【正文】 的通訊設(shè)備和線路對(duì) 家用電器和儀表進(jìn)行遠(yuǎn)程控制 , 已經(jīng)成為未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。同時(shí)電話屬半雙工通信 , 操作者可以通過(guò)各種提示音即時(shí)了解受控對(duì)象的有關(guān)信息，也可以根據(jù)反饋的信息進(jìn)行進(jìn)一步的操作。設(shè)計(jì)作品突出體現(xiàn)對(duì)電器的控 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 4 制功能，輔助以信息反饋、密碼修改及重置功能。 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 5 第 1 章 總體方案設(shè)計(jì) 總體設(shè)計(jì)分析 根據(jù)基于有線電話遙控電飯煲控制器的具體設(shè)計(jì)要求，需要做到以下幾點(diǎn)： 通過(guò)電話網(wǎng)對(duì)遠(yuǎn)程家用電器實(shí)行開(kāi)機(jī)、停機(jī)控制； 在振鈴達(dá)到 6 次后無(wú)人接聽(tīng)，控制器會(huì)模擬摘機(jī)； 控制器能進(jìn)行密碼校驗(yàn)； 電器控制完成后，要提示操縱者操作完成。 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 6 自動(dòng)摘掛機(jī)和電器的控制必須使用具體硬件電路 來(lái)實(shí)現(xiàn)。就如振鈴音計(jì)數(shù)，用硬件實(shí)現(xiàn)要用到計(jì)數(shù)電路，而用軟件計(jì)數(shù)，用外部中斷即可。 綜上所述，本設(shè)計(jì)的信號(hào)音檢測(cè)、自動(dòng)摘掛機(jī)、控制電器、 DTMF 解碼等功能模塊使用硬件電路實(shí)現(xiàn) ,而振鈴音計(jì)數(shù)、密碼校驗(yàn)、密碼修改、密碼重置、語(yǔ)音提示等功能模塊使用軟件編程完成。 在核心處理器外圍，有自動(dòng)摘掛機(jī)電路，振鈴檢測(cè)電路、 DTMF 解碼電路、語(yǔ)音提示電路、電器控制電路等接口電路。當(dāng)用戶被呼叫時(shí) , 電話交換機(jī)發(fā)來(lái)振鈴信號(hào)。振鈴以 5s 為周期 , 即 1s 送， 4s斷。 圖 基于穩(wěn)壓二極管和光耦隔離的電路設(shè)計(jì)方案 5V 電源電路 中 央 控 制 單 元 模擬摘掛機(jī)電路 振鈴檢測(cè)電路 開(kāi)關(guān)狀態(tài)顯示電路 電話 接口 DTMF 解碼電路 語(yǔ)音提示電路 驅(qū)動(dòng)電路 家用電器 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 8 當(dāng)沒(méi)有振鈴信號(hào)時(shí)，電話線的電壓為 48V 的直流電，而電容 C“隔直通交”，所以整流橋輸出電壓接近 0V， PULSE_OUT 端電壓接近 0V；當(dāng)振鈴信號(hào)來(lái)到時(shí)，振鈴信號(hào)通過(guò)電容 C 耦合，經(jīng)過(guò)二極管 D1～ D4 整流成為脈動(dòng)直流電壓， D5 穩(wěn)壓使光耦輸入端電壓不會(huì)太高，以免燒壞光耦， R1 起到限流作用， PULSE_OUT 會(huì)輸出脈沖，每振鈴1S,PULSE_OUT 端會(huì)有多個(gè)脈沖，因此 在程序處理上要特別注意，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)脈沖來(lái)到時(shí)，振鈴次數(shù)加一，再隔 5S 檢測(cè)是否有振鈴。 