《基于单片机的家电远程控制系统设计（论文）》

基于单片机的家电远程控制系统设计241181.绪论 5155051.1选题背景 6251491.2课题设计目标 679842.系统总体方案设计和主要芯片选择 6199432.1系统总体方案设计 67022.2主要芯片介绍 731202.2.1AT89C51 7305032.2.2DTMF芯片 8252892.2.3AT24C02 948633.控制系统硬件设计 9325033.1振铃测试和模拟摘机 98823.2语音提示电路 1087793.3单片机控制和密码存储电路 11288223.4DTMF测试电路 11138543.5继电器控制电路 123774.系统软件设计 1410234.1系统软件设计基本思路 14259464.2定时中断子程序 156244.3MT8870中断子程序 16132955.系统调试 19247375.1整体系统调试 1917580家电远程操控的测试环节对于必要的硬件设备是不可缺少的，为了调试顺利进行，将根据系统准备好一下设备： 194374(1)一个值为5v的有线直流电源 1923906(2)数字万用表一个 1921076(3)两根电话线 1923213(4)周立功编程器和计算机 19281635.2硬件调试 19187045.3软件调试 19271826.毕业设计总结与致谢 20绪论选题背景随着现代社会经济的飞速进步和发展，人对生活质量的要求也愈来愈高，而对家用电器的需求早已不再局限与四件套,五件套，而是随着时代进步逐步转为智能化，其实“智能家居”的理念早已被提出，但一直没有具体建筑实施工程，直到20世纪80年代，美国提出第一套智能家居系统，实现了智能家居从无到有的重大突破，进入21世纪以后，rfid技术的出现使得互通互联从错综复杂的有线方式换为了更简洁的无线方式。但为了满足人们的快节奏生活，迫切需要在家中能够营造一个能使人们提供方便至上的生活环境。用电话进行远程控制是具有很大优势性的，所以设计出一种用电话进行远程控制的设备或电路,会为人们的生活水平提供很大的方便。家用电器远程控制系统由三部分组成：远程控制模块、智能控制模块以及主要功能模块。嵌入式控制器远程电话线主要来自用户接收通过通信网络并行地嵌入式控制指令和信息家电解码嵌入式智能控制器嵌入的电话线对系统发出嵌入式控制家电的指令。1.2课题设计目标课题设计目的是客户在外面也能通过手机终端来实现对家用电器的远程操作与控制，实现这种控制操作的目的在于体现时代科技性带来的更人性化更方便化的智能家居模式。这种智能家居模式的功能在于可实现控制系统对家用电器的远程控制;给控制系统双方实现在线身份信息验证与在线密保修改等功能;控制系统可实现语音提示功能,简化系统操作，优化客户体验。2.系统总体方案设计和主要芯片选择2.1系统总体方案设计家电控制系统主要由两个主控控制部分组成：系统主机接口和单片机控制接口,主要功能一是对各种控制信息进行处理并记录,二是采集来自外部的控制操作指令并生成多种控制信号。在控制接口中存在一种专用于管理单片机与有线座机的连接以及各种控制电路的接口连接。它主要包括振铃测试电路、摘挂机自动切换电路、双音多频信号译码电路、电话提示电路及一个单片摘挂机驱动继电器运行自动控制。总体设计框图如下图3-1所示。振铃测试电路AT89C51振铃测试电路AT89C51模拟控制摘机电话机端口继电器1监测电路继电器1监测电路继电器2电话提示电路DTMF译码电路继电器2电话提示电路DTMF译码电路电源电路电源电路3-1系统总体框图该系统以单片机AT89C51为中心处理单元，还包括多音频译码芯片MT8870和声道译码芯片ISD2560。AT89C51在译码电话振铃信号时，还控制着信号加密处理以及振铃次数的记录统计。此系统主要具有以下几个单元的主要功能模块:(1)电话机振铃音信号测试、计数;(2)自动控制模拟电话摘挂机;(3)电话机密码的校验;(4)电话机在线自动修改电话机密码;(5)电话机双音频振铃信号的测试和解码;(6)对座机输入信号的处理;(7)家用电器开关的自处理;(8)电器运行情况监测;系统突出了电话遥控的特点，具有信息采集和反馈处理功能,并致力于使电话遥控产品在市场上达到非常高性价比。2.2主要芯片介绍2.2.1AT89C51AT89C51单片机用闪烁4K字节的，低电压的可擦可编程只读存储器，高性能CMOS8位微处理器，采用USATMEL公司高密度非易失性存储器件的制造技术USATMEL公司。