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1、邵阳学院毕业设计(论文)1 绪 论 1.1课题的来源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。近十年来，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。随着我国信息事业的持续、快速发展,通信基础设施日臻完善,固定电话、移动电话用户总数接近两亿。利用现有的个人通信终端,实现基于PLMN(陆基移动通信网)和PSTN(公用电话交换网)的电话远程控制系统,既可以节约投资,
2、又便于推广。电话远程控制系统(ITRCS),以CCITT及我国标准共同规定的部分标准程控交换信令(DTMF双音多频信号,振铃信号,回铃音信号等)作为系统控制命令,以PLMN与PSTN通信网作为传输介质,使用户可以在远端利用固定电话或移动电话发送DTMF双音多频信号,实现对近端电器设备的远程控制。随着电话的逐渐普及，很多家庭都装有电话。根据这种情况，设计并制作出一种多路电话遥控器，通过它可以随时随地用电话对多种家用电器进行开关控制及定时功能。电话线路是全国联网的，所以遥控距离可跨省市。1.2课题研究目的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人们的生活，这些家用电器给人们的生
3、活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家用电器未来的发展方向。本文介绍一种基于单片机的电话遥控装置。利用该装置，用户可以通过任意一部双音频电话（包括手机和固定电话）遥控家中的电器。远程控制系统可用于家庭，无人场所，工业现场等。该系统的设计，利用了现有的电话网络资源、集成现代电子技术、通信技术、微处理技术与遥控技术于，它为出门在外旅游的人们，因总惦记家里的安危，想不用回家就可以开关家里的电器设备，造成有人在家的假象，保证家里的安全，也可为工作了一天的人们提早准备了浴水，使你尽情释放一天的疲劳；提早准备了香喷喷的饭菜；提早打开空调，一进门便能享受清凉的的世
4、界。为人们省去了多少的麻烦，带来了多少的便利。同时又由于采用基于公共电话网新型的遥控方式，而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。因此它比起这些常规的遥控方式显示出了一定不可比拟优越性。它不需占用了一定的频率资源，也不会造成电磁干扰以及电磁污染，又突破常见的遥控方式的空间界限，可跨越省市，甚至跨越国家。由于本装置
5、采用电话线网络作为媒介及并接在电话机的两端，且不占据电话线的资源，又充分地利用了电话这一种己经比较成熟的双工通信方式，通过电话的语音提示的信息，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。总之，电话通到哪里，用户就可以从哪里遥控家中的电器。1.3国内外现状随着现在人们生活水平不断的提高，对电子科技和通信技术方面不断地提出挑战，使电子技术和通信网络有机结合，不断推出各类新型电子产品，逐步使人们的日常生活更加舒适、安全、方便、快捷等等。比如现在的各种遥控技术，也出现在我们的生活当中，也有关于它的各种电子产品。小到玩具遥控赛车、各类的遥控器等。当它应用于家居生活，提出现代化都市生活
6、的家居智能化的新概念，更有后来的智能化建筑等。同时大也大到航天航空，卫星发射等各个技术领域。然而遥控技术指的是通过一定的手段对被控物体实施一定的距离的控制。比较常用的遥控方式有无线电遥控、有线遥控、红外线遥控，超声波遥控等。但基于DTMF远程遥控是利用电话网络而实现对各种设备远程控制，更是一种新型的遥控技术。多年来，在国外这一技术己经成熟，但由于我国的电子产业基础慢与国外有着较大的差距,对这个课题的研究，从目前来看还没有成熟的产品。随着现代电子技术日新月异，该技术会不断地向产业化和网络化方向发展。1.4 课题研究的前景电话远程控制装置是以AT89C51为单片机作为控制核心，MT8870为DTM
7、F信号接收电路，在系统程序控制下实现功能，它由电话振铃检测模块，电话自动摘机、挂机控制电路和阻抗匹配电路，DTMF译码模块，语音存储模块和功放模块，以及微处理器控制和驱动电路模块六大部分组成。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。为突出电话遥控的信息反馈功能，并使产品达到高性价比，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:使用语音芯片作为信号音反馈，提高本作品的实用性（此次设计只做了基本功能的实现，所以
8、并未使用语音芯片）。加上留言电路，主人不在家时客人可以留言。利用遥控方式可使主人很方便地在异地提取留言信息；在各路终端上接上传感器即可实现对环境声响的监听；接上自动拨码电路可定时将预定信息转至主人传呼机或特定电话，从而达到定时提醒主人的目的。电话远程控制系统于家庭，无人场所，工业现场等。2 电话远程控制系统方案设计2.1基于单片机电话远程控制系统方案设计电话远程控制系统是由单片机构成主控部分，主要进行信息处理，接收外部操作指令形成各种控制信号及发出相应的控制信号，并完成对各种信息的采集。此系统主要由电话振铃检测模块，电话自动摘机、挂机控制电路和阻抗匹配电路，DTMF译码模块，语音存储模块和功放
