【正文】 本系統(tǒng) 光電耦合器采用的是 TIL117，其內(nèi)部原理圖如 圖 317 所示。且輸入 端 輸出之間不供地，因此廣泛應(yīng)用與需要信號(hào)隔離的電路當(dāng)中。綜上所述可以看出，穩(wěn)壓管起著電流自動(dòng)調(diào)劑作用，而限流電阻起著電壓調(diào)節(jié)作用。由于穩(wěn)壓管 DW 與負(fù)載 Rfz 并聯(lián)， Usc 只要有很少的增長(zhǎng)，就會(huì)使流過(guò)穩(wěn)壓管的電流急劇增加，是的 I1 也增大，限流電阻 R1 上的電壓增大，從而抵消了 Usr 升高，保持負(fù)載電壓基本不變。因此為使穩(wěn)壓管 穩(wěn)壓 效果好，工作電流要選合適。 如圖 314 為穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓特性曲線。但是有一種二極管，它是正向特性與普通二極管相同，而反向特性比較特殊。要獲得穩(wěn)定不變的直流電 壓 ，還必須再增加穩(wěn)壓電路。表 31 和表 32 中 列出了 濾波電容器容量和輸出 電流、電壓 的關(guān)系。如圖 3121 和 3122 分別示出了半波整流和全波整流 時(shí) 電容器濾波前后的輸出波形。這是， D 受反向電壓，不能導(dǎo)通，于是 Uc 便通過(guò)負(fù)載電阻 Rfz 放電。這種電容兩端電壓不能突變的特性，正好可以用來(lái)承當(dāng)濾波的任務(wù) [8]。電容器是一個(gè)儲(chǔ)存電能的倉(cāng)庫(kù)。這種脈動(dòng)直流一般是不能直接給一些電子器件。橋式電路中每只二極管所承受的反向電壓等于變壓器次級(jí)電壓的最大值，比全波整流電路小一半。電路中構(gòu)成 e d Rfz、 D3 通電回路，在 Rfz 上形成上正下負(fù)飛半波整流電壓，如圖 391 所示。 圖 371 全波整流前信號(hào) 圖 372 前半周期信號(hào) 圖 373 后半周期信號(hào) 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 26 圖 374 全波整流后信號(hào) 圖 37 全波整流 橋式 整流 全波整流還有一種形式稱為橋式整流，橋式整流電路是使用最多的一種整流電路。變壓器次級(jí)線圈中間需要引出一個(gè)抽頭，把次組線圈分成兩個(gè)對(duì)稱的線組，從而引出大小相等但極性相反的兩個(gè)電壓 e2a、 e2b，構(gòu)成 e2a、 D Rfz與 e2b、 D2Rfz，兩個(gè)通路。 但是 由于 負(fù)載電壓以及負(fù)載電流的大小還隨時(shí)間而變化，因此，通常稱它為脈動(dòng)直流 [7]。此時(shí)二極管 所 承受正向電壓面導(dǎo)通， e2 通過(guò)它加在負(fù)載電阻 Rfz 上，在 π~2π時(shí)間內(nèi)， e2 為負(fù)半周，變壓器次級(jí) 上 端正下端負(fù)。它由電源變壓器 B、整流二極管 D 和負(fù)載 Rfz組成。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 23 圖 331 交流振鈴信號(hào) 圖 332 脈動(dòng)直流 振鈴信號(hào) 圖 333 穩(wěn)壓濾波 振鈴信號(hào) 圖 334 標(biāo)準(zhǔn)高低電平 圖 33 波形變化 整流模塊 由于振鈴信號(hào)是一個(gè)斷續(xù)的交流信號(hào)，所以檢測(cè)之前需要借助整流 電路 來(lái)將交流信號(hào)變?yōu)橹绷餍盘?hào)，然后交由下級(jí)電路去處理。 圖 32 振鈴 包絡(luò) 信號(hào) 檢測(cè)原理 振鈴信號(hào) 檢測(cè) 的基本原理是，首先通過(guò)整流橋進(jìn)行全波整流將交流信變?yōu)橹绷餍盘?hào)。 普通電 話機(jī)的振鈴信號(hào)其電壓有效值 90177。振鈴： 20HZ， 75V 以上。程控交換機(jī)掛機(jī) 48V，鈴流電壓 90V。掛機(jī)時(shí)電流應(yīng)該在 5 微安左右。目前使用的程控交換機(jī)，直流饋電電壓是 48V，由于鉛蓄電池是浮充工作的，電話機(jī)掛機(jī)時(shí)實(shí)際電壓約直流 50V。電話線路對(duì)電流有一定的限制，進(jìn)入電纜前就安裝了保險(xiǎn)絲。振鈴以 5S 為周期， 其中 1S 通， 4S 斷。如果振鈴信號(hào)沒(méi)有達(dá)到預(yù)設(shè)值就消失，則單片機(jī)的計(jì)數(shù)值清零，控制器不動(dòng)作。 據(jù)此 ， 系統(tǒng) 設(shè)計(jì)的 振鈴及模擬摘掛機(jī)電路如圖 31 所示。 根據(jù)國(guó)家 相關(guān) 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，不論任何電話機(jī)，摘機(jī)狀態(tài)的直流電阻應(yīng)小于 300Ω，有 R 鍵的電子電話機(jī)的摘機(jī)狀態(tài)直流電阻應(yīng)小于 350Ω。 