基于单片机的家用电器电话远程控制系统设计*

郭志冬

(三门峡职业技术学院，河南三门峡472000)

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活带来了很多的方便和享受，同时随着电话在生活中的普及，利用电话实现家用电器的远程控制是一个发展方向。本文介绍了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多频电话(包括固定电话和移动电话)遥控家中的电器。比如，用户下班前，可通过电话提前打开空调和热水器;当用户到家时，房间温度刚好达到设定的温度，水温正好达到设定值。另外，用户还可通过电话随时监控家中电器的使用情况，通过电话可随时修改家用电器的控制命令等。总之，电话通到哪里，用户就可从哪里遥控家中的电器。因此，本设计具有广阔的应用前景。

1 系统整体结构设计

本系统以AT89S52单片机为核心控制器，系统主要包括振铃检测电路、模拟摘挂机电路、DTMF音频解码电路、语音提示电路、电源电路、家电控制电路等。系统组成框图如图1所示。

控制器接收远端发送来的DTMF信号、并对其进行解码，解码后的信号由中央处理单元采集处理。为了方便用户使用，系统设计了语音提示界面。电话远程控制系统一般工作在无人值守环境，所以应具有自动离线、上线、复位功能。为了符合智能化要求，系统采用AT89S52作为中央处理器。同时，电话远程控制系统正常工作还需电源供电电路、驱动电路等辅助电路。

控制器并联于电话机的两端，不会影响电话机的正常使用。用户通过异地电话拨通控制器所连接外线的电话号码，通过程控交换机向电话机发出振铃信号。控制器检测到6次振铃后，即6次响铃后无人接听时电话自动摘机，进入密码检测阶段，输入正确密码后选择被控电器，然后输入开或关密码遥控被控电器，完成后返回。

图1 系统组成框图

2 系统硬件设计

2.1 振铃检测电路

振铃检测电路如图2所示，二极管有2种作用:一是将不确定的线路供电正负变为固定的正负输出;二是将交流的振铃信号变为脉动直流以供检测。当没有振铃信号时，线路上的供电电压为48V(老式交换机为60V)，经4个二极管构成的全桥整流后，不足以使稳压管导通，振铃信号输出端电压接近0V，当振铃信号到来时，线路上的90V交流振铃信号经全桥整流变换后90V的脉动直流电，其峰值足以击穿耐压值为62V稳压管，经5.1K电阻对220u电容充电，振铃输出端电压升高，CPU可以根据振铃信号的高低检测有无振铃。电路中耐压值为4.3V的稳压管限制振铃信号的幅度不超过CPU端口的允许电压，保护CPU。

图2 振铃检测电路

2.2 模拟摘挂机电路

模拟摘挂机电路如图3所示。平时电话挂机时，两条电话线处于开路状态，两电话线的电压为48V(老式电话为60V)，加到电话机的振铃电路两端，当摘机时振铃电路断开，两电话线接通，阻值大约300Ω。当拨打电话号码时，来自电话线的高压振铃信号经铃流检测电路，形成方波脉冲信号送到单片机AT89S52的P3.5口，P3.5口对振铃脉冲进行计数，当振铃次数达到6次时，由单片机内部软件程序控制，使P0.0口输出一个低电平，然后P0.0口的高电平送往MC1413集成开关驱动电路的1脚进行放大，由16脚输出高电平送到三极管9013的基极，使三极管饱和导通，此时，+5V电源经继电器线圈，再通过三极管接地，继电器线圈得电，使继电器的常开触点闭合，300Ω的电阻接入电路当中，电话接通。当用户输入密码错误，或者是操作结束后，系统由软件控制P0.0口输出一个高电平，经MC1413驱动电路，16脚输出低电平，控制9013截止，继电器线圈失电，常开触点断开，电话线又处于开路状态，实现了模拟挂机。

图3 模拟摘挂机电路

2.3 DTMF 解码电路

DTMF(Dual Tone Multi Frequency)双音多频信号解码电路是目前在按键电话(固定电话、移动电话)、程控交换机及无线通信设备中广泛应用的集成电路。它包括DTMF发送器与DTMF接收器，前者主要应用于按键电话做双音频信号发送器，发送一组双音多频信号，从而实现音频拨号。双音多频信号是一组由高频信号与低频信号叠加而成的组合信号，电话键盘按键与双音多频信号的对应关系如表1所示。电话远程控制系统采用MITEL公司生产的MT8870 DTMF接收器作为DTMF信号的解码核心器件。MT8870主要用于程控交换机、遥控、无线通信及广播系统，实现DTMF信号的分离滤波和译码功能，输出相应16种频率组合的4位并行二进制码。

