【正文】 用單片機(jī)配合新型的DTMF解碼芯片和語音電路來實(shí)現(xiàn)了電話對家用電器的遠(yuǎn)程控制。綜上所述，采用PLC技術(shù)和Web服務(wù)器實(shí)現(xiàn)家電控制價(jià)格昂貴一般人承受不了，但用電話實(shí)現(xiàn)家電控制解決了電力線載波通信的可靠性較差，無線通信的價(jià)格偏高以及布線困難的問題。而且開發(fā)周期短。 模塊方案比較 DTMF解碼1)采用PSoC芯片的嵌入式DTMF解碼PSoC是Cypress半導(dǎo)體有限公司生產(chǎn)的的可編程片上系統(tǒng)芯片。因此，PSoC除了能實(shí)現(xiàn)一般MCU的功能外，還可通過可編程模擬和數(shù)字模塊靈活地實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)所需的模擬與數(shù)字外圍功能。這些用戶模塊將PSoC內(nèi)部的寄存器配置，數(shù)字模塊和模擬模塊之間的內(nèi)部連線，底層API(Application Program Interface，應(yīng)用程序接口)函數(shù)都已設(shè)計(jì)好了。利用PSoC的可編程模擬運(yùn)算放大器和8位ADC用戶模塊，加上簡單的接口就可以實(shí)現(xiàn)DTMF信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換。在濾波器部分，使用了開關(guān)電容技術(shù)；解碼部分，用數(shù)字計(jì)數(shù)的方法檢測所有16種DTMF音頻對，并將它們編成4bits的碼。信號經(jīng)過輸入放大，過濾掉噪聲，再被由6階高頻組帶通濾波器和8階低頻組帶通濾波器組成的陷波濾波器濾出DTMF信號，然后經(jīng)過平滑濾波，再由過零檢測器將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，進(jìn)入數(shù)字部分。如果輸入信號頻率在預(yù)先設(shè)置的范圍內(nèi)，則將檢測結(jié)果送到編碼部分進(jìn)行編碼，并等待D觸發(fā)器的同步輸出信號；如果輸入信號頻率不在預(yù)先設(shè)置的范圍內(nèi)，檢測結(jié)果維持為0不變。如果充電時(shí)間不夠長，這就是說即使被檢測信號的頻率在DTMF頻率范圍內(nèi)，但它的持續(xù)時(shí)間不足以滿足DTMF的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，輸出同步脈沖保持為0，編碼結(jié)果不輸出。錄音時(shí)間為20秒。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(diǎn)。 主控制器選擇1）單片機(jī)控制單片機(jī)就是在一塊芯片上集成了CPU、RAM、ROM(EPROM或EEPROM)、時(shí)鐘、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、多種功能的串行和并行I/O口。除了以上基本功能外，有的還集成有A/D、D/A，如Intel公司的8098系列。價(jià)格低廉。開發(fā)環(huán)境完備，開發(fā)工具齊全，應(yīng)用資料眾多。國內(nèi)大多數(shù)高校都開設(shè)了單片機(jī)課程和單片機(jī)實(shí)驗(yàn)。DSP具有更快的CPU，更大容量的存儲器，內(nèi)置有波特率發(fā)生器和FIFO緩沖器。有的片內(nèi)集成了A/D和采樣/保持電路，可提供PWM輸出。內(nèi)置高速的硬件乘法器，增強(qiáng)的多級流水線，使DSP器件具有高速的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力。DSP器件還提供了高度專業(yè)化的指令集，提高了FFT快速傅里葉變換和濾波器的運(yùn)算速度。DSP是單片機(jī)的一個(gè)分支。能以較高的速度進(jìn)行運(yùn)算。