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1、电话远程控制系统设计电话远程控制系统设计1 系统方框图系统方框图1.11.1 系统组成系统组成系统结构方框图如下:图 1.1 1.21.2 系统工作原理系统工作原理电话远程控制系统的原理方框图如图1.1所示：系统由电话振铃检测模块，阻抗匹配电路，DTMF译码模块，晶振复位电路模块，以及微处理器五大部分组成。系统以AT89S51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
2、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，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P1.4为低电平，启动模拟摘机电路，实现自动摘机。接通线路后，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端口传振铃检 测模块微 处 理 器 AT89
3、C51摘挂机控 制电路DTMF译 码模块语音存储模块驱动电路电器电话线驱动电路电器功放阻 抗 匹 配 电 路电 话 机电 源2送到AT89S51的P1.0、P1.1、 P1.2、P1.3 口,通过P1口将该二进制数读入并保存在数据RAM区，又单片机控制的相应的发光二极管亮灯。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。2 设计方安设计方安2.12.1 时钟复位电路设计时钟复位电路设计2.1.1 复位电路设计复位电路设计单片机复位是使 CPU 和系统中的其他功能部件 都处在一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作，例如复位后 PC=0000H，使单片机从第一
4、个单元取指令。复位电路一般有上电复位、手动开关复位等电路，如图 1.2 所示。其中 RET 输出电压必须在 2V 以上，C3 极性电容充电放电必须维持在 2 个机器周期以上。一般 R11 和 C3 的取值为 2K、22uF。在此我们选择 图 2.1 复位电路手动开关复位电路。2.1.2 时钟电路时钟电路在 MCS-51 芯片内部有一个高增益反相放大器，其输入端为芯片引脚XTAL1，其输出端为引脚 XTAL2 。而在芯片的外部，XTAL1 和 XTAL2 之间跨接晶体振荡器和微调电容，构成一个稳定的自激振荡器，这就是单片机的时钟电路，时钟电路产生的振荡脉冲经过触发器进行二分频之后，才成为单片机的
5、时钟脉冲信号。时钟信号电路如图 1.3 所示。图 2.2 时钟电路其中 C4 和 C5 的取值一般在 20pF40pF 间，在此设计中我们取 30pF,晶振为 12MHz。Y12MC430C530C322uFSWR11 2K+5GN DAXTL1XTAL232.22.2 振铃检测电路设计振铃检测电路设计如下图1.4所示，该电路是以光耦合器件为核心组成的，当有铃流信号进来，此信号通过光耦合器件，给发光二极管一个电压，从而使光耦合器件工作，输出方波信号到 P3.3 口，供主控部分的检测1。口口口口12J1A1K2C3E4U1R2 10KP33D5IN4001+5C1 22FR1 15K图 2.3
6、振铃检测电路2.2.1 电路设计思路电路设计思路 由于在电话线上没有摘机之前，电话线的两端是4860V的直流电压信号。当电话线上无振铃信号时，该系统不会工作。当有铃流信号进来，程控交换机送来的是253HZ的正弦交流电压信号，其PP为9015V，信号以1秒送、4秒断的形式发送，振铃检测可以有多种形式，但是最常用的是采取光耦合器件来实现的，由于它的优点在于可以使输入与输出在电气（电源、地线）上完全绝缘，具有很高的抗干扰性。而在该电路中，它作为一个开关器件和信号隔离的作用。同时具有很高的耐压值可达到5001000V，以及价格便宜，设计简单，工作可靠等优点。只要在程序部分进行振铃次数的检测，设置在一定
7、次数的振铃后再摘机，提高了系统的稳定性。2.2.2 元件选取元件选取(1) 隔直电容C1的选取隔直电容C1是电解电容，用于过滤直流，滤出低频信号，而且振铃信号的电压还比较高，在这里采用22F耐压100V的钽或铝解电容。(2) 电阻R1的选取电阻R1是起限流作用，保证光耦合器件的正常工作，因为电话线的阻值4小到一定值时，便会在电话环路内形成动作电流（程控电话交换机检测到环路电流突变大于30mA,即认为用户己摘机） ，会影响电话线路的正常工作。所以此处取15k。(3) 稳压二极管D1的选取稳压二极管D5 为光耦器件进行保护而设计的。它并接于光耦的两端，当信号的正半周期加在光耦的两端使其导通，当负半
8、周期使光耦截止，可经此该二极管续流，从而保护光耦不会电压过大而损坏，这样就要求光耦要有良好的耐压性能。此处采用1N4001。(4) 光耦U1的选取光耦是一种光电信号的耦合器件，它是一种将发光二极管和光敏三极管封在一起的器件。通过光信号耦合，使夹杂在输入开关量中的各种干扰脉冲都挡回在输入回路的一侧。光耦具有较高的电气隔离和抗干扰能力，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、体积小、寿命长等优点。选取型号为TIL系列的P621。2.32.3 阻抗匹配电路设计阻抗匹配电路设计阻抗匹配电路如图1.5所示。 在未摘机之前，P1.4端为高电平，该电路处于未工