由于8位CPU和多功能组合在单个闪速存储器芯片，AT89C51微控制器是图3-2中示出：AT89C51功能介绍：1、兼容51系列单片机指令系统；2、Flash4K闪存；3、拥有1000次反复擦写；4、6个中断；5、32个输入输出口；6、2个16位定时器与计数器；7、多级内存加密处理；8、8位内部随机存取存储器；9、0Hz～24Hz范围的全静态；模式有低功耗空闲状态和掉电状态。3-2AT89C51单片机引脚2.2.2DTMF芯片MT8870有着用来收集译码信号的双音多频电路，这种电路在目前的译码电路中应用广泛，在数字信号滤波器模块里,它具有NF和信号解码功能并把开关滤波器和电容技术结合在一起，然后在芯片上放置的差分信号输入放大器，外加CLOCK晶振和可锁存的三态信号输出，有这三种器件可完成大部分功能，可有效节省器件空间，使系统简洁化更明显。2.2.3AT24C02AT24C02所采用的存储是一个闪存内含256×8位的动态存储磁盘空间,具有内存写入快和工作电压宽、擦写工作次数多、写入快和输出运行速度快等特点。AT24C02中继器采用了一个带有片内内存数据包的写入输出地址的数据寄存器。每一次数据写入或存取读出一个片内片外数据地址字节后,该片内数据地址写入寄存器后该地址主动加一,这是为了方便再次读写下一个存储单元。数据读取字节都每次以一次写入的方式依次对数据进行读取，器件规则规定一次可最多写入可写的8个字节。I2C系列数字通信总线系统是一种广泛应用于能在IC和C系列射频器件之间自动完成连接的新型通用二线制射频数字通信总线。它通过SDA(并列串行数字二进制时钟数据线)与SCL(串列并行时钟数据线)在数字时钟总线上相连，然后通过串行二进制接口器件间的自动识别并交换地址信息,并根据每个器件的连接地址信号自动识别每个串行二进制接口器件。3.控制系统硬件设计本系统设计目的首先考虑的一点是远程控制家用电器的稳定和可靠程度的可提升性，即系统最大限度的提升自身稳定，所以特选用很多硬件来辅助单片机完成系统功能模块。这些硬件电路中主要的组成部分包括测试座机的线路摘挂机的和响铃的集成电路,检查测量语音信号提示电路,单片机自动运行和加密信号存储,测试双音多频和驱动电路。3.1振铃测试和模拟摘机振铃测试的主要就是用于测试当振铃时线路中存不存在信号,即移动端和交换机通信时,交换机就会发出振铃信号。典型的振铃信号测试与模拟摘机电路如下图3-1所示。图3-1典型的振铃测试与模拟摘机电路3.2语音提示电路语音提示电路作为系统的重要模块,要求能快速给系统用户配置更简洁更有效的语音提示信息,从而使语音提示电路更方便操作,语音系统电路配置了更优秀的语音提示模块,将一些语音操作提示直接储存在语音提示模块中,分析不同的双音多频信号来选择与之对应的语音操作提示,使用户得到更好的操作体验,因为直接将语音提示信息存储于模块中，导致存储空间需求过大，为满足这一点，本设计特采用可以存储60S的语音信息的ISD2560芯片，足以满足本系统设计要求,电路如图3-2所示。 图3-2语音提示电路3.3单片机控制和密码存储电路单片机AT89C51作为主要控制模块，负责对信号的处理与控制,使用带电可擦可编程只读存储器存储密码。为节省器件空间和减少系统输入输出端口，存储器配置了2k容量的24C02，且有掉电保护。如图3-3所示密码存储电路。图3-3密码存储电路3.4DTMF测试电路此系统运行流畅的可靠保障是保证双音多频测试电路的可靠运行。双音多频编、译码方式是各种电话呼叫集成系统中主流方式,抗干扰性突出就是其优势所在。在系统中经常应用的电路信号的测试和解码是通过特别的DTMF信号编译码集成芯片实现。因此系统设计不但简洁，还保证了系统的可靠运行。测试和解码电话特异性双音集成电路之后，信号可被转换成不同的代码系统的信号可以由微控制器直接读取。反复论证和比较之后，它可以使用双音频编码解码器芯片MT8870集成计算机系统直接完成这个功能模块来确定。在如图3-4所示的DTMF信号测试集成电路。图3-4DTMF测试电路单片机主控内部电话线的一个双音多频输出信号给到MT8870接收器，在准备高频输出时,P3.2给一个中断的高频信号。3.5继电器控制电路电器的自动控制电路可以认为是通过采用开关继电器,可控多晶硅等多种开关控制元件作用来同时自动控制家用电器强电的通与过中断,为了更好地能够达到电话控制机实现家电开关按键的功能,此处设计了两处按键分别连接两个继电器,如下图图3-5所示。