【文章內(nèi)容簡介】 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(guān)進行遙控電器，完成后返回。 5 第 3 章 系統(tǒng)設(shè)計分析 總體設(shè)計分析 我設(shè)計此系統(tǒng)必須具有以下單元功能模塊： （ 1） 鈴音檢測、計數(shù)； （ 2） 自動摘掛機； （ 3） 密碼校驗 （ 4） 在線修改密碼； （ 5） 雙音頻信號解碼； （ 6） 雙音頻信號 發(fā)送； （ 7） 輸入信息分析； （ 8） 控制電器開關(guān)； （ 8） 電器狀態(tài)查詢； （ 10）語音提示； 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(jié)合實際情況對具體的單元功能模塊作 出硬件上的不同分工，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(nèi)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(jié)構(gòu)設(shè)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)、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(shè)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 主要 就硬件實現(xiàn)的單元電路進行具體分析。 6 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。 振鈴音的檢測 當(dāng)電話線路上沒有振鈴信號時，電話線路由電話交換機提供大約 48V 的直流電壓。當(dāng)用戶被呼叫時，電話交換機發(fā)來鈴流信號。振鈴為 25177。3 伏的正弦波，諧鈴失真不大于 10%，電壓有效值 90177。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 ，有以下兩個方案： 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(zhuǎn)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(biāo)準(zhǔn)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。 在電話線的一端接入一個電容，目的是阻斷直流，當(dāng)有振鈴信號來的時候，就可以用兩個電阻串聯(lián)進行分壓，分到一個 5V 左 右的電壓，用這個電壓去驅(qū)動光電耦合器。 針對以上兩個方案，綜合比較，我采用了第二個方案，它具有硬件簡單，檢測方便等優(yōu)點，可以用計數(shù)方式對他進行判斷。 自動摘掛機 根據(jù)國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定 :不論任何電話機 ,摘機狀態(tài)的直流電阻應(yīng)≤ 300 Ω ,在掛機狀態(tài)下 ,其漏電流≤ 5μ A。當(dāng)用戶摘機時 ,電話機通過叉簧接上約 300 Ω 的負(fù)載 ,使整個電話線回路流過約 30 mA 的電流。 所以 程控電話交換機對電話摘機的響應(yīng)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(rèn)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(guān)，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。 當(dāng)單片機檢測到系統(tǒng)設(shè)定的振鈴次數(shù)后 ,送出摘機信號 :P3. 1 輸出高電平 ,驅(qū)動三極管 T1 導(dǎo)通 ,繼電器動作使 電阻接入電路 ,實現(xiàn)摘機。當(dāng)單片機檢測到正確的密碼 ,并按照用戶設(shè)定要求工作后 ,或者檢測到連續(xù)密碼錯誤次數(shù)達 3 次 ,則單片機取消摘機信號 ( P3. 1 輸出低電平 ) ,三極管截止 ,系統(tǒng)掛機。 7 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(guān)即可，常用的電路 已經(jīng)很成熟，在此就不累述了。 雙音頻解碼 此部分是整個系統(tǒng)的關(guān)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(zhuǎn)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(fù)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。 