表1 电话键盘与DTMF频率对应关系表

MT8870提供了一个标准的微处理器总线接口，可以直接与MCS－51系列微机对接。它的2、3脚接收来自电话机的双音多频脉冲信号，该双音多频信号先经其内部的拨号音滤波器，滤除拨号音信号，然后经前置放大后送入双音频滤波器，将双音频信号按高、低音频信号分开，再经高、低群滤波器，幅度检测器送入输出译码电路，经过数字运算后，在其数据输出端(11～14脚)输出相对应的8421码。MT8870的数据输出端Q4～Q1连到AT89S52的P1口的P1.0～ P1.3，CPU 经 P1口识别4位代码。其中，A，B，C，D 4 个按键常被当做 R/P、REDIAL、HOLD、HANDSFREE等功能使用。为了使单片机AT89S52获取有效数据，MT8870的STD有效端经反相后接CPU的INT0引脚。当MT8870获取有效双音多频信号后，STD电平由低变高，再反相为低，CPU检测后，指示P1口接收有效二进制代码。而无效的双音频信号(电话线路杂音、人们的语音信号等)是不会引起MT8870的STD端变化的。DTMF接收器的外围电路如图4所示。

图4 DTMF解码电路

2.4 语音提示电路

当有电话呼入并且电话远程控制器摘机后，操作人员便会在语音提示电路的提示下输入密码，并进行家用电器的控制。语音提示电路采用语音录放芯片ISD1420。ISD1420是美国ISD公司出品的优质单片语音录放电路，由振荡器、语音存储单元、前置放大器、自动增益控制电路、抗干扰滤波器、输出放大器组成。一个最小的录放系统仅由一个麦克风、一个喇叭、两个按钮、一个电源、少数电阻电容组成。录音内容存入永久存储单元，提供零功率信息存储，这个独一无二的方法是借助于美国ISD公司的专利——直接模拟存储技术(DAST)实现的。利用它，语音和音频信号被直接存储，以其原本的模拟形式进入EEPROM存储器。直接模拟存储允许使用一种单片固体电路方法完成其原本语音的再现，不仅语音质量优胜，而且可以断电语音保护。

ISD1420应用中使用操作模式时要注意下两以点:

1)所有初始操作都是从0地址开始，0地址是ISD1420存储空间的起始端，以后的操作可根据模式的不同，而从不同的地址开始工作。当电路中录放音转换或进入省电状态时，地址计数器复位为0。

2)当PLAYL、PLAYE或REC变为低电平，同时A6、A7为高电平时，执行对应操作模式。这种操作模式一直执行到下一个低电平控制输入信号出现为止，这一刻现行的地址/模式信号被取样并执行。

2.5 电源电路

电源电路图如图5所示。电源部分由变压器、桥式整流器、电容滤波、集成稳压器(CW7805)组成，把220V交流电变成了5V直流电。5V直流电再由100u和0.1u电容进行滤波，输出比较稳定的5V直流电压，送到后级电路。

图5 电源电路图

3 软件设计

本系统的软件设计主要分为系统初始化、振铃检测计数、控制摘挂机、双音频信号分析处理、控制电器、控制语音提示等部分。每个功能模块对于整体设计都是非常重要的，单片机AT89S52通过软件程序才能很好地对外部的信息进行采集、分析和决策。软件设计程序流程图如图6所示。

图6 软件设计程序流程图

4 结束语

本系统的设计采用了AT89S52单片机作为系统的中央控制单元，并结合软件编程，实现了语音界面及安全认证机制，丰富了系统功能，符合未来家电的智能化、网络化发展方向。利用该系统，可以实现固定电话和移动电话对空调器、电热水器、电灯等家用电器设备的远程控制，用户可以提前将居室的空调打开，一进家门便享受清凉世界;用户外出时，通过本系统开关居室的电灯、电视，造成有人在家的假象，提高家居安全。该系统操作起来非常简单易学，并且成本低廉、运行可靠，为家用电器的远程控制提供了一种非常实用的方案。此外，本系统还可以应用于工农业生产中，实现对无人值守岗位的远程控制。

［1］ 黄操军，刘庆宇，杨鹏科，柳铭.家用电器电话远程控制系统设计［J］.黑龙江八一农垦大学学报，2008，(6).

［2］ 王亚晓.基于电话网的家用电器远程控制系统的设计［J］.现代电子技术，2007，(21).

［3］ 汪伟举，樊昌元.基于电话网远程智能控制器［J］.成都信息工程学院学报，2006，(51).

［4］谢宜仁，谢炜，谢东辰.单片机实用技术问题［M］.北京:人民邮电出版社，2003.

［5］ 李广弟.单片机基础［M］.北京:北京航空航天大学出版社，1999.

［6］ 徐淑华，姚万生.单片微型机原理及应用［M］.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社，2000.

［7］ 张士炯.电子设备常用器件手册［M］.北京:人民邮电出版社，1998.

［8］ 刘仁普.集成电路参数及应用手册［M］.北京:人民邮电出版社，1998.