基于公用电话网络的远程控制系统设计

基于公用电话网络的远程控制系统设计

0基于电话网络的智能控制家电设备随着科学技术的发展和人们生活水平的提高，固定电话和移动手机已经普及，家庭移动电话和智能家用电器已经投入使用。利用现有的个人通信终端,实现基于电话网络智能控制家电设备,既可节约投资,又便于推广。单片机控制家电系统基于公用电话网络,以STC89C52RC单片机和MT8870双音多频解码集成电路为核心,通过电话实现对远程设备进行智能控制。同时,可制造家中有人的场景,比如电视播放节目、夜间灯光打开等,以提供一定程度的安全防范。1语音提示与控制系统的设计按功能需求,系统分为系统开启、控制过程和控制结束三个阶段。用户可使用的功能有启动/关闭通道(通道接外部设备,如电灯、电脑、空调、电冰箱等)、模拟主人在家场景、修改密码、修改留言等功能。系统通过对振铃信号进行检测识别来启动。在规定时间内检测振铃次数达到设定值时,系统即进入远程控制。用户可通过语音提示与系统进行交互。为此,系统须提供解释。用户根据语音提示按键的信息、控制家电的功能。即系统能够播放相应的语音提示,用户根据提示进行按键操作,系统分析按键信息后执行相应的操作。同时系统软件中还需设置身份认证功能,保证只有合法用户才能操作该系统能够对按键错误进行判断处理。系统主要是针对无人环境中的电器设备进行控制的,即用户在世界各地随时可操作家电开关以提供安全生活环境,故对安全性、可靠性的要求较高。硬件设计上采用电气隔离技术之外,在软件上还应提供一定的防盗功能用合法用户身份控制家电的功能。2音提示下的远程控制笔者所提出的电话远程控制系统包括振铃检测识别单元、模拟摘挂机单元、语音提示单元、双音多频(DTMF)解码译码单元、中央控制(单片机)等功能单元和对外部设备控制电路。图1所示为系统的结构框图。当无人在家时,用户可通过通讯设备在语音提示下进行留言或对家电进行远程控制。当有来电时,电话响铃的次数超过软件所设定的次数(比如设定次数为时间如超过30s)后,系统进入自动摘机程序,进而通过语音提示与用户进行交互。如果用户按下某个按键如“1”,即选择进入远程控制家电功能,此时需要用户输入防盗用身份而设计的正确的密码方能对电器设备进行控制。为了防止非法用户暴力破解系统控制密码,还可以以输入密码错误次数达到3次系统就会自动挂机方式,保护系统及家电安全。如果来电用户选择本地留言功能,此时系统便可以为来电者留言了。当有人在家中,且超过系统所设自动摘机时间接电话,用户可通过选择按键暂时关闭程序,即可停止操作。为方便用户使用,在设计时系统提供语音提示界面,使其具有本地留言、自动摘挂机、修改密码、返回上一级菜单等功能。3系统硬件设计系统主控电路采用51系列单片机作为主控芯片,系统由+5V电源供电,外接晶振时钟频率为11.0592MHz,如图2所示。3.1光电耦合器til113单位片机控制家电系统振铃检测识别电路主要有稳压二极管和光电耦合器组成,并将输出信号连接到单片机外部中断接口。由于振铃信号电压高于无来电线路电压,可采用如图3所示铃音检测识别电路。电话线路无来电时,线路电压约为50V的直流信号。当有电话信号时,电话交换机发来频率约为25Hz,电压有效值约为75V,周期为5s(1s送,4s断)的交流信号。系统选取65V稳压二极管,无来电时,电话线的电压小于稳压二极管D1的反向导通电压,D1截止,不进行振铃检测识别;当电话处于来电状态时,D1导通,从而进行振铃检测识别,通过光电耦合器TIL113接到单片机的外部中断端口0,就可检测来电的响铃次数,为系统自动摘机做准备。图3中所示的光电耦合器件TIL113是一种达林顿输出型隔离耦合器件,它常用于较远距离的信号隔离传送,以及大电流、低容抗、快速关断等器件的控制,也用于通信、遥控逻辑隔离、报警监控电路等。光电耦合器能够有效抑制接地回路的噪声,消除地干扰,使信号现场与主控制端在电气上完全隔离,避免了主控制系统受到意外损坏。该器件具有稳定性高、价格低、与单片机连接简单等优点。3.2原因2:路设计根据国家有关标准规定:不论任何电话机,摘机状态的直流电阻应≤300Ω,在挂机状态下,其漏电流≤5uA。