基于-公用电话网远程控制器设计

1、-. z基于公用网的远程控制器的设计学 生： 广，林 翔，玲芝，晓东指导教师：邓宏贵 副教授班级： 计算机04011总体设计该远程控制器由单片机构成主控局部，进展主要的信息处理，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，其中包括振铃检测、模拟摘挂机控制、忙音检测、双音频DTMF信号识别，及语音提示电路。本系统的原理框图如图一所示：公用电话网DTMF信号识别被控电器语音提示模拟摘挂机振铃检测忙音检测图一本系统力求使用最简单的电路、最廉价的电路芯片实现了完善的功能。本系统还有许多可以添加的功能，具有很强的市场前景。本装置可并联于机的两端，不会影响到机的正常使用。用户通过其他机或手

2、机拨通本装置所连接外线的，通过市局交换机向机发出振铃信号。本装置如果检测到振铃五次，即五次响铃后无人接，自动摘机，语音提示按键选择何种操作如留言，提取留言，查询电器状态，控制电器等，其中后三者要求密码验证身份，完成操作后自动挂机。2 系统设计可行性分析2.1 总体设计分析根据远程智能控制系统的具体设计要求：1 通过网对异地的电器实现控制开/关；2 控制器可以实现自动模拟摘挂机；3 控制器设置密码校验；4 用户在进展各种操作时均有语音提示我设计此系统必须具有以下单元功能模块：1 铃音检测、计数；2 自动摘挂机；3 密码校验；4 在线修改密码；5 双音频信号解码；6 输入信息分析；7 控制电器开关

3、；8 电器状态查询；9 忙音检测；10语音提示；根据机和交换机发出的不同信号音以及线各种状态的不同要求，我结合实际情况对具体的单元功能模块作出软件或硬件上的不同分工，具体如下。理论上交换机所发出的各种信号音都可以通过软件编程而识别，即通过单片机发出的脉冲信号来检测信号音单位时间的脉冲个数计算出其频率，从而完成信号音识别。但是从系统的可靠性和程序的构造设计上分析，我选择了硬件来解决振铃音检测、忙音检测、双音频信号解码、语音提示等功能模块。 自动摘挂机和电器的控制必须使用具体硬件电路来实现。振铃音计数、忙音计数、密码校验、在线修改密码、输入信息分析、电器状态查询等功能模块使用软件编程方式要比硬件电

4、路简单的多，实现也很容易。综上所述，我设计信号音检测、自动摘挂机、控制电器、双音频解码等功能模块使用硬件电路实现。而信号音计数、密码校验、在线修改密码、信息分析、电器状态查询等功能模块使用软件编程完成。下面就硬件以及软件实现的单元电路分别进展具体分析。2.2 硬件模块本作品使用了大量的硬件电路完成局部功能模块，其目的就是充分利用硬件电路的可靠性、稳定性，使整体电路到达比拟高的稳定性。自动摘挂机因为程控交换机对摘机的响应是线回路电流突然变大为约30mA的电流，交换机检测到回路电流变大就认为机已经摘机。自动摘挂机电路可以通过单片机控制一个继电器的开关，继电器的控制端连接一个大约300的电阻接入线两

5、端，从而完成模拟摘挂机。振铃音的检测当用户被呼叫时，交换机发来铃流信号。振铃为253伏的正弦波，谐铃失真不大于10%，电压有效值9015V。振铃以5秒为周期，即1秒送，4秒断。根据振铃信号电压比拟高的特点，可以先使用高压稳压二极管进展降压，然后输入至光电耦合器。经过光耦的隔离转换，从光电耦合器输出的波形是时通时断的正弦波，经过RC回路进展滤波输出很标准的方波。方波信号就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。控制电器此局部比拟简单，通过单片机控制多路继电器的开关即可，常用的电路已经很成熟，在此就不累述了。双音频解码此局部是整个系统的关键，它的工作情况直接决定了系

