基于电话网络的智能控制家电系统设计
作者： 来源： 日期：2014-09-25 22:32人气：
摘要：本文电话远程控制系统以STC89C52RC单片机和MT8870双音多频解码集成电路为核心，借助公共电话网络，通过电话实现对远程设备智能化控制及用户留言功能。文章介绍了系统的组成、工作原理及程序设计方法。对振铃检测、模拟摘机、双音多频解码及语音提示等电路作了详细的说明。经过调试，本装置能实现远程控制家电设备和留言功能。其具有较高的实用价值，适用于家庭推广。
关键词：远程控制；STC89C52RC单片机；双音多频；家电设备
随着信息技术的快速发展，固定电话、移动手机已经普及千家万户，利用现有的个人通信终端，实现基于电话网络智能控制家电设备，既可节约投资，又便于推广。该系统以STC89C52RC单片机和MT8870双音多频解码集成电路为核心，借助公共电话网络，通过电话实现对远程设备智能化控制，同时可模拟家中有人活动的场景如的电视播放节目、夜间灯光打开等，以提供一定程度的安全防范。
1系统整体设计
系统按功能需求分为控制系统的启动、控制过程、控制结束三个阶段。提供给用户的功能有开启/关闭通道（通道接外部设备，如电灯、电脑、空调、电冰箱等）、修改密码、留言等功能。
系统的启动要求系统能够对振铃信号进行检测。当振铃次数在规定时间内达到设定值时，系统即进入远程控制。之后系统通过语音提示与用户进行交互。因此系统须提供语音提示功能和对用户按键的信息命令进行解释的功能。即系统能够播放相应的语音提示，用户根据提示进行按键操作。系统接收按键信息后执行相应的操作，如对外部受控设备发出相应的驱动信号。同时系统能够对按键错误进行判断处理。
本系统主要是针对无人环境中的电器设备进行控制的，即用户在世界各地随时可操作家电开关以提供安全生活环境，故对安全性、可靠性的要求较高。除了在硬件设计上采用电气隔离技术之外，软件中还需设置身份认证功能，保证只有合法用户才能操作该系统。
1.1系统结构及原理
本文所提出的电话远程控制系统包括振铃检测单元、模拟摘机单元、语音提示单元、中央控制（单片机）、双音多频（DTMF）解码译码单元等功能单元以及对外部设备的控制电路。图1所示为系统的结构框图。
图1系统结构框图
当无人在家时，用户可通过固定电话和移动手机在语音提示下实现对家电的远程控制或者用户留言功能。当有来电时，电话响铃的时间超过软件所设定的时间如超过30s后，系统便自动摘机，如果用户按下“1”，即选择了系统的远程控制功能，此时需要用户输入正确的密码方能对电器设备进行控制。为了防止非法用户暴力破解系统控制密码，在软件设计过程中规定当用户输入的密码错误次数达到3次时，系统就会自动挂机，从而对系统起到保护作用。如果来电用户按下“2”，即选择了系统的留言功能，此时便可以为你的朋友留言了。当有人在家中，且超过系统所设自动摘机时间接电话，用户只需关闭该系统电源即可停止操作。
在系统设计过程中，为了方便用户使用，系统提供语音提示界面，使其具有自动挂机、返回上一级菜单，修改密码、留言等功能。
2系统硬件设计
主控制电路采取STC89C52RC单片机作为主控芯片，外接晶振时钟频率为11.0592MHz。单片机系统由+5V电源供电，上电复位电路用一个10KΩ店主上拉到电源VCC，使主机处于正常工作状态，如图2所示。
2.1振铃检测模块
电话线路没有来电时，电话交换机提供的线路电压约为49.5V的直流信号。当用户呼叫时，电话交换机发来频率约为25Hz，交流电压有效值约为75V，周期为5s(1s送，4s断)的交流信号。根据振铃信号电压比平时外线电压高这个特点，设计和铃音检测电路如图3所示。本系统选取65V的稳压二极管，当电话处于来电状态时，稳压二极管导通从而进行振铃检测，通过光电耦合器接到单片机的外部中断端口0，就可设定系统的响铃次数，为系统自动摘机做准备。当电话处于未来电时，电话线的电压小于稳压二极管的反向导通电压，稳压二极管截止，不进行振铃检测。
