基于单片机的电话远程控制家用电器专业系统设计.doc
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1、天 津 大 学 网 络 教 育 学 院专科毕业论文题目:基于单片机电话远程控制家用电器系统设计完毕期限:1月8日 至 4月20日学习中心:嘉兴专业名称:电气自动化技术学生姓名:陈峰学生学号:4指引教师:黄凯基于单片机电话远程控制家用电器系统设计引言遥控技术是通过一定手段对被控物体实行一定距离控制,惯用方式有无线电遥控、有线遥控、红外线和超声波遥控等。无线电遥控既是运用无线电信号对被控物体实行远距离控制。无线电遥控不可避免须占用一定无线电频率资源,导致电磁污染;常规有线遥控需进行专门布线,增长了投入;而红外线、超声波遥控则受距离所限。既有遥控方式中,尚有载波通信控制手段和基于无线寻呼遥控方式。载
2、波方式即通过电力线传递信息,该方式只能局限于同一变电所、同一变压器所辖范畴内。因而也存在距离问题,应用范畴有限。基于无线寻呼遥控方式运用了既有寻呼频率资源,不需占用额外频谱。并且,随着寻呼网全国联网,其遥控距离基本不受限制。但该方式受控方动作滞后于控制方操作,不具备实时性,并且不具备很高可靠性。 随着国内信息事业持续、迅速发展,通信基本设施日臻完善,固定电话、移动电话顾客总数接近两亿。运用既有通信终端,实现基于PLMN(陆基移动通信网)和PSTN(公用电话互换网)电话远程控制系统,既可以节约投资,又便于推广。电话远程控制系统(ITRCS),以CCITT及国内原则共同规定某些原则程控互换信令(D
3、TMF双音多频信号,振铃信号,回铃音信号等)作为系统控制命令,以PLMN与PSTN通信网作为传播介质,使顾客可以在远端运用固定电话或移动电话发送DTMF双音多频信号,实现对近端电器设备远程控制。 电话属双工通信手段。因而,这可以大大体现出运用电话进行遥控更大优越性。操作者可以通过各种提示音即时理解受控对象关于信息,从而进行进一步操作。电话遥控这一课题当前已有涉足者,但是还只限于实验室阶段,因而距离实际应用,特别是对于寻常生活尚有一定距离,并不能完全体现出电话遥控方式双工通信特点。本系统正是针对这一点进行了较大改进,采用单片机智能控制,运用不同提示音达到对于不同操作提示及对受控方状态信息反馈,从
4、而使操作者可以及时理解受控方信息,使产品达到交互式与智能化。系统为了突出高性价比,故未对电话装置其她功能进行进一步扩展,并且所有使用集成电路和其他元器件都尽量选取便宜。同步在该系统基本上进行功能扩展是很以便。譬如:加上留言功能,主人不在家时客人可以留言,运用遥控方式可使主人很以便地在异地提取留言信息;在各路终端上接上传感器即可实现对环境声响监听;接上自动拨码电路可定期将预定信息转至主人传呼机或特定电话,从而达到定期提示主人目。本系统还可以应用于工厂公司自动化控制等领域。 电话远程控制系统由单片机构成主控模块,进行重要信息解决,接受外部操作指令形成各种控制信号,并完毕对于各种信息记录;此外还涉及
5、振铃检测模块、模仿摘挂机控制、双音频DTMF译码模块、及电器驱动模块等。1 PSTN简介在通信系统和通信网络中,为保证设备间或顾客间互通和正常维护管理,除了需要传送话音、数据等业务信息外,还必要传送专用附加控制信号。对于程控互换系统,普通需要发送各种称之为“信铃”或“信号”(signal)控制信号,来完毕互换协调动作,实现顾客呼喊解决、接续、控制与维护管理等功能。随着通信技术迅猛发展,通信设备迅速增长,通信网络已遍及世界各地 。如何有效地运用这个丰富资源,设计出更好更有竞争力产品,为多数设计人员所关注。要设计出与之关于产品,就必要懂得存在于通信网络里某些基本信号和不同状况下检测办法。本章将简介
