【正文】 100KGNDVCCVCCR4100KNPN3VCCGNDR71KR810KCLD1MT88701234D1D4IN4004X4業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)GND業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)圖 6 雙音頻解碼電路 語(yǔ)言提示電路ISD2560 芯片采用多電平直接模擬量存儲(chǔ)專(zhuān)利技術(shù)，每個(gè)采樣值直接存儲(chǔ)在片內(nèi)單個(gè)E2PROM 單元中，不需另加 A/D 或 D/A 變換來(lái)存儲(chǔ)和重放，能夠非常自然、真實(shí)地再現(xiàn)語(yǔ)音，音樂(lè)，音調(diào)和效果聲，避免了一般固體錄音電路因量化和壓縮造成的量化噪聲和金屬聲，因此，作為目前國(guó)內(nèi)外較為理想的語(yǔ)音芯片，在許多領(lǐng)域得到了廣泛地應(yīng)用。而無(wú)效的雙音頻信號(hào)（電話(huà)線路雜音、人們的語(yǔ)音信號(hào)等）是不會(huì)引起 MT8870 的 CLD 端變化的。為了使單片機(jī)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。電話(huà)按鍵與相應(yīng)譯碼（Q4~Q1）輸出。MT8870 的連線如圖 6所示，其的 3 腳接收來(lái)自電話(huà)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（11~14 腳）輸出相對(duì)應(yīng)的 8421 碼。電話(huà)鍵盤(pán)與 DTMF 頻率對(duì)應(yīng)關(guān)系如表 1 所示。MT8870 主要用于程控交換機(jī)、遙控、無(wú)線通信及廣播系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)DTMF 信號(hào)的分離濾波和譯碼功能，輸出相應(yīng) 16 種頻率組合的四位并行二進(jìn)制碼。它包括 DTMF發(fā)送器與 DTMF 接受器，前者主要應(yīng)用于按鍵電話(huà)作雙音頻信號(hào)發(fā)送器，發(fā)送一組雙音多頻信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)音頻撥號(hào)。當(dāng)用戶(hù)輸入密碼錯(cuò)誤，或者是操作結(jié)束后，系統(tǒng)由軟件控制PNP1 截止，繼電器線圈失電，常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)，電話(huà)線又處于開(kāi)路狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)模擬掛機(jī)。平時(shí)電話(huà)掛機(jī)時(shí)，兩條電話(huà)線處于開(kāi)路狀態(tài)，兩電話(huà)線的電壓為 48V（部分電話(huà)為 60V），加到電話(huà)機(jī)的振鈴電路兩端，當(dāng)摘機(jī)時(shí)振鈴電路斷開(kāi)，兩電話(huà)線接通，阻值大約 250Ω。交換機(jī)檢測(cè)到該電流后便停止鈴流發(fā)送，并將線路電壓變?yōu)槭畮追闹绷?，完成接續(xù)。在掛機(jī)狀態(tài)下，其漏電流≤5μA。保護(hù)單片機(jī)也提高了穩(wěn)定性。其中通過(guò)光電耦合一次側(cè)的輸入及的電流為： （31）1max2RUI GD????即 R1 取 滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求?；谇度胧狡脚_(tái)的智能化家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)14 遠(yuǎn)程控制電路設(shè)計(jì) 振鈴檢測(cè)電路振鈴檢測(cè)電路如圖 4 所示，圖中二極管有 2 種作用：1）將不確定的線路供電正負(fù)變?yōu)楣潭ǖ恼?fù)輸出；2）將交流的振鈴信號(hào)變?yōu)槊}動(dòng)直流以供檢測(cè)。固態(tài)繼電器有壽命長(zhǎng)、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(diǎn)。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。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)繼電器有三部分組成:輸入電路，隔離(耦合)和輸出電路。 固態(tài)繼電器(SSR) 簡(jiǎn)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(méi)有機(jī)械運(yùn)動(dòng)，不含運(yùn)動(dòng)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。ISD2500系列和1400系列語(yǔ)音電路一樣，具有抗斷電、音質(zhì)好，使用方便等優(yōu)點(diǎn)。它從接收端接收來(lái)自電話(huà)機(jī)的雙音多頻基于嵌入式平臺(tái)的智能化家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)13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。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。發(fā)送器采用開(kāi)關(guān)電容 D/A 變換器。