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基于单片机的电话控制系统.doc

发布时间：2022-06-09 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.24M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    1绪论
    2系统设计原理
    2.1 硬件功能分析
    2.2 软件模块分析
    3 系统硬件电路设计
    3.1振铃检测电路
    3.1.1电路工作原理
    3.1.2 电路图设计
    3.2 摘挂机控制电路
    3.2.1电路工作原理
    3.2.2 电路图设计
    3.2.3 核心AT89C2051芯片介绍
    3.3 双音频DTMF解码电路
    3.3.1 电路工作原理
    3.3.2 电路图设计 双音频DTMF解码电路设计如图4所示。
    3.3.3 核心MT8870芯片介绍
    3.3.4 MT8870解码表
    3.4 家用电器控制电路
    3.4.1 电路工作原理
    3.4.2 电路图设计
    3.4.3 核心74LS273芯片介绍
    3.5 信息反馈电路
    3.5.1 电路工作原理
    3.5.2 音乐集成电路芯片介绍
    3.5.3音乐集成电路使用中的注意事项
    4系统软件设计
    4.1 软件设计原理
    4.2 系统程序设计流程图
    5结束语
    参考文献
    附录一 电路总图
    附录二 程序清单
    基于单片机的电话远程控制系统 目录 1 绪论............................................................................................................................ 2 2 系统设计原理............................................................................................................ 4 2.1 硬件功能分析................................................................................................ 4 2.2 软件模块分析................................................................................................ 6 3 系统硬件电路设计................................................................................................... 7 3.1 振铃检测电路................................................................................................. 7 3.1.1 电路工作原理...................................................................................... 7 3.1.2 电路图设计......................................................................................... 7 3.2 摘挂机控制电路............................................................................................ 7 3.2.1 电路工作原理...................................................................................... 7 3.2.2 电路图设计......................................................................................... 8 3.2.3 核心 AT89C2051 芯片介绍................................................................. 9 3.3 双音频 DTMF 解码电路................................................................................ 10 3.3.1 电路工作原理................................................................................... 