基于STC12C5412AD单片机的无线电话遥控电路设计

1、浙江理工大学学报,第26卷,第2期,2009年3月Journal of Zhejiang Sci 2Tech U niversity文章编号:167323851(2009022* 收稿日期:2008-09-25基金项目:国家自然科学基金项目(50675207作者简介:季上满(1983-,男,浙江温州人,硕士研究生,主要从事传感器及微机自动控制技术方面的研究。基于STC12C5412AD 单片机的无线电话遥控电路设计季上满1,李伟1,楼钢2,任泉1,葛松林1(1.浙江理工大学信息电子学院,杭州310018;2.浙江旅游职业学院科研处,杭州311231摘要:以STC 单片机和MC145436双音多

2、频解码芯片为核心,通过电话实现对远程设备无线控制。阐明了无线电话工作原理和编码校验关键技术,并对振铃检测、模拟摘机、双音频解码、DF 无线数据发射接收等电路作了详细的说明。该电路设计简捷,选用较低廉的元器件,抗干扰性好。实现了家用电器远程遥控的智能化、多功能化。关键词:STC 单片机;无线;电话遥控;D TMF 信号;编码中图分类号:TN916文献标识码:A0引言随着电话网络的快速发展和家用电器的迅速增加,遥控装置的核心控制部件已从早期的分立元件、集成电路逐步发展到现在的单片机,使电话遥控从简单的关、开遥控操作到遥测、遥视、遥控等多功能系统,智能化程度大大提高。本文采用STC12C5412AD

3、 单片机,配合新型的D TM F 解码芯片,利用单片机控制技术和无线技术,实现电话对家用电器的无线控制。1系统工作原理电话遥控系统框图如图1所示。该系统主要由STC 单片机、振铃检测电路、电话自动摘机电路、双音多频解码电路1、无线发射电路、电源电路等组成。本系统并接在电话线上,当有铃流来到时,振铃电路检测到电话振铃信号,等待系统默认的振铃次数后,启动自动摘机电路实现摘机,并送出提示音,系统通过双音多频解码电路读取输入密码,与预设在单片机内存中的密码相比较,如果密码错误,系统自动挂机;如果密码正确,则进入遥控状态。系统通过双音多频解码电路获得命令,并根据用户的命令执行开电源、关电源等操作;用户还

4、可以进行工作状态查询、密码修改等操作。当有人在默认的振铃次数之前接听电话,装置自动复位,因此不影响电话的正常通话使用。图1电话遥控系统框图控制器是电器控制的核心部件,其主要任务是接收电话遥控发送来的各种命令,并对电器执行相应的动作。该电路采用无线方式进行控制,无线通信频率为315M Hz ,编码方式采用20位二进制编码形式。控制器在设定状态下,通过接收远程电话遥控系统的对码命令,可设定系统的控制功能(如设定工作时间,开电源,关电源。控制器结构图如图2所示,表1给出了控制器指示灯的功能说明。 图2控制器结构图表1控制器指示灯功能对应说明指示灯功能说明电源指示当系统上电后,常亮,表示系统正在工作。

5、配对指示在允许接受添加遥控设备的情况下,该灯亮。当配对结束后,该灯熄灭。设置通电时间设置电器通电时间,每秒闪烁一次。关电源当接收关闭电源信号后,该灯亮起,否则熄灭。开电源当接收打开电源信号后,该灯亮起,否则熄灭。2主要电路设计2.1 电话振铃检测电路图3振铃检测电路振铃检测电路如图3所示。D 4D 7有两个作用,一是将不确定的线路供电正负变为固定的正负输出,其二是将交流的振铃信号变换为脉动直流以供检测。当没有振铃信号时,线路上的供电电压为48V (老式交换机为60V 经D 4D 7后不足以使D 3导通,振铃信号输出端电压接近0V 。当振铃信号到来时,线路上的90V 交流振铃信号经过D 4D 7

