基于PSTN的家用電器遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計

文若濤 郭烜博 孫雙辰 白宇

摘? 要：本文介紹了一種以單片機(jī)AT89C51為主控制器和雙音多頻解碼電路芯片F(xiàn)M9270為核心，通過電話線路實(shí)現(xiàn)對家用電器的遠(yuǎn)程、多路智能控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)實(shí)用、功能靈活多樣，可以對被遙控對象的狀態(tài)進(jìn)行查詢以及控制，可以廣泛地應(yīng)用于家用電器或者其他場所的各種控制設(shè)備。系統(tǒng)主要由主控制器、振鈴檢測與模擬摘機(jī)電路、DTMF解碼電路、語音提示電路、集中控制器等構(gòu)成。

關(guān)鍵詞：AT89C51;ISD1420;FM9270;PSTN;遠(yuǎn)程控制

1? PSTN介紹

在通信系統(tǒng)和通信網(wǎng)絡(luò)中，為保證設(shè)備間或用戶間的互通和正常的維護(hù)管理，除了需要傳送話音、數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)信息外，還必須傳送專用的附加控制信號。對于程控交換系統(tǒng)，通常需要發(fā)送各種稱之為“信鈴”或“信號”（signal）的控制信號，來完成交換協(xié)調(diào)動作，實(shí)現(xiàn)用戶呼叫的處理、接續(xù)、控制與維護(hù)管理等功能。

2? 總體設(shè)計

設(shè)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(jī);

（3）密碼校驗(yàn);

（4）雙音頻信號解碼;

（5）控制電器開關(guān);

2.1系統(tǒng)總體設(shè)計框圖

當(dāng)需要遙控家用電器時，撥打相應(yīng)的電話號碼，振鈴檢測電路檢測鈴流信號，如果有人接聽電話或振鈴次數(shù)少于6次，對程控電話的使用不造成影響，當(dāng)振鈴次數(shù)達(dá)到6次后（次數(shù)可以通過軟件任意設(shè)定），單片機(jī)啟動語音提示電路發(fā)出提示音，詢問是否進(jìn)入家電控制模式，按“0”鍵否，掛機(jī)退出，按“1”鍵是，摘掛機(jī)電路自動摘機(jī)進(jìn)入控制狀態(tài)并將摘機(jī)信號輸入到單片機(jī)中，單片機(jī)接收到摘機(jī)信號后，啟動語音提示電路發(fā)出提示音，提示操作者輸入密碼或是退出。輸入的密碼經(jīng)DTMF接收，轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)并與事先存儲在單片機(jī)中的密碼比較，如果不相符，則語音提示密碼錯誤，可再次重新輸入，若三次密碼錯誤則發(fā)提示音并自動掛機(jī);如果密碼相符則語音提示選擇控制通道（按鍵1～8分別表示1～8號通道，分別控制8路電器）。通道選擇后，按下“1”鍵表示開啟該路電器，并有語音提示“該路電器已經(jīng)開啟”，按下“0”鍵表示關(guān)斷該路電器，有提示音“該路電器已經(jīng)關(guān)閉”，按下“*”鍵則可掛機(jī)退出。若超時則自動掛機(jī)（時間可由軟件設(shè)定）。

2.2系統(tǒng)整體方案

語音控制并形成如下總體設(shè)計方案：

（1）DTMF解碼電路采用FM 9270芯片接收從TEL0、TEL1輸入的雙音多頻信號并將其轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制編碼，然后輸至單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)控制功能。

（2）語音提示電路采用ISD1420芯片，可以使操作者能及時了解到受控家用電器的信息，使產(chǎn)品達(dá)到交互式與智能化。

（3）主控制器采用AT89C51，它是一款與MCS51完全兼容且內(nèi)部自帶有4KB的Flash存儲器及256KB RAM單元的芯片，因此可以不需另外擴(kuò)展EEPROM及靜態(tài)RAM就可以實(shí)現(xiàn)所需功能。

3? 硬件設(shè)計

主要器件：AT89C51單片機(jī)、ISD1420、FM9270

3.1 AT89C51單片機(jī)

AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器FPEROM的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。

