【文章內(nèi)容簡介】 。它包括一個帶增益可調(diào)放大器的 DTMF 接收器和一個 DTMF 發(fā)送器。其中濾波電路采用高頻群和低頻群兩個六階開關(guān)電容帶通濾波器，解碼采用數(shù)字計數(shù)器技術(shù)來確定輸 入的 DTMF 音調(diào)的頻率，并將其譯成標準的四位二進制碼。發(fā)送器采用開關(guān)電容 D/A 變換器。片內(nèi)使用了一個脈沖計數(shù)器，能合成精確的音調(diào)脈沖，保證音調(diào)脈沖準確的定時發(fā)送。 MT8870 提供了一個標準的微處理器總線接口，可以直接與 MCS51 系列 MCU 和微機接口。它還可以選用呼叫進展方式工作，通過呼叫進展濾波器來檢測特定通帶內(nèi)的信號頻率，供微處理機或計數(shù)器電路分析，以確定檢測到的呼叫進展音的性質(zhì)。它從接收端接收來自電話機的雙音多頻脈沖信號該雙音多頻信號先經(jīng)其內(nèi)部的撥號音濾波器，濾除撥號音信號，然后經(jīng)前置放 大后送入雙音頻 濾波器，將雙音頻信號按高，低音頻信號分開，再經(jīng)高、 低群濾波器，幅度檢測器送入輸出譯碼電路，經(jīng)過數(shù)字運算后，在其數(shù)據(jù)輸出端輸出相對應的 8421 碼 [5]。其芯片引腳圖如圖 24 所示。 圖 24 MT8870河北工程大學畢業(yè)設計說明書 8 ZigBee 控制模塊 CC2530 CC2530 是用于 、 ZigBee 和 RF4CE 應用的一個真正的片上系統(tǒng) (SoC)解決方案。它能夠以非常低的總的材料成本建立強大的網(wǎng)絡節(jié)點。 CC2530 結(jié)合了領先的 RF 收發(fā)器的優(yōu)良性能，業(yè)界標準的增強型 8051CPU，系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存，8KBRAM 和許多其他強大的功能。 CC2530 有四種不同的閃存版本 ，CC2530F32/64/128/256，分別具有 32/64/128/256KB 的閃存。 CC2530 具有不同的運行模式，使得它尤其適應超低功耗要求的系統(tǒng)。運行模式之間的轉(zhuǎn)換時間短進一步確保了低能源消耗。 CC2530 整合了業(yè)界領先的 業(yè)標準的增強性 8051MCU 的卓越性能，還包 括了 8kB 的 SRAM，大容量 flash 以及許多其他的強大特性。 CC2530 芯片上系統(tǒng) (soc)是高度集成的解決方案，僅需要很少的外置元件，且所選用元件均為低成本型，可支持快速，廉價的 ZigBee 節(jié)點的構(gòu)建。 CC2530芯片系統(tǒng)保持了 CC2520 所包含的作射頻性能，包括了超低功耗、高靈敏度，出眾的抗噪聲及抗干擾性能，所集成的 MCU 為強大的 8 位，單周期 8051 微控制器核心 (其典型性能可達到標準的 8 倍 )。另外， CC2530 還包括了許多強大的外設資源，如 DMA、定時 /計數(shù)器、看門狗定時器 ， aes128 協(xié)處理器， 814 位 ADC、 USART，睡眠定時器，上電復位電路，掉電檢測電路以及 21 個可編程 I/O 引腳。 其芯片引腳圖如圖 25 所示。 圖 25 CC2530河北工程大學畢業(yè)設計說明書 9 振鈴檢測及模擬摘掛機模塊 振鈴檢測電路的作用就是檢測電話線上有無鈴流信號，并將鈴流信號狀態(tài)傳輸給單片機， 使 單片機能夠有效實施 對 家電的遠程控制。 