控制部分 控制部分主要是通過(guò) ZigBee組網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)家用電器的控制。 圖 215 密碼修改程序流程圖開(kāi)始 輸入原始密碼 密碼是否正確 輸入新密碼 重新輸入新密碼 密碼是否相同 修改命令確認(rèn) 是否修改 新密碼寫存 返回 Y N Y N Y N 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 20 如何利用 16種 DTMF信號(hào)實(shí)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(duì) 16 種 DTMF 信號(hào)的任意組合進(jìn)行解釋，從而豐富了系統(tǒng)功能。 圖 214錄音子程序流程圖開(kāi)始 錄音鍵按下？ 錄音段數(shù)大于25？ 是否繼續(xù)錄音？ 結(jié)束 ISD4004 上電復(fù)位 暫存錄音地址 指示燈亮 開(kāi)始錄音 暫存結(jié)束地址 錄音段數(shù)自加 1 N Y Y N 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 19 密碼服務(wù)部分 系統(tǒng)在 設(shè)計(jì) 時(shí) 增加 進(jìn)行密碼修改功能 。如果芯片沒(méi)有溢出則發(fā)送錄音指令，并進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)是通過(guò)計(jì)時(shí)器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。每段的語(yǔ)音地址首尾地址相差 3個(gè)。當(dāng)一段錄音播放完畢后，再次按下播放鍵就會(huì)增加放音的段數(shù)，即接著會(huì)播放下一段。 液晶顯示 初始化 放音 開(kāi)始 結(jié)束 放音鍵按下？ 錄音鍵按下？ 錄音 N N Y Y 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 17 放音部分 系統(tǒng)在 上電后首先判斷放音鍵是否按下，如果 按下則判斷是不是錄音好后的第一次放音，如果是則從第 0 段開(kāi)始播放。電子程序是先調(diào)用延時(shí)函數(shù)再關(guān)片選然后再調(diào)用延時(shí)函數(shù)即可。 其中 spi 串行發(fā)送子程序，是 ISD4004 發(fā)送 8 位數(shù)據(jù)的子程序，本段程序 中先將芯片選中并打開(kāi) spi 通信端。語(yǔ)音播放程序流程圖如圖 212 所示。在待機(jī)狀態(tài)下，如果錄音鍵被按下，此時(shí)錄音顯開(kāi)始，并且發(fā)光二極管發(fā)光，持續(xù)按鍵直到錄完想要錄制的內(nèi)容，松開(kāi)按鍵，同時(shí)發(fā)光二極管熄滅，并且液晶顯示出錄音的初始地址和終止地址。上電以后上電顯示的發(fā)光二極管發(fā)光，說(shuō)明上電成功。 圖 211 SPI端口及其控制位 系統(tǒng)在進(jìn)入正常通話狀態(tài)之后會(huì)不斷的向語(yǔ)音芯片發(fā)出放音指令，播放相應(yīng)的提示語(yǔ)音用于用戶進(jìn)行操作。所有串行數(shù)據(jù)傳送都是由 /SS 引腳的下降沿開(kāi)始；在所有串行通信期間， /SS 引腳都保持低電平，在兩條指令之間保持高電平；數(shù)據(jù)在時(shí)鐘上升沿移入，在時(shí)鐘下降沿移出；錄音和放音初始化操作都是通過(guò)把 /SS 引腳置為低電平，串行操作碼 和地址實(shí)現(xiàn)的；輸入操作碼和地址的格式是 8 位控制碼加 16 位地址碼；每個(gè)有 EOM 報(bào)文結(jié)束或 OVF 溢出產(chǎn)生的結(jié)束信號(hào)都將產(chǎn)生中斷，包括信息檢索快進(jìn)周期。系統(tǒng)采用的是外部中斷 1 對(duì)其端口的電平進(jìn)行有效的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音提示功能的，也可以使用流行音樂(lè)芯片和錄放功能的語(yǔ)音芯片 來(lái) 實(shí)現(xiàn)此功能。 LedNumVal=0。 其 中斷服務(wù)程序 如下。系統(tǒng)主程序是系統(tǒng)正常工作的基礎(chǔ)。此時(shí)通話雙方之間建立了正常的通話線路。 圖 29 控制模塊 軟件設(shè)計(jì) 整個(gè)系統(tǒng) 除了硬件電路以外，還需要軟件系統(tǒng)來(lái)協(xié)調(diào)工作，才能夠最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)預(yù)定功能。 