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。片上閃存可以使用商用編程器進(jìn)行編程。WDT 不同于 8052系統(tǒng)的定時(shí)器0定時(shí)器1和定時(shí)器2。 相關(guān)芯片及模塊簡(jiǎn)介 MCU SM8952AC25P 簡(jiǎn)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(gè)I/O口其4K/8K的閃存既可作程序存儲(chǔ)空間也可以作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(mén)狗使它能應(yīng)用于不同的場(chǎng)合，因此是一種通用的和性能價(jià)格比高的控制器，SM8951/8952允許用戶(hù)還可以通過(guò)置位 SCONF寄存器的位0(ALE1)來(lái)降低EMI，其中的看門(mén)狗定時(shí)器(WDT)是1個(gè)16位自運(yùn)行計(jì)數(shù)器在計(jì)數(shù)器溢出時(shí)會(huì)產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)。一個(gè)好的可靠的系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)分析時(shí)確定的功能目標(biāo)，還應(yīng)該為整個(gè)系統(tǒng)調(diào)試和升級(jí)留下足夠的冗余設(shè)計(jì)和自由度。實(shí)際證明這種思路是可行的，而且電路簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)。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(cè)量。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(duì)傳輸過(guò)程中是否產(chǎn)生差錯(cuò)。系統(tǒng)碼也叫識(shí)別碼，它用來(lái)指示遙控系統(tǒng)的種類(lèi)，以區(qū)別其他遙控系統(tǒng)，防止各種遙控系統(tǒng)的誤操作。遙控編碼脈沖信號(hào)（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(hào)組成。PWM 碼以寬脈沖表示 1，窄脈沖表示 0。通常，紅外遙控器將遙控信號(hào)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(hào)發(fā)射出去。集中各設(shè)備的方法是首先對(duì)各設(shè)備的紅外遙控信號(hào)進(jìn)行識(shí)別并存儲(chǔ)，然后在需要時(shí)進(jìn)行還原，以控制對(duì)應(yīng)設(shè)備動(dòng)作。當(dāng)基于嵌入式平臺(tái)的智能化家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)11用戶(hù)可以通過(guò)任意操作方式對(duì)這類(lèi)家電進(jìn)行控制時(shí)，紅外插座或開(kāi)關(guān)會(huì)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)。本系統(tǒng)可以學(xué)習(xí)并記憶各種紅外控制類(lèi)家電的遙控指令，利用單片機(jī)對(duì)遙控器的發(fā)射信號(hào)的波形進(jìn)行測(cè)量，然后將測(cè)量的數(shù)據(jù)回放，由于只關(guān)心發(fā)射信號(hào)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(wàn)能” 。因此本人提出使用紅外遙控進(jìn)行對(duì)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(shí)現(xiàn)對(duì)這類(lèi)家電的有效控制。本系統(tǒng)采用通信電纜的連接方式。這個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)其實(shí)就是一個(gè)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(lái)建立無(wú)線信道，接收和發(fā)出短消息。采用紅外接口的優(yōu)點(diǎn)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(dú)立，使用方便；缺點(diǎn)是通信距離較短，紅外傳播的方向性對(duì)接口相對(duì)位置有要求。TC35 模塊還支持 RTS0/CTS0 的硬件握手和 XON/XOFF 的軟件流控制。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()。在不需要額外硬件電路的前提下，可支持 FR、HR 和 EFR 語(yǔ)音信道編碼。 GSM 模塊的接口與設(shè)計(jì) 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。另外，通過(guò)程序可設(shè)定報(bào)警裝置的等級(jí)和報(bào)警器的靈敏度。當(dāng)家人出門(mén)后，住宅周界防護(hù)的防盜報(bào)警設(shè)備(門(mén)磁開(kāi)關(guān)、玻璃破碎探測(cè)器)和住宅內(nèi)區(qū)域防護(hù)的防盜報(bào)警設(shè)備(被動(dòng)紅外探測(cè)器或被動(dòng)紅外／微波雙技術(shù)探測(cè)器)均設(shè)防。