6、公用电话网络系统几种基本电信信号。1.1 公用电话网络基本电话信号1876年贝尔创造电话只是原始电磁式电话,是一对单向单工方式,并没有信号音之分。直到本世纪60年代电话机电子化,1963年浮现了第一台按键电话,60年代末CCITT提出了一种新发号方式:“双音多频”(DTMF)发号方式音频拨号。70年代末大规模集成电路浮现和程控互换网扩大,对电话状态提示规定产生了拨号、忙音、回铃音等各种信号音。当代传真机诞生,又增长了话网上调制问答信号音。 公用电话网基本电信信号涉及:振铃、拨号音、回铃音、忙音、阻塞音和无效号码音。同一信号构成成分却因不同国家和不同地区而不完全同样,甚至差别很大。当电话听筒从它
7、托架上拿起来,或者离开挂钩时,就开始祈求振铃功能,这时有直流信号流过环路,中央局互换设备检测到直流信号,就以为是祈求服务信号。只要电话在使用,就有直流信号流过,因此,互换机可以通过检测直流信号判断电话线与否还在使用。当直流信号中断时,互换机得知谈话已经结束了。因而,在本地环路中,直流信号用来振铃和管理。在顾客本地环路上传送地址信息有两种办法:第一种就是,电话拨号脉冲中断直流信号,互换机对拨号脉冲计数,拨号脉冲以10脉冲/秒速度产生;第二种办法就是以两个音频信号组合形成信号在顾客环路网上传播,叫做双音多频信号,双音多频拨号普通由四个高频信号(称高频群组)和四个低频信号(称低频群组)组合代表一种数
8、字,每个数字信号由高、低频群组中取一种频率构成,八中取二,共有十六种组合方式,可代表16种信息,组合状况如见下表1所示。在使用电话过程中大体有如下几种状况浮现:(1)拨号前,摘机后浮现拨号音或阻塞音(机线阻塞);(2)拨号后也许浮现无效号码音;忙音(如对方正在使用电话);回铃音+语音(对方听到铃响后回话);回铃,音+忙音(对方无人接听);语音+忙音(如所拨号码是移动电话,但对方未开电话,电信局送来提示语音后再送来忙音);几秒后语音提示(所拨号码为传呼机号码,传呼台送来提示拨号语音);几秒后忙音(所拨号码为传呼台号码,传呼台送来忙音);几秒后高频音(所拨号码为传呼机号码,传呼台发送来2KHz应答
9、信号)(3)振铃。表1 电话拨号数字相应高低频率组1.2 电话信铃检测与辨认 从上一节咱们可以懂得电话局向顾客传送各种信号,这一节咱们来看一下如何检测和辨认这些信号。一方面,来看一下这些信号各自含义。振铃:铃流用来呼喊被叫顾客。拨号音:用来告知主叫顾客可以拨号。回铃音:表达被叫顾客处在被振铃状态。忙音:表达本次接续遇到机线忙或被叫顾客忙。阻塞音:呼喊必要电话暂时无法使用,机线拥塞。电话网信号辨认原理是运用CPU中断和定期功能,检测输入信号周期和一定期间内采集到信号数量。由检测到周期可计算出信号频率,由定期窗口内采集到信号脉冲数量可以算出信号占空比。有了频率和占空比两个参数,就可以推断出信号类型
10、。对于拨号音、阻塞音和振铃状况,只需检测出信号频率和占空比,就可以推算出它是振铃信号、拨号信号还是阻塞信号。对于拨号后状况,要辨认信号有四种,其中三种为基本信号(回铃音、忙音和无效号码音),一种为传呼台2KHz应答信号。这些信号浮现时刻和持续时间均有很大差别。特别是出当前信号前语音信号,使得辨认工作变得复杂、困难。拨号后前五种是与打电话有关状况,后三种是与拨传呼机关于状况。以打电话为例,拨号后如果是忙音,则挂机延时后再拨,如果是回铃信号,则进一步检测对方与否摘机应答,何时摘机?依照拨号后浮现状况所述,给出打电话时波形图,如图1.1所示。 图1.1电话信铃波形图2 总体设计设计此系统必要具备如下
11、单元功能模块:(1)铃音检测、计数;(2)自动摘挂机;(3)密码校验;(4)双音频信号解码;(5)控制电器开关; 2.1系统总体设计框图ERPROM振铃检测与模仿摘/挂机电路电话线AT89C51单片机集中控制器DTMF解码电路语音录放电路语音控制电路图2.1 系统总体设计框图当需要遥控家用电器时,拨打相应电话号码,振铃检测电路检测铃流信号,如果有人接听电话或振铃次数少于6次,对程控电话使用不导致影响,当振铃次数达到6次后(次数可以通过软件任意设定),单片机启动语音提示电路发出提示音,询问与否进入家电控制模式,按“0”键否,挂机退出,按“1”键是,摘挂机电路自动摘机进入控制状态并将摘机信号输入到