雙音頻發(fā)送 當(dāng) MT8870 作為發(fā)送器時數(shù)據(jù)總線上 D0～ D3 四位二進制碼被鎖存在發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器中，發(fā)送的 DTMF 信號頻率由 3． 58 MHz的晶振分頻產(chǎn)生。分頻器首先從基準(zhǔn)頻率分離出 8個不同頻率的正弦波，行列計數(shù)器根據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器中的數(shù)據(jù)，以八取二方式分離出一個高頻信號和一個低頻信號，經(jīng)開關(guān)電容做 D／ A 轉(zhuǎn)換，在加法器中合成DTMF 信號，并從 TONE 端輸出。 MT8870簡介： MT8880是 MITEL公司生產(chǎn)的 DTMF發(fā)送與接收器 ,它是一種功能較強的 DTMF發(fā)送與接收器。它的內(nèi)部寄存器和控制接口、數(shù)據(jù)總線器 ,便于實現(xiàn) 與微處理器的直接接口和對電路進行工作模式控制 , 獲得更多的功能和靈活性 . 通過微機接口可以由CP,RSO,R/W,CS,D0～ D3等信號選擇與內(nèi)部寄存器 ,并控制電路的工作狀態(tài)或工作模式。 ? 提供完整的 DTMF 發(fā)送或接收功能； ? 具有接收信號音和帶通濾波的功能； ? 能與微處理器直接連接。 ? OSC1,OSC0：時鐘或振蕩器輸入和輸出端。通常兩端外接 ； ? IN+,IN：運放的同相和反相輸入； 8 ? GS：增益選擇端 ； ? VREF：基準(zhǔn)電壓輸出端 ,由 VDD,VSS產(chǎn)生 ,通常為 VDD/2：作為運放輸入偏置； ? TONE：發(fā)送 TONE信號的輸出； ? R/W：讀、寫控制信號輸入 ,與 TTL兼容； ? CS：片 選信號輸入，由地址譯碼器引出。若 CS為 TTL低電平 ,則此電路被選； ? RSO：寄存器選擇輸入 ,與 TTL電平兼容； ?? CP：系統(tǒng)時鐘輸入； ? D0～ D3：直接引自單片機控制 DTMF信號發(fā)送和 DTMF譯碼的 4位數(shù)據(jù)輸入 /輸出 ,與TTL兼容； ? IRQ/CP：直接引向微處理器的計數(shù)器，對微處理器的中斷請求信號。若控制寄存器數(shù)據(jù)設(shè)定電路處于呼叫處理 (CALL)模式和中斷使能 ,則 IRQ/CP端輸出代表運放輸入的方波信號音，該位信號頻率必須落在呼叫處理濾波器帶寬內(nèi)； ? EST：初始控制輸出。若檢測出有效的 DTMF信號時 ,EST為高電平 。若信號丟失 ,則 EST返為低電平 ； ? ST/GT：控制輸入 /時間監(jiān)測輸出。若 CI電壓高于門限 VTST時 ,電路寄存被檢測的 DTMF單音對 ,并更新輸出鎖存器內(nèi)容；若 CI電壓低于 VTST,則電路不接收一新單音對。 GT輸出的作用是設(shè)置外部監(jiān)測時間常數(shù) 。 實時時鐘 此部分雖然不是整個系統(tǒng)的重點，但是它可以給用戶提供時間信息，確保用戶的指示按時操作。經(jīng)過翻閱大 量的文獻資料，我發(fā)現(xiàn)使用專用的時鐘芯片比較方便，同時可靠性也比較高。經(jīng)過反復(fù)比較我決定使用 DS12887。 DS12887 為 DALLAS 公司生產(chǎn)的實時時鐘芯片， 它 除具有實時鐘功能外，它還具有 114 字節(jié)的通用 RAM，內(nèi)藏鋰電池。在本系統(tǒng)中，巧妙的應(yīng)用 DS12887 實現(xiàn)了以下功能 ： （ 1）多功能日歷、時鐘 。 （ 2）掉電保存各路家用電器開關(guān)狀態(tài) 。 （ 3）保存系統(tǒng)密碼，且密碼可在線更改 。 （ 4）結(jié)合軟件實現(xiàn)看門狗，增強了系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性。 9 語音提示 這個部分也是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵，因為系統(tǒng)自動摘機后 將由它引導(dǎo)用戶進行下一步具體的 操作，它的工作情況直接決定了用戶操作的正確性，決定用戶的操作能否正確執(zhí)行。經(jīng)過翻閱大量的資料并查看大量的有關(guān)語音的電路，我發(fā)現(xiàn)使用專用的語音芯片比較方便，同時可靠性也比較高，用戶操作起來也容易，但是 專用的語音芯片價格比較貴，軟件實現(xiàn)也比較繁瑣。最后經(jīng)過慎重考慮，我采用了基于 LM386 的語音放大電路。 軟件模塊 經(jīng)過比較，我決定使用 AT89S52 作為控制的單片機芯片，具體有關(guān) AT89S52 的介紹書籍很多很詳細(xì)，在這里不在累述。 同時 如何利用有限的 16 種 DTMF 信號實現(xiàn)多樣的系 統(tǒng)控制功能，是系統(tǒng)成功與否的關(guān)鍵，借助于軟件編程，系統(tǒng)可以對 16 種 DTMF信號的任意組合進行解釋，從而豐富了系統(tǒng)功能。 