本系統(tǒng)所采用的 ZigBee 模塊是以單片機(jī) 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(gè)系統(tǒng)的主控芯片 AT89S51相連。 考慮到系統(tǒng)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品是要面對(duì)不同的人群，所以在設(shè)計(jì)中充分考慮產(chǎn)品的實(shí)用性，故不向 ISD4004 語(yǔ)音芯片中錄入一成不變的提示音而是在設(shè)計(jì)語(yǔ)音提示放音電路的同時(shí)加入錄音電路由于ISD4004 語(yǔ)音芯片必須使用 SPI 接口與外 部的語(yǔ)音控制器 (AT89S51)通信，而設(shè)計(jì)使用的AT89S51 沒(méi)有專門的 SPI 接口硬件模塊，所以在編程的時(shí)候，同樣需要采用模擬 SPI 協(xié)議時(shí)序的方法控制 ISD4004 芯片。而對(duì)于 ISD4000 系列器件，在時(shí)鐘上升沿鎖存 MOSI 引腳數(shù)據(jù)，在下降沿將數(shù)據(jù)送達(dá)到 MISO 引腳。ISD4000 系列單片語(yǔ)音錄放器件是用 COMS 工藝實(shí)現(xiàn)的高語(yǔ)音質(zhì)量。為了使單片機(jī) 能 及時(shí)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。 MT8870 的 電路連接 如圖 27 所示，其 3 腳接收來(lái)自電話機(jī)的雙音多頻脈沖信號(hào) ， 該雙音多頻信號(hào)先經(jīng)其內(nèi)部的撥號(hào)音濾波器，濾除撥號(hào)音信號(hào)，然后經(jīng)前置放大后送入雙音頻濾波器，將雙音 多 頻信號(hào)按高、低音頻信號(hào)分開(kāi)，再經(jīng)高，低群濾波器，幅度檢測(cè)器送入輸出譯碼電路，經(jīng)過(guò)數(shù)字運(yùn)算后，在其數(shù)據(jù)輸出端輸出相對(duì)應(yīng)的 8421 碼。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 。這兩個(gè)音頻信號(hào)的頻率來(lái)自兩組預(yù)分配的頻率組，即行頻組和列頻組。每一個(gè)按鍵就發(fā)送一個(gè)高頻和低頻的正弦信號(hào)組合，比如 1 就相當(dāng)于 697Hz 和 1209Hz。 圖 26 振鈴檢測(cè)及模擬摘掛機(jī) DTMF 信號(hào)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(gè)頻率。其中直流電壓為 48V左右，交流電壓為 (25V177。 由于 該系統(tǒng)并聯(lián)在電話機(jī)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(hào)后不能馬上動(dòng)作，只有在達(dá)到設(shè)定的響鈴次數(shù)后，才默認(rèn)家里無(wú)人， 允許 電力摘機(jī)響應(yīng) 。 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(qiáng)大的 8 位，單周期 8051 微控制器核心 (其典型性能可達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的 8 倍 )。 CC2530 具有不同的運(yùn)行模式，使得它尤其適應(yīng)超低功耗要求的系統(tǒng)。 圖 24 MT8870河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 8 ZigBee 控制模塊 CC2530 CC2530 是用于 、 ZigBee 和 RF4CE 應(yīng)用的一個(gè)真正的片上系統(tǒng) (SoC)解決方案。 MT8870 提供了一個(gè)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。它包括一個(gè)帶增益可調(diào)放大器的 DTMF 接收器和一個(gè) DTMF 發(fā)送器。遠(yuǎn)程家電控制系統(tǒng)采用 MITEL 公司生產(chǎn)的 MT8870 作為 DTMF 信號(hào)的解碼核心器件 。 頻率越低 ， 錄放時(shí)間越長(zhǎng) ， 而音質(zhì)則有所下降 ， 片內(nèi)信息存于 FLASH 存貯器中 ， 可在 斷電情況下保存 100 年 (典型值 )， 反復(fù)錄音 10 萬(wàn)次。芯片采用 CMOS 技術(shù) ， 內(nèi)含振蕩器、防混淆濾波器、平滑濾波器、音頻放大器、自動(dòng)靜噪及高密度多電平閃爍存貯陳列。 