基于電話網(wǎng)絡(luò)的家用電器遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

摘要：本文給出了基于電話網(wǎng)絡(luò)的家用電器遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的總體框圖。分析了振鈴檢測(cè)、DTMF解碼和實(shí)時(shí)時(shí)鐘DS12887的原理。對(duì)ISD2590的信息檢索模式提出了M1和M6相結(jié)合的使用方法，并設(shè)計(jì)出了硬件電路。經(jīng)過系統(tǒng)運(yùn)行，驗(yàn)證了該系統(tǒng)的有效性和實(shí)用性。
關(guān)鍵詞：家用電器；遠(yuǎn)程控制；家庭自動(dòng)化；電話網(wǎng)絡(luò)；振鈴檢測(cè)

0．引言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和電信業(yè)的發(fā)展，通過電話線進(jìn)行的遠(yuǎn)程通信越來越常見。人們通常采用MODEM進(jìn)行通信，但是在通信數(shù)據(jù)量不大，對(duì)通信速率要求不高的應(yīng)用場(chǎng)合，我們可以考慮一種DTMF通信方式，它具有接口簡(jiǎn)單，成本低廉且可靠性高的特點(diǎn)。本文介紹了一種電話遠(yuǎn)程控制家用電器的實(shí)現(xiàn)方法。用戶可通過任意一部雙音頻電話（包括手機(jī)、電話分機(jī)）對(duì)自己家庭安裝的家用電器進(jìn)行開機(jī)、停機(jī)、設(shè)定等操作。

1．系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)主要包括電話振鈴檢測(cè)電路、電話自動(dòng)摘掛機(jī)電路、DTMF信號(hào)解碼電路、語(yǔ)音提示電路以及整個(gè)系統(tǒng)的控制心臟CPU電路。當(dāng)有電話打入時(shí)，電話振鈴檢測(cè)電路檢測(cè)到有振鈴并等待至系統(tǒng)默認(rèn)的振鈴次數(shù)后，控制器自動(dòng)摘機(jī)，并在語(yǔ)音電路的提示下依次輸入用戶的操作密碼和操作指令。DTMF解碼電路將接收到的DTMF解碼后的數(shù)字信號(hào)送入CPU，若輸入密碼錯(cuò)誤達(dá)3次以上，系統(tǒng)自動(dòng)掛斷電話。當(dāng)進(jìn)入正常遙控狀態(tài)后，CPU用控制命令來開啟家用電器接口電路。整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

2．電話遠(yuǎn)程控制部分的實(shí)現(xiàn)方法

電話遠(yuǎn)程控制部分主要由電話振鈴檢測(cè)電路、自動(dòng)摘掛機(jī)電路、DTMF信號(hào)解碼電路、語(yǔ)音提示電路、實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路和CPU組成。CPU是整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，本系統(tǒng)采用AT89C51，所有電路都是在它的控制之下完成各種規(guī)定的操作。下面具體介紹各單元電路的設(shè)計(jì)方案。

2.1振鈴檢測(cè)電路設(shè)計(jì)

當(dāng)電話線路上沒有振鈴信號(hào)時(shí)，電話線路由電話交換機(jī)提供大約48V的直流電壓。當(dāng)用戶被呼叫時(shí)，電話交換機(jī)發(fā)出的約為70V的交流信號(hào)，經(jīng)全橋BRIDGE1極性校正后，使用高壓穩(wěn)壓二極管進(jìn)行降壓，然后輸入至光耦4N35的輸入端，輸出的脈沖方波信號(hào)再經(jīng)放大、整形后送至AT89Ｃ51的T0端，CPU對(duì)振鈴信號(hào)計(jì)數(shù)，完成整個(gè)振鈴音檢測(cè)和計(jì)數(shù)的過程。

圖2 振鈴檢測(cè)電路

2.2 DTMF解碼電路設(shè)計(jì)

遠(yuǎn)程用戶通過電話按鍵發(fā)送的DTMF信號(hào)，經(jīng)耦合電容的隔直、濾波后，由MT8870接收并進(jìn)行硬件譯碼，輸出的四位二進(jìn)制數(shù)據(jù)直接與AT89C51單片機(jī)的P1.0～P1.3口連接， MT8870接收到有效的DTMF信號(hào)并解出正確的BCD數(shù)據(jù)時(shí)，會(huì)使STD端置高電平，通知CPU取走數(shù)據(jù)。CPU從P1口讀入數(shù)據(jù)，去掉高四位后將數(shù)據(jù)保存于內(nèi)部R7寄存器單元，并對(duì)讀入的數(shù)值進(jìn)行判斷，從而得到遠(yuǎn)程控制者的輸入命令。

2.3實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)

DS12887為DALLAS公司生產(chǎn)的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，除具有實(shí)時(shí)鐘功能外，它還具有114字節(jié)的通用RAM，內(nèi)藏鋰電池。在本系統(tǒng)中，巧妙的應(yīng)用DS12887實(shí)現(xiàn)了以下功能：（1）多功能日歷、時(shí)鐘。（2）掉電保存各路家用電器開關(guān)狀態(tài)。（3）保存系統(tǒng)密碼，且密碼可在線更改。（4）結(jié)合軟件實(shí)現(xiàn)看門狗，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性。

AT89C51為INTEL系列總線，所以DS12887的MOT腳接地，AS，DS，RW分別與AT89C51 ALE，RD，WR管腳相連。為盡量節(jié)省I/O口線，對(duì)DS12887的讀寫不采用MOVX A，@DPTR 指令，而采用P3.5作為片選信號(hào)，對(duì)DS12887的讀寫全部采用MOVX A，@R0來完成。這樣可充分利用CPU的P2口，避免讀寫時(shí)影響電器狀態(tài)。