如果你作一個(gè)遙控器，選用他就沒優(yōu)勢了。如果用89C51來作語音或圖像識別就不如DSP了。綜上所述，選擇了用MT8870DTMF解碼芯片、ISD2560、單片機(jī)來完成這個(gè)系統(tǒng)。當(dāng)用戶不在家時(shí)，通過隨身攜帶的移動電話或者身邊的固定電話，拔通家里的電話，依照事先規(guī)定的一些規(guī)則，通過在電話里的語音提示，進(jìn)行不同的數(shù)字按鍵操作來完成對不同家電的控制，達(dá)到用戶的預(yù)期目的。本系統(tǒng)由單片機(jī)構(gòu)成主控部分，進(jìn)行主要的信息處理，接收外部操作指令形成各種控制信號，并完成對于各種信息的記錄；接口電路提供單片機(jī)與電話外線的接口?？傮w電路框圖如圖31所示。AT89C51單片機(jī)完成電話機(jī)振鈴信號次數(shù)的檢測、控制和加密。 理論上交換機(jī)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(jī)發(fā)出的脈沖信號來檢測信號音單位時(shí)間內(nèi)的脈沖個(gè)數(shù)計(jì)算出其頻率，從而完成信號音識別。自動摘掛機(jī)和電器的控制必須使用具體硬件電路來實(shí)現(xiàn)。 綜上所述，本系統(tǒng)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(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)為突出電話遙控的信息反饋功能，并使產(chǎn)品達(dá)到非常高性價(jià)比。譬如:在各路終端上接上傳感器即可實(shí)現(xiàn)對環(huán)境聲響的監(jiān)聽；加上留言電路，主人不在家時(shí)客人留言。本系統(tǒng)還可以應(yīng)用于工廠企業(yè)的自動化控制等領(lǐng)域。AT89C51主要性能參數(shù)：與MCS51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容；4K字節(jié)可反復(fù)擦寫Flash閃速內(nèi)存；1000次擦寫周期；全靜態(tài)操作：0Hz～24Hz；三級加密程序內(nèi)存；1288字節(jié)內(nèi)部RAM；32個(gè)可編程I/O口線；2個(gè)16位定時(shí)、計(jì)數(shù)器；6個(gè)中斷源；低功耗空閑和掉電模式。它具有32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，2個(gè)外部中斷口，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器，1個(gè)全雙工串行通信口。GND：電源地線。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。當(dāng)訪問外部內(nèi)存時(shí)，地址鎖存允許輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。另外，該引腳被略微拉高。 （2）：外部程序內(nèi)存讀選信號。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，這兩次有效的信號將不出現(xiàn)。當(dāng)信號為低電平時(shí)，只訪問片外程序內(nèi)存；而當(dāng)為高電平時(shí)，則對ROM的讀操作是從內(nèi)部程序內(nèi)存開始，并可延續(xù)至外部程序內(nèi)存。當(dāng)輸入的復(fù)位信號延續(xù)2個(gè)機(jī)器周期以上高電平即為有效，用以完成單片機(jī)的復(fù)位操作。擴(kuò)展片外內(nèi)存或I/O口時(shí)，作為低8位地址和8位數(shù)據(jù)總線的分時(shí)復(fù)用接口，它為雙向三態(tài)。P0口作為I/O輸出口使用時(shí)，由于P0口為開漏輸出，必須外接上拉電阻才能有高電平輸出。