【文章內(nèi)容簡介】 機(jī)所發(fā)出的各種信號音都大多數(shù)可以通過軟件編程來識別，即通過單片機(jī)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，從而完成信號音的識別。但從系統(tǒng)的可靠性和程序的結(jié)構(gòu)設(shè)計上分析，用硬件來解決振鈴音檢測、雙音頻信號解碼等功能相對穩(wěn)定可靠。 設(shè)計中自動摘掛機(jī)和電器的控制必須使用具體硬件電路來實現(xiàn)。而振鈴音計數(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，易于實現(xiàn)。電源電路語音提示控制電路SM8952AC25P 單片機(jī) 振鈴檢測模擬摘機(jī)DTMF 解碼 綜上所述，本設(shè)計信號音檢測、自動摘掛機(jī)、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。 傳感器信號采集設(shè)計與分析 防火災(zāi)發(fā)生傳感器火災(zāi)煙霧傳感器是一種在消防管理、安全防范系統(tǒng)中常用的報警器材，它工作可靠、體積小巧，火災(zāi)煙霧傳感器是把煙霧信號轉(zhuǎn)換為電信號，電路設(shè)計時可以在背后設(shè)計專用的卡口以便地固定在墻體或者天花板上，使用時通過設(shè)置在廚房的感溫探測器和設(shè)置在客廳、臥室等的感煙探測器，監(jiān)視各個房間內(nèi)有無火災(zāi)的發(fā)生。如有火災(zāi)發(fā)生控制器發(fā)出聲光和短信報警信號，通知家人及小區(qū)物業(yè)管理部門。家庭控制器還可以根據(jù)有人在家或無人在家的情況，調(diào)節(jié)感溫探測器和感煙探測器的靈敏度。本系統(tǒng)采用 NIS09C 型煙霧傳感器。 可燃?xì)怏w泄漏傳感器通過設(shè)置在廚房的可燃?xì)怏w探測器，監(jiān)視燃?xì)夤艿馈⒃罹哂袩o燃?xì)庑孤?。如有燃?xì)庑孤┘彝タ刂破靼l(fā)出聲光報警信號，并聯(lián)動關(guān)閉燃?xì)夤艿郎系碾姶砰y，同時短信通知家人及小區(qū)物業(yè)管理部門。這里采用 TP2 高溫型一氧化碳傳感器報警器需在一氧化碳濃度達(dá)到設(shè)定制值時系統(tǒng)應(yīng)啟動報警。 防盜傳感器防盜報警的防護(hù)區(qū)域分成兩部分，即住宅周界防護(hù)和住宅內(nèi)區(qū)域防護(hù)。住宅周界防護(hù)是指在住宅的門、窗上安裝門磁開關(guān)，在對外的玻璃窗、門附近安裝玻璃破碎探測器；住宅內(nèi)區(qū)域防護(hù)是指在主要通道、重要的房間內(nèi)安裝被動紅外探測器或被動紅外／微波雙技術(shù)探測器。當(dāng)家中有人時，住宅周界防護(hù)的防盜報警設(shè)備(門磁開關(guān)、玻璃破碎探測器)設(shè)防，住宅內(nèi)區(qū)域防護(hù)的防盜報警設(shè)備(紅外探測器或被動紅外／微波雙技術(shù)探測器)撤防。當(dāng)家人出門后，住宅周界防護(hù)的防盜報警設(shè)備(門磁開關(guān)、玻璃破碎探測器)和住宅內(nèi)區(qū)域防護(hù)的防盜報警設(shè)備(被動紅外探測器或被動紅外／微波雙技術(shù)探測器)均設(shè)防。當(dāng)有非法侵入時，家庭控制器發(fā)出聲光報警信號，并短信通知家人及小區(qū)物業(yè)管理部門。另外，通過程序可設(shè)定報警裝置的等級和報警器的靈敏度。 