基于PSTN的家用電器遠程控制系統設計

文若濤 郭烜博 孫雙辰 白宇

摘? 要：本文介紹了一種以單片機AT89C51為主控制器和雙音多頻解碼電路芯片FM9270為核心，通過電話線路實現對家用電器的遠程、多路智能控制系統。該系統實用、功能靈活多樣，可以對被遙控對象的狀態進行查詢以及控制，可以廣泛地應用于家用電器或者其他場所的各種控制設備。系統主要由主控制器、振鈴檢測與模擬摘機電路、DTMF解碼電路、語音提示電路、集中控制器等構成。

關鍵詞：AT89C51;ISD1420;FM9270;PSTN;遠程控制

1? PSTN介紹

在通信系統和通信網絡中，為保證設備間或用戶間的互通和正常的維護管理，除了需要傳送話音、數據等業務信息外，還必須傳送專用的附加控制信號。對于程控交換系統，通常需要發送各種稱之為“信鈴”或“信號”（signal）的控制信號，來完成交換協調動作，實現用戶呼叫的處理、接續、控制與維護管理等功能。

2? 總體設計

設計此系統必須具有以下單元功能模塊：

（1）鈴音檢測、計數;

（2）自動摘掛機;

（3）密碼校驗;

（4）雙音頻信號解碼;

（5）控制電器開關;

2.1系統總體設計框圖

當需要遙控家用電器時，撥打相應的電話號碼，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少于6次，對程控電話的使用不造成影響，當振鈴次數達到6次后（次數可以通過軟件任意設定），單片機啟動語音提示電路發出提示音，詢問是否進入家電控制模式，按“0”鍵否，掛機退出，按“1”鍵是，摘掛機電路自動摘機進入控制狀態并將摘機信號輸入到單片機中，單片機接收到摘機信號后，啟動語音提示電路發出提示音，提示操作者輸入密碼或是退出。輸入的密碼經DTMF接收，轉換成二進制數并與事先存儲在單片機中的密碼比較，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提示音并自動掛機;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“該路電器已經開啟”，按下“0”鍵表示關斷該路電器，有提示音“該路電器已經關閉”，按下“*”鍵則可掛機退出。若超時則自動掛機（時間可由軟件設定）。

2.2系統整體方案

語音控制并形成如下總體設計方案：

（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換成二進制編碼，然后輸至單片機進行數據處理，進而實現控制功能。

（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，使產品達到交互式與智能化。

（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展EEPROM及靜態RAM就可以實現所需功能。

3? 硬件設計

主要器件：AT89C51單片機、ISD1420、FM9270

3.1 AT89C51單片機

AT89C51是一種帶4K字節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。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業標準的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集成的可反復錄放的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束后芯片自動設有段結束標志（EOM），芯片錄滿后設有溢出標志（OVF）。如果用單片機等控制電路按某一段的起始地址進行放音操作，遇到段結束標志（EOM）即自動停止放音，單片機收到段結束標志（EOM）就開始觸發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，實現語音的自動組合。

用戶可以先通過專用的ISD1425語音編程拷貝機將需要的語音分段編程、連續錄制到芯片中，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，再由單片機電路控制放音。首先，單片機將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串口發出指令，單片機即將這些段的編號、地址一一調出，依次向語音芯片發出首地址——放音該段——該段結束，單片機收到EOM標志——單片機發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，能實現雙音多頻信號（DTMF）的發送與接收。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字解碼功能。濾波器部分采用開關電容技術用于將撥號音頻信號分離成高頻組信號和低頻組信號。在解碼器中使用數字計數技術來檢測所有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、時鐘振蕩器和三態鎖存總線接口，因此外接元件數減至最少。

4? 軟件設計

（1）系統主控模塊設計;

（2）振鈴檢測與模擬摘機電路模塊設計;

（3）DTMF解碼電路模塊設計;

（4）語音提示電路模塊設計;

（5）8路電器控制模塊設計;

5? 操作說明

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

用戶撥打帶有該系統的電話，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則系統將自動模擬摘機，發出語音提示，用戶將會聽到語音提示叫輸入密碼并按#號鍵結束，本系統默認的密碼為123456（用戶可以自己修改密碼），輸完密碼然后會提示選擇相應家電代號，系統共可以實現八路電器控制，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。然后系統會提示輸入0或者1，0代表關閉該路電器，1代表開啟該路電器，若要控制其他家電按*號鍵，退出按9。然后系統會提示相應家電已啟動或者相應家電已關閉。

6? 結論

電話線控制家電，其實質是在遠程通過電話線使用的雙音頻信號來實現對各種家用電器的控制。利用以單片機、雙音頻解碼芯片和語音芯片設計制作了電話線控制家電系統，可實現對多達八路的不同家電的控制，最終能實現對任意一路家電的開關。從測試結果看，與要求設計值達到了一致。

參考文獻

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