P1口每一位都可以獨(dú)立設(shè)置成輸入輸出位，P1口可以驅(qū)動4個(gè)TTL電路。P2口（～）：8位準(zhǔn)雙向并行I/O接口。P2口可以驅(qū)動4個(gè)TTL電路。除了與P1口有一樣的I/O功能外，每一個(gè)引腳還兼有第二功能。P3口的第二功能信號都是單片機(jī)的重要控制信號，因此，在實(shí)際使用時(shí)，先按需要選用第二功能信號，剩下的才以第一功能的身份作為數(shù)據(jù)位的I/O使用。P0口片內(nèi)無固定的上拉電阻，由兩個(gè)MOS管串接，既可開路輸出，又可處于高阻的“懸空”狀態(tài)，故稱為雙向三態(tài)并行I/O接口。和其它電路，如LCD驅(qū)動電路一起，可實(shí)現(xiàn)CALLERID功能。在濾波器部分，使用了開關(guān)電容技術(shù)；解碼部分，用數(shù)字計(jì)數(shù)的方法檢測所有16種DTMF音頻對，并將它們編成4bits的碼。信號在數(shù)字部分分為兩路，一路直接送到頻率檢測部分，分別對信號進(jìn)行高頻和低頻檢測。另一路則送到頻率平均算法部分，分別經(jīng)過4，8分頻，以初步檢測信號的持續(xù)時(shí)間，將諸如噪聲之類的干擾消除掉；同時(shí)，進(jìn)一步設(shè)置更為嚴(yán)格的頻率檢測范圍。如果充電時(shí)間不夠長，這就是說即使被檢測信號的頻率在DTMF頻率范圍內(nèi)，但它的持續(xù)時(shí)間不足以滿足DTMF的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，輸出同步脈沖保持為0，編碼結(jié)果不輸出。 AT24C02的3腳是三條地址線，用于確定芯片的硬件地址。第5腳SDA為串行數(shù)據(jù)輸入/輸出，數(shù)據(jù)通過這條雙向I2C總線串行傳送。第7腳需要接地。每寫入或讀出一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)后，該地址寄存器自動加1，以實(shí)現(xiàn)對下一個(gè)存儲單元的讀寫。為降低總的寫入時(shí)間，一次操作可寫入多達(dá)8個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。它通過SDA（串行數(shù)據(jù)線）及SCL（串行時(shí)鐘線)兩根線在連到總線上的器件之間傳送信息，并根據(jù)地址識別每個(gè)器件：不管是單片機(jī)、存儲器、LCD驅(qū)動器還是鍵盤接口。CPU不僅能通過指令將某個(gè)功能單元電路掛靠或摘離總線，還可對該單元的工作狀況進(jìn)行檢測，從而實(shí)現(xiàn)對硬件系統(tǒng)的既簡單又靈活的擴(kuò)展與控制。當(dāng)某個(gè)器件向總線上發(fā)送信息時(shí)，它就是發(fā)送器(也叫主器件)，而當(dāng)其從總線上接收信息時(shí)，又成為接收器(也叫從器件)。I2C總線的控制完全由掛接在總線上的主器件送出的地址和數(shù)據(jù)決定?！　】偩€上主和從(即發(fā)送和接收)的關(guān)系不是一成不變的，而是取決于此時(shí)數(shù)據(jù)傳送的方向。當(dāng)總線空閑時(shí)，兩根線都是高電平。I2C總線的數(shù)據(jù)傳送速率在標(biāo)準(zhǔn)工作方式下為100kbit/s，在快速方式下，最高傳送速率可達(dá)400kbit/s。SCL線上由高電平到低電平的跳變將影響到這些器件，一旦某個(gè)器件的時(shí)鐘信號下跳為低電平，將使SCL線一直保持低電平，使SCL線上的所有器件開始低電平期?！　‘?dāng)所有器件的時(shí)鐘信號都上跳為高電平時(shí)，低電平期結(jié)束，SCL線被釋放返回高電平，即所有的器件都同時(shí)開始它們的高電平期。這樣就在SCL線上產(chǎn)生一個(gè)同步時(shí)鐘?！　?．?dāng)?shù)據(jù)的傳送　在數(shù)據(jù)傳送過程中，必須確認(rèn)數(shù)據(jù)傳送的開始和結(jié)束。