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1、河南科技学院河南科技学院2009 届本科毕业论文（设计）届本科毕业论文（设计）论文题目：基于电话网络的智能家电控制系统的设计论文题目：基于电话网络的智能家电控制系统的设计学生姓名：学生姓名： 闫闫 学学 锋锋所在院所在院( (系系): ): 机机 电电 学学 院院所学专业：所学专业： 应用电子技术教育应用电子技术教育导师姓名：导师姓名： 洪洪 新新 华华 邵邵 锋锋完成时间：完成时间： 2009 年年 5 月月 20 日日摘摘 要要本文详细地叙述了基于公众电话网络的智能家居控制系统的设计过程。文中探讨了利用现有的电话网络作为信号传输线路来实现设计目的的可行性，采用 AT89S52 作为系统主控
2、芯片，控制系统中各种信号的接收与处理；采用MT8880 来处理电话线路中所传输的双音多频信号；同时辅以语音提示电路及其他单元电路从而使得系统设计更加人性化。关关键词键词： ：电话网络，智能控制，DTMF，语音提示The Smart home control design based on the PSTN AbstractThis article describes in detail the public telephone network-based intelligent home control system design process. The article discusses
3、the use of the existing telephone network as a signal transmission line is designed to achieve the feasibility of using AT89S52 chip control as a system, control system, a variety of signal reception and processing; MT8880 to deal with the use of telephone lines in the transmission DTMF signal; circ
4、uit at the same time with voice prompts and other units in order to make circuit design more user-friendly system. The article focuses on AT89S52 MCU and DTMF signal processing circuit of the interface between the control methods.Key words: PSTN, Intelligent control, DTMF, Voice prompts目 录1 引言12 总体设
5、计方案22.1 系统设计要求.22.2 系统总体设计可行性分析.32.3 信息传输方案选择32.4 核心控制方案的选择42.5 DTMF 信号处理方案的选择.42.6 电器控制方案选择.53 系统总体框图54 系统硬件设计.64.1 核心控制及接口电路64.1.1 AT89S52 外形图64.1.2 AT89S52 引脚功能64.2 DTMF 双音多频编/解码电路84.2.1 DTMF 信号介绍.84.2.2 DTMF 信号的特性.94.2.3 DTMF 信号的应用.94.2.4 DTMF 收发模块.104.2.5 DTMF 编解码电路.134.3 语音提示电路设计.144.3.1 语音芯片介
6、绍.144.3.2 语音提示电路原理图.164.4 振铃检测电路设计.164.5 模拟摘挂机电路.174.6 电器控制电路设计.185 系统软件设计196 结束语.19致谢19参考文献20附录 1 系统总体设计原理图.21附录 2 系统软件设计流程图.22附录 3 软件程序清单.241 引言引言随着现代信息、网络、计算机、控制技术的飞速发展，智能化家庭已经成为现实。通过家居智能化技术，实现家庭中各种与信息技术相关的通讯设备、家用电器和家庭安防装置通过家庭总线技术连接到一个家居智能化系统上进行集中或异地的监视、控制和家庭事务性管理，并保持这些家庭设施与住宅环境的和谐与协调。家居智能化所提供的是由
7、一个家居智能化系统构成的高度安全性、生活舒适性和通讯快捷性信息化与自动化居住空间，从而满足 21 世纪信息社会中人们追求的快节奏的工作方式，以及与外部世界保持安全开放的生活环境。就现阶段而言，由于受到传输媒体、网络平台、集成系统以及家庭实际消费能力的制约，还无法实现真正意义上的家居智能化系统。我们现在需要做的，应该是完成目前智能化系统中条件已经成熟的系统，同时预留相应物理接口。当条件成熟时无需重新改造即可实现系统的升级和集成。首先让我们来感受一下家居智能化带来的舒适和情趣:（1）早晨起床时间一到，卧室音响设备就会自动播放主人爱听的“起床曲”唤醒主人，并自动开启窗帘，卧室卫生间的电灯也会在主人进
8、入梳洗时自动亮起;（2）厨房的咖啡壶自动煮水，等主人出来时，就有热腾腾的咖啡等着他;（3）在客厅里，主人只需轻轻按动手持触摸终端，就可以十分方便的控制家中所有带红外遥控器的设备，可以通过家庭影院系统播放电视节目、v0D 点播、DVD 播放、上网查询邮件和当天的重要新闻;可以监控所有的设备，查看是否有报警发生、窗户是否关好、窗帘是否拉上等;可以对所有家电进行统一控制;可以控制摄象机云台，对家庭内外的情况进行监视，并且如果有警情发生，摄象机会立即转向警情发生地点，同时电视机也将切换到 AV，显示警情。（4）三表(水、电、气)数据远程抄送;（5）当主人出门后，家居智能化系统就会自动/手动地启动安全保