图3振铃检测电路
图3中所示的光电耦合器件TIL113是一种达林顿输出型隔离耦合器件，它常用于较远距离的信号隔离传送，以及大电流、低容抗、快速关断等器件的控制，也用于通信、遥控逻辑隔离、报警监控电路等。一方面光电耦合器可以起到隔离两个系统地线的作用，使两个系统的电源相互独立，消除地电位不同所产生的影响。另一方面，光电耦合器的发光二极管是电流驱动器件，可以形成电流环路的传送形式。光电耦合器以光电转换原理传输信息，它使信号输入端（一次侧）与信号接收端（二次侧）可靠的隔离开，而且有很强的抑制电磁干扰能力。该器件具有稳定性高、价格低、与单片机连接简单等优点。
2.2自动模拟摘挂机
根据国家有关标准规定：不论任何电话机，摘机状态的直流电阻应≤300Ω，在挂机状态下，其漏电流≤5uA。当用户摘机时，电话机通过叉簧接上约300Ω的负载，使整个电话线回路流过约30mA的电流。电话交换机检测到该电流后便停止铃流发送，并将线路电压降大约为7.5V直流电，完成接通。
模拟摘挂机电路设计如图4所示。当单片机检测到系统设定的振铃次数后，送出摘机信号：P3.5输出低电平，驱动三极管Q1导通，此时继电器闭合，电阻接入电路中，实现摘机。若需要挂机时，则P3.5输出高电平继电器断开，电路没有形成回路，实现挂机。
图4自动模拟摘挂机
2.3双音多频解码
双音多频解码器是用于获取和解析双音多频信号的，其主要的工作就是从电话线上取得双音多频信号，然后对信号进行滤波，辨识出其中对应的标准DTMF信息，并对其译码成为二进制形式。MT8870是MITEL公司生产的DTMF解码器，为CMOS电路，DIP封装。它具有DTMF信号分离滤波和译码功能，内部有差动运算放大器，可通过引出的引脚调节放大增益。可直接与MCS-51系列单片机连接，解码输出可直接共给单片机使用。MT8870与单片机接口的电路设计图如图5所示。
关键词：远程控制；STC89C52RC单片机；双音多频；家电设备
随着信息技术的快速发展，固定电话、移动手机已经普及千家万户，利用现有的个人通信终端，实现基于电话网络智能控制家电设备，既可节约投资，又便于推广。该系统以STC89C52RC单片机和MT8870双音多频解码集成电路为核心，借助公共电话网络，通过电话实现对远程设备智能化控制，同时可模拟家中有人活动的场景如的电视播放节目、夜间灯光打开等，以提供一定程度的安全防范。
1系统整体设计
系统按功能需求分为控制系统的启动、控制过程、控制结束三个阶段。提供给用户的功能有开启/关闭通道（通道接外部设备，如电灯、电脑、空调、电冰箱等）、修改密码、留言等功能。
系统的启动要求系统能够对振铃信号进行检测。当振铃次数在规定时间内达到设定值时，系统即进入远程控制。之后系统通过语音提示与用户进行交互。因此系统须提供语音提示功能和对用户按键的信息命令进行解释的功能。即系统能够播放相应的语音提示，用户根据提示进行按键操作。系统接收按键信息后执行相应的操作，如对外部受控设备发出相应的驱动信号。同时系统能够对按键错误进行判断处理。
本系统主要是针对无人环境中的电器设备进行控制的，即用户在世界各地随时可操作家电开关以提供安全生活环境，故对安全性、可靠性的要求较高。除了在硬件设计上采用电气隔离技术之外，软件中还需设置身份认证功能，保证只有合法用户才能操作该系统。
1.1系统结构及原理
本文所提出的电话远程控制系统包括振铃检测单元、模拟摘机单元、语音提示单元、中央控制（单片机）、双音多频（DTMF）解码译码单元等功能单元以及对外部设备的控制电路。图1所示为系统的结构框图。