住宅周界防護(hù)是指在住宅的門(mén)、窗上安裝門(mén)磁開(kāi)關(guān)，在對(duì)外的玻璃窗、門(mén)附近安裝玻璃破碎探測(cè)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(dòng)紅外探測(cè)器或被動(dòng)紅外／微波雙技術(shù)探測(cè)器。這里采用 TP2 高溫型一氧化碳傳感器報(bào)警器需在一氧化碳濃度達(dá)到設(shè)定制值時(shí)系統(tǒng)應(yīng)啟動(dòng)報(bào)警。 可燃?xì)怏w泄漏傳感器通過(guò)設(shè)置在廚房的可燃?xì)怏w探測(cè)器，監(jiān)視燃?xì)夤艿?、灶具有無(wú)燃?xì)庑孤?。家庭控制器還可以根據(jù)有人在家或無(wú)人在家的情況，調(diào)節(jié)感溫探測(cè)器和感煙探測(cè)器的靈敏度。 傳感器信號(hào)采集設(shè)計(jì)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(bào)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(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，電路設(shè)計(jì)時(shí)可以在背后設(shè)計(jì)專(zhuān)用的卡口以便地固定在墻體或者天花板上，使用時(shí)通過(guò)設(shè)置在廚房的感溫探測(cè)器和設(shè)置在客廳、臥室等的感煙探測(cè)器，監(jiān)視各個(gè)房間內(nèi)有無(wú)火災(zāi)的發(fā)生。綜上所述，本設(shè)計(jì)信號(hào)音檢測(cè)、自動(dòng)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(shí)現(xiàn)。 設(shè)計(jì)中自動(dòng)摘掛機(jī)和電器的控制必須使用具體硬件電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。 軟硬件方案確定根據(jù)電話(huà)機(jī)和交換機(jī)發(fā)出的不同信號(hào)音以及電話(huà)線各種狀態(tài)的不同要求，本設(shè)計(jì)方案結(jié)合實(shí)際情況對(duì)具體的單元功能模塊作出軟件或硬件上作了以下分工：交換機(jī)所發(fā)出的各種信號(hào)音都大多數(shù)可以通過(guò)軟件編程來(lái)識(shí)別，即通過(guò)單片機(jī)發(fā)出的脈沖信號(hào)來(lái)檢測(cè)信號(hào)音單位時(shí)間內(nèi)的脈沖個(gè)數(shù)計(jì)算出其頻率，從而完成信號(hào)音的識(shí)別。 控制要求完成遠(yuǎn)程控制部分必須完成一下要求：1)通過(guò)電話(huà)網(wǎng)對(duì)異地的電器實(shí)現(xiàn)控制（開(kāi)/關(guān)） ；2)控制器可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)模擬摘掛機(jī)；3)控制器設(shè)置密碼校驗(yàn)。用戶(hù)通過(guò)異地電話(huà)撥通控制器所連接外線的電話(huà)號(hào)碼，通過(guò)程控交換機(jī)向電話(huà)機(jī)發(fā)出振鈴信號(hào)。系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制框圖如圖 3 示。同時(shí)，電話(huà)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)正常工作還需電源供電電路、驅(qū)動(dòng)電路等輔助電路。電話(huà)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)一般工作在無(wú)人值守環(huán)境，所以應(yīng)具有自動(dòng)離線、上線、復(fù)位功能。火災(zāi)煙霧傳感器可燃?xì)怏w傳感器擴(kuò)展信號(hào) A/D轉(zhuǎn)換放大、整形放大、整形 單片機(jī)控制器短信息發(fā)送紅外發(fā)送光電隔離功率器件程控交換執(zhí)行器件LCD 顯示門(mén)窗磁信號(hào) 電壓轉(zhuǎn) 換 RS232 PC 機(jī)圖 2 系統(tǒng)總體框圖基于嵌入式平臺(tái)的智能化家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)7 遠(yuǎn)程控制設(shè)計(jì)與分析 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析系統(tǒng)控制器由 MT8870 接收遠(yuǎn)端發(fā)送來(lái)的 DTMF 信號(hào)、并對(duì)其進(jìn)行解碼，解碼后的信號(hào)由中央處理單元采集處理。 系統(tǒng)總體框圖基于嵌入式平臺(tái)的智能家居系統(tǒng)主要采用單片機(jī)作為核心控制器，MT8870、TC35 modem 和各類(lèi)家居傳感器組成控制系統(tǒng)。單片機(jī)有惟一的專(zhuān)門(mén)為嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的體系結(jié)構(gòu)與指令系統(tǒng)，最能滿(mǎn)足嵌入式應(yīng)用要求。4)突出控制功能。2)嵌入到工控應(yīng)用系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)形態(tài)。