本系統(tǒng)的軟件設(shè)計主要分為系統(tǒng)初始化、振鈴檢測計數(shù)、控制摘掛機、雙音頻信號分析處理、控制電器、信號音提示部分 。 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)。 密碼檢測 為了保證只有合法用戶才能操作系統(tǒng) ，電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)上線以后，用戶必須輸入密碼，待系統(tǒng)確認(rèn)后才具有對系統(tǒng)操作的權(quán)限。 本單元可以在系統(tǒng)初始化 的時候，在單片機內(nèi)部的存儲器的內(nèi)部開辟一塊空間放置密碼。當(dāng)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 。 信號分析處理 對收到的 用戶信號，系統(tǒng)按照軟件設(shè)定加以解釋，并決定對語音提示電路尋址，播放相應(yīng)的系統(tǒng)提示音，實現(xiàn)用戶和電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)間的交互操作，或者對外部受控設(shè) 10 備發(fā)出相應(yīng)的驅(qū)動信號。 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。 軟件定時功能 系統(tǒng)軟 件設(shè)定系統(tǒng)自動復(fù)位的軟件定時器，定時器的設(shè)置值規(guī)定了系統(tǒng)一次工作的最大時間。若一次工作超時，系統(tǒng)自動離線，進入待機狀態(tài)。 經(jīng)過翻閱大量的技術(shù)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(rèn)為我的電話遙控系統(tǒng)設(shè)計基本符合實際情況，可以完成設(shè)計任務(wù)所要求實現(xiàn)的基本功 能。 11 第 4 章 硬件單元電路設(shè)計 根據(jù)系統(tǒng)的特點 ,選擇 AT89C51 作為整個控制系統(tǒng)的核心單元。 AT89C51 是一種低功耗、高性能、 CMOS 工藝的 8 位微處理器 ,片內(nèi)有 4 kB 的程序存儲器。其工作電壓 (2. 7～ 6 V) 和工作頻率 (0～ 24 MHz) 范圍都很寬 。 振鈴檢測電路 當(dāng)電話線路上沒有振鈴信號時，電話線路由電話交換機提供大約 48V(老式交換機為 60 V)的直流電壓 ，進濾波整流后不足以 使穩(wěn)壓二極管導(dǎo)通，振鈴信號輸出端電壓接近 0V； 當(dāng)用戶被呼叫時 ,電話交換機發(fā)來振鈴信號 ， 振鈴信號為 25 177。 3 V 的正弦波 ,電壓有效值為 90 177。 15 V。 此信號經(jīng)隔直分壓后變換成為峰值為 90V的脈動直流電，其峰值足以擊穿穩(wěn)壓二極管，振鈴輸出端電壓升高。因此，振鈴檢測電路輸出一定周期的脈沖信號，把該信號接 在單片機的 口（定時器 0 計數(shù)脈沖輸入端），如果單片機檢測到該口連續(xù)有 5 個脈沖輸入信號（振鈴以 5 s 為周期 ,即 1 s 送 ,4 s 斷），即 口計數(shù)值為 5 時，仍無人摘機，便由單片機控制模擬摘機。 在本電路檢測鈴流信號時，以五次鈴響為準(zhǔn)，即五次振鈴后無人摘機，便由單片機控制自動模擬摘機。 根據(jù)振鈴信號的特征 , 設(shè)計振鈴檢測電路如圖 所示。 原理說明： 電話振鈴信號通過電容 C13隔直、 Z1穩(wěn)壓二極管、電阻 R17和電阻 R18分壓后，再經(jīng)過電阻 R16輸入至光電耦合器 4N35的輸入端 1口， C1 Z R17和 R18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 4N35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。在光耦另外一端引入單片機 T1口進行計數(shù)，編程就按上面實際輸出的波形進行。 光電耦合器以光電轉(zhuǎn)換原理傳輸信息，它不僅使信息發(fā)出端（一次側(cè)）與信息接收并輸出端（二次側(cè)）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 4N35的 4腳輸出振鈴方波，此方波再經(jīng)放大 、整形后送到單片機 12 AT89S52的 T0/，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 。 Z1U14N35T2VCCR7R81 2U3A74LS14R1610KR17C13INB 圖 原器件選取： 1. C13是隔直電容，因為是過濾直流，濾出低頻信號，而且振鈴信號的電壓還比較高，因此選取 100V的瓷片電容； 2. Z1為穩(wěn)壓二極管，選取 36V的穩(wěn)壓二極