信號采集設(shè)計與分析傳感器是將外界信息轉(zhuǎn)換成電信號的裝置，其中的電信號包括數(shù)字信號和模擬信號，數(shù)字信號可以通過電氣隔離直接送給單片機(jī)或微型計算機(jī)進(jìn)行處理，模擬信號則利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將多路被測量值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，再經(jīng)過單片機(jī)或微型計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，實現(xiàn)實時測控。 GSM 模塊的接口與設(shè)計 TC35 模塊組成Siemens 公司的 TC35 模塊主要由 GSM 基帶處理器、GSM 射頻模塊、供電模塊(ASIC)、 閃存、ZIF 連接器、天線接口六部分組成。作為 TC35 的核心，基帶處理器主要處理GSM 終端內(nèi)的語音、數(shù)據(jù)信號，并涵蓋了蜂窩射頻設(shè)備中的所有的模擬和數(shù)字功能。在不需要額外硬件電路的前提下，可支持 FR、HR 和 EFR 語音信道編碼。 TC35 模塊通信電路數(shù)據(jù)通信電路主要完成短消息收發(fā)、與微機(jī)機(jī)通信、軟件流控制等功能。TC35 的數(shù)據(jù)接口采用串行異步收發(fā)，符合 ITUT RS232 接口電路標(biāo)準(zhǔn)，工作在 CMOS 電平()。數(shù)據(jù)接口配置為 8 位數(shù)據(jù)位、1 位停止位、無校驗位，可以在300bps～115kbps 的波特率下運(yùn)行，支持的自動波特率為～115kbps（ 和 除外） 。TC35 模塊還支持 RTS0/CTS0 的硬件握手和 XON/XOFF 的軟件流控制。 TC35 模塊與 MCU 連接方式單片機(jī)與 TC35 一般采用串行異步通信接口，具有紅外和通信電纜兩種連接方式其中電平轉(zhuǎn)換及串口通信功能以 TI 公司的 MAX3238 芯片為核心，通信速度可設(shè)定，通常為 19200bps。采用紅外接口的優(yōu)點是單片機(jī)系統(tǒng)與手機(jī)電氣隔離，相互不干擾，接口各自獨立，使用方便；缺點是通信距離較短，紅外傳播的方向性對接口相對位置有要求。采用電纜連接時，數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃暂^好；其主要缺點是接口的電氣參數(shù)不兼容，設(shè)計不當(dāng)時就會對手機(jī)的通信質(zhì)量產(chǎn)生影響。這個單片機(jī)系統(tǒng)其實就是一個具有 GPRS功能的 GSM 手機(jī)模塊加上單片機(jī)控制系統(tǒng)，GSM 手機(jī)模塊主要是用來建立無線信道，接收和發(fā)出短消息。單片機(jī)系統(tǒng)用來控制手機(jī)模塊，并且對收到的短消息信息進(jìn)行解釋并執(zhí)行，目前全國共有 8 種短消息格式包含從互聯(lián)網(wǎng)平臺發(fā)出的短消息。本系統(tǒng)采用通信電纜的連接方式。 紅外學(xué)習(xí)遙控設(shè)計 紅外學(xué)習(xí)遙控的設(shè)想對于空調(diào)、電視等需要紅外遙控器才可控制的紅外控制類家電僅靠接通交流電源是無法使其進(jìn)入工作狀態(tài)的。因此本人提出使用紅外遙控進(jìn)行對空調(diào)以及其他紅外電氣的控制方案，使系統(tǒng)具有的紅外學(xué)習(xí)功能可實現(xiàn)對這類家電的有效控制。又如紅外插座、紅外開關(guān)等，雖然紅外遙控在家電產(chǎn)品中有廣泛應(yīng)用，但各產(chǎn)品的遙控器不能相互兼容，目前市面上常見的萬能遙控器只能對某幾種產(chǎn)品進(jìn)行控制，不是真正的“萬能” 。本系統(tǒng)可以學(xué)習(xí)并記憶各種紅外控制類家電的遙控指令，利用單片機(jī)對遙控器的發(fā)射信號的波形進(jìn)行測量，然后將測量的數(shù)據(jù)回放，由于只關(guān)心發(fā)射信號波形中的高低電平的寬度，不管其如何編碼，因此做到了真正的“萬能” 。