電話(huà)智能遙控器的硬件設計

摘    要：本文主要介紹電話(huà)智能遙控器的硬件設計思路，并對其各部分工作原理進(jìn)行說(shuō)明。
關(guān)鍵詞：遙控器；智能；電話(huà)機原理

概述
電話(huà)智能遙控器是一個(gè)用來(lái)控制各種家電的設備，它通過(guò)來(lái)自電話(huà)的控制信號來(lái)實(shí)現對家電的控制。當用戶(hù)不在家時(shí)，通過(guò)隨身攜帶的移動(dòng)電話(huà)或者身邊的固定電話(huà)，拔通家里的電話(huà)，依照事先規定的一些規則，通過(guò)在電話(huà)里的語(yǔ)音提示，進(jìn)行不同的數字按鍵操作來(lái)完成對不同家電的控制，達到用戶(hù)的預期目的。

電話(huà)智能遙控器的設計
電話(huà)智能遙控器的結構
單片機是該方案的主控部分，進(jìn)行各種信息、信號的處理，接收外部操作指令，通過(guò)軟件的輔助形成各種控制信號，并記錄各種信息。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、雙音多頻(DTMF)識別及語(yǔ)音反饋電路。從而可建立密碼設置與核對部分，進(jìn)一步增加了裝置的安全和可靠性。電話(huà)智能遙控器的結構如圖1所示。
電話(huà)智能遙控器各部分工作原理
振鈴檢測部分的工作原理
這是一個(gè)檢測電路，它的工作目的是將電話(huà)線(xiàn)上的振鈴信號轉化成脈沖方波，使單片機適時(shí)控制模擬摘機電路工作，其電路如圖2所示。用戶(hù)第一次拔號時(shí)，光電耦合器1、2端有電流，4端為高電平，觸發(fā)計數器CD4017開(kāi)始計數，同時(shí)也觸發(fā)延時(shí)復位電路開(kāi)始延時(shí)。即CD4017的2端為高電平，使三極管V1導通，NE555的輸入端(2腳)為高電平，NE555被觸發(fā)開(kāi)始延時(shí)，控制用戶(hù)掛斷重拔，這樣重復進(jìn)行4次拔號，計數器的1端為高電平，其它均為低電平，這時(shí)V2被觸發(fā)導通，使單片機的INT1端為高電平。此時(shí)電路就完成了一次振鈴檢測，將檢測到的信號交給單片機，使單片機發(fā)出進(jìn)行模擬摘機的信號。
在拔號過(guò)程中要特別注意，一定要在延時(shí)復位電路所設定的延時(shí)時(shí)間內完成5次拔號，否則用戶(hù)拔號次數還不夠，延時(shí)電路將自動(dòng)使計數器復位，回到初始狀態(tài)，這樣振鈴檢測就會(huì )失敗，就不能進(jìn)行接下來(lái)的各種操作。當然這也是該設計保護正常通信的有利之處，因為正常的通信不可能在較短的時(shí)間內連續拔5次電話(huà)。
當有人拔打電話(huà)時(shí)，如果電話(huà)空閑，交換機就向你的電話(huà)機發(fā)送振鈴信號，該信號電壓較大，是75~105V的交流信號，即這時(shí)電話(huà)線(xiàn)上有振鈴信號，此信號經(jīng)過(guò)C1、R1、Z1等加在了光電耦合器的1、2端，電容C1和電阻將振鈴信號耦合到光電耦合器上，另外，因為電話(huà)用戶(hù)平時(shí)由程控機饋送48V直流信號，所以電容C1起隔離作用，可以使控制器不受其它信號的干擾，不會(huì )誤動(dòng)。而D1可去掉振鈴信號的負極性，以保護光電耦合器中的二極管安全工作。
無(wú)論是正常通信還是控制電話(huà)的拔打都會(huì )產(chǎn)生同樣的振鈴信號，所以單依靠以上的電路是很難區分的，這樣就有可能產(chǎn)生誤動(dòng)，影響正常的通信。因此在設計時(shí)增設了計數和延時(shí)電路，將遙控信號和其它通信信號區分開(kāi)來(lái)。