图3-5电器控制电路单片机控制着继电器的开启关闭,继电器还可以自行延时来决定开关的开启与关闭。在继电器系统中有三个控制按键：两个按键负责控制两个继电器开启与关闭,还有一个复位按键，其作用是初始化密码。4.系统软件设计4.1系统软件设计基本思路系统软件流程图主要包括振铃测试模块、模拟摘机模块、信号音提示模块等功能模块。程序开始后，先通过正常的振铃测试，然后模拟摘机，在听到信号的提示音后输入密码，如果密码正确，代表操作完成，电话挂机，操作结束。应用程序的基本结构设计及其工作基本流程如下表图4-1所示开始5次正常振铃密码正确否振铃测试模拟摘机信号音提示开始5次正常振铃密码正确否振铃测试模拟摘机信号音提示 N 操作完成否操作完成否Y挂机挂机结束结束图4-1系统软件流程图由于家用电器远程控制需要极高的流畅性与准确率作为保障，因此它的可靠性提高需要考虑到方方面面,为此不仅在硬件的选择上需要简洁，在软件的编程方面同样要做到简洁高效，二者相辅相成，使用软件编程来对系统硬件功能控制与电话交换机的结构和功能进行实现。因此,在电路系统软件设计中软件设计环节与硬件设计同样重要。4.2定时中断子程序定时中断在整个家电远程控制系统中的地位重要至极，什么时候开中断，什么时候关中断都直接影响着系统运行。定时的中断是一个用于两路中断电器之间延时的开和关中断时间的最小单位计时,延迟打开和关闭应具有的计数值，当所述计数器的打开和关闭被降低到0，为双向电中断操作。voidtimer0()interrupt1using1{TL0=0xb0;TH0=0x3c;dlycount1--;if(dlycount1==0){dlycount1=1200;if(opencount1!=0){opencount1--;if(opencount1==0){p24=0;}}if(opencount2!=0){opencount2--;if(opencount2==0){p25=0;}}if(closecount1!=0){closecount1--;if(closecount1==0){p24=1;}}if(closecount2!=0){closecount2--;if(closecount2==0){p25=1;}}if(!(opencount1|opencount2|closecount1|closecount2)){TR0=0;}}}4.3MT8870中断子程序对于系统中断而言，可屏蔽的中断被称为外部中断，MT8870DTMF译码芯片时需要一个外部中断作为辅助,每当双音多频信号被译码成功后，它就会在固定引脚产生一个用来表示译码成功的高频信号，当看到此高频信号，也就说明又一个信号被译码成功了。voidint0()interrupt0using1{uchari,j,k;k=0;dat=P1;dat=dat&0x0f;if(allow==1){function();}if(allow==0){count1++;if(count1<7){if(dat==10){data1[count1-1]=0;}else{data1[count1-1]=dat;}}else{if(dat==0x0c){for(i=0;i<6;i++){if(passward[i]==data1[i]){k++;_nop_();}}if(k==6){allow=1;count1=0;i=0;j=0;k=0;//修改密码}你需要输入正确的密码<br>play(5);}else{allow=0;j++;i=0;k=0;count1=0;if(j==1){play(1);}if(j>=2){p31=1;j=0;}//密码输入错误两次则挂机}}}}}5.系统调试5.1整体系统调试家电远程操控的测试环节对于必要的硬件设备是不可缺少的，为了调试顺利进行，将根据系统准备好一下设备：一个值为5v的有线直流电源数字万用表一个两根电话线周立功编程器和计算机5.2硬件调试系统采用单片机作为核心处理,调试时要保持手机硬件通信畅通。先进行的是解码移动中断的双音多频信号，调试振铃测试电路。（1）先使用万用表检查实验电路的完整性，即系统电路是否有短接和断路。（2）打开电源开关,观察MT8870芯片和AT89C51芯片的运行情况，在接通电源的情况下，能否正常运行。（3）使用smartprox5编程器，把目标振铃信号从编程器上下载解码到单片机AT89C51中,使用移动终端向系统发送双音多频信号,看译码