【文章內容簡介】 2()12()( tfAtfAtf ?? ?? () 如果用合適的采樣頻率對這個信號進行 A／ D 轉換，則很容易計算出每一個采樣點的 A／ D 值，而如果將這些采樣值形成一張表，在單片機里用同樣的采樣頻率將這張表中的數(shù)值用 D／ A 轉換器輸出，就是雙音頻信號。 系統(tǒng)原理框圖如圖 。 圖 當有電話打入時 ,振鈴檢測電路檢測到電話振鈴信號 ,等待系統(tǒng)默認的振鈴次數(shù)后 ,啟動自動摘機電路實現(xiàn)摘機 ,并送出提示音信號 ,用戶輸入預先設定的密碼 ,控制裝置通過雙音多頻解碼電路讀取輸入密碼 ,與預設在控制裝置中的密碼進行對比驗證 ,如果密碼錯誤 ,系統(tǒng)自動掛機 。密碼正確 ,則進入遙控狀態(tài)。通過雙音多頻解碼電路獲得用戶發(fā)出的按鍵命令 ,并根據(jù)用戶的命令執(zhí)行開機、關機等操作。如果有人在默認的振鈴次數(shù)之前接聽電 4 話 ,則不 進入電話遙控狀態(tài) , 因此不影響電話的正常通話使用。 語音提示電路是該作品重要組成部分。為了降低本 系統(tǒng) 的造價，作品的提示音 電路沒有使用專門的語音芯片，而是采用了基于 LM386 的語音放大電路 。語音提示電路受單片機的控制產(chǎn)生相應的提示音提示，并通過反饋電路反饋至電話外線。從而使操作者對電器的操作達到交互式，并能即時了解有關的信息；控制部分即受控的終端，如前所述，可通過接駁不同的終端并對電話進行必要的改動從而達到功能的擴展。這一點，可使產(chǎn)品達到系列化。 本系統(tǒng)的每一個接口電路（振鈴檢測、模擬摘掛機、語音 提示 、雙音頻解碼等）都已經(jīng)經(jīng)過實際的交換機在線實驗，具有很強的實用性。本系統(tǒng)使用最簡單的電路、最便宜的電路芯片實現(xiàn)了完善的功能。本系統(tǒng)還有許多可以添加的功能，具有很強的市場前景。 本裝置并聯(lián)于電話機的兩端，不會影響到電話機的正常使用。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，然后輸入開或關進行遙控電器，完成后返回。 5 第 3 章 系統(tǒng)設計分析 總體設計分析 我設計此系統(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； （ 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構設計上分析，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準的方波。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)國家有關標準規(guī)定 :不論任何電話機 ,摘機狀態(tài)的直流電阻應≤ 300 Ω ,在掛機狀態(tài)下 ,其漏電流≤ 5μ A。當用戶摘機時 ,電話機通過叉簧接上約 300 Ω 的負載 ,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，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。 當單片機檢測到系統(tǒng)設定的振鈴次數(shù)后 ,送出摘機信號 :P3. 1 輸出高電平 ,驅動三極管 T1 導通 ,繼電器動作使 電阻接入電路 ,實現(xiàn)摘機。當單片機檢測到正確的密碼 ,并按照用戶設定要求工作后 ,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 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)開關電容做 D／ A 轉換，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； ? 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，內藏鋰電池。在本系統(tǒng)中，巧妙的應用 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狀態(tài) 。 （ 3）保存系統(tǒng)密碼，且密碼可在線更改 。 （ 4）結合軟件實現(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)的關鍵，因為系統(tǒng)自動摘機后將由它引導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 AT89S52 的介紹書籍很多很詳細，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) ，電話遠程控制系統(tǒng)上線以后，用戶必須輸入密碼，待系統(tǒng)確認后才具有對系統(tǒng)操作的權限。 本單元可以在系統(tǒng)初始化的時候，在單片機內部的存儲器的內部開辟一塊空間放置密碼。當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)按照軟件設定加以解釋，并決定對語音提示電路尋址，播放相應的系統(tǒng)提示音，實現(xiàn)用戶和電話遠程控制系統(tǒng)間的交互操作，或者對外部受控設 10 備發(fā)出相應的驅動信號。 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)軟件設定系統(tǒng)自動復位的軟件定時器，定時器的設置值規(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，我認為我的電話遙控系統(tǒng)設計基本符合實際情況，可以完成設計任務所要求實現(xiàn)的基本功 能。 11 第 4 章 硬件單元電路設計 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)壓二極管導通，振鈴信號輸出端電壓接近 0V； 當用戶被呼叫時 ,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（