6、统的可靠性。经过翻阅大量的文献资料，我发现使用专用的双音频编解码芯片进展输入双音频信号的解码，是比拟常用的一种方法。使用集成电路不但外围电路简单，而且可靠性强。经过专用集成电路的解码，信号转换成为不同的码制信号，可以直接被单片机读取。一般常用的双音频编解码集成电路有8870、8880、8888等，经过反复论证比拟，我决定使用双音频解码集成片MT8870来完成此功能模块。2.3 软件模块经过比拟，我决定使用AT89S51作为控制的单片机芯片，具体有关AT89S51的介绍书籍很多很详细，不在这里累述。信号音计数本单元可以使用AT89S51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。密码检测

7、本单元可以在系统初始化的时候，在单片机部的存储器的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拟两者是否相等。这样就可以实现密码检测的功能。 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，例如CASE语句等。经过翻阅大量的技术资料，对具体要现的功能进展完整的系统分析，我认为我的遥控系统设计根本符合实际情况，可以完成设计任务所要现的根本功能3功能模块设计3.1 振铃检测电路在线路未来铃流前，线路由交换机提供大约48V的直流电压。当用户被呼叫时，交换机发来铃流信号。振铃信号为253伏的正弦波，谐铃失真不大于1

8、0%，电压有效值9015V。振铃以5秒为周期，即1秒送，4秒断。在本电路检测铃流信号时，以五次铃响为准，即五次振铃后无人摘机，便由单片机控制自动模拟摘机。图二原理说明：振铃信号通过电容C1隔直、D1稳压二极管、R1限流电阻输入至光电耦合器4N25的输入端1口，C1、D1和R1共同组成振铃信号变换电路，它们使输入电压和电流不会太大，对后面的光电耦合器起保护作用。光电耦合器4N25起的是隔离作用，光电耦合器是一种电信号的耦合器件，它一般是将发光二极管和光敏三极管的光路耦合在一起，输入和输出之间不可共地，输入电信号加于发光二极管上，输出信号由光敏三极管取出。光电耦合器以光电转换原理传输信息，它不仅使

9、信息发出端一次侧与信息接收并输出端二次侧是绝缘的，从而对地电位差干扰有很强的抑制能力，而且有很强的抑制电磁干扰能力。速度高、价格低、接口简单。 振铃信号通过光耦4N25的4脚输出振铃正弦波，R2和C2共同组成滤波电路，信号到了开关三极管T1的基极就变成了方波。经过二个反向器的整形输出到单片机AT89C51的T0/P3.4口，中断方式采用外部中断，计数5次产生T0中断，控制继电器模拟摘机，完成振铃音检测。原器件选取：1、C1隔直电容，因为是过滤直流，滤出低频信号，而且振铃信号的电压还比拟高，因此选取1F耐压100V的瓷片电容由于条件限制，本人用两个2F耐压60V的电解电容负极相连代替之；2、D1

10、为稳压二极管，选取36V的稳压二极管；3、R1是4N25的限流电阻，取33 k；4、IC1选取光电耦合器4N25；5、R2和C2共同组成振铃信号音滤波电路，根据振铃的技术指标：频率25Hz的正弦波，1秒通，4秒断，=RC可以推出0.024S。为了使振铃信号音输出很好的方波波形，如图3.2所示，计算后选取R2=10k，C2=100F，=1s；6、LED1为振铃指示灯，黄色5mm发光二极管；7、反向器由74LS04中的二组反向器组成，起整流作用；3.2 模拟摘挂机电路设计主要思路：根据国家有关标准规定：不管任何机，摘机状态的直流电阻应300，有R键的电子机的摘机状态直流电阻应350。在挂机状态下，

11、其漏电流5A。当用户摘机时，机通过叉簧接上约300的负载，使整个线回路流过约30mA的电流。交换机检测到该电流后便停顿铃流发送，并将线路电压变为十几伏的直流，完成接续。根据有关技术指标，模拟摘挂机电路设计如图三所示：图三模拟摘挂机电路主要由一个三极管开关电路控制继电器的开关，继电器控制接入线两端的200电阻。摘挂机信令由单片机通过使T*D/P3.1口变为高电平，使三极管P1处于导通状态，从而开启继电器J1，J1使电阻R3接入线两端。因为R3的电阻为200，使回路电流变大，控制电路向交换机发出模拟摘机的信号，交换机响应摘机信号，完成线路接通。整个电路完成自动模拟摘机过程。根据设计原理，原器件选取