15V 的脈動(dòng)直流電，其峰值足以擊穿穩(wěn)壓管 D5，經(jīng) RC 充電，而 D6 穩(wěn)壓使輸出電壓穩(wěn)定在 5V 左右，使之能被單片機(jī)識(shí)別， 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 9 振鈴輸出端電壓升高。 方案 3是在方案 1和方案 2 的基礎(chǔ)上改進(jìn)得來(lái)的。 方案選擇 通過(guò)上述 3種方案的對(duì)比，方案 3穩(wěn)定性好，抗干擾強(qiáng)，程序處理簡(jiǎn)單，而且手上沒(méi)有穩(wěn)壓管，只有方案 3沒(méi)用到高壓穩(wěn)壓二極管。我們常用的電話機(jī)就是通過(guò)叉簧接上約 200Ω的負(fù)載，實(shí)現(xiàn)摘機(jī)目的；當(dāng)斷開(kāi)約 200Ω的負(fù)載 ,也就掛機(jī)了。電路形式如下圖 所示 (R1 為接入電話線兩端的負(fù)載 ). 圖 基于繼電器的模擬摘掛機(jī)控制方案 優(yōu)點(diǎn)：電路簡(jiǎn)單，控制容易，可靠性高。 圖 基于三極管的模擬摘掛機(jī)控制方案 優(yōu)點(diǎn)：功耗小。電路形式如下圖 所示 (R 為接入電話線兩端的負(fù)載 )。盡管三極管比光耦便宜，但方案 2控制電路中的其它元件較多，總體價(jià)格比方案 3 少不了多少。下面是這兩種方案的對(duì)比。由此可見(jiàn)用軟件解碼用到了信號(hào)處理及算法的知識(shí)，處理起來(lái)十分復(fù)雜。 優(yōu)點(diǎn)：不需要復(fù)雜的程序解碼，節(jié)省開(kāi)發(fā)時(shí)間，運(yùn)用簡(jiǎn)單，電路可靠。 方案 1：?jiǎn)纹瑱C(jī)產(chǎn)生提示音方案 人耳的反應(yīng)頻率范圍為 20Hz～ 20kHz，而 CCITT 規(guī)定的電話話音信號(hào)的頻率范圍是 300～ 3400Hz，因此，我們可以在 300～ 3400Hz 頻率范圍內(nèi)選擇兩個(gè)頻率，產(chǎn)生高音和低音，經(jīng)音頻放大集成電路放大后輸出到電話線上。根據(jù)需要錄音的條數(shù)，將錄音地址分段，發(fā)送錄音指令時(shí)，將錄音起始地址發(fā)送給錄音芯片，芯片就會(huì)從錄音起始地址開(kāi)始錄音，當(dāng)要放該條語(yǔ)音時(shí)，發(fā)送放音指令，同時(shí)將這條語(yǔ)音的起始地址發(fā)送給錄音芯片，它就會(huì)放出這條語(yǔ)音，放完后，再發(fā)送停止指令關(guān)閉發(fā)音。 缺點(diǎn)：更改語(yǔ)音時(shí)要重新錄音，語(yǔ)音總長(zhǎng)度有限，電路復(fù)雜。 優(yōu)點(diǎn)：控制簡(jiǎn)單，語(yǔ)音可以隨意更改，不需錄入。 方案 2 雖說(shuō)沒(méi)用方案 3 維護(hù)方便，但在人性化、語(yǔ)音情感流露方面，要比語(yǔ)音合成的稍好一些，另外芯片價(jià)格也不是很貴，大約 20元一片，相對(duì)便宜很多。常用的繼電器分為電磁繼電器和固態(tài)繼電器，以下是兩種繼電器方案的對(duì)比。 方式 2：與方式 1 正好相反。 方案 2：固態(tài)繼電器控制方案 固態(tài)繼電器是具有隔離功能的無(wú)觸點(diǎn)電子開(kāi)關(guān)，在開(kāi)關(guān)過(guò)程中無(wú)機(jī)械接觸部件。 方案選擇 基于安全以及控制多個(gè)家用電器的考慮，最好選擇用固態(tài)繼電器。數(shù)碼管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，內(nèi)部是將多個(gè) led 按照共陰或共陽(yáng)連接在一起，使用簡(jiǎn)單。 1602 內(nèi)部字符發(fā)生存儲(chǔ)器自帶 160個(gè)點(diǎn)陣字符圖形，還有供用戶自編 8 個(gè)的圖形字符。 