基于電話(huà)接口的溫濕度記錄儀設計

摘要：基于有線(xiàn)電話(huà)接口的溫濕度記錄儀，能夠通過(guò)電話(huà)撥號方式實(shí)現遠程溫濕度報警和查詢(xún)。本文介紹了電話(huà)接口溫濕度記錄儀的總體設計及其工作過(guò)程，詳細闡述了系統硬件電路設計及軟件設計。整個(gè)系統具有結構簡(jiǎn)單、可靠性高、使用靈活方便的特點(diǎn)，具有廣闊的應用前景。

　　在食品存儲倉庫、現代農業(yè)生產(chǎn)基地、電站設備機房等場(chǎng)所，溫濕度記錄儀是必不可少的環(huán)境檢測設備。但是記錄儀在倉庫等場(chǎng)所，其工作狀態(tài)或查詢(xún)數據記錄，工作人員必須到達現場(chǎng)，工作量大。目前市場(chǎng)上有GSM短信報警功能的記錄儀，但是在GSM無(wú)線(xiàn)信號覆蓋較差的場(chǎng)所使用效果不好，而且GSM無(wú)線(xiàn)信號易受干擾。本文設計的溫濕度記錄儀具有有線(xiàn)電話(huà)接口，受電磁環(huán)境因素影響小、穩定性好，而且相比GSM方式資費便宜，具有廣闊的市場(chǎng)前景。

　　本文設計的記錄儀不僅能在液晶屏上查詢(xún)數據，而且能使用電話(huà)遠程查詢(xún)溫濕度數據。本記錄儀需要占用一個(gè)電話(huà)號碼，檢測到來(lái)電振鈴信號后自動(dòng)摘機，工作人員在語(yǔ)音提示下通過(guò)電話(huà)鍵盤(pán)輸入密碼，驗證通過(guò)后可以查詢(xún)記錄儀的工作狀態(tài)和溫濕度數據，數據記錄的語(yǔ)音通過(guò)電話(huà)線(xiàn)路播報。如果密碼三次輸入不正確，或者在語(yǔ)音提示后長(cháng)時(shí)間沒(méi)有輸入密碼，記錄儀將強制掛機。還可以設置好報警電話(huà)號碼以及報警溫濕度值，當環(huán)境的溫濕度值超標時(shí)，記錄儀就會(huì )自動(dòng)摘機并撥打報警電話(huà)號碼進(jìn)行報警。

1 系統總體方案設計

　　本系統采用雙音多頻信號(DTMF)進(jìn)行通信，實(shí)現遠程控制，系統主要由溫濕度采集、存儲電路、電話(huà)接口、振鈴檢測、忙音檢測、DTMF接收及發(fā)送、語(yǔ)音模塊、控制單元、電源電路及LCD顯示等單元電路組成，如圖1所示。本系統使用TI的MSP430F149單片機作為控制核心，它具有體積小、低功耗、能夠串行在線(xiàn)編程等特性，具備60KB+256字節 Flash、2KB RAM、多個(gè)16位定時(shí)器、12位A/D轉換器等功能模塊，本機密碼和報警電話(huà)號碼存儲在單片機的Flash中，修改方便，可靠性高。

　　溫濕度數據存儲選用Atmel公司的E2PROM存儲芯片AT24C256實(shí)現，它具有32KB存儲容量，I2C數據接口，由于單片機本身不具備I2C接口，故采用由兩個(gè)普通I/O口模擬I2C總線(xiàn)方式。

2 硬件電路設計

2.1 電話(huà)接口電路

　　電話(huà)接口電路如圖2所示。電路模擬摘掛機通過(guò)繼電器控制電流源的通斷來(lái)實(shí)現，繼電器K1選用松下公司的雙刀雙擲DS2Y-S-DC5V繼電器。在電話(huà)信令中交換機根據電話(huà)線(xiàn)路上的直流電流來(lái)判斷用戶(hù)的摘掛機狀態(tài)。掛機時(shí)，電話(huà)線(xiàn)路饋電電壓48V，線(xiàn)路上沒(méi)有直流電流，摘機后，電話(huà)線(xiàn)路直流回路接通，電壓降到8V，直流電流約30mA。單片機通過(guò)端口P11控制三極管V7的通斷，從而控制繼電器K1的通斷來(lái)控制電路中的電流，模擬摘掛機動(dòng)作。當P11為低電平時(shí)，三極管V7截止，繼電器K1將電話(huà)線(xiàn)路與電流源斷開(kāi)，電流比較小，處于掛機狀態(tài);當P11為高電平，V7導通，繼電器K1將電話(huà)線(xiàn)路與電流源接通，此時(shí)V4和V5組成的電流源將提供30mA左右的電流，相當于電話(huà)摘機，交換機會(huì )接通話(huà)路。使用恒流源可以保證電路具有較小的直流阻抗(<300Ω)和較大交流阻抗(>600Ω)。在電話(huà)線(xiàn)之間跨接避雷器TISP4350，以達到抗雷擊保護的作用。

　　為了實(shí)現在電話(huà)線(xiàn)路上播報溫濕度值的語(yǔ)音，語(yǔ)音模塊輸出的音頻信號AUDIO通過(guò)電阻R1后由變壓器T1將語(yǔ)音信號耦合到電話(huà)線(xiàn)路上。

2.2 振鈴檢測電路

　　待機狀態(tài)下，電話(huà)線(xiàn)路上只有48V饋電電壓，當有用戶(hù)呼叫本機時(shí)，交換機向話(huà)機發(fā)送振鈴信號疊加在48V直流上，振鈴是頻率為25Hz±3Hz的正弦波，電壓有效值90V±15V。振鈴以5s為周期，1s通、4s斷。振鈴檢測電路見(jiàn)圖2的N1部分，有呼叫時(shí)，振鈴信號疊加在48V直流上經(jīng)過(guò)電容C2后只有交流振鈴信號，經(jīng)過(guò)整流二極管V1、V2，光耦N1，三極管V3，檢測信號輸入到單片機端口P10，沒(méi)有振鈴時(shí)P10為高電平，有振鈴時(shí)，P10為持續1s的連續脈沖信號，單片機根據此特點(diǎn)，即可實(shí)現對振鈴的檢測。同時(shí)，在軟件部分進(jìn)行振鈴次數的檢測，達到一定次數后再摘機，避免誤檢測，從而提高系統的穩定性。

2.3 雙音多頻信號收發(fā)電路

　　電話(huà)查詢(xún)記錄儀工作狀態(tài)和溫濕度數據時(shí)，記錄儀接收到的密碼、指令都是DTMF信號，本設計選用OKI公司的芯片ML7005實(shí)現對DTMF信號的檢測解碼，見(jiàn)圖3。此款芯片能夠對DTMF信號、忙音信號、傳真信號進(jìn)行辨識，而且可以發(fā)送這三種信號。電話(huà)線(xiàn)上的DTMF信號經(jīng)變壓器耦合輸出的RXD進(jìn)入芯片ML7005，解碼數據由ML7005的D1~D4輸出，送單片機進(jìn)行識別和處理。

　　若記錄儀設置了報警電話(huà)號碼和報警溫濕度值，當環(huán)境溫濕度超標時(shí)，記錄儀自動(dòng)摘機并撥打報警電話(huà)，單片機讀取Flash中的報警電話(huà)號碼，ML7005將數據總線(xiàn)D1~D4上的二進(jìn)制碼鎖存，產(chǎn)生的DTMF信號TXD經(jīng)變壓器耦合到電話(huà)線(xiàn)路上，實(shí)現DTMF撥號。