基于51單片機設計的電話遙控器

進十年來，中國的固定電話業(yè)務呈現(xiàn)出舉世矚目的快速增長。1997年8月局用電話交換機總容量突破1億門，網(wǎng)絡規(guī)模躍居世界第二位，1999年7月固定電話用戶總數(shù)突破1億戶。
現(xiàn)代電話網(wǎng)絡是由交換機和電話傳輸線共同組成，它的性能已經(jīng)有了很大的進展，而且可靠性非常高。
遙控技術是通過一定的手段對被控物體實施一定距離的控制，常用的方式有無線電遙控、有線遙控、紅外線和超聲波遙控等。無線電遙控既是利用無線電信號對被控物體實施遠距離控制。無線電遙控不可避免的須占用一定的無線電頻率資源，造成電磁污染；常規(guī)的有線遙控需進行專門的布線，增加了投入；而紅外線、超聲波遙控則受距離所限?，F(xiàn)有的遙控方式中，還有載波通信控制手段和基于無線尋呼的遙控方式。載波方式即通過電力線傳遞信息，該方式只能局限于同一變電所、同一變壓器所轄范圍內。因此也存在距離問題，應用范圍有限?；跓o線尋呼的遙控方式利用了現(xiàn)有的尋呼頻率資源，不需占用額外的頻譜。而且，隨著尋呼網(wǎng)的全國聯(lián)網(wǎng)，其遙控的距離基本不受限制。但該方式的受控方動作滯后于控制方的操作，不具備實時性，而且不具備很高的可靠性。
電話遙控器作為一較新的課題與常規(guī)的遙控方式相比，顯示出一定的優(yōu)越性，不需進行專門的布線，不占用無線電頻率資源，避免了電磁污染。同時，由于電話線路各地聯(lián)網(wǎng)，可以充分利用現(xiàn)有的電話網(wǎng)，因此遙控距離可跨省市，甚至跨越國家。
電話屬雙工通信手段。因此，這可以大大體現(xiàn)出利用電話進行遙控的更大優(yōu)越性。操作者可以通過各種提示音即時了解受控對象的有關信息，從而進行進一步的操作。電話遙控這一課題目前已有涉足者，但是只是還只限于實驗室階段，因而距離實際應用，尤其是對于日常生活尚有一定的差距，并不能完全體現(xiàn)出電話遙控方式的雙工通信特點。本作品正是針對這一點進行了較大改進，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調試，已經(jīng)在宿舍連接電話經(jīng)過真正的交換機實驗并且成功。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。
作品為突出電話遙控的信息反饋功能，并使產(chǎn)品達到非常高性價比。故未對電話裝置的其他功能進行進一步的擴展，而且所有使用的集成電路和其它元器件都盡量選擇廉價的。在該作品的基礎上進行了功能擴展是很方便的。譬如:使用語音芯片作為信號音反饋，提高本作品的實用性（此次為了保證整體電路的廉價，所以并未使用語音芯片）。加上留言電路，主人不在家時客人留言。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現(xiàn)對環(huán)境聲響的監(jiān)聽；接上自動撥碼電路可定時將預定信息轉至主人傳呼機或特定電話，從而達到定時提醒主人的目的。本作品還可以應用于工廠企業(yè)的自動化控制等領域。

第一章 總體設計

電話遙控器由單片機構成主控部分，進行主要的信息處理，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外線的接口。其中包括鈴流檢測、摘掛機控制、忙音檢測、雙音頻DTMF識別，及語音提示電路。系統(tǒng)原理框圖如圖1.1所示

圖1.1
語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，作品的提示音使用程序產(chǎn)生。語音提示電路受單片機的控制產(chǎn)生相應的提示音提示，并通過反饋電路反饋至電話外線。從而使操作者對電器的操作達到交互式，并能即時了解有關的信息；顯示電路用于狀態(tài)設置時的顯示；控制部分即受控的終端，如前所述，可通過接駁不同的終端并對電話進行必要的改動從而達到功能的擴展。這一點，可使產(chǎn)品達到系列化。
本系統(tǒng)的每一個接口電路（振鈴檢測、模擬摘掛機、語音反饋、雙音頻解碼等）都已經(jīng)經(jīng)過實際的交換機在線實驗，具有很強的實用性。本系統(tǒng)使用最簡單的電路、最便宜的電路芯片實現(xiàn)了完善的功能。本系統(tǒng)還有許多可以添加的功能，具有很強的市場前景。
本裝置并聯(lián)于電話機的兩端，不會影響到電話機的正常使用。用戶通過異地的電話機撥通本裝置所連接外線的電話號碼，通過市局交換機向電話機發(fā)出振鈴信號。本裝置如果檢測到振鈴五次，即五次響鈴后無人接，自動摘機，進入密碼檢測，輸入正確后選擇被控制電器，然后輸入開或關進行遙控電器，完成后返回。