優(yōu)點(diǎn)：顯示字符多，能顯示漢字。 電源電路方案 由于本 設(shè)計(jì)控制的是家用電器，必然用到 220V 交流電， 220V 轉(zhuǎn) 5V 給 CPU 及周邊電路供電，而用 4 節(jié) 電池供電顯然不經(jīng)濟(jì)、不方便。開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路將輸入的直流電轉(zhuǎn)換成脈沖電壓，再將脈沖電壓經(jīng)過(guò) LC濾波轉(zhuǎn)換成直流。 優(yōu)點(diǎn)：電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)節(jié)方便、輸出電壓穩(wěn)定性強(qiáng)、文波電壓小 缺點(diǎn)：功耗大，效率低。 圖 整體方案框圖 5V 串聯(lián)型穩(wěn)壓電源 STC 系 列 單 片 機(jī) 光耦控制模擬摘掛機(jī) 基于 RC 充放電和光耦 隔離的振鈴檢測(cè) 12864 開(kāi)關(guān)狀態(tài)顯示 電話 接口 DTMF 硬件解碼 錄音式語(yǔ)音提示 電磁繼電器 驅(qū)動(dòng) 家用電器 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 18 第 2 章 硬件電路設(shè)計(jì) 單元電路設(shè)計(jì) 在上一 章對(duì)整體電路方案做了擬定，本章將對(duì)擬定的方案作詳細(xì)的設(shè)計(jì)。 3Hz 的正弦波 , 電壓有效值為 90177。 圖 振鈴檢測(cè)電路 原理說(shuō)明：當(dāng)未 振鈴時(shí)，直流電壓不能通過(guò)電容 C16，電橋輸出端電壓約為 0V，光耦發(fā)射端無(wú)電壓，接收端輸出腳 RING 輸出高電平。因此每來(lái)一次振鈴， RING 輸出 低電平，單片機(jī)外部中斷有下降沿觸發(fā)方式，只要一來(lái)振鈴，單片機(jī)就能計(jì)數(shù)。光耦接收端接的 LED 燈，保證電流在 10mA 左右即可，限流電阻 R17 很好選。 至于 C19 的確認(rèn)，需要一個(gè)個(gè)測(cè)試確認(rèn)?？紤]到電容大小，并且折中，選擇容值為 22uF 的電容。當(dāng)交換機(jī)檢測(cè)到回路電流變大為 30mA 左右就認(rèn)為電話機(jī)已經(jīng)摘機(jī)。反之，光耦不導(dǎo)通，其等效電阻很大， R28 可看成沒(méi)有接入電話線兩端。至于 R28，網(wǎng)上查閱資料說(shuō)，在 200Ω左右就行了，通過(guò)測(cè)試， 200～ 300Ω的電阻都能實(shí)現(xiàn)摘掛機(jī)。 表 數(shù)字撥號(hào)鍵與對(duì)應(yīng)的頻率關(guān)系 數(shù)字鍵盤(pán) 高頻組（ Hz） 1209 1336 1477 1633 低頻組（ Hz） 697 1 2 3 A 770 4 5 6 B 852 7 8 9 C 941 * 0 D 通過(guò)專用的 DTMF 解碼芯片，將高低音頻信號(hào)分開(kāi)，經(jīng)過(guò)振幅檢測(cè)和譯碼，得到碼值，就能知道用戶撥打的號(hào)碼。 查閱 MT8870 芯片手冊(cè)，手冊(cè)中給出了單端模式輸入的典型電路，按照典型電路設(shè)計(jì)了下圖 的電路。當(dāng) MT8870 解出一個(gè)按鍵值而且輸出到外部時(shí)，其 STD 引腳會(huì)由低電平升為高電平，再經(jīng)過(guò)一段時(shí)間降為低電平 ,我們便可以利用此特點(diǎn)檢測(cè)到此引腳的變化，有訊號(hào)時(shí)便可馬上將 Q1～ Q4 引腳所產(chǎn)生的值讀入 CPU，然后解出電話的按鍵值。 元器件選擇：本電路基本上是根據(jù) MT8870 芯片手冊(cè)給出的電路設(shè)計(jì)的，電路已經(jīng)給出了各個(gè)元器件的參數(shù)，我只是拿來(lái)運(yùn)用而已。