9、作状态，当振检铃测电路检测到十次振铃时，P1.4输出低电平，Q2管导通，从而Q1的 基极变为低电平也使Q1导通，Q1的 集电极经电阻R7和发光二极管组成回路 图 2.4 阻抗匹配电路 形成大约 300 的电阻，电流为 30mA 的恒流源，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，实现电话线路接通。整个电路完成自动模拟摘机过程。2.3.1 阻抗匹配电路元件的选取阻抗匹配电路元件的选取极性保护电路 D1 的选取：当程控交换机确认有摘机信号时,送来的是直流信R454KR510KR7 1KR3100R610KD6口口口口Q1 2N5401Q2 2N5551D3 1N400
10、1D41N4001D1 1N4001D2 1N400112J1A1K2C3E4U2P14+55号,但是电话线哪一端为正,哪一端为负。为了解决这一问题，电话机中都装有极性保护电路，这样做可以使不确定的极性变成确定的极性，经其变换后再与电路的其它部分相连，起到了必要的保护作用。本电路选取的 4 个二极管的型号为 1N4004。高压三极管 Q1 及开关管 Q2 的选取: 接在电话线路中的三极管一般都选择耐高压的三极管，该电路也考虑到电话线上的电压有时可能会出现很高的情况，所以选用了高压三极管。从程控交换技术手册可以了解，摘机时电话线两端的电压为 811V 左右，环路阻抗要小于 2K（600 时比较合
11、适） ，环路电流要在 30mA 左右。三极管 Q1 的主要作用就是充当恒流源，需选用 PNP 型的三极管。本电路选取的是 2N5401。而三极管 Q2 起到开关的作用,当加高电平时,处于饱和导通状态,当低电平时,处于截止状态.本电路选取 2N5551。 2.42.4 音频解码电路设计音频解码电路设计2.4.1 DTMF 解码芯片解码芯片MT8870DTMF 信号接收器又称为 DTMF 解码器，它的功能是把 DTMF 信号变换为二进制数字信号。利用这些数字信号借助逻辑电路进行控制，在程控电话系统中它往往接在交换机中。目前双音多频产品多属于 CMOS 集成产品，国际上一些主要器件产品厂商或公司均有
12、代表性的 DTMF 接收器。如 MITEL 公司MT8870、M8870、MH88305 与 MK5091 等。这些 DTMF 产品集成度高、体积小、抗干扰能力强，并且中间传输的是两个音频信号，最后输出的是二进制编码信号，便于与微型计算机接口。本系统选取的 MT8870 是 MITEL 公司生产的 DTMF 信号接收器，是COMS 大规模集成电路芯片， MT8870 的内部集频带分离滤波器与数字解码功能为一体，滤波部分用开关电容技术，分成高频群及低频群滤波器，解码器使用数字计数器技术检测把全部 16 个 DTMF 音调解码成四位二进制码。由于它内部有差动放大器、时钟振荡器和锁存三态总线接口，所
13、以减少了该集成电路外部器件的数目。MT8870 共有18个引脚，引脚分布如图1.6所示。MT8870引脚功能如下：IN+：运算放大器同相输入端；IN-：运算放大器反相输入端；GS：增益选择，它为内部运算放6大器输出端与前端连接反馈电阻提供通道；VREF：基准电压输出端，标准值VDD/2用来给内部运放输入端加偏置；INH、PWDN：内部连接端，大多接到VSSDSC1、2：时钟输入端及时钟输出端，这两脚之间接一个3.MHz的石英晶体组成内部振荡电路。VSS：负电源输入端，大多数情况该端接公共地。TOE：三态输出使能输入端，该端为逻辑高时使能Q0-Q3有输出。Q1-Q4：三态数据输出端，当TOE为使
14、能时，提供与最接近接收到的有效音调对相对应的四位二进制码。STD：延时导引输出端，当一个被收到的音调对已被寄存并且锁存器的输出已被校正时，该端为逻辑高，当St/GT端电压降到低于VRS时，该端转变为逻辑低。EST：早期导引输出端，表示有效音调频率的检测。一旦数字算法检测到一个有效的音调（信号状态） ，该端就出现高电平，信号状态的任何减小将导致EST转换为逻辑低。ST/GT：导引输入/保护时间输出。它是一个双向端，STD检测出一个大于VTSt的电压，器件寄存所检测到的音调对并校正锁存器输出；STD端检测出一个小于VTSt 的电压，器件自由地接收一个新的音调对。GT输出的作用是重复外部导引时间常数
15、。VDD：正电源输入端，规定VDD 为+5V。2.4.2 微处理器微处理器由于是用于小产品的设计，要求体积小、功耗小、容易控制，我选择了我最熟悉的AT89S51。（1）AT89S51主要技术指标3AT89S51与MCS-51系列的单片机在指令系统和引脚上完全兼容。AT89S51是一种低损耗、高性能、CMOS八位微处理器。片内有4k字节在线可重复编程快擦写程序存储器；全静态工作,工作范围:0Hz24MHz；1288位内部RAM；图 2.5 MT8870 的引脚分布IN+1 IN-2 GS3 VREF4 INH5 PD WN6DSC17 DSC28VSS9TO E10Q111Q212Q313Q41
16、4ST D15EST16ST /GT17VD D18732位双向输入输出线；两个十六位定时器/计数器；五个中断源,两级中断优先级；一个全双工的异步串行口。（2） AT89S51引脚功能：AT89S51单片机共有40引脚，其分布如图1.7所示。 图 2.6 AT89S51 P0口是三态双向口,通称数据总线口，因为只有该口能直接用于对外部存储器的读/写操作。P3口与 P1、P2口不同，它具有第二功能。 2.4.3 MT8770 与与 AT89S51 单片机的接口电路单片机的接口电路MT8870电路的基本特性是实现DTMF信号分离、滤波和译码功能，输出相应的16种DTMF频率组合的4位并行二进制码。电路输出的二进制码Q1Q4由数据输出允许端TO