6、变换成为峰值90V 的脉动直流电,其峰值足以击穿D 3,经R 8对C 8充电,振铃输出端电压升高,单片机可以根据振铃信号的高低检测有无振铃2。2.2 电话自动摘机电路图4自动摘机电路自动摘机电路如图4所示。当单片机检测到系统设定的振铃次数之后,送出摘机信号,驱动三极管2N5551导通,电阻R 1接入电路,系统摘机。当单片机检测到错误的密码或系统设定完成后,系统将按照用户设定要求工作,随后单片机取消摘机信号,三极管截止,系统挂机。2.3双音多频解码电路本电路采用双音多频解码芯片MC1454363。双音多频解码电路如图5所示。该电路工作原理如下:从电话线上传来的D TM F 信号首先经电容器C 5

7、隔直(因电话线上有直流偏置,再经电阻R 10进行阻抗匹配后信号到达MC145436的A IN 输入端,与输入D TM F 信号相对应的4位二进制码出现在D 0、D 1、D 3、D 4几个管脚上,一旦数据输出有效,则DV 端变为高电平。通过读分配给MC145436的口地址,将数据输出端上输出的二进制码读入PC 机中,进行下一步处理。电路中D 1、D 2限制电话信号的幅度不超过单片机端口的允许电压,保护单片机 。图5双音多频解码电路332第2期季上满等:基于STC12C5412AD 单片机的无线电话遥控电路设计2.4无线发射接收电路315M Hz 无线数据收发模块也叫DF 数据收发模块,它广泛地运

8、用在遥控、遥测、无线抄表、门禁系统、小型无线数据终端、生物信号采集、工业数据采集系统、无线遥控系统、无线标签、车辆监控、小型无线网络、身份识别、安全防火系统、机器人控制等领域中。DF 模块还有一种重要的用途就是配合单片机来实现数据通讯 。图6无线发射模块原理图本电路就是用DF 无线数据收发模块4。无线发射模块原理图如图6所示。DF 无线发射模块通讯方式为调频AM ,工作频率为315M Hz ,为ISM 频段,发射功率小于0.5W ,最大发射距离1000m 。采用声表谐振器SAW 稳频,频率稳定度极高,当环境温度在-25+85间变化时,频漂仅为3×10-6/(°。特别适合多发

9、一收无线遥控及数据传输系统。声表谐振器的频率稳定度仅次于晶体,而一般的L C 振荡器频率稳定度及一致性较差,即使采用高品质微调电容,温差变化及振动也很难保证已调好的频点不会发生偏移。DF 发射模块未设编码集成电路,而增加了一只数据调制三极管Q1,这种结构使得它可以方便地和其它固定编码电路、滚动码电路及单片机接口,而不必考虑编码电路的工作电压和输出幅度信号值的大小。DF 数据模块采用AS K 方式调制,接收灵敏度高,用示波器观察输出波形干净,抗干扰能力强。天线输入端有选频电路;DF 模块自身辐射极小,加上电路模块背面网状接地铜箔的屏蔽作用,可以 减少自身振荡的泄漏和外界干扰信号的侵入。控制器上安

10、装无线接收模块,其原理图如图7所示。图7无线接收模块原理图DF 接收模块的工作电压为5V ,静态电流4mA ,接收灵敏度为-105dBm ,接收天线为2530cm 的导线,最好能竖立起来。接收模块本身不带解码集成电路,因此接收电路仅是一种组件,只有应用在具体电路中进行二次开发才能发挥应有的作用,这种设计有很多优点,它可以和各种解码电路或者单片机配合,设计电路灵活方便。DF 数据模块具有较宽的工作电压范围312V ,当电压变化时发射频率基本不变,和发射模块配套的接收模块无需任何调整就能稳定地接收。这套模块的特点是发射功率比较大,传输距离比较远,比较适合在恶劣条件下进行通讯。采用DF 数据模块可减

11、少硬件电路设计,降低成本,单片机和DF 模块工作时,可以自己定义传输协议,提高无线通信的准确性,可以获得较好的预期效果。432浙江理工大学学报2009年第26卷3电路的软件设计本电路设计主要是对电话信号进行检测以及接收用户指令控制家用电器的工作。本电路软件的主要工作是进行各种状态的检测以及数据的无线发送和接收。无线接收解码方法有硬件和软件两种5,软件解码与硬件解码相比具有成本低、数据传输格式灵活,抗干扰能力强的特点,但数据传送速度相对较低。本设计对数据传送速度要求不高,故选择软件解码。 由于无图8无线发送和接收通信码原理线传输时脉冲宽度误差较大,软件的解码质量是系统工作是否可靠的关键。数据的无