12、单片机中,单片机接受到摘机信号后,启动语音提示电路发出提示音,提示操作者输入密码或是退出。输入密码经DTMF接受,转换成二进制数并与事先存储在单片机中密码比较,如果不相符,则语音提示密码错误,可再次重新输入,若三次密码错误则发提示音并自动挂机;如果密码相符则语音提示选取控制通道(按键18分别表达18号通道,分别控制8路电器)。通道选取后,按下“1”键表达启动该路电器,并有语音提示“该路电器已经启动”,按下“0”键表达关断该路电器,有提示音“该路电器已经关闭”,按下“”键则可挂机退出。若超时则自动挂机(时间可由软件设定)。2.2系统整体方案论证由于该系统其他模块都是固定,不需要做大变动,而唯一可
13、以有所不同就在于语音控制电路某些。语音控制某些设计不同就会导致整个系统设计方案不同。因此重要分析语音控制电路,可以使用录音芯片作为信号音反馈,提高本系统实用性,也可以不使用录音芯片,提示音使用程序产生,保证整体电路便宜。下面给出两种不同方案,并对其进行分析,最后选取其中一种方案。2.2.1两种方案分析方案一:使用录音芯片来完毕语音控制电路功能本文使用录音芯片是ISD1420,使用录音芯片可以使操作者能及时理解到受控家用电器信息,使产品达到交互式与智能化。具备各种手动控制方式、分段管理以便、多段控制时电路简朴、采样速度及录放音时间可调、每个单键均有开始停止循环各种功能等特点当运用ISD1420进
14、行录音时,外部音频信号通过话筒输入和线路输入方式进入,通过芯片内话筒放大器中自带自动增益调节,如果信号幅度在100mV左右即可直接进入线路输入端,音频信号经内部滤波器、采样电路解决后以模仿量方式存入专用快闪存储器中。放音时芯片内读逻辑电路从闪存中取出信号,通过一种低通滤波器送到功率放大器中,然后直接推动外部喇叭放音。方案二:提示音使用程序产生该方案可以减少该系统成本费用,语音提示电路受单片机控制产生相应提示音提示,并通过反馈电路反馈至电话外线。从而使操作者对电器操作达到交互式,并能即时理解关于信息。但是该方案在程序中实现会非常麻烦,增长了编程难度和软件调试难度。2.2.2最后选取方案依照以上分
15、析,决定采用方案一来完毕语音控制并形成如下总体设计方案:(1)DTMF解码电路采用FM 9270芯片接受从TEL0、TEL1输入双音多频信号并将其转换成二进制编码,然后输至单片机进行数据解决,进而实现控制功能。(2)语音提示电路采用ISD1420芯片,可以使操作者能及时理解到受控家用电器信息,使产品达到交互式与智能化。(3)主控制器采用AT89C51,它是一款与MCS51完全兼容且内部自带有4KBFlash存储器及256KB RAM单元芯片,因而可以不需此外扩展EEPROM及静态RAM就可以实现所需功能。3 硬件设计 重要器件:AT89C51单片机、ISD1420、FM92703.1 AT89
16、C51单片机AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器FPEROM低电压,高性能CMOS8位微解决器,俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业原则MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMELAT89C51是一种高效微控制器,为诸多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉方案。 1.重要特性:与MCS-51 兼容 4K字节可编程闪烁存储器 寿命:1000写/擦循环 数据保存时间:全静态工作:0Hz-24Hz三级程序存储器锁定128*8位内部RAM32可编程I/O线两个16位定期器/计数器5个中断源 可