也為整個控制器的實現(xiàn)提供了良好的基礎(chǔ)。當(dāng)用戶可以通過任意操作方式對這類家電進(jìn)行控制時，紅外插座或開關(guān)會向受控電器發(fā)送相應(yīng)的紅外遙控指令，從而控制電器的運(yùn)行狀態(tài)。 紅外學(xué)習(xí)遙控的實現(xiàn)經(jīng)過充分的論證和研討，本系統(tǒng)采用各設(shè)備集中控制的方式實現(xiàn)。集中各設(shè)備的 方法是首先對各設(shè)備的紅外遙控信號進(jìn)行識別并存儲，然后在需要時進(jìn)行還原，以控制對應(yīng)設(shè)備動作。由單片機(jī)構(gòu)成集中控制器，它是自學(xué)習(xí)與還原的核心部分，紅外接收部分由 CX20226 解調(diào)電路或一體化紅外接收頭組成，發(fā)射部分有紅外發(fā)光管極其驅(qū)動部分組成。通常，紅外遙控器將遙控信號調(diào)制在 38KHz 的載波上，經(jīng)緩沖放大后送至紅外發(fā)光二極管，轉(zhuǎn)化為紅外信號發(fā)射出去。二進(jìn)制脈沖碼的形式有多種，其中最為常用的是 PWM 碼(脈沖寬度調(diào)制碼)和 PPM 碼(脈沖位置調(diào)制碼)。PWM 碼以寬脈沖表示 1，窄脈沖表示 0。PPM 碼脈沖寬度一樣，但是碼位的寬度不一樣，碼位寬的代表 1，碼位窄的代表 0。遙控編碼脈沖信號（以 PPM 碼為例）通常由引導(dǎo)碼、系統(tǒng)碼、系統(tǒng)反碼、功能碼、功能反碼等信號組成。引導(dǎo)碼也叫起始碼，由寬度為 9ms 的高電平和寬度為 的低電平組成（不同的遙控系統(tǒng)在高低電平上有一定的區(qū)別） ，用來標(biāo)志遙控編碼脈沖的開始。系統(tǒng)碼也叫識別碼，它用來指示遙控系統(tǒng)的種類，以區(qū)別其他遙控系統(tǒng)，防止各種遙控系統(tǒng)的誤操作。功能碼也叫指令碼，它代表了相應(yīng)的控制功能，接收機(jī)中的微控制器可根據(jù)功能碼的數(shù)值完成各種功能操作。系統(tǒng)反碼與功能反碼是系統(tǒng)碼與功能碼的反碼，反碼的加入是為了能在接收端校對傳輸過程中是否產(chǎn)生差錯。為了提高抗干擾性能和降低電源消耗，將上述的遙控編碼脈沖對頻率為 38KHz（周期為）的載波信號進(jìn)行脈幅調(diào)制（PAM） ，再經(jīng)緩沖放大后送到紅外發(fā)光管，將遙控信號發(fā)射出去。 由于遙控器的二進(jìn)制編碼脈沖有一定的寬度，而且它的高低電平均不斷的交替變化，因此容易讓我們想到一種容易且方便的方法，脈寬測量。雖然它的二進(jìn)制脈沖的高低電平的寬度有所不同，但它們大都是毫秒級的，因而，采用單片機(jī)的定時器來測量它的脈沖寬度，然后存儲，還原是完全可以實現(xiàn)的。實際證明這種思路是可行的，而且電路簡單，容易實現(xiàn)。3 硬件電路設(shè)計 相關(guān)芯片及模塊簡介 MCU SM8952AC25P 簡介SM8952C25的最高主頻為25MHz,內(nèi)帶8KB閃存的MCU，SM8951/8952系列產(chǎn)品是內(nèi)嵌4/8K字節(jié)閃存的8 位單片微控制器它具有多達(dá)32個I/O口其4K/8K的閃存既可作程序存儲空間也可以作數(shù)據(jù)存儲空間或程序數(shù)據(jù)混合空間這些硬件特征和其強(qiáng)大的指令系統(tǒng)和其自帶可編程看門狗使它能應(yīng)用于不同的場合，因此是一種通用的和性能價格比高的控制器，SM8951/8952允許用戶還可以通過置位SCONF寄存器的位0(ALE1)來降低EMI，其中的看門狗定時器(WDT)是1個16位自運(yùn)行計數(shù)器在計數(shù)器溢出時會產(chǎn)生復(fù)位信號。WDT對那些易受噪聲干擾電壓波動或放電現(xiàn)象影響的系統(tǒng)很有用在程序跑飛或死機(jī) 的情況下，WDT可以使用戶程序脫離不正常狀態(tài)。