通常，集電極電阻選擇 1K～ 10K 均可，這里選用 1K。語(yǔ)音芯片設(shè)計(jì)成 SPI 總線方式，與單片機(jī)相連的引腳少，目前在語(yǔ)音合成設(shè)計(jì)中應(yīng)用很廣泛。當(dāng)要進(jìn)行分段錄音時(shí)，錄音完成后必須發(fā)送結(jié)束錄音命令，放音也是一樣的，只是放音結(jié)束時(shí)， 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 24 INT 會(huì)有個(gè)脈沖提示放音結(jié)束，單片機(jī)可根據(jù)該脈沖停止放音。手冊(cè)上給出了兩種模式：差動(dòng)輸入模式和單端輸入模式。單端輸入時(shí)語(yǔ)音信號(hào)幅度不要超過(guò) 32mV。 LM386 放大倍數(shù)為 20 倍，足 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 25 以放電音頻信號(hào)了，增大放大增益反而容易失真。 Ieq=(1+β )*Ibq； Icq=β *Ibq； Ieq*R23+Ibq*R25+Ube+Ieq*R30=3V； 其中放大倍數(shù)β取 200， Ube 取 ； 得： Ibq=； Ieq=162uA Ucq=3VIeq*R23= 由計(jì)算結(jié)果可知，靜態(tài)工作點(diǎn)選擇恰當(dāng)，加上麥克微伏級(jí)的信號(hào)輸入，經(jīng)過(guò)放大，不會(huì) 使信號(hào)失真。電路設(shè)計(jì)如下圖 所示。至于續(xù)流二極管， 1N4007 足以勝任。設(shè)計(jì)電路如下圖 所示。 電源電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)、 MT8870、 LM386 等芯片及電路供電為 5V， ISD4002 供電為 3V，而上一章說(shuō)了用 LM7805 穩(wěn)壓 5V，現(xiàn)在只需要在此基礎(chǔ)上穩(wěn)壓出 3V即可。選擇電阻時(shí)保證通過(guò) TL431 陰極的電流大于 1mA 即可。 5V 轉(zhuǎn) 3V電路，滿足 R5/R6=，取 R5=2K，則 R6 為 10K， R4 用于限流?？紤]到電路中的繼電器功耗稍大，最后電源改成了基于變壓器的串聯(lián)型穩(wěn)壓源(其電路在電源電路設(shè)計(jì)部分有說(shuō)明），同時(shí)麥克風(fēng)遠(yuǎn)離電源部分，錄音干擾問(wèn)題就解決了。 解決上述問(wèn)題后，還測(cè)試了單片機(jī)其他外圍電路。把錄音電路輸出端跳接到 LM386 輸入端， LM386 輸出端接上喇叭，對(duì)著麥克風(fēng)放音樂(lè)，聽(tīng)到喇叭能放出音樂(lè)，音質(zhì)效果好，錄音及音頻放大就沒(méi)有問(wèn)題。電話遠(yuǎn)程控制器接口與電話網(wǎng)接口相 連，撥打電話，控制器上的振鈴指示燈閃爍，閃爍周期為 5s，其間亮 1s，滅 4s。操作者在語(yǔ)音提示 10s 后無(wú)操作，控制自動(dòng)掛機(jī)。 Y N N N Y Y 圖 錄放音操作程序流程圖 開(kāi)始 發(fā)送錄音地址命令 等待錄音延時(shí) 等待錄音 按鈕按下 等待錄音 按鈕按下 發(fā)送放音地址命令 等待放音延時(shí) 等待按鈕釋放 發(fā)停止命令 發(fā)停止命令 等待按鈕釋放 是錄音按鈕？ 是最后一段？ LCD 初始化 是最后一段？ 開(kāi)機(jī)畫(huà)面顯示 結(jié)束 等待按鈕按下 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 31 主程序 控制器系統(tǒng)程序分為主程序和中斷處