該電路的設計目的是用戶(hù)在進(jìn)行遙控時(shí)要完成提前所設定的某項約定，例如在3分鐘內用戶(hù)連續拔號5次(發(fā)出5次振鈴流)，才能有方波信號加到AT89C51的INT1端，使單片機產(chǎn)生模擬摘機信號。當然，這里的時(shí)間是由NE555構成的延時(shí)電路決定的，不同用戶(hù)可根據自己的情況對電路中可變電阻PR的改變來(lái)設定不同的時(shí)間。所以通過(guò)此電路的作用，只有控制振鈴信號才能在單片機INT1端輸入信號，使其進(jìn)行另外的工作。
在該控制器中，拔號通話(huà)次數計數電路是由電阻R2，電容C2，計數器CD4017等構成的。當光電耦器4腳有信號到CD4017的觸發(fā)端14上時(shí)，由于自動(dòng)復位電路的(即延時(shí)電路)作用，CD4017處于初始態(tài)，3腳為高電平，其它均輸出低電平，經(jīng)第一次拔號通話(huà)振鈴時(shí)，CD4017將2腳翻轉為高電平，其它仍為低電平。2腳高電平用于對自動(dòng)復位電路的控制以達到計數與延時(shí)的同步；再拔號通話(huà)4次，CD4017將1腳轉為高電平，其它為低電平，1端高電平用于控制單片機進(jìn)行模擬摘機操作。在此過(guò)程中，約定拔號通話(huà)振鈴必須在延時(shí)復位的時(shí)間內完成，如果5次拔號的時(shí)間超過(guò)了設定的時(shí)間，CD4017將自動(dòng)復位，從而拔號作廢，使單片機不能發(fā)出模擬摘機的信號，所以拔號次數必須在設定的時(shí)間內。
這里拔號通話(huà)并非是要其真正通話(huà)，而只是讓被控方的電話(huà)有振鈴流。但必須即時(shí)中斷，以保證在約定的時(shí)間內完成5次呼叫，即有5次振鈴流的產(chǎn)生，且在該電路中，同一次拔號里的多次間隔振鈴只能算作一次拔號通話(huà)。
在該設計中，當第一次振鈴時(shí)，計數器(CD4017)的2端是高電平并送到NE555的觸發(fā)端，使計數和延時(shí)同步，即經(jīng)過(guò)規定的時(shí)間后，NE555的輸出端(3腳)輸出一個(gè)高電平以控制計數器自動(dòng)復位。該延時(shí)器的延時(shí)長(cháng)短由電容C1和電阻R來(lái)確定 ，其關(guān)系式為：
t=1.1RC=1.1(R1+PR)C1
根據用戶(hù)的需要，可改變PR的值來(lái)設定不同的延時(shí)時(shí)間?？傊?，設定了時(shí)間后，計數器就復位，在這段時(shí)間內用戶(hù)應有足夠的時(shí)間去完成4次拔號。否則不能使計數器CD4017對單片機的INT1端輸入信號，即不能完成模擬摘機，遙控將失敗。因此要實(shí)現遙控電器就要從第一次拔號通話(huà)開(kāi)始，在延時(shí)電路設定時(shí)間內完成4次拔號通話(huà)，使單片機起動(dòng)。第一次拔號的完成，也就是延時(shí)電路的起動(dòng)。
模擬摘機部分的工作原理
該電路是通過(guò)單片機發(fā)出模擬摘機信號，使三極管V3、V4分別導通，使振鈴流通過(guò)電阻R形成回路，從而達到模擬摘機的目的，使控制用戶(hù)能與智能控制器進(jìn)行通話(huà)，達到在遠距離對電器的控制，電路如圖3所示。
根據國家標準的規定：電話(huà)機摘機狀態(tài)的直流電阻應<300W，有“R”鍵的電子電話(huà)機的摘機狀態(tài)電阻應<350W，在掛機狀態(tài)下。根據這一規定，在該電路中選定R1+R2=250W。