10 3.3.2 电路图设计....................................................................................... 11 3.3.3 核心 MT8870 芯片介绍..................................................................... 11 3.3.4 MT8870 解码表.................................................................................. 12 3.4 家用电器控制电路...................................................................................... 13 3.4.1 电路工作原理................................................................................... 13 3.4.2 电路图设计....................................................................................... 13 3.4.3 核心 74LS273 芯片介绍................................................................... 14 3.5 信息反馈电路.............................................................................................. 15 3.5.1 电路工作原理................................................................................... 15 3.5.2 音乐集成电路芯片介绍................................................................... 16 3.5.3 音乐集成电路使用中的注意事项.................................................... 16 4 系统软件设计.......................................................................................................... 17 4.1 软件设计原理.............................................................................................. 17 4.2 系统程序设计流程图.................................................................................. 17 5 结束语...................................................................................................................... 18 参考文献..................................................................................................................... 19
    附录一 电路总图....................................................................................................... 20 附录二 程序清单....................................................................................................... 21 基于单片机的电话远程控制系统 摘要:随着通讯产业的迅速发展,电话机已经走进了千家万户,但是利用电话机进 行远程控制的技术却没有多少实质性的进展.如何将电话远程控制用于日常生活 中正是本文所要研究的课题,众所周知,近几年通信和电子信息技术行业有了长 足发展,本文设计了一种电话远程控制系统,该系统以 AT89C2051 单片机和 MT8870 双音多频解码集成电路为核心，借助公共电话网络，通过电话实现对远 程设备智能化控制。