當(dāng)時(shí)鐘線SCL為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)線SDA由高電平跳變?yōu)榈碗娖蕉x為“開始”信號；當(dāng)SCL線為高電平時(shí)，SDA線發(fā)生低電平到高電平的跳變?yōu)椤敖Y(jié)束”信號。在開始信號以后，總線即被認(rèn)為處于忙狀態(tài)；在結(jié)束信號以后的一段時(shí)間內(nèi)，總線被認(rèn)為是空閑的。方向位為“0”表示發(fā)送，即主器件把信息寫到所選擇的從器件；方向位為“1”表示主器件將從從器件讀信息?！　≡贗2C總線上每次傳送的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)不限，但每一個(gè)字節(jié)必須為8位，而且每個(gè)傳送的字節(jié)后面必須跟一個(gè)認(rèn)可位（第9位），也叫應(yīng)答位（ACK）。如果從器件正在處理一個(gè)實(shí)時(shí)事件而不能接收數(shù)據(jù)時(shí)，（例如正在處理一個(gè)內(nèi)部中斷，在這個(gè)中斷處理完之前就不能接收I2C總線上的數(shù)據(jù)字節(jié)）可以使時(shí)鐘SCL線保持低電平，從器件必須使SDA保持高電平，此時(shí)主器件產(chǎn)生1個(gè)結(jié)束信號，使傳送異常結(jié)束，迫使主器件處于等待狀態(tài)。　　當(dāng)主器件發(fā)送完一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)后，接著發(fā)出對應(yīng)于SCL線上的一個(gè)時(shí)鐘（ACK）認(rèn)可位，在此時(shí)鐘內(nèi)主器件釋放SDA線，一個(gè)字節(jié)傳送結(jié)束，而從器件的響應(yīng)信號將SDA線拉成低電平，使SDA在該時(shí)鐘的高電平期間為穩(wěn)定的低電平?！　2C總線還具有廣播呼叫地址用于尋址總線上所有器件的功能。如果該器件需要廣播呼叫尋址中提供的數(shù)據(jù)，則應(yīng)對地址作出響應(yīng)，其表現(xiàn)為一個(gè)接收器。例如，多單片機(jī)系統(tǒng)中，可能在某一時(shí)刻有兩個(gè)單片機(jī)要同時(shí)向總線發(fā)送數(shù)據(jù)，這種情況叫做總線競爭?？偩€競爭的仲裁是在兩個(gè)層次上進(jìn)行的。由于是利用I2C總線上的信息進(jìn)行仲裁，因此不會造成信息的丟失。另外，通用的I2C總線接口器件，如帶I2C總線的單片機(jī)、RAM、ROM、A/D、D/A、LCD驅(qū)動器等器件，也越來越多地應(yīng)用于計(jì)算機(jī)及自動控制系統(tǒng)。此電路主要包括電話線路摘機(jī)檢測和線路振鈴信號的檢測電路，語音提示電路，單片機(jī)控制和密碼存儲電路,DTMF檢測電路及電器驅(qū)動電路。振鈴為25177。15V。振鈴檢測電路如圖41所示。經(jīng)過RC回路進(jìn)行濾波，輸入給光電耦合器的波形，經(jīng)過光電耦合器的隔離轉(zhuǎn)換輸出很標(biāo)準(zhǔn)的方波。模擬摘機(jī)電路的功能是當(dāng)電話振鈴到一定時(shí)間后接通電話，其電路如圖41所示。監(jiān)測電路是為了監(jiān)測電話機(jī)是否模擬摘機(jī)，電路如圖41所示。當(dāng)該系統(tǒng)接收到振鈴信號，且達(dá)到規(guī)定的振鈴次數(shù)后模擬摘機(jī)，電話線路上電壓均由原來的48V下降到78V，此時(shí)DW1截止。 聲音監(jiān)聽和語音提示電路語音提示電路是此系統(tǒng)的重要組成部分，能提供給用戶直觀的的反饋信息，為了使系統(tǒng)更加人性化，語音提示直接采用了語音芯片，將一些操作規(guī)則事先存于芯片中，根據(jù)不同的DTMF信號產(chǎn)生不同的提示信息，從而來完成控制整個(gè)系統(tǒng)的目的，由于需要存儲的信息容量比較大，電路采用了ISD2560，此芯片可錄一分鐘的語音信息，對本系統(tǒng)以足夠使用，電路如圖42所示。