图1系统结构框图
当无人在家时，用户可通过固定电话和移动手机在语音提示下实现对家电的远程控制或者用户留言功能。当有来电时，电话响铃的时间超过软件所设定的时间如超过30s后，系统便自动摘机，如果用户按下“1”，即选择了系统的远程控制功能，此时需要用户输入正确的密码方能对电器设备进行控制。为了防止非法用户暴力破解系统控制密码，在软件设计过程中规定当用户输入的密码错误次数达到3次时，系统就会自动挂机，从而对系统起到保护作用。如果来电用户按下“2”，即选择了系统的留言功能，此时便可以为你的朋友留言了。当有人在家中，且超过系统所设自动摘机时间接电话，用户只需关闭该系统电源即可停止操作。
在系统设计过程中，为了方便用户使用，系统提供语音提示界面，使其具有自动挂机、返回上一级菜单，修改密码、留言等功能。
2系统硬件设计
主控制电路采取STC89C52RC单片机作为主控芯片，外接晶振时钟频率为11.0592MHz。单片机系统由+5V电源供电，上电复位电路用一个10KΩ店主上拉到电源VCC，使主机处于正常工作状态，如图2所示。
2.1振铃检测模块
电话线路没有来电时，电话交换机提供的线路电压约为49.5V的直流信号。当用户呼叫时，电话交换机发来频率约为25Hz，交流电压有效值约为75V，周期为5s(1s送，4s断)的交流信号。根据振铃信号电压比平时外线电压高这个特点，设计和铃音检测电路如图3所示。本系统选取65V的稳压二极管，当电话处于来电状态时，稳压二极管导通从而进行振铃检测，通过光电耦合器接到单片机的外部中断端口0，就可设定系统的响铃次数，为系统自动摘机做准备。当电话处于未来电时，电话线的电压小于稳压二极管的反向导通电压，稳压二极管截止，不进行振铃检测。
图3振铃检测电路
图3中所示的光电耦合器件TIL113是一种达林顿输出型隔离耦合器件，它常用于较远距离的信号隔离传送，以及大电流、低容抗、快速关断等器件的控制，也用于通信、遥控逻辑隔离、报警监控电路等。一方面光电耦合器可以起到隔离两个系统地线的作用，使两个系统的电源相互独立，消除地电位不同所产生的影响。另一方面，光电耦合器的发光二极管是电流驱动器件，可以形成电流环路的传送形式。光电耦合器以光电转换原理传输信息，它使信号输入端（一次侧）与信号接收端（二次侧）可靠的隔离开，而且有很强的抑制电磁干扰能力。该器件具有稳定性高、价格低、与单片机连接简单等优点。
2.2自动模拟摘挂机
根据国家有关标准规定：不论任何电话机，摘机状态的直流电阻应≤300Ω，在挂机状态下，其漏电流≤5uA。当用户摘机时，电话机通过叉簧接上约300Ω的负载，使整个电话线回路流过约30mA的电流。电话交换机检测到该电流后便停止铃流发送，并将线路电压降大约为7.5V直流电，完成接通。
模拟摘挂机电路设计如图4所示。当单片机检测到系统设定的振铃次数后，送出摘机信号：P3.5输出低电平，驱动三极管Q1导通，此时继电器闭合，电阻接入电路中，实现摘机。若需要挂机时，则P3.5输出高电平继电器断开，电路没有形成回路，实现挂机。
图4自动模拟摘挂机
2.3双音多频解码
双音多频解码器是用于获取和解析双音多频信号的，其主要的工作就是从电话线上取得双音多频信号，然后对信号进行滤波，辨识出其中对应的标准DTMF信息，并对其译码成为二进制形式。MT8870是MITEL公司生产的DTMF解码器，为CMOS电路，DIP封装。它具有DTMF信号分离滤波和译码功能，内部有差动运算放大器，可通过引出的引脚调节放大增益。可直接与MCS-51系列单片机连接，解码输出可直接共给单片机使用。MT8870与单片机接口的电路设计图如图5所示。
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