12、如下：1、 R2是三极管限流电阻，取2k；2、 T1三极管是起模拟开关控制继电器的作用，取9013；3、 J1是继电器控制开关，取JRC 4001F(DC5V)；4、 R3是摘机电阻，取220；3.3 双音频解码原理简介：双音多频DTMF信号解码电路由MT8870主要承当。MT8870部构造图如图四所示。它的连线如图五所示， 2、3脚接收来自机的双音多频脉冲信号该双音多频信号先经其部的拨号音滤波器，滤除拨号音信号，然后经前置放大后送入双音频滤波器，将双音频信号按高，低音频信号分开，再经高，低群滤波器，幅度检测器送入输出译码电路，经过数字运算后，在其数据输出端1114脚输出相对应的8421码。图

13、四图五MT8870的数据输出端Q4 Q1连到AT89C51的P1口的P1.4 P1.7，CPU经P1口识别4位代码。按键与相应译码Q4Q1输出见表一。其中，A，B，C，D 4个按键常被当作R/P，REDIAL，HOLD，HANDSFREE等功能使用。注意，需要特别指出的是，对于0，MT8870输出的8421码并非是0000”，而是1010”；另外，*，*字，MT8870输出的8421码分别为1011”和1100”。有些技术资料会出现错误，包括比拟权威的手册，所以我是在实验中，记录下测量的每一组数据后，才把这些数据应用于程序当中。为了使单片机AT89C51获取有效数据，MT8870的STD有效端

14、经反相后接CPU的/INT0引脚。当MT8870获取有效双音多频信号后，STD电平由低变高，再反相为低，CPU检测后，指示P1口接收有效二进制代码。表一而无效的双音频信号线路杂音、人们的语音信号等是不会引起MT8870的STD端变化的。DTMF接收器的外围电路如图3.4所示。其中，接在电源处的电容对抗干扰有一定的作用。在实际应用中，存在这样一个问题：MT8870的使能控制端不允许中断时，将使MT8870的STD端中断关闭。其解决方法是，将STD端接与非门的一输入，与非门的另一输入端接一不定电平端P。当STD有效即中断开放时，P = 1则/INT0中断关闭；P = 0时则/INT0中断允许。本单

15、元元器件列表：1、 U2为音频变压器；2、 C2为隔直电容，取1UF2、 R1和R2是输入平衡电阻，取100K,C2隔直电容，取0.1F；3、 芯片外部晶振选择3.579MHz；4、 U3是双音频解码芯片，选取MT8870；5、 C4选取0.1F；6、 R3是输出平衡电阻，选取100K；3.4 语音提示电路原理说明：为使用户使用方便，本系统在进展各种操作时，均有语音提示。提示语音由以语音芯片ISD4004为核心的语音电路产生，并通过变压器耦合到线上。此外，ISD4004可以存储8到16分钟语音，在存完提示语音后还有大量空间，因此可以用来存储留言。ISD4004有如下特点：ISD4004系列工作

16、电压3V，单片录放语音时间8至16分钟，音质好，适用于移动机及其它便携式电子产品中。芯片采用CMOS技术，含振荡器、防混清滤波器、平滑滤波器、自动静噪、音频放大器及高密度多电平闪烁存贮列。芯片设计是基于所有操作由微控制器控制，操作命令通过串行通信接口SPI或Micro wire送入。芯片采用多电平直接模拟量存贮技术，每个采样值直接存贮在片的闪烁存贮器中，因此能够非常真实、自然地再现语音，音乐、音调和效果声，防止了一般固体录音电路固置化和压缩造成的量化噪声和多属声。采样频率可为4.0,5.3,6.4,8.0KHz,频率越低，录放时间越长，而音质则有所下降，片信息存于闪烁存贮器中，可在断电情况下保

