外部音頻信號通過(guò)話(huà)筒輸入和線(xiàn)路輸入方式進(jìn)入，通過(guò)芯片內話(huà)筒放大器中自帶的自動(dòng)增益調節，如果信號幅度在100mV左右即可直接進(jìn)入線(xiàn)路輸入端，音頻信號經(jīng)內部濾波器、采樣電路處理后以模擬量方式存入專(zhuān)用快閃存儲器中。放音時(shí)芯片內讀邏輯電路從閃存中取出信號，經(jīng)過(guò)一個(gè)低通濾波器送到功率放大器中，然后直接推動(dòng)外部的喇叭放音。
APR9600的錄放控制有多種模式，為普通用戶(hù)使用提供了極大的方便，但總的來(lái)說(shuō)可分為串行控制和并行控制兩種模式，由芯片MSEL1、MSEL2及M8腳的設置來(lái)實(shí)現。
該系統中，APR9600被預先設置成8段的并行控制模式，即MSEL1、MSEL2、/M8均被設定為1(接正電源)。置RE端為錄音狀態(tài)，按下/M1即開(kāi)始錄第一段，松開(kāi)鍵即停止。按下M2即開(kāi)始錄第二段，松開(kāi)鍵即停止，如此循環(huán)下去直到錄完第八段。相應語(yǔ)音段的播放由軟件觸發(fā)，APR9600的SP+、SP－端接至電話(huà)線(xiàn)反饋到聽(tīng)筒里，由此用戶(hù)可聽(tīng)到語(yǔ)音控制芯片的提示音而進(jìn)行相應的操作。

4 8路電器控制

由系統結構框圖可以看出，八路電器通過(guò)AT89C51的P2口來(lái)控制?？刂齐娐返膱绦衅骷捎美^電器。當單片機要實(shí)現對電器的控制時(shí)，由P2口發(fā)出控制信號并經(jīng)過(guò)三極管放大后驅動(dòng)8個(gè)繼電器，從而控制了8路電器的通斷。

軟件設計
為了保證系統的可靠運行，必須要有良好的軟件相配合，而且要有友好的人機對話(huà)功能，鑒于以上要求，該系統軟件部分主要由主程序、中斷子程序、延時(shí)子程序、提示音產(chǎn)生子程序等幾大模塊組成。程序流程圖如圖4所示。

結束語(yǔ)
基于PSTN實(shí)現對家用電器的遠程控制與常規的遙控方式，如無(wú)線(xiàn)電遙控、有線(xiàn)遙控、紅外線(xiàn)和超聲波遙控等相比，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。