9、卫系统，一旦有人非法进入住宅或发生意外事故(如;火灾、煤气泄漏、老人疾病紧急求助)，系统就会立即自动通知主人的电话、手机，并报 110。主人接到报警后，可以通过公用电话网连接家居智能化系统，远程观察并遥控，迅速作出反应;（6）主人回到家中，车库门自动打开，车库中照明灯自动开启;（7）主人用膳完毕，进入书房，登上信息高速公路，上网查询邮件和当天的重要新闻;（8）到了晚上睡眠时间，系统自动开启轻音乐，关闭住宅内强光源一段时间后，音乐随后自动关闭，电源进入节能状态;经过市场调查分析，我们对国际及国内的家居智能化现状有了一个深入的了解，目前情况如下:（1）就网络构成来讲有两种方式:集中式和总线式集中式
10、网络由一个主控制器和诸多的终端组成，形成严格的主从关系。由主控制器对每个终端的信号进行识别和控制。这样做的好处是控制指令简单易懂，多数指令可以由单独的“0”和“1”来完成。但这种方式存在的一个最大缺点就是网络布线极其繁琐。由于集中式控制而形成了星型网络，就必须从主控制器向每一个终端包括传感器(哪怕是最小的无源器件门磁)、驱动模块、红外模块等布至少一条线，这样遍布家庭内部就形成了一个星型的巨大网络，给安装施工带来了极大的不便。总线制网络即在一条总线上挂接(并联)很多不同的终端，以既定的通讯协议进行相互之间的信息传递。采用总线式的优势在于组网灵活，不必要向集中式那样呈星型分布最后形成一个星型网络，
11、而是只需要将总线围绕家庭转一周，所有终端可以在相应的任何位置并入总线，这样就省却了相当大一部分的布线工程和费用，且组网灵活。缺点在于每个终端必须要有自己的控制器和接口芯片，这无疑又增加了成本费用。（2）就网络类型来讲：目前的类型多种多样。常用的有 Lonworks、CAN、M一 BUS、RS485、以太网、公用电话网、无线方式以及各公司自身开发的网络如APBUS、Homenet、Homebus 等。这些网络的共同特点是都要配置自身的网络接口芯片或固化通信协议的芯片才能工作。随着传输速率的提高，各种高速网也相继出现，但相应的控制器和网络接口芯片价格也随之提高。而家庭内部没有大的数据量需要传输，并
12、且不需要复杂的协议，所以并没有必要使用高速网。智能家居的方案及实现（3）就实现功能来讲：智能家居的方案在功能上大同小异，只要能想到的，方案里能找到，但是有些却因技术原因还未达到。（4）价格：价格偏高，目前一般家庭还难以接受，这也是智能家居没有进入一般家庭的主要原因。2 总总体体设计设计方案方案2.1 系系统设计统设计要求要求电话远程家庭智能控制系统（以下简称控制系统）的功能以确定设计具体要求如下： （1） 控制系统能通过电话终端通信设备对异地电器实现智能控制。 （2） 控制系统可以实现自动模拟摘机，以实现双方通信。 （3） 控制系统主人的身份校验、在线密码修改及存储。（4） 控制系统有语音提示
13、，以方便主人操作。2.2 系系统总统总体体设计设计可行性分析可行性分析 根据电话远程智能遥控系统的具体设计要求： 1 通过电话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； 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；8 电器状态查询； 9 忙音检测； 根据电话机和交换机发出的不同信号音以及电话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
14、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内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结构设计上分析，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路简单的多，实现也很容易。2.3 信息信息传输传输方案方案选择选择方案一：基于 GSM 的控制系统。这种方案中我们可以使用现有的 GSM 网络作为信息传递的途径，用户可以通过收发短讯息来实现控制目的。由于 GSM
15、网络的建设已经非常成熟，因而采用这种方式可以使得系统的功能强大，资源丰富，软件程序的设计会变得简单可靠。但是这种方案成本较高，同时由于我国的现有国情的制约，手机的使用受众远没有那么普及，并且存在众多的民众不会发短信，因而采用此种控制方式时，产品的普及率会大大的降低。目前情况下我们暂不考虑这种方案。方案二：基于公众电话网络的控制系统。目前，我国的固定电话的普及已经达到了千家万户，电话网络的铺设也已经走进了众多的家庭，因此采用此种信息传递方式不需要再做其他的工作便可以在大多数地区实现智能控制的目标。此方案的建设成本相对来说也比较小。另外关于电话方面的各种信号的规定也较为详细，在控制电路中也容易实现
16、。方案三：基于电力线网络的控制系统。虽然说现在电力线也已经铺设到了我们的家里，但要在电力线上实现信号的传递还是有一定的难度，并且也有一定的危险性与不确定性，另外，要在电力线上实现信号的传递还需要专门的芯片，此种芯片的价格一般比较昂贵，不宜进行大规模的普及与应用。综上所述，本设计采用方案二来实现。2.4 核心控制方案的核心控制方案的选择选择本设计中各种信号的处理与控制是该系统中的核心部分，正确选择合适控制方式将关系到整个项目设计的成败。目前控制方式众多，我们将对几种常用的控制方式进行评估，以便选择合适的方案。方案一：基于 ARM 的嵌入式系统。这种方案中我们可以使用现有的操作系统（COS-II），在系统的基础上进行应用程序的开发。由于 ARM 处理器的功能强大，资源丰富，因此使用这种方案可以使系统功能近乎完美，并且由于使用了操作系统，应用程序的设计会变得简单可靠。但是这种方案成本较高，同时使用的嵌入式操作系统也会占用一部分额外的硬件资源，这样会大大的提高开支。目前情况下