文章介绍了系统的组成、工作原理及程序设计方法。对“振 铃检测、模拟摘挂机控制、双音频解码，语音提示及家用电器控制”等电路作了 详细的说明。用户在户外可通过任意一部双音多频电话（包括手机、电话分机）, 根据语音提示,可以对各种电器（如电饭锅、微波炉等电器）进行远程控制。本 装置适用于家庭、企事业单位、商店等场所,操作简单方便,系统性能可靠,是未 来很有发展前景的科技产品. 关键词:AT89C51 单片机;双音多频 DTMF 解码电路;振铃检测;摘挂机控制 1 绪论 21 世纪是信息时代，各种电信新技术推动了人类文明的进步。自从 1876 年， Alexander Graham Bell（贝尔）发明电话以来，世界各国的电话网络发展非常 迅速。进十年来，中国的固定电话业务呈现出举世瞩目的快速增长。1997 年 8 月局用电话交换机总容量突破 1 亿门，网络规模跃居世界第二位，1999 年 7 月 固定电话用户总数突破 1 亿户。现代电话网络是由交换机和电话传输线共同组 成，它的性能已经有了很大的进展，而且可靠性非常高。遥控技术是通过一定的 手段对被控物体实施一定距离的控制，常用的方式有无线电遥控、有线遥控、红 外线和超声波遥控等。无线电遥控既是利用无线电信号对被控物体实施远距离控 制。无线电遥控不可避免的须占用一定的无线电频率资源，造成电磁污染；常规 的有线遥控需进行专门的布线，增加了投入；而红外线、超声波遥控则受距离所 限。现有的遥控方式中，还有载波通信控制手段和基于无线寻呼的遥控方式。载 波方式即通过电力线传递信息，该方式只能局限于同一变电所、同一变压器所辖 范围内。因此也存在距离问题，应用范围有限。基于无线寻呼的遥控方式利用了 现有的寻呼频率资源，不需占用额外的频谱。而且，随着寻呼网的全国联网，其 遥控的距离基本不受限制。但该方式的受控方动作滞后于控制方的操作，不具备 实时性，而且不具备很高的可靠性。电话遥控作为一较新的课题与常规的遥控方 式相比，显示出一定的优越性，不需进行专门的布线，不占用无线电频率资源，
    避免了电磁污染。同时，由于电话线路各地联网，可以充分利用现有的电话网， 因此遥控距离可跨省市，甚至跨越国家。 电话属双工通信手段。因此，这可以大大体现出利用电话进行遥控的更大优 越性。操作者可以通过各种提示音即时了解受控对象的有关信息，从而进行进一 步的操作。电话遥控这一课题目前已有涉足者，但是只是还只限于实验室阶段， 因而距离实际应用，尤其是对于日常生活尚有一定的差距，并不能完全体现出电 话遥控方式的双工通信特点。本次设计正是针对这一点进行了较大改进，采取单 片机智能控制，利用不同的提示音达到对于不同操作的提示及对受控方状态的信 息反馈，从而使操作者能够及时了解受控方信息，使产品达到交互式与智能化。 本设计的各种电器接口、各项标准都严格遵循国家有关标准，为以后的产品化提 供了良好的基础。设计为突出电话遥控的信息反馈功能，并使产品达到非常高性 价比。故未对电话装置的其他功能进行进一步的扩展，而且所有使用的集成电路 和其它元器件都尽量选择廉价的。在该作品的基础上进行了功能扩展是很方便 的。譬如:使用语音芯片〈音乐片〉作为信号音反馈，提高本设计的实用性。 随着社会的发展和人们生活水平的提高,越来越多的家用电器进入了百姓的 生活,给大家带来了很多的方便和享受,同时随着电话在家庭中的普及,利用电话 实现家用电器遥控是未来的发展方向。遥控装置是电子爱好者热衷开发的产品， 现在市场上的遥控装置采用红外线、超声波、动力载波、无线遥控及无线寻呼等 方式。勿容置疑，这些装置为满足工农业生产和人民生活的需要，带来了便利。 然而采用红外线、超声波方式的遥控装置，遥控距离在 10m 以内；载波方式是通 过电力线传递信息，该方式仅适用于同一变压器所辖范围；采用无线遥控，一方 面，不可避免占用无线频率资源，造成电磁污染，另一方面也存在遥控距离的问 题。 基于无线寻呼的遥控方式利用了现有的寻呼频率资源，虽然遥控距离不受限 制，但可靠性差，如处于信号弱区域内的通信设备,就无法实现控制。长期以来, 困扰遥控装置发展的关键问题，是如何实现远程电器设备可靠控制。基于单片机 的智能电话控制系统，借助公共电话网络，操作者可在语音提示下实现对远程设 备的可靠控制。该装置具有可靠性高,不受传输距离限制,不占用频率资源等特 点。适用于家庭、企事业单位、工业现场、商店等场所，利用手机或固定电话就 能实现电器设备的控制和运行状态查询. 电话遥控和常规的遥控方式相比,不需进行专门的布线,不占用无线电频率 资源,避免了电磁污染,而且由于电话线路各地联网,可以充分利用现有的电话 网。 本文介绍了一种基于电话和单片机的家用电器遥控装置。利用该装置,用户