2.4語(yǔ)音提示電路設(shè)計(jì)

電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)利用語(yǔ)音提示

電路實(shí)現(xiàn)用戶和系統(tǒng)的交流。語(yǔ)音提

示電路預(yù)先存儲(chǔ)若干段系統(tǒng)提示音，AT89C51中央處理單元電路判斷用戶

發(fā)送的DTMF信號(hào)后，對(duì)語(yǔ)音提示電

路進(jìn)行尋址，播放相應(yīng)的提示音，從

而向用戶反饋信息提示下一步該如何

操作。

圖4 語(yǔ)音提示電路原理圖

本系統(tǒng)語(yǔ)音存儲(chǔ)采用了美國(guó)ISD公司的ISD2590芯片，該芯片具有抗斷電、音質(zhì)好，使用方便等優(yōu)點(diǎn)。有10個(gè)地址輸入端，尋址能力可達(dá)1024位；最多能分600段；設(shè)有OVF（溢出）端，便于多個(gè)器件級(jí)聯(lián)。與CPU接口電路如圖4 所示。

ISD2590的最高地址位A8(腳9)，A9(腳10)置為高電平時(shí)，芯片即進(jìn)入操作模式狀態(tài)。操作模式根據(jù)引腳A1～A8的高低電平不同組合總共分為6種不同的模式，實(shí)現(xiàn)不同的功能。

為盡量節(jié)省I/O口線，采用了M1和M6相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)ISD2590操作，將所需的語(yǔ)音通過開始/暫停按鈕一段一段從話筒錄入芯片，只需記住各段的序號(hào)即可。

ISD2590的信息檢索模式的使用方法：首先將芯片的錄放控制P/R端置高，地址位A4，A0置高，現(xiàn)在芯片即處于信息檢索模式的信息讀取狀態(tài)。要播放第N段的語(yǔ)音，先給PD端一高電平脈沖，使地址指針復(fù)位為0。因?yàn)樗械男蛱?hào)都以存儲(chǔ)器起始處為基準(zhǔn)，除第一段外，只需要CE端發(fā)送N-1個(gè)不大于10us低脈沖，即可使地址指針到達(dá)第N段的開始處，然后拉高A0，在CE端加一個(gè)低脈沖即可播放第N段的語(yǔ)音信息，直到此段后的EOM標(biāo)志出現(xiàn)為止。

由此可知準(zhǔn)確檢索的關(guān)鍵在于正確檢測(cè)到每一段的EOM結(jié)束標(biāo)志。因?yàn)樵诳爝M(jìn)狀態(tài)下，EOM脈沖的寬度只有10us左右，對(duì)于速度不高的單片機(jī)不易檢測(cè)到，此時(shí)可用外部中斷來檢測(cè)EOM標(biāo)志位。

3 軟件設(shè)計(jì)

如何利用有限的16種DTMF信號(hào)實(shí)現(xiàn)多樣的系統(tǒng)控制功能，是系統(tǒng)成功與否的關(guān)鍵，借助于軟件編程，系統(tǒng)可以對(duì)16種DTMF信號(hào)的任意組合進(jìn)行解釋，從而豐富了系統(tǒng)功能。系統(tǒng)軟件主要功能如下:

(1)系統(tǒng)身份認(rèn)證功能 為了保證只有合法用戶才能操作系統(tǒng)，電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)上線以后，用戶必須輸入密碼，待系統(tǒng)確認(rèn)后才具有對(duì)系統(tǒng)的操作權(quán)限。

(2)用戶信令解釋功能 對(duì)收到的用戶信號(hào)，系統(tǒng)按照軟件設(shè)定加以解釋，并決定對(duì)語(yǔ)音提示電路尋址，播放相應(yīng)的系統(tǒng)提示音，實(shí)現(xiàn)用戶和電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)間的交互操作，或者對(duì)外部受控設(shè)備發(fā)出相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

(3)軟件定時(shí)功能 系統(tǒng)軟件設(shè)定系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位的軟件定時(shí)器，定時(shí)器的設(shè)置值規(guī)定了系統(tǒng)一次上線工作的最大時(shí)間。若一次工作超時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)離線，進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。

4結(jié)語(yǔ)

利用智能電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)固定電話和移動(dòng)電話對(duì)空調(diào)器、電燈、電飯煲等家用電器設(shè)備的遠(yuǎn)程控制，如可以提前將居室的空調(diào)打開，一進(jìn)家門便享受清涼世界；用戶外出旅游或出差時(shí)，通過本系統(tǒng)開關(guān)居室的電燈、電視，造成有人在家的假象，提高家居安全。本系統(tǒng)可以擴(kuò)展用于數(shù)據(jù)通信量不大，速率要求不高的遠(yuǎn)程通信場(chǎng)合?？蓱?yīng)用于自動(dòng)防盜報(bào)警裝置、公話集中管理系統(tǒng)以及遠(yuǎn)程分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)對(duì)無人值守崗位的遠(yuǎn)程控制。該系統(tǒng)軟硬件實(shí)現(xiàn)技術(shù)具有接口電路簡(jiǎn)單、可靠性高、成本低、靈活性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

1．ISD全系列單片語(yǔ)音錄放電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用匯編，2000年
2．李華. mcs51系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù) 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1993年