WDT不同于8052系統(tǒng)的定時器0定時器1和定時器2。通過軟件周期性的清除WDT計數(shù)器的值可以防止WDT產(chǎn)生復(fù)位信號。片上閃存可以使用商用編程器進(jìn)行編程。 雙音多頻收發(fā)器 MT8870 簡介MT8870 是一種帶呼叫進(jìn)展過濾器的單片雙音多頻收發(fā)器。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(biāo)準(zhǔn)的四位二進(jìn)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(zhǔn)確的定時發(fā)送。MT8870 提供了一個標(biāo)準(zhǔn)的微處理器總線接口，可以直接與 MCS51 系列 MCU 和微機(jī)接口。它還可以選用呼叫進(jìn)展方式工作，通過呼叫進(jìn)展濾波器來檢測特定通帶內(nèi)的信號頻率，供微處理機(jī)或計數(shù)器電路分析，以確定檢測到的呼叫進(jìn)展音的性質(zhì)。它從接收端接收來自電話機(jī)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(yùn)算后，在其數(shù)據(jù)輸出端輸出相對應(yīng)的 8421 碼。 ISD2500 系列單片語音錄放簡介美國ISD公司的2500芯片，按錄放時間60秒、75秒、90秒和120秒分成ISD2560、2572590和25120四個品種。ISD2500系列和1400系列語音電路一樣，具有抗斷電、音質(zhì)好，使用方便等優(yōu)點。它的最大特點在于片內(nèi)E2PROM容量為480K(1400系列為128K)，所以錄放時間長；有10個地址輸入端(1400系列僅為8個)，尋址能力可達(dá)1024位；2500系列最多可分為600段，只要在分段錄/放音操作前(不少于300納秒)，給地址A0~A9賦值，錄音及放音功能均從設(shè)定的起始地址開始，錄音結(jié)束由停止鍵操作決定，芯片內(nèi)部自動在該段的結(jié)束位置插入結(jié)束標(biāo)志（EOM）；而放音時芯片遇到EOM標(biāo)志即自動停止放音，設(shè)有OVF（溢出）端，便于多個器件級聯(lián)。 固態(tài)繼電器(SSR)簡介繼電器是本系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，本系統(tǒng)選用D4810型固態(tài)繼電器，固態(tài)繼電器(SSR)與機(jī)電繼電器相比，是一種沒有機(jī)械運(yùn)動，不含運(yùn)動零件的繼電器，但它具有與機(jī)電繼電器本質(zhì)上相同的功能。SSR是一種全部由固態(tài)電子元件組成的無觸點開關(guān)元件，他利用電子元器件的點，磁和光特性來完成輸入與輸出的可靠隔離，利用大功率三極管，功率場效應(yīng)管，單項可控硅和雙向可控硅等器件的開關(guān)特性，來達(dá)到無觸點，無火花地接通和斷開被控電路。 固態(tài)繼電器有三部分組成:輸入電路，隔離(耦合)和輸出電路。安輸入電壓的不同類別，輸入電路可分為直流輸入電路，交流輸入電路和交直流輸入電路三種。有些輸入控制電路還具有與TTL/CMOS兼容，正負(fù)邏輯控制和反相等功能。固態(tài)繼電器的輸入與輸出電路的隔離和耦合方式有光電耦合和變壓器耦合兩種。 固態(tài)繼電器的輸出電路也可分為直流輸出電路，交流輸出電路和交直流輸出電路等形式。交流輸出時，通常使用兩個可控硅或一個雙向可控硅，直流輸出時可使用雙極性器件或功率場效應(yīng)管。固態(tài)繼電器有壽命長、可靠性高、靈敏度高、控制功率小、電磁兼容性好、 快速轉(zhuǎn)換、電磁干擾小的優(yōu)點。D4810型繼電器輸入電流為540mA，電壓3－30V，額定輸出電流10A，輸出