圖 22 AT89S51最小系統(tǒng)河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 6 語(yǔ)音芯片 ISD4004 本設(shè)計(jì)采用的語(yǔ)音芯片是 ISD4004。 與我們通常意義上的微機(jī)原理類似，可以通過(guò)外接 A/D， D/A 轉(zhuǎn) 換電路及運(yùn)放芯片實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器傳送信息的采集，且能夠提供以點(diǎn)陣或 LCD 液晶及外接按鍵實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，能對(duì)內(nèi)部眾多 I/O 端口連接步進(jìn)電機(jī)對(duì)外圍設(shè)備進(jìn)行精確操控，具有強(qiáng)大的工控能力。 圖 21 系統(tǒng)總體框圖 主要芯片 本系統(tǒng)是以單片機(jī) AT89S5雙音多頻解碼芯片 MT8870、語(yǔ)音錄放芯片 ISD4004以及 Zigbee 控制模塊 CC2530 為核心，通過(guò)固定電話網(wǎng)來(lái)遙控的遠(yuǎn)程家電控制系統(tǒng)。為了方便用戶使用，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了密碼保護(hù)和語(yǔ)音提示功能。例如你可以在電話里告訴智能家居控制器： 晚上 5點(diǎn)把花園的燈打開(kāi)，并把空調(diào)設(shè)定到 25度；安防控制功能 ， 包括門禁系統(tǒng)、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警、煤氣泄漏、漏電等；三表遠(yuǎn)程抄收系統(tǒng)；健康與醫(yī)療功能 ， 包括健康設(shè)備監(jiān)控、遠(yuǎn)程診斷、病人異常監(jiān)護(hù)等等。通信協(xié)議采用了 IOS/OSI 模型中的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層 、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層 [2]。通信協(xié)議使用物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、應(yīng)用層。造價(jià)昂貴，也使得 CEBus 系統(tǒng)使用并 不廣泛。該產(chǎn)品在美國(guó)主要用于舊房改造 ，其優(yōu)點(diǎn)是造價(jià)低 ， 但傳輸速率低下、抗干擾能力差和可擴(kuò)展性差使得產(chǎn)品的進(jìn)一步推廣 受 到了限制。國(guó)內(nèi)外的公開(kāi)相關(guān)論文、報(bào)告文獻(xiàn)也不少，如有基于 us/os 的嵌入式系統(tǒng)，基于 u clinux 的嵌入式家庭網(wǎng)關(guān)等，其特點(diǎn)是功能較單一，價(jià)格較低廉，不能適應(yīng)新的業(yè)務(wù)需求。 目前從事家庭網(wǎng)絡(luò)研究的組織有很多，影響比較大的有 ITUT、 IEEE、 OSGI、 OMA、 DSLFotum、DLNA、 ECHONET 等國(guó)際或國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)化組織，國(guó)內(nèi)有中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì) (CCSA)、閃聯(lián)聯(lián)盟、 e 家佳聯(lián)盟等。 本系統(tǒng)的電話遠(yuǎn)程控制是基于電話交換網(wǎng)絡(luò)的國(guó)際雙音頻通信標(biāo)準(zhǔn) DTMF 通信方式，程控交換信令作為系統(tǒng)控制命令，采用 MT8870 雙音 多 頻編解碼電路實(shí)現(xiàn)，單片機(jī)通過(guò) MT8870 識(shí)別來(lái)自電話程控交換機(jī)的網(wǎng)絡(luò)的控制信號(hào)，用戶只需撥通家中的電話可以根據(jù)系統(tǒng)的語(yǔ)音提示進(jìn)行按鍵選擇以實(shí)現(xiàn)用戶身份的識(shí)別、遠(yuǎn)程控制和安防操作。硬件由單片機(jī)擴(kuò)展的存儲(chǔ)器、輸入輸出設(shè)備以及各種實(shí)現(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)控制要求的接口電路和有關(guān)的外圍電路芯片或部件組成；軟件由單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)其特定控制功能的