12、线发送和接收通信码如图8所示,通信波形起始位1.5ms 高电平,紧接着1ms 低电平,然后依次是各位数据信号的编码。数据“0”用在1ms 内有两个脉冲,即有且只有两个下降沿(或上升沿表示;数据“1”用在1ms 内有1个脉冲,即有且只有1个下降沿(或上升沿表示 。图9电话遥控程序主流程图接收数据根据发送的规则,当检测有大于1ms 的高电平时,认为可能捕捉到了同步头,然后等待下一个上升沿即为Bit0的开始。如果在接收数据中发现1ms 内检测到了大于2个下降沿或上升沿,则说明是非约定频率的无线通信,退出。同步头并不是惟一的,它是可以自己选择的。发送和接收的次序按照发送数据从低位到高位右移RRC ;接

13、收从高位到低位,左移RL C 。同时为保证数据正确性,在连续发送多个字节数据后,设置一个校验字节。由于对数据传送速度要求不高,在电路正常通信的情况下,这里用相加编码校验方法,校验字节由发送数据经过一定的算法得到,接收方也用相同的算法,并将计算结果与校验字节比较,看相加结果是否与校验字节相等,以确定接收的数据是否正确。单片机就是按照以上原则进行无线通信,同时满足无线通信的设计要求。功能模块主程序包括与控制器进行配对使用,发送无线命令给控制器,摘机时调用密码验证模块和控制家用电器功能模块627。主流程图如图9所示。接收端在接收命令后对相关命令进行分析,检查该命令是否为配对设备所发,若该命令符合要求

14、,则控制器执行相关操作。值得注意的是控制器上有一个专门的配对按钮,在无线配对前,通过这个按键操作,使得控制器进入到配对状态,等待遥控器的配对信号。控制器在接受到配对信号并检验无误后,保存需要的信息,并结束配对状态,使结束配对信号灯亮起,不再接收配对信号。这样的好处就是一般配对工作都是两个两个设备进行的,保证了这种一一对应关系,不会出现一个遥控器配对发信号给多个控制器的现象。4结语采用本方案设计的智能型电话遥控器,具有良好的操作保密性,即不知道密码任何人都无法遥控操作,在软、硬件方面采取了双重抗干扰措施,抗干扰能力强、可靠性高,选用较低廉的元器件,性能价格比较高,室内采用无线通信而不担心破坏室内

15、环境,采用无线数据传输方式,不需重新布线。使人们的生活更加方便、快捷,并且具有一定的实用性,应用前景广阔。532第2期季上满等:基于STC12C5412AD 单片机的无线电话遥控电路设计632浙江理工大学学报2009年第26卷参考文献:1严明京.双音多频式按冀电话技术要求M.北京:国防工业出版社,1996.2王淑珍.基于PIC单片机的电话遥控系统J.洛阳工业高等专科学校学报,2003,13(1:20-21.3梁晓雯.双音频信号接收器MC145436及其应用J.国外电子元器件,1996(3:5-8.4周军,张瑞兰.单片机与收发电路的连接方法及程序设计J.仪表技术,1998(3:32-33.5蒋承

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17、formation and Electronics,Zhejiang Sci2Tech University,Hangzhou310018,China;2.Scientific and Research Administ ration Office,Zhejiang Tourism Vocational College,Hangzhou311231,ChinaAbstract:U sing t he STC Single Chip Processor and MC145436Decoder,which is specially used for decoding multiple dual c

18、hannel audio frequency signals,as core component s,t he cont rol Circuit of wireless telep hone can remotely co nt rol t he elect ric appliances.The acting principle of wireless telep hone and key technology of code2verification are explained,and t hen t he detailed specification for several main f unction circuit s which is used for telep hone ring detecting,picking up a call simulating,dual channel audio fre2 quency signals decoding,and DF wireless data sending and r