由于 該系統(tǒng)并聯(lián)在電話機的兩端，并且不能影響電話的正常使用，所以要求系統(tǒng)在接到鈴流信號后不能馬上動作，只有在達到設定的響鈴次數(shù)后，才默認家里無人， 允許 電力摘機響應。鈴流未到達前，電話線上存在大于 48V的直流電壓。當有振鈴信號時，電話線上的鈴流信號為 (90V177。 15)V、 25Hz的交流信號。其中直流電壓為 48V 左右，交流電壓為 (25V177。 15)V、 25Hz 的正弦信號。鈴流信號進入檢測電路以后，首先用高壓電容進行隔直，再經(jīng)濾波穩(wěn)壓以后，經(jīng)過光耦再通過觸發(fā)器最后輸出標準的高低電平給單片機，單片機通過對鈴聲信號的計數(shù)，當響鈴次數(shù)達到設定值時，就發(fā)出指令讓繼電器閉合，實現(xiàn)模擬摘機狀態(tài)。根據(jù)這個原理，系統(tǒng)設計了一個振鈴檢測及模擬摘掛機的電路如圖 26所示。 圖 26 振鈴檢測及模擬摘掛機 DTMF 信號解碼模塊 雙音多頻 DTMF(Dual Tone Multi Frequency)，有高頻群和低頻群組成，高低頻群各包含 4 個頻率。一個高頻信號和一個低頻信號疊加組成一個組合信號，代表一個數(shù)字。DTMF 信令有 16 個編碼。雙音多頻的撥號鍵盤是 44 的矩陣，每一行代表一個低頻，每一列代表一個高頻。每一個按鍵就發(fā)送一個高頻和低頻的正弦信號組合，比如 1 就相當于 697Hz 和 1209Hz。交換機可以解碼這些頻率組合并確定所對應的按鍵。 DTMF 編解碼器在編碼時將擊鍵或數(shù)字信息轉(zhuǎn)換成雙音信號并發(fā)送，解碼時在收到的 DTMF 信號中檢測擊鍵或數(shù)字信息的存在性。一個 DTMF 信號有兩個頻率的音頻信號疊加構(gòu)成。這兩個音頻信號的頻率來自兩組預分配的頻率組，即行頻組和列頻組。每一對這樣的音頻信號唯一表示一個數(shù)字或符號。電話機中通過常有 16 個按鍵，其中 10 個數(shù)字鍵 0~9 和河北工程大學畢業(yè)設計說明書 10 6 個功能鍵 、 *、 A、 B、 C、 D。國際上采用多種頻率為 697Hz、 770Hz、 852Hz、 941Hz、1209Hz、 1336Hz、 1477Hz 和 1633Hz 等 8 種。用這 8 中頻率可以形成 16 種不同的組合，從而代表 16 中不同的數(shù)字或功能鍵。其組合見圖 22 所示。 表 22電話鍵盤與 DTMF頻率對應關(guān)系表 高頻 低頻 1209Hz 1336Hz 1477Hz 1633Hz 697Hz 1 2 3 A 770Hz 4 5 6 B 852Hz 7 8 9 C 941Hz * 0 D MT8870 是 MITEL 公司生產(chǎn)的 DTMF 接收器，是一種大規(guī)模 COMS 集成電路，主要有濾波器、譯碼器和控制電路三個部分組成。本系統(tǒng)的雙音多頻 DTMF 信號解碼電路由 MT8870 主要承擔。 MT8870 的 電路連接 如圖 27 所示，其 3 腳接收來自電話機的雙音多頻脈沖信號 ， 該雙音多頻信號先經(jīng)其內(nèi)部的撥號音濾波器，濾除撥號音信號，然后經(jīng)前置放大后送入雙音頻濾波器，將雙音 多 頻信號按高、低音頻信號分開，再經(jīng)高，低群濾波器，幅度檢測器送入輸出譯碼電路，經(jīng)過數(shù)字運算后，在其數(shù)據(jù)輸出端輸出相對應的 8421 碼。 MT8870 的數(shù)據(jù)輸出端 Q4~Q1 連到單片機，單片機識別 4 位代碼。電話按鍵與相應譯碼輸出。其中 A， B， C， D 4 個按鍵常被當作 R/P， REDIAL， HOLD，HANDSFREE 等功能使用。