3.2 語音提示電路

ISD1420是采用模擬存取技術(shù)集成的可反復(fù)錄放的20秒語音芯片，掉電語音不丟失，最大可分160段，最小每段語音長度為125ms，每段語音都可由地址線控制輸出，每125ms為一個地址，由A0-A7八根地址線控制。用戶錄制的語音每一段結(jié)束后芯片自動設(shè)有段結(jié)束標(biāo)志（EOM），芯片錄滿后設(shè)有溢出標(biāo)志（OVF）。如果用單片機(jī)等控制電路按某一段的起始地址進(jìn)行放音操作，遇到段結(jié)束標(biāo)志（EOM）即自動停止放音，單片機(jī)收到段結(jié)束標(biāo)志（EOM）就開始觸發(fā)下一段語音的起始地址，如此控制，即可以將很多、不同段的語音組合在一起成一句話放音出來，實(shí)現(xiàn)語音的自動組合。

用戶可以先通過專用的ISD1425語音編程拷貝機(jī)將需要的語音分段編程、連續(xù)錄制到芯片中，每段語音的長度不限，制成語音源片后，將源片的錄音端封住不讓其再做錄音操作，再由單片機(jī)電路控制放音。首先，單片機(jī)將ISD1420語音芯片完整搜索一遍，自動找出每一段的起始地址，按分段順序編號存入外置的串行存儲器中;然后用戶通過單片機(jī)串口發(fā)出指令，單片機(jī)即將這些段的編號、地址一一調(diào)出，依次向語音芯片發(fā)出首地址——放音該段——該段結(jié)束，單片機(jī)收到EOM標(biāo)志——單片機(jī)發(fā)出下一段語音的首地址——放音該段——如此工作，直到要求的一句話合成完畢。

3.4 DTMF解碼電路

本電路采用的是FM9270雙音多頻解碼芯片，能實(shí)現(xiàn)雙音多頻信號（DTMF）的發(fā)送與接收。FM9270是一個完整的雙音多頻接收器電路，具有頻帶分離濾波器和數(shù)字解碼功能。濾波器部分采用開關(guān)電容技術(shù)用于將撥號音頻信號分離成高頻組信號和低頻組信號。在解碼器中使用數(shù)字計數(shù)技術(shù)來檢測所有16種雙音多頻音頻對，并把它們編成4位碼。由于片上備有差動輸入放大器、時鐘振蕩器和三態(tài)鎖存總線接口，因此外接元件數(shù)減至最少。

4? 軟件設(shè)計

（1）系統(tǒng)主控模塊設(shè)計;

（2）振鈴檢測與模擬摘機(jī)電路模塊設(shè)計;

（3）DTMF解碼電路模塊設(shè)計;

（4）語音提示電路模塊設(shè)計;

（5）8路電器控制模塊設(shè)計;

5? 操作說明

將本系統(tǒng)的電源線接8—12伏電源，電路板上水晶頭插口接至電話座機(jī)。將其中一條線接6伏電壓，另一條線接發(fā)動機(jī)輸入。基本的接線就已經(jīng)完成。

用戶撥打帶有該系統(tǒng)的電話，等電話響鈴六聲后接電話，如果在響鈴六聲前接電話將聽不到語音提示，如果六聲后還沒摘機(jī)則系統(tǒng)將自動模擬摘機(jī)，發(fā)出語音提示，用戶將會聽到語音提示叫輸入密碼并按#號鍵結(jié)束，本系統(tǒng)默認(rèn)的密碼為123456（用戶可以自己修改密碼），輸完密碼然后會提示選擇相應(yīng)家電代號，系統(tǒng)共可以實(shí)現(xiàn)八路電器控制，此時用戶可以輸入1-8，就代表要控制第一路到第八路家電的開關(guān)。然后系統(tǒng)會提示輸入0或者1，0代表關(guān)閉該路電器，1代表開啟該路電器，若要控制其他家電按*號鍵，退出按9。然后系統(tǒng)會提示相應(yīng)家電已啟動或者相應(yīng)家電已關(guān)閉。

6? 結(jié)論

電話線控制家電，其實(shí)質(zhì)是在遠(yuǎn)程通過電話線使用的雙音頻信號來實(shí)現(xiàn)對各種家用電器的控制。利用以單片機(jī)、雙音頻解碼芯片和語音芯片設(shè)計制作了電話線控制家電系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對多達(dá)八路的不同家電的控制，最終能實(shí)現(xiàn)對任意一路家電的開關(guān)。從測試結(jié)果看，與要求設(shè)計值達(dá)到了一致。

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