    可以通过任意一部双音频电话随时开关、检查家里电器的使用情况,而且当用户 要下班时,还可以通过电话,提前打开空调、电饭锅等。 2 系统设计原理 2.1 硬件功能分析 系统设计可行性分析 根据电话远程控制系统的具体设计要求该系统必须满足以下功能： ⑴ 通过电话网对异地的电器实现控制（开/关）； ⑵ 控制器可以实现自动模拟摘挂机； ⑶ 控制器设置密码校验； 系统必须具有以下单元功能模块： ⑴ 铃音检测、计数； ⑵ 自动摘挂机； ⑶ 密码校验； ⑷ 双音频信号解码； ⑸ 输入信息分析； ⑹ 控制电器开关； ⑺ 电器状态查询； ⑻ 忙音检测； 本设计以 89C2051 单片机为控制中心，进行主要的信息处理，接收外部操作 指令形成各种控制信号，并完成对于各种信息的记录；接口电路提供单片机与电 话外线的接口。其中包括振铃检测电路，摘挂机控制电路，双音频 DTMF 识别电 路，以及家电的控制电路等部分组成。 本装置使用普通电话机发出遥控命令信号，以 DTMF 信号作为运载遥控命令 的媒体，而无需专门安装遥控发送装置，利用电话网络传送遥控命令或其他数字 信息时，只需把接收装置安装在任何一个电话用户线的终端，就可以接收任何地 方〈只要电话能通达的地方〉的遥控操作或其他数字信息，接收装置就像一部普 通电话机，传真机或其他电话用户终端设备一样被使用，因此不受距离的局限。 本装置并联于电话机的两端，不会影响到电话机的正常使用。用户通过异地 的电话机拨通本装置所连接外线的电话号码，通过市局交换机向电话机发出振铃 信号。本装置如果检测到振铃八次，即八次响铃后无人接，自动摘机，进入密码 检测，输入正确后选择被控制电器，然后输入开或关进行遥控电器，完成后返回。 系统基本工作原理是：系统上电，单片机复位，系统开始工作，当电话线路 中有振铃信号时，振铃检测电路将产生占空比为 1：4 的方波，方波从 89c2051
    单片机的外部计数端输入，系统在程序控制下进行计数，当振铃次数为 8 次时约 40 秒若没有人接电话，表明没有人在场，系统一方面，启动语音提示电路，发 出“尊敬的用户，您好！欢迎您使用智能电话控制系统，请输入用户密码，并以 ‘#’字确认”；另一方面，发出自动摘机控制信号，外线经摘挂机控制的开关电 路与 DTMF 译码电路接通，译码电路将对外线传递的信号进行译码，译码信号以 四位二进制形式输出。经译码输出的四位二进制数从单片机的 I/O 口输入，单片 机对读入的二进制数与预置的密码进行比较，如果所拨的密码与预置的相同，则 发出“请输入操作码，并按#字键加以确认”的提示音，如果所拨的密码与预置 的不同，则发出“对不起，你拨的密码不正确，请核对密码后重新输入，挂机请 按‘*’字键确认”的提示音。系统只有接到正确的用户密码才具有操作权。以 上操作即实行“模拟提机”接通电话。操作者在主叫话机键盘上输入 4 位密码， 若密码输入正确，会在听筒里听到约 2 秒的音乐声。按入遥控命令，按“1”，“#” 表示第一路开，按“1”，“*”表示第一路关......依次类推，共可操作 5 路设备， 每个操作命令结束时均能听到约 1 秒的音乐声作为确认信号。 操作完毕按入“0”，接收电路收到“0”这一信息后即“挂断”电话。 如果有人在默认的振铃次数之前接听电话，则不进入电话遥控状态，因此不 影响电话的正常通话使用。 系统设计中的关键技术。在整个系统功能的实现中,利用 DTMF 解码器对用户 通过电话输入的 DTMF 号码进行检测是系统功能实现的关键。MT8870 应该能及时 并准确地检测到电话线传入的 DTMF 信号,并以中断方式通知 CPU 接收其检测到的 DTMF 号码;而 MT8870 能否及时检测到 DTMF 信号并正确译码出该信号对应的主叫 号码,与 LE78D11 的初始化密切相关。在初始化时需要特别注意如下几个方面: (1)设置参数要根据系统情况精确计算确定,尤其输入信号增益参数调整不 能让 DTMF 信号饱和失真,否则会导致 MT8870 对 DTMF 音检测译码出错; (2)MT8870 的时钟频率寄存器应在芯片上电后第一个进行设置。确保 MT8870 能及时检测系统时钟与 8kHz 的帧同步信号的同步情况并给出指示; (3)在初始化最后要启动模拟通道校准功能并确保校准完成; (4)MT8870 在进行 DTMF 音的检测译码时,语音通道连通并都处于激活状态, 向单片机发出中断请求,单片机响应中断,接收来电信息。根据电话通信信令,在 电话通信过程中,使用某些特定频率音的不同断续组合来指示通信进程。为了判 定当前处于何种进程状态,需要及时识别出拨号音、忙音、回铃音、空号音以及 其他电信信令规定的进程音。为了简化系统结构,节约硬件成本,提高信号音检测 的准确性与灵敏度,本系统不采用通常的信号音检测硬件模块进行检测,而是采 用软件实现上述信号音的智能检测。由于上述信号音的频率都是 450Hz,仅断续