RXD為高電平時(shí)，V4和V3分別導通和關(guān)斷，使電話(huà)線(xiàn)通過(guò)極性保護電路與電阻R連接，從而實(shí)現模擬摘機。而當RXD為低電平時(shí)，V4不導通，V3導通，電話(huà)線(xiàn)上的振鈴流不能形成回路，不能達到模擬摘機的目的。
該電路的開(kāi)關(guān)器件V3、V4是由單片機來(lái)控制通斷的，所以其智能性能極高，與人去摘下電話(huà)沒(méi)有什么區別，因此，基本上不會(huì )出現誤動(dòng)，進(jìn)而保證該設計的可行性。
不過(guò)要注意，該部分電路的工作電源是由程控交換機提供的48V直流電壓，所以要注意各種元器件的參數選取，以保證該電路能安全工作。
雙音多頻解調部分的工作原理
雙音多頻解調是由集成電路MT8870來(lái)完成的，其電路如圖4所示。它將電話(huà)線(xiàn)上的雙音多頻信號轉換成單片機能識別的BCD碼交給單片機進(jìn)行信號處理和操作。
MT8870的2、3腳接收來(lái)自電話(huà)線(xiàn)上的雙音多頻脈沖信號，其中，電容C用于隔離48V的直流電壓。該雙音多頻信號先經(jīng)其內部的拔號濾波器，濾除拔號信號，然后經(jīng)前置放大后送入濾波器，將雙音多頻信號按其高、低音頻信號分開(kāi)，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(guò)數字運算，在其數據輸出端(11~14腳)輸出相對應的8421碼，最后送入單片機AT89C51中。
MT8870的數據輸出端Q4~Q1連到AT89C51的P1口的P1.0~P1.3上，CPU經(jīng)P1識別4位代碼，電話(huà)按鍵與相應譯碼(Q4~Q1)的輸出相對應。其中A、B、C、D 4個(gè)按鍵常被當作R/P、REDIAL、HOLD和HANDSFREE等功能使用，需要特別注意的是：對于“0”字號碼，MT8870輸出的8421碼并非是“0000”，而是“1010”，另外“*”、“#”字號碼，MT8870輸出的8421碼分別為“1011”和“1100”。
為了使單片機AT89C51獲取有效的數據，MT8870的STD有效端經(jīng)反相后接CPU的INT0引腳。當MT8870獲取有效雙音多頻信號后，STD電阻低變高，再反相為低，CPU檢測后，指示P1口接收有效二進(jìn)制代碼，而無(wú)效的雙音多頻信號(電話(huà)線(xiàn)雜音，人們的語(yǔ)音信號等)是不會(huì )引起MT8870的STD端變化的。
在實(shí)際應用中，存在著(zhù)這樣一個(gè)問(wèn)題：MT8870使能控制端不允許中斷時(shí)，將使MT8870的STD端中斷關(guān)閉。其解決辦法是，將STD端接與非門(mén)一輸入端，當STD有效(即中斷開(kāi)放)時(shí)，P=1，則INT0中斷關(guān)閉；P=0，則INT0中斷允許。
單片機工作原理
在該設計中，利用AT89C51的特點(diǎn)，用它對外界的各種信號進(jìn)行處理和操作，并且根據其工作原理和各種工作要求增設外部的設備，以致能保持AT89C51單片機正常工作，使其對各種信號進(jìn)行分析處理并發(fā)出控制家用電器的信號。

結語(yǔ)
本設計是通過(guò)通信設備實(shí)現對家用電器的控制，在安裝測試過(guò)程中，整個(gè)硬件組成單元基本已經(jīng)能按設計目的實(shí)現。在硬件測試時(shí)要特別注意元器件的焊接良好，同時(shí)要注意對靜電的防止，以免對集成電路的損傷。另外選擇單片機要特別注意，不同類(lèi)型的單片機將出現不同的軟件程序，所以一定要使用比較熟悉而且簡(jiǎn)單好用的單片機，以免出現程序混亂造成安裝失敗?！?/P>

參考文獻
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