為了使單片機 能 及時獲取有效數(shù)據(jù)， MT8870 的 CLD 有效端經(jīng)反相后接 CPU 的 INT0 引腳。當 MT8870 獲取有效雙音多頻信號后， CLD 電平由低變高，再反相為低， CPU檢測后，指示輸入口接收有效二進制代碼。而無效的雙音頻信號是不會引起 MT8870 的 CLD 端變化的。 圖 27 MT8870解碼電路河北工程大學畢業(yè)設計說明書 11 語音提示模塊 本系統(tǒng) 設計中采用可以由單片機進行串行通信控制的 ISD4000 系列語音芯片。ISD4000 系列單片語音錄放器件是用 COMS 工藝實現(xiàn)的高語音質(zhì)量。 3V工作電壓的集成電路芯片，特別適合用于移動電話等各種便攜式設備。為了給設計的系統(tǒng)足夠的后期擴展空間， 本系統(tǒng) 采用 的是 錄放時間較長的 ISD400408M 芯片，這個芯片的錄放時間長達 8min，輸入采樣頻率是 ，典型的濾波通帶是 。 ISD4000 系列的串行操作是通過 SPI 串行接口實現(xiàn)的， SPI 串行接口協(xié)議如下，數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議設定 微控制器 SPI的移位寄存器是由串行時鐘 SCLK 的下降沿驅(qū)動。而對于 ISD4000 系列器件，在時鐘上升沿鎖存 MOSI 引腳數(shù)據(jù)，在下降沿將數(shù)據(jù)送達到 MISO 引腳。 ISD4004 的中斷引腳與時鐘引腳和片選引腳也分別與單片機對應引腳相連接，搭建成整個語音錄放系統(tǒng)。語音提示電路將錄入芯片的提示語音在正確的解碼信號的作用下，準確的播放出來，以便對用戶的操作帶來方便。友好的語音提示，可以讓用戶正確快速的實現(xiàn)對家電的遠程控制，并且語音提示部分還包括密碼輸入提示，這樣還能提高安全性。 考慮到系統(tǒng)設計的產(chǎn)品是要面對不同的人群，所 以在設計中充分考慮產(chǎn)品的實用性，故不向 ISD4004 語音芯片中錄入一成不變的提示音而是在設計語音提示放音電路的同時加入錄音電路由于ISD4004 語音芯片必須使用 SPI 接口與外部的語音控制器 (AT89S51)通信，而設計使用的AT89S51 沒有專門的 SPI 接口硬件模塊，所以在編程的時候，同樣需要采用模擬 SPI 協(xié)議時序的方法控制 ISD4004 芯片。其在系統(tǒng)中的應用電路設計原理圖如圖 28 所示。 圖 28 ISD4004語音提示電路河北工程大學畢業(yè)設計說明書 12 控制模塊 系統(tǒng)的 控制模塊是由三個 ZigBee 模塊組成 的 ， 將 其中 的 一個 ZigBee 模塊設定為協(xié)調(diào)器，另兩個 ZigBee 模塊作為 控制 節(jié)點。其中一個節(jié)點接一個 LED 燈，模擬控制家用電燈，另一個 節(jié)點 接電機模擬電風扇。 本系統(tǒng)所采用的 ZigBee 模塊是以單片機 CC2530為控制核心，讓控制模塊 中作為 協(xié)調(diào)器 的 ZigBee 模塊與整個系統(tǒng)的主控芯片 AT89S51相連。系統(tǒng)設計之初，我們將不同的家用電器與電話機的按鍵進行匹配編碼，并將不同的家用電器與相應的 ZigBee 控制節(jié)點相連，當按下相應的按鍵 時 就對對應的家用電器進行操作。