17、编程串行通道低功耗闲置和掉电模式 本设计中选用AT89C51作为中央解决模块,下面对AT89C51作简要简介:AT89C51是Intel公司于20世纪80年代推出MCS-51系列单片机一种型号。下面是AT89C51单片机基本构造和关于引脚功能:中央解决器CPU为单片机核心;内部数据存储器RAM,用以存储各类数据;内部程序存储器ROM,用以存储程序指令或某些常数表格;每个8位并行I/接口(P0,P1,P2和P3)均可用做输入或者输出;两个定期器/计数器,用做外部事件计数或定期;内部中断系统具备5个中断源,其中两个外部中断源;1个串行接口电路,可用于全双工异步收发;内部时钟电路只需外接晶振和微调电
18、容,最高工作频率达到12MHz。AT89C51单片机采用40引脚双列直插(DIP)封装。串行通讯计算机CPU与其外部设备之间经常要进行信息互换,一台计算机与其她计算机之间也往往要互换信息,所有这样信息互换均称之为“通讯”。通讯方式可分为:并行通讯和串行通讯。串行通讯是指数据各位是一位一位地按顺序传送通讯方式。它突出长处是只需要一根传播线,甚至可以运用电话线作为传播线,这样就可以大大减少了传播成本,特别合用于远程通讯。其缺陷是传送速度较低。假设并行传送N位数据所需时间为T,那么串行传送时间至少为NT,而事实上总是不不大于NT。串行通讯两种基本方式环绕着当两个设备进行串行通讯时,如何才干保证接受机
19、接受到对的饿字符这个问题,普通采用通讯双方都承认两种传送方式(即通讯方式)。a异步传送方式在异步传送中,字符是按 格式进行传送。每帧格式如图所示。在帧格式中,先是一种起始为“0”,然后是5-8位数据,且规定低位在前,高位在后;接下来是奇偶校验位(可略),最后一位是停止位“1”。这种传送方式运用每一贝贞起、止信号来建立发送与接受之间同步。其特点是:没一帧内部各位均采用固定期间间隔,但贝贞与贝贞之间时间间隔是随机。接受机完全靠每一贝贞起始位与停止位来辨认字符传送是正在进行还是已经结束,或是一种新字符。这也是“异步”涵义所在。b同步传送方式同步传送方式是一种持续传送方式,它不必想异步传送方式那样要在
20、每个字符都要加上起、止位,而是在要传送数据块前加上同步字符SYN,并且数据没有间隙,使用同步传送方式,可以实现高速度、大容量数据传送。在用同步 传送方式时,为了保证接受对的无误,发送方除了传送数据外,还要将时钟信号同步传送。波特率在串行通讯中,有一种重要指标叫波特率。它定义为每秒钟传送二进制数码位数(亦称比特数),以位/秒作为单位。波特率反映了串行通讯速率,也反映了对传播通道规定:波特率越高,规定传播通道频带就越宽。在异步通讯中,波特率为每秒钟传送字符数和每个字符位数乘积。注意:波特率与时钟频率不是一回事。时钟频率波特率高得多,普通有两种选用办法:即高16倍或高64倍。须知,由于异步通讯双方各
21、自使用自己时钟源,若时钟频率等于波特率,则只要频率稍微有偏差就会导致接受错误。如果使用较高频率时钟,例如在一位数据内就有16或64个时钟,则捕获对的信号就可以得到保证。就串行通讯中数据传送方向而言,有所谓单工、半双工和全双工之分。a单工方式在这种方式中只容许在乎个方向传播数据。一种只作为数据发送器,一种只作为数据接受器,而不能进行相反方向数据传播。b半双工方式在这种方式中只有一条传播线。尽管传播可以双向进行,但任何时候只能是一种站发送,另一种站接受,为了控制线路换向,必要对收、发双方进行协调。这种协调既可以靠增长借口附加控制线路来实现,也可以用软件商定来实现。c.全双工方式在这种方式中有两条传
22、播线,因而,无论是对于传播哪个站来说,都容许发送和接受同步进行,显然,在这种方式下,两个传播方向资源必要完全独立,各个站均有独立接受器和发送器。2.1.7数字显示与键盘(1)数字显示某些数字显示电路采用数码显示管(共阳)动态显示方式,其使用以便,构造简朴,不用外加专门驱动芯片。 四位数码管构造及显示原理四位数码管是由发光二极管显示字段构成,由于制造材料不同,可相应发出红、黄、兰、紫等各种单色光。发光二极管可以有各种构成形式,其中七段显示屏应用最多,另一方面是“米”字显示屏。依照显示块内部发光二极管连接方式不同,又有共阴极和共阳极两种形式,如图所示。本系统采用是四位共阳极七段显示屏。由于发光二极
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