9、模块，以及微处理器控制和驱动电路模块六大部分组成。系统方框图如图2.1所示： 图2.1 电话远程控制系统方框图当我们拨打电话号码时,电话接通后, 振铃检测模块检测振铃脉冲信号,把振铃次数送到单片机存储并累加,当计到我们设置的振铃次数时,单片机就控制摘机、挂机控制电路动作,使系统与电话线连接保证互相通信的物理通道连接成功,用户的控制命令通过DTMF译码模块输送到单片机进行识别处理,同时语音模块根据单片机处理命令的不同提示不同的操作和选择,经过功放电路和变压耦合到电话线上传输给用户，用户根据语音提示进行下一步的操作。由于系统的最终目的是控制远距离的电器状态，所以单片机会根据用户的命令选择相应电器驱
10、动线路进行控制，达到远程控制的目的。2.2 系统方案论证此系统主要采用了单片机和MT8870芯片，再结合了一些外围控制电路和匹配电路来完成电话远程控制系统的设计。在大学的四年期间，系统的学习了电子系统设计方法和基础知识，掌握了一定的数字电路和模拟电路技术，能够参照相关资料进行电路设计达到理想的效果。在系统方案设计之前做了大量的准备工作，仔细阅读了与电话技术相关的资料并进行了整理，了解到许多的振铃芯片与电路，经过综合考虑与实验，我采用光电耦合、三极管及一些外围电路来制作本单元电路，因为光电耦合能够把电话线上的强电压信号与本系统隔离，这样既实现了信号的传递又保护了本系统，市场上光电耦合器和三极管都
11、容易买到，价格不高。DTMF译码选择了MT8870，它是电话机中常用的典型芯片，用它来做译码电路具有一定的成熟性。由于要保持电话的接通需要保证电路中有一定的阻抗，即具有一定大小的动作电流，为此我仿照电话技术参数用三极管和电阻搭建了一个阻抗匹配电路，经试验电路设计达到预期效果。在语音提示方面，搜集了许多语音芯片资料，最终决定用ISD4004语音芯片，它与LM386功放可以组成语音提示电路。微处理器采用现今流行的AT89C51单片机，单片机是我们的主修课程，对其使用方法和编程比较的熟悉，市场上也能够轻易的买到，价格不高，才几元钱一个。综合以上考虑，从技术上讲，MT8870在电话中的应用已经非常成熟
12、，单片机的控制也已经达到了非常娴熟的地步，而且在这种产品中利用AT89S51单片机来进行控制是十分理想的选择，体积小，功耗小。从经济上讲，MT8870与单片机都是非常常用的电子元件，易购买，价格便宜，系统的所有元件加在一起也只有几十元的成本，而相对于它的功能来说，其性价比之高就很明显的浮现在我们眼前。所以，不管是从技术的可行性还是从经济的可实施性都可以达到我们的要求。另外，该系统并接于家用电话的两端，不会影响到电话机的正常使用，连接非常的方便简单，由于都是模块化组成的，用户可以很容易的看懂操作方法。当用户拨打家用电话机号码，由通过市局交换机向电话机发出振铃信号，振铃检测模块检测有信号进来，首先
13、检测振铃的次数达到10次（次数通过软件进行设计）后，单片机控制实现模拟摘机，并驱动语音电路提示请输入密码。通过单片机进行核对，如果该密码正确，则在语音的提示下输入该要控制家用电器的命令键。DTMF信号通过双音多频解码器解码后，由微处理器根据数据去控制该家用设备。当用户输入 “#”（程序设定）键，自动实现挂机，从而完成一次远程控制。且摘机后，在30秒（时间由程序设定）内没有输入，电话会自动挂机，这样在相当的程度上就可以防止误操作。信号音检测采用软硬件相结合的方法来实现对拨号后线路状态的识别。由此，该方案论证可行。3 电路设计3.1 系统工作原理电话远程控制系统的原理图如图3.1所示：系统由电话振
14、铃检测模块，电话自动摘机、挂机控制电路和阻抗匹配电路，DTMF译码模块，语音存储模块和功放模块，以及微处理器控制和驱动电路模块六大部分组成。系统以AT89C51作为核心控制器件，MT8870为DTMF信号的接收电路，在系统程序的控制下实现远程控制功能。它适用于家庭、商店等无人的场所，还可以用于工业控制现场，它通过电话控制各种空调和家用电器，并可以连接防探头实现自动报警，同时该系统提供对各种空调未端设备的控制。以电话作为媒介， 通过电话线完成对设备的远程操作。此电话远程控制系统的工作原理如下：由于该系统并接在家用电话的两端，且不影响到电话机的正常工作，因此出门在外的人，可以通过拨打家中的电话号码
15、，交换机向家中电话机发送振铃信号，当有振铃信号进来的时候，该系统的振铃检测电路接收到铃流信号时，单片机的定时/计数器T1开始计数，当计数的次数达到10次时，计数器溢出向CPU申请中断，当CPU响应中断请求后，置P2.6为低电平，启动模拟摘、挂机电路，实现自动摘机。接通线路后,CPU置P1.6为低电平，选中语音芯片，而后单片机利用引脚P1.4、P1.5、 P1.6、P1.7模拟SPI总线工作方式，向ISD4004发出控制命令，从而启动控制语音提示电路（该电路主要由ISD4004、LM386和外围电路组成，通过变压器耦合到电话线上），发出“欢迎使用电话远程控制系统，请输入密码并以#号键结束”，这一
16、提示信息，提示用户输入密码，用户输入的密码通过电话线接口电路，再通过解码芯片MT8870及一些外围元器件组成的解码电路，将双音频信号转化为相应的二进制号码，从该芯片的Q1Q4端口传送到AT89C51的P1.0、P1.1、 P1.2、P1.3进行密码检验，如果密码不正确，语音信号会提示用户“密码不正确，请重新输入密码”。如果密码检验正确，语音提示“请输入被控设备的编号，以#号键结束”，输入1之后，语音提示“该设备目前状态处于OFF状态，开启请按1，关闭请按0，以#号键结束”或“该设备目前状态处于ON状态，开启请按1，关闭请按0，以#号键结束”，几秒钟后，语音提示“操作成功，继续控制其它设备请按1号键，退出请按0号键，以#号键结束”。用户可以根椐自己的需求，进行下一步的操作，如不需要，既可挂机结束本次远程控制操作。图3.1电话远程控制系统工作原理图3.2 振铃检测电路设计如下图3.2