17、存100年典型值反复录音10万次。其部框图如图六：图六ISD4004工作时必须有微控制器驱动，它与微控制器的接口为SPI模式，其指令表如表二所示。SPI协议是一个同步串行数据传输协议，协议假定微控制器的SPI移位存放器在SCLK的下降沿动作，因此对TE63480而言，在时钟上升沿锁存MOSI引脚数据，在下降沿将数据送至MISO引脚。协议具体容如下：所有串行数据传输开场于SS下降沿。SS在传输期间必须保持为低电平，在两条指令之间保持为高电平。数据在时钟上升沿移入，在下降沿移出。SS变低，输入指令和地址后，TER行能开场录放操作。指令格式是8位控制码加16位控制码。TER的任何操作含快进如果遇到W

18、OM或OVF，则产生一个中断，该中断状态在一下个SPI周期开场时被去除。使用读指令会使中断状态位移出TER的MISO引脚时，控制及地址数据也同步从MOSI端移入。因此，要注意移入的数据是否与器件当前进展的操作兼容，当然，也允许在SPI周期里，同进执行读状态和开场新的操作即新移入的数据与器件当前操作可以不兼容所有操作在运行位RUN置1时开场，置0时完毕。所有指令都在SS端上升沿开场执行。信息快近用户不必知道确实切地址，就能快进跳过一条信息。信息快进只用于放音模式。放音速度是正常的1600倍，遇到EOM后停顿，然后部地址计数器加1，接向下条信息开场处。上电顺序器件延时TPUD8KHz采样时，约为2

19、5毫秒后才能开场操作。因此，用户发完上电指令后，必须等待TAUD，才能发出一条操作指令。例如：从00处放音，应遵循如下时序：1、发power up命令；2、等待TPUD上电延时；3、发地址值为00的SETPLAY命令；4、发PLAY命令。器件会从00地址开场放音，当出现EOM时，立即中断，停顿放音。如果从00处录音，则按以下时序；1、发power up命令；2、等待TPUD上电延时；3、发power up命令；4、等待2倍TPUD；5、发地址值为00的SETREC命令；6、发REC命令。器件便从00地址开场录音，一直到出现OVF存贮器末尾时，录音停顿。指令8位控制码，16位地址码操作摘要POW

20、ERUP00100*上电：等待TPUD后器件可以工作SET PLAY11100*A15A0从指令地址开场放音，须后跟PLAY指令，使放音继续PLAY 11110*从当前地址开场放音直至EOM或OVFSET REC10110*A15A0从指定地址开场录音，须后跟REC指令，使录音继续REC110110*从当前地址开场录音直至OVF或停顿SET MC11101*A15A0从指定地址开场快进，须后跟MC指令，使快进继续MC11111*执行快进，直到EOM，假设再无信息，则进入OVF状态STOP0*110*停顿当前操作STOP PWRDN0*01*停顿当前的操作并掉电RINT0*110*读状态；OVF

21、和EOM表二该功能模块的电路图如图七所示：4 系统调试因为本系统功能模块比拟多，因而调试起来十分繁琐。首先是当系统与机并联时，机中出现较大杂音，听起来象电流造成的声音，经检查发现使用的稳压电源纹波较大，该用电池供电后，杂音消失。在调试振铃检测电路时，发现指示灯与铃声不同步，振铃过去后指示灯要延迟大约一秒钟才会灭，经分析是光耦输出侧滤波电路中的电阻太大，电容放电时间过长，将原来的10K改成5.1K后，问题解决。在调试模拟摘机电路时，开场发现单片机发出摘机信号后，继电器没有动作，无法完成模拟摘机，而在控制端直接接5伏高电平时却可以，原来是使用的三极管9014饱和导通电流太小，驱动不了继电器，改用8050后，便能可靠地控制继电器动作了。DTMF双音频解码局部是本系统的难点之一，主要是MT8870与线的接口问题，因为线上有较高的直流电压，直接与芯片相接可能会损坏芯片，所以如何将DTMF信号平安可靠地送到MT8870的接收端成为比拟麻烦的地方。而所搜集的资料上也极少介绍到，介绍到的几乎都是用整流桥将信号整流后送入MT8870的接收端，开场我们也这样连接，但始终不能成功。后来买到音频变压器后，放弃原来的连接方法，通过音频变压器将信号隔离耦合输入到MT8870的接收端，终于获得了成功。在解决了DTMF双音频解码这个难题后，马