當用戶 通過 進行按鍵操作來選擇要控制的家用電器時，先由 DTMF 信號解碼模塊對按鍵進行解碼， 程序在 匹配到要控制的家用電器 后 ，由主控芯片發(fā)出指令給ZigBee 模塊的協(xié)調(diào)器單片機，協(xié)調(diào)器在得知要控制的家用電器以后，就對相應的控制節(jié)點發(fā)出控制指令，最后由相應的控制節(jié)點單片機來完成對家用電器的控制，從而實現(xiàn)了系統(tǒng) 對家用電器的遠程控制。其原理 框架圖 如圖 29 所示。 圖 29 控制模塊 軟件設計 整個系統(tǒng)除了硬件電路以外，還需要軟件系統(tǒng)來協(xié)調(diào)工作，才能夠最終實現(xiàn)整個預定功能。系統(tǒng)的軟件工作流程是，當用戶被呼叫時，程控交換機即將向被叫用戶發(fā)送振鈴信號。振鈴信號經(jīng)振鈴檢測電路變換成單脈沖，這個脈沖被輸入到單片機的中斷引腳進行計數(shù)。當單片機對這個脈沖進行計數(shù)達到預定的數(shù)值之后即認為家中無人，隨后發(fā)送摘機命令，控制模擬摘掛機的繼電器線圈上電，常開觸點閉合接入 300Ω的負載電阻達到模擬摘機的效果。此時通話雙方之間建立了正常的通話線路。單片機控制語音芯片播放提示語音，用戶在語音提示下繼續(xù)操作。軟件會對用戶進行身份確認，若用戶 3 次輸入錯誤密碼將直接掛機。身份確認后用戶可按照提示輸入控制命令，單片機將會對控制命令進行分析，隨后通過 ZigBee 控制模塊對相應的家電進行控制，從而實現(xiàn)了遠程家電控制系統(tǒng)。系統(tǒng)主程序是系統(tǒng)正常工作的基礎。系統(tǒng)主程序是緊緊圍繞系統(tǒng)工作流程設計的，其流程圖如 圖 210 所示。 主控芯片 AT89S51 按鍵操作 DTMF 解碼 協(xié)調(diào)器 控制節(jié)點 1 控制節(jié)點 2 家電 1 家電 2 河北工程大學畢業(yè)設計說明書 13 振 鈴 信 號 計 數(shù)振 鈴 次 數(shù) = 5 次 ？模 擬 摘 機密 碼 校 驗是 否 正 確控 制 命 令 識 別控 制 命 令 輸 出模 擬 掛 機是 否 掛 機語 音 提 示YYNYNN開 始結(jié) 束 圖 210 系統(tǒng)主程序流程圖河北工程大學畢業(yè)設計說明書 14 振鈴計數(shù)部分 遠程家電控制系統(tǒng)中采用外部中斷 0 來對振鈴信號進行計數(shù) [6]。當有振鈴信號到來時，單片機的外部中斷引腳就會捕捉到一個上升沿電平，觸發(fā)外部中斷，程序進入中斷服務當中，在中斷服務處理中對振鈴信號進行計數(shù)，當計數(shù)值超過 5 次時，停止計數(shù)，并將計數(shù)值清零，同時控制單片機連接模擬摘掛機電路的引腳輸出一個高電平，讓繼電器閉合，從而實現(xiàn)模擬摘機功能，此時主程序進入后續(xù)控制過程。 其中斷服務程序如下。 /******************************************************* * INT0 中斷函數(shù) 對鈴聲信號計數(shù) 頻率為 20HZ * ********************************************************/ void counter(void) interrupt 0 { EX0=0。 //關(guān)閉外部中斷 0 LedNumVal++。 //中斷計數(shù) if(LedNumVal5) { P2=Disp_Tab[LedNumVal%10]。 LedNumVal=0。 //計數(shù)清零 K1=1。 //繼電器 閉合 } EX0=1。 //打開 外部中斷 0 } 語音提示部分 由于對家電實施的是遠程控制，這就要求系統(tǒng)擁有人機對話界面功能，為此本系統(tǒng)設計了語音提示功能。系統(tǒng)