第二章 系統(tǒng)設計可行性分析

2.1 總體設計分析

根據(jù)電話遙控器的具體設計要求：

⑴ 通過電話網(wǎng)對異地的電器實現(xiàn)控制（開/關）；
⑵ 控制器可以實現(xiàn)自動模擬摘掛機；
⑶ 控制器設置密碼校驗；

我設計此系統(tǒng)必須具有以下單元功能模塊：

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

根據(jù)電話機和交換機發(fā)出的不同信號音以及電話線各種狀態(tài)的不同要求，我結合實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軟件編程而識別，即通過單片機發(fā)出的脈沖信號來檢測信號音單位時間內的脈沖個數(shù)計算出其頻率，從而完成信號音識別。但是從系統(tǒng)的可靠性和程序的結構設計上分析，我選擇了硬件來解決振鈴音檢測、忙音檢測、雙音頻信號解碼等功能模塊。
自動摘掛機和電器的控制必須使用具體硬件電路來實現(xiàn)。
振鈴音計數(shù)、忙音計數(shù)、密碼校驗、在線修改密碼、輸入信息分析、電器狀態(tài)查詢等功能模塊使用軟件編程方式要比硬件電路簡單的多，實現(xiàn)也很容易。
綜上所述，我設計信號音檢測、自動摘掛機、控制電器、雙音頻解碼等功能模塊使用硬件電路實現(xiàn)。而信號音計數(shù)、密碼校驗、在線修改密碼、信息分析、電器狀態(tài)查詢等功能模塊使用軟件編程完成。
下面就硬件以及軟件實現(xiàn)的單元電路分別進行具體分析。

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(wěn)定性，使整體電路達到比較高的穩(wěn)定性。

2.2.1自動摘掛機

因為程控電話交換機對電話摘機的響應是電話線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機已經(jīng)摘機。自動摘掛機電路可以通過單片機控制一個繼電器的開關，繼電器的控制端連接一個大約300Ω的電阻接入電話線兩端，從而完成模擬摘掛機。

2.2.2振鈴音的檢測

當用戶被呼叫時，電話交換機發(fā)來鈴流信號。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(jù)振鈴信號電壓比較高的特點，可以先使用高壓穩(wěn)壓二極管進行降壓，然后輸入至光電耦合器。經(jīng)過光耦的隔離轉換，從光電耦合器輸出的波形是時通時斷的正弦波，經(jīng)過RC回路進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(shù)器輸入口，完成整個振鈴音檢測和計數(shù)的過程。

2.2.3控制電器

此部分比較簡單，通過單片機控制多路繼電器的開關即可，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

此部分是整個系統(tǒng)的關鍵，它的工作情況直接決定了系統(tǒng)的可靠性。經(jīng)過翻閱大量的文獻資料，我發(fā)現(xiàn)使用電話專用的雙音頻編解碼芯片進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單，而且可靠性強。經(jīng)過專用集成電路的解碼，信號轉換成為不同的碼制信號，可以直接被單片機讀取。一般常用的電話雙音頻編解碼集成電路有8870、8880、8888等，經(jīng)過反復論證比較，我決定使用雙音頻解碼集成片MT8870來完成此功能模塊。有關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)過比較，我決定使用AT89C51作為控制的單片機芯片，具體有關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(shù)

本單元可以使用AT89C51的兩個計數(shù)器的外部中斷方式來實現(xiàn)對不同信號音的計數(shù)。

2.3.2密碼檢測

本單元可以在系統(tǒng)初始化的時候，在單片機內部的存儲器的內部開辟一塊空間放置密碼。當用戶輸入密碼的時候，單片機把輸入的密碼寫入另外的一塊空間，然后利用減法運算比較兩者是否相等。這樣就可以實現(xiàn)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，也可以用簡單的語句，稍微長一點的語句實現(xiàn)，例如CASE語句等。

經(jīng)過翻閱大量的技術資料，對具體要求實現(xiàn)的功能進行完整的系統(tǒng)分析，我認為我的電話遙控系統(tǒng)設計基本符合實際情況，可以完成設計任務所要求實現(xiàn)的基本功能。 第三章 硬件單元電路設計

3.1 振鈴檢測電路

在電話線路未來鈴流前，電話線路由電話交換機提供大約48V的直流電壓。當用戶被呼叫時，電話交換機發(fā)來鈴流信號。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，以五次鈴響為準，即五次振鈴后無人摘機，便由單片機控制自動模擬摘機。

圖3.1
原理說明：

電話振鈴信號通過電容C1隔直、D1穩(wěn)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。
光電耦合器以光電轉換原理傳輸信息，它不僅使信息發(fā)出端（一次側）與信息接收并輸出端（二次側）是絕緣的，從而對地電位差干擾有很強的抑制能力，而且有很強的抑制電磁干擾能力。速度高、價格低、接口簡單。
振鈴信號通過光耦4N25的4腳輸出振鈴正弦波，R2和C2共同組成濾波電路，信號到了開關三極管T1的基極就變成了方波。經(jīng)過三個反向器的整形輸出到單片機AT89C51的T0/P3.4口，中斷方式采用外部中斷，計數(shù)5次產(chǎn)生T0中斷，控制繼電器模擬摘機，完成振鈴音檢測。