当用户摘机时,电话机通过叉簧接上约300Ω的负载,使整个电话线回路流过约30mA的电流。电话交换机检测到该电流后便停止铃流发送,并将线路电压降大约为7.5V直流电,完成接通。模拟摘挂机电路设计如图4所示。当单片机检测到系统设定的振铃次数后,送出摘机信号:P3.5输出低电平,驱动三极管Q1导通,此时继电器闭合,电阻接入电路中,实现摘机。若需要挂机时,则P3.5输出高电平继电器断开,电路没有形成回路,实现挂机。MT8870如接收到一个有效的DTMF信号后,EST端变为高电平,经积分电路使控制输入端电平升高。若TOE端电平低于门限电压时,MT8870内部的四位二进制保持不变,STD端保持低电平;若TOE端高于门限电压,MT8870内部的四位二进制码被更新,STD输出由低电平变为高电平,经反相器后向单片机发出中断申请,通知单片机主控台发出实时已有控制信息,单片机接到中断申请后,通过端口读取MT8870的译码数据,MT8870如无DTMF信号输入或DTMF信号连续失真,则EST端为低电平,TOE端也为低电平,STD输出低电平,经反相器后不会向单片机发出中断申请。MT8870通过对电话线上的双音多频信号解码,识别操作者的命令,从而实现对远程的控制或工作状态的查询。3.3语音芯片-信号转换模块ISD4004系列工作电压3V,单片录放时间8至16分钟,音质好,适用于移动电话及其他便携式电子产品。芯片采用CMOS技术,内含振荡器、防混淆滤波器、平滑滤波器、音频放大器、自动静噪及高密度多电平闪烁存贮陈列。单片机操作命令可通过串行通信接口送入。设计采用ISD4004-8M单片语音录放集成电路作为语音录放的核心部分,支持录放时间达8分钟。该芯片采用了多电平直接模拟量存储技术,将每个采样值直接存储在片内的快闪存储器中,因此能够非常真实、自然地再现语音、录音、音调和效果声,且存储的信号在掉电的情况下长久保存。系统将需要的语音信息按段录入到ISD4004后,在单片机的控制下将录入的语音信息按录音地址由音频输出端输出,然后经万用音频功率放大器LM386放大后送到电话线路。语音芯片的片选、串行输入、串行输出、行地址时钟、串行时钟、中断分别接到单片机的I/O口,由单片机控制。语音留言从语音芯片的16和17引脚录入,16引脚接电话线的负极(L2)、17引脚接电话线的正极(L1)。由于电话机处于来电挂机状态时,电话线路电压是有效值为75伏的交流电,故播放接口和录音接口都不能直接接到电话线上。根据图2,可用继电器来控制电话线的正极,继电器的常闭一端接到INPUT,常开一端接到AUDIO。当电话处于摘机状态时,L1才接到17引脚,此时可以解码或者录音。如果想播放语音提示,则通过给P3.6口低电平,三极管导通,继电器闭合,电话线的正极与AUDIO相接,单片机对ISD4004发送播放命令,用户就可以听到语音提示。3.4dtmf解码器双音多频信号解码是控制系统的主要组成部分,正确地解码出交换机通过电话线发送来的双音多频信号是整个系统的关键,它的工作情况直接决定了系统的可靠性。双音多频解码器是用于获取和解析双音多频信号的,其主要的工作就是从电话线上取得双音多频信号,然后对信号进行滤波,辨识出其中对应的标准DTMF信息,并对其译码成为二进制形式。MT8870是MITEL公司生产的DTMF解码器,为CMOS电路,DIP封装,可直接与MCS-51系列单片机接口。它具有DTMF信号分离滤波和译码功能,内部有差动运算放大器,可通过引出的引脚调节放大增益。通过与单片机连接,解码输出可直接供给单片机使用。MT8870与单片机接口的电路设计图如图5所示。4模块化设计思想系统的软件设计主要分为系统的初始化、模拟摘挂机、放音、录音、DTMF解码、控制电器等部分。通过软件设计使51系列单片机对各种外围设计起到很好的控制作用。本系统采用模块化的设计思想、设计简化,便于用户使用、修改,采用合理的程序流程,合理利用系统资源的思路。系统同时采用低功耗设计,使软件可靠、安全性。系统的软件主要包括一个主程序和放音、摘挂机、DTMF解码、修改密码、振铃检测、控制电路、录音等七个子程序,流程图如图6所示。