嵌入式系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：1)面對(duì)控制對(duì)象。而把單片機(jī)面向工控領(lǐng)域?qū)ο?，嵌入到工控?yīng)用系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)嵌入式應(yīng)用的計(jì)算機(jī)稱(chēng)之為嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱(chēng)嵌入式系統(tǒng)。選擇時(shí)應(yīng)考慮以下幾個(gè)問(wèn)題：被控對(duì)象參數(shù)的數(shù)量；各輸入/輸出通道是串行操作還是并行操作；各通道數(shù)據(jù)的傳遞速率；各通道數(shù)據(jù)的字長(zhǎng)及選擇位數(shù)；對(duì)顯示、打印有何要求。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇一方面要與控制算法匹配，另一方面要根據(jù)被控對(duì)象的實(shí)際情況確定。選擇檢測(cè)元件，在確定總體方案時(shí)，必須首先選擇好被測(cè)參數(shù)的測(cè)量元件，是影響控制系統(tǒng)精度的重要因素之一?？傮w方案的設(shè)計(jì)主要是根據(jù)被控對(duì)象的任務(wù)及工藝要求而確定的。確定單片機(jī)控制系統(tǒng)總體方案，是進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)最重要、最關(guān)鍵的一步。智能家居的控制系統(tǒng)框圖如圖 1 所示。相信在單片機(jī)開(kāi)發(fā)應(yīng)用中 PROTUES 也能茯得愈來(lái)愈廣泛的應(yīng)用。具有設(shè)計(jì)靈活，結(jié)果、過(guò)程的統(tǒng)一的特點(diǎn)。PROTUES 可以提供實(shí)驗(yàn)室無(wú)法相比的大量的元器件庫(kù)，提供了修改電路設(shè)計(jì)的靈活性、提供了實(shí)驗(yàn)室在數(shù)量、質(zhì)量上難以相比的虛擬儀器、儀表，因而也提供了培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐精神、創(chuàng)造精神的平臺(tái)。元器件、連接線路等卻和傳統(tǒng)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)硬件高度對(duì)應(yīng)。PROTUES 不僅可將許多單片機(jī)實(shí)例功能形象化，也可將許多單片機(jī)實(shí)例運(yùn)行過(guò)程形象化。使用 vision4 創(chuàng)建源文件并組成應(yīng)用工程加以管理。 KEIL IDE Vision4 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境的組成u Vision4 IDE。4二、所有設(shè)備及軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要完成的是仿真，因此使用了 KEIL IDE Vision4 編程軟件和 PROTUES單片機(jī)仿真軟件。 硬件部分嵌入式智能家居控制系統(tǒng)其硬件部分主要由五大部分構(gòu)成：1)電話(huà)交換網(wǎng)程控交換信令部分：由 MT8870 和電壓檢測(cè)元件組成，是系統(tǒng)中控制部分關(guān)鍵的元件，與控制單元組成控制部分功能；2）控制單元：系統(tǒng)的控制中心；3）傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：完成系統(tǒng)的各種數(shù)據(jù)采集包括溫度、可燃?xì)怏w濃度等；4）GSM 模塊 TC35 modem 與接口：完成系統(tǒng)的控制及信號(hào)的處理及發(fā)送；5）電源部分：電源部分則為各個(gè)部分提供工作電源。系統(tǒng)使用 UC/OSII 嵌入式系統(tǒng)?；谇度胧较到y(tǒng)平臺(tái)的智能化家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)重點(diǎn)完成基于嵌入式系統(tǒng)平臺(tái)的家居控制中心設(shè)備的結(jié)構(gòu)、功能。而此時(shí)采用 UC/OSII 嵌入式系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)智能家居控制系統(tǒng)不僅具有采集控制方便、簡(jiǎn)單、靈活等優(yōu)點(diǎn)，而且可以基于嵌入式平臺(tái)的智能化家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)2大幅度提高采各模塊和芯片的協(xié)調(diào)性，從而大大提高系統(tǒng)的可利用性。系統(tǒng)的電話(huà)遠(yuǎn)程控制是基于電話(huà)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(huà)程控交換機(jī)的網(wǎng)絡(luò)的控制信號(hào)，用戶(hù)只需撥通家中的電話(huà)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(hù)身份的識(shí)別、遠(yuǎn)程控制和安防操作；各種傳感器的檢測(cè)是利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將