    时长不一样,据此,采用电路把信号音整理成方波脉冲串,固定时问间隔(例如 1ms)检测输入管脚上脉冲信号,当脉冲信号出现后,立即开始在一定时长内(例如 1.2s)分若干时间片(例如 0.1s)计数每个时间片内出现的脉冲个数。通过分析比 较给定时长内各个时间片的脉冲个数分布情况,可以判别出信号音的类型。 系统原理框图如下图所示： 电 话 接 口 语音放大电路 振铃检测电路 自动摘挂机电路 双音频解码电路 单 片 机 家 用 电 器 控 制 图 1 系统原理框图 2.2 软件模块分析 经过 比较 ，我 决定使 用 AT89C2051 作为 控制 的单 片机芯 片， 具体 有关 AT89C2051 的介绍不在这里累述，其详细资料请参阅本设计的硬件电路设计部 分。 软件部分的设计由以下几个模块构成。 （1）信号音计数。本单元可以使用 AT89C51 的两个计数器的外部中断方式来 实现对不同信号音的计数。 （2）密码检测。本单元可以在系统初始化的时候，在单片机内部的存储器的 内部开辟一块空间放置密码。当用户输入密码的时候，单片机把输入的密码写入 另外的一块空间，然后利用减法运算比较两者是否相等。这样就可以实现密码检 测的功能。 （3）信号分析处理。本单元可以利用查表方式，也可以用简单的语句，稍微 长一点的语句 实现。 以上部分是对系统设计过程和设计原理的简单叙述。详细部分将在下面的设 计中具体介绍。经过翻阅大量的技术资料，对具体要求实现的功能进行完整的系 统分析，我认为我的电话遥控系统设计基本符合实际情况，可以完成设计任务所 要求实现的基本功能。
    3 系统硬件电路设计 3.1 振铃检测电路 3.1.1 电路工作原理 振铃检测电路由光耦 LE 以及门电路 G4 等元件组成。电话线路没有铃流时， 电话交换机提供的线路电压为 48V-60V 的直流信号。当用户呼叫时，电话交换机 发来振铃信号，89C2051 单片机驱动摘挂机控制开关电路，DTMF 信号译码电路， 铃流检测电路和语音提示电路等电路设备。此时光耦 LE 的发光二极管导通，使 光敏晶体管导通，于是+5V 电源通过 1K 电阻和二极管向 100uF 电容充电。当电 容上电压充到开门电平时，与门 G4 输出高电平并由 AT89C2051 的 P3.5 检测，每 振铃一次，门 G1 输出一次高电平即一个正脉冲。 振铃信号为 25±3V 的正弦波， 电压有效值为 90±15V,振铃以 5s 为周期，即 1s 送 4s 断。正脉冲信号可以直接 输出至单片机的中断计数器输入口，完成整个振铃音检测和计数的过程。 3.1.2 电路图设计 根据振铃信号的特征，设计振铃检测电路如图 2 所示。 JKa R1 C3 R2 G4 JKb B R3 C1 C2 D1 C8 R7 D2 R6 Vcc 图 2 振铃检测电路 3.2 摘挂机控制电路 3.2.1 电路工作原理 AT89C2051 首先从 P3.5 检测与门 G4 的输出,G4 每输出一个正脉冲，电话振 铃一声；P3.5 必须检测到 8 个正脉冲信号时，才从 P1.1 送出低电平使三极管 T7
    导通，于是继电器 JK 吸合使两对常开触点 JKa 和 JKb 闭合，并使 500 欧电阻〈与 小音频变压器绕组串联〉被接入电话线，实现了“模拟提机”。然后 P3.2 等待 DTMF 解码器 STD 端正脉冲的到来，一旦识别到 STD 端的正脉冲，P3.0-P3.4 即读 入 DTMF 解码器的输出的二进制码信息，这个信息就是遥控命令，AT89C2051 能 对其进行判别---究竟是密码还是控制某路开，关的命令，或是挂机命令。 挂机命令的执行信号是从 P1.1 输出的，当 P1.1=1 时，T7 截止，继电器释 放，即实现了“模拟挂机”。而控制受控对象动作的信号是从 P1.3-P1.7 共 5 路 输出的，例如若 P1.3=1 能使 T1 导通，继电器 J1 吸合;若 P1.3=0，则 J1 释放...... 若 P1.7=1,则能使 T5 导通，继电器 J5 吸合;若 P1.7=0，则 J5 释放。但由图中可 知，P1.3 并没有直接接到 T1......P1.7 并没有直接接到 T5，而是隔了一片集成 块 74LS273。74LS273 是一个 8D 锁存器也就是芯片内部包含了 8 个 D 触发器，输 入端为 D0-D7，输出端为 Q0-Q7。若清零端 CLR 加以低电平，则器件复零，Q0-Q7 输出全为零，若清零端为高电平，则每当触发端 CLK 有一个电平的上跳变时（从 “0”变到“1”的瞬间），输入端 D0-D7 的状态就会被锁存到器件内并从 Q0-Q7 输出，只要 CLK 端不再触发，这一状态就会被永远记住。可见 AT89C2051 从 P1.3-P1.7 输出的信号只不过是先由 74LS273 记忆后再送出，其控制逻辑与直接 接到的 T1-T5 是一样的。74LS273 的输入端 D0-D7 能接受输入信号的必要条件是 CLK 端有正跳变出现，这必须同时满足两个条件：其一是 DTMF 解码器的 STD 端 须为高电平，也就是遥控发送端有 DTMF 信令送到；其二是 AT89C2051 的 P1.2 必须送出一个由“0”变到“1”的跳变信号。只有当这两个条件同时满足时与门 G5 才输出正跳变信号，74LS273 才能接受外部信息，这就大大提高了电路的抗干 扰能力，防止 AT89C2051 因受到意外干扰而可能导致的受控对象的误动作。 3.2.2 电路图设计 设计摘挂机控制电路如图 3 所示。
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