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家电远程智能控制器的设计(APR9600)

2017-5-6 11:16| 发布者: admin| 查看: 1138| 评论: 0

摘要: 家电远程智能控制器的设计何思远( 沈阳工程学院信息工程系,沈阳110136 )摘 要: 介绍了一种由AT89C2051 单片机和MC145436 双音多频解码器及APR9600 语音芯片等电路组成的家用电器远程控制器的工作原理、硬 ...
家电远程智能控制器的设计
何思远
( 沈阳工程学院信息工程系,沈阳110136 )
摘 要: 介绍了一种由AT89C2051 单片机和MC145436 双音多频解码器及APR9600 语音芯片等电路组成的家用电器远程控制器的工作原理、硬件设计、软件设计以及技术性能.该控制器通过接收电话线上的双音多频信号对家用电器进行开关控制,从而实现对家用电器的远程控制.
关键词: AT89C2051 ;MC145436 ;APR9600 ;远程控制;双音多频
 
随着社会的进步和经济的发展, 人们对住宅的舒适性、安全性和智能化的要求越来越高.如今, 电话几乎进入了每家每户, 人们利用家庭电话的实时性和双向性的特点,可以随时与家里取得联系.因此, 设计一种通过电话来控制家电的远程智能控制系统, 已经具备了一定的技术条件和现实意义.
 
1  系统的整体设计及工作原理
家电远程智能控制器主要包括硬件系统和软件系统2 部分,它涵盖了单片机、语音处理及电话通信等技术.在硬件设计过程中采用模块化的设计方法,将系统
分为主控单元、 振铃检测单元、 摘挂机单元、 DTMF ( 双音多频) 解码单元、 语音处理单元以及家电控制单元.其中,主控单元以AT89C2051 为核心, DTMF 解码单
元以MC145436 为核心, 语音处理单元以APR9600 为核心,而振铃检测、 摘挂机、 家电控制等单元则分别采用分立元件实现.其硬件系统的组成如图1 所示.

该控制器需要连接到家中的固定电话线路上, 当用户使用该控制器时, 只需拨打家中电话.如振铃N次( 次数可以由软件预先设定) 无人接听, 则该系统将自动发出摘机信号; 主控单元控制语音处理单元提示
用户输入密码;用户听到提示音后,可在所使用的固定电话机或手机上按下数字键以回答密码, 密码所对应的双音多频信号经电话传输通路传送给该系统的DT-MF 解码单元;经解码单元检测译码后, 传送给主控单
元;如密码正确, 则主控单元控制语音处理单元提示用户进行控制家电的操作, 用户可以根据系统的语音提示,一步一步地进行操作; 最后, 由家电控制单元执行
控制家电的操作.如密码错误,该控制器将提示重新输入密码,当输入的次数达到规定的次数仍然有误时,系统将返回初始等待状态.
2  硬件系统设计
2 .1  主控单元硬件电路设计
该系统的主控单元由AT89C2051 单片机及其外围电路组成, 如图2 所示.其中, AT89C2051 是Atmel公司生产的与MCS -51 系列兼容的单片机,它是一种
低功耗、 高性能的CMOS 8 位微处理器.AT89C2051采用20 引脚DIP 封装方式, 内置有2 kB Flash EEP-ROM 和128 B RAM ,2 个16 位定时/计数器,15 条I /O 引线,1 个五向量的两级中断结构以及1 个精密模
拟比较器, 它具有2.7 ~6 V 的电压工作范围和12MHz /24 MHz 的工作频率

AT89C2051 的I /O 口的分配情况是: P1.0 、 P1.1和P1.2 分别接74 LS138 译码器的A 、 B 和C 端, 用以选择APR9600 语音芯片的M1 ~M8 各音段; P1.3 ~
P1.7 分别与MC145436 双音多频解码器的DV 端以及D1 、D2 、D4 和D8 端相连; P3.0 与振铃检测单元相连;P3.7 与摘挂机单元相连; P3.1 ~P3.5 分别与各台
家电的控制单元相连.此外,主控单元采用12 MHz 的晶体振荡器.2.2  双音多频解码单元硬件电路设计双音多频解码单元的功能, 是将电话线上的双音
多频信号转换成单片机能识别的8421 码,然后由单片机进行信号处理和操作.该系统的双音多频解码单元选用Motorola 公司生产的MC145436 芯片来实现, 如
图3 所示.

MC145436 的引脚分配情况是:7 脚( A i n ) 为信号的输入端,接收来自电话线上的双音多频脉冲信号,该信号经放大、滤波、 解码后, 在D8 、 D4 、 D2 、 D1 端分别
输出相应的8421 码;12 脚( DV ) 为输出数据有效端,
该引脚与AT89C2051 的P1.3 口相连, 当输入的DT-MF 信号解码成功后,该脚为高电平, AT89C2051 工作
时不断查询P1.3 口, 当其为高电平时才把D1 、 D2 、D4 、D8 端的内容接收到单片机中;9 脚( X o u t ) 和10 脚( X i n ) 连接晶体振荡器,该单元采用3.58 MHz 的晶体
振荡器.
 
2.3  语音处理单元硬件电路设计
语音处理单元的功能是,当用户接通该控制器时,控制器将以语音的方式提示用户进行操作.即当用户通过固定电话或手机接通该控制器时, 语音处理单元便给出提示音,提示用户输入密码、 输入控制命令、 退
出系统等一系列操作,以便用户对家电进行远程控制.该系统的语音处理单元由Aplus 公司生产的APR9600语音芯片及74 LS138 译码器组成,如图4 所示.
APR9600 的工作原理是: APR9600 的录音时间最长为60 s ,其录音时间的长短可以通过调节图4 中R16
的电阻值来调整.APR9600 的工作方式有串行控制和并行控制2 种, 串行控制时最多可分256 段, 并行控制时
最多可分8 段,每段录放时间为7.5 s .该系统采用8 段并行控制方式, 预先将系统用到的语音信息分别录到
M1 ~M8 中, APR9600 的M1 ~M8 分别接至74 LS138的Y0 ~Y7,单片机可根据用户的操作情况,经74 LS138
选择M1 ~M8 中某一个管脚使其工作,即调用M1 ~M8中的某一段,来实现语音提示功能.发光二极管D6 、 D7用来显示语音处理单元的工作状态.

2.4  振铃检测单元硬件电路设计
振铃检测单元的功能是检测公用电话网上的振铃信号,判断是否有电话打来.当有外来电话时, 电路将检测到的信号送给单片机,如经一定延时后无人接听,单片机将控制摘挂机单元进行模拟摘机操作.该系统
的振铃检测单元由光电耦合器以及稳压二极管等分立元件组成,如图5 所示

振铃检测单元的工作原理是: 当与控制器相连的电话机被呼叫时, 电话交换机发出振铃信号( 振铃信号以5 s 为周期,即4 s 送、1 s 断) ,此信号经过图5 中
的R1 和D 1 后加在光电耦合器的1 端, 这时光电耦合器的1 、2 端就会有电流通过,使光电耦合器工作,并在4 端输出低电平,光电耦合器的4 端与单片机的P3.0
口相连,单片机检测到P3.0 口为低电平, 当延时N 次铃声( 延时次数可由软件设置) 后,单片机检测到P3.0口仍为低电平时,就控制摘挂机单元进行模拟摘机的操作;当电话线路没有电流时,电话