三極管Q6截止，因此對聲音信號和語音信號沒有放大功能；，三極管Q6導(dǎo)通，對信號有放大作用，此時(shí)可以監(jiān)聽聲音或者自動語音提示。使用操作模式時(shí)需要注意兩點(diǎn)：所有操作模式下的操作都是從0地址開始，以后的操作根據(jù)模式的不同，而從相應(yīng)的地址開始工作。操作模式位不加鎖定，可以在MSB（AA9）地址位為高電平時(shí)，CE電平變低的任何時(shí)間執(zhí)行操作模式操作。 單片機(jī)控制和密碼存儲電路本電路單片機(jī)采用了AT89C51作為控制芯片，并采用EEPROM作為密碼的存儲。密碼存儲電路如圖43所示。在與AT89C51連接時(shí)它們都接地，第8腳和第4腳分別為正、負(fù)電源。第6腳SCL為串行時(shí)鐘輸入線。可以通過軟件編程對密碼進(jìn)行修改和存儲。DTMF編、解碼方式在電話撥號系統(tǒng)中應(yīng)用非常廣泛，其突出的優(yōu)點(diǎn)是抗干擾能力很強(qiáng)。使用集成電路不但外圍電路簡單，而且可靠性強(qiáng)。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，決定使用雙音頻解碼集成片MT8870來完成此功能模塊。 圖44 DTMF檢測電路，當(dāng)MT8870接收來自電話線的雙音多頻信號并準(zhǔn)備好輸出時(shí)，產(chǎn)生中斷信號。MT8870的數(shù)據(jù)輸出端Q1 ~ ~ ，CPU經(jīng)P1口識別4位代碼。其中，A，B，C，D 4個(gè)按鍵常被當(dāng)作R/P，REDIAL，HOLD，HANDSFREE等功能使用。有些技術(shù)資料會出現(xiàn)錯誤，包括比較權(quán)威的手冊，所以在實(shí)驗(yàn)中，記錄下測量的每一組數(shù)據(jù)后，才把這些數(shù)據(jù)應(yīng)用于程序當(dāng)中。當(dāng)MT8870獲取有效雙音多頻信號后，STD電平由低變高，再反相為低，CPU檢測后，指示P1口接收有效二進(jìn)制代碼。DTMF數(shù)據(jù)輸出如表41所示。 圖45 電器控制電路繼電器的開關(guān)由單片機(jī)控制，并可設(shè)定延時(shí)開延時(shí)關(guān)的功能。第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)基本思路軟件設(shè)計(jì)過程中采用模塊化設(shè)計(jì)方法，便于程序的閱讀、調(diào)試和改進(jìn)。在硬件的基礎(chǔ)上，智能型電話遙控器的所有功能都是由軟件實(shí)行的，通過軟件編程可以控制電器的開關(guān)、延時(shí)開關(guān)、聲音監(jiān)聽、密碼修改和語音提示等等。軟件設(shè)計(jì)包括振鈴檢測、模擬摘機(jī)、語音提示、密碼存儲、各功能操作、8870中斷作這些模塊。延時(shí)開關(guān)電器開關(guān)監(jiān)聽修改密碼狀態(tài)查詢 功能操作無延時(shí)開關(guān)電器1無延時(shí)開關(guān)電器2圖52系統(tǒng)功能圖 定時(shí)中斷子程序在軟件編程中，需要考慮到電路中中斷的使用。定時(shí)中斷是用于兩路電器延時(shí)開和關(guān)時(shí)間的計(jì)時(shí)，50ms中斷一次，電器的延時(shí)時(shí)間最小單位是分，延時(shí)開和關(guān)都有計(jì)數(shù)值，當(dāng)計(jì)數(shù)值減為0時(shí)，對電器進(jìn)行操作。 TH0=0x3c。 if(dlycount1==0) {dlycount1=1200。 if(opencount1==0) {p24=0。 if(opencount2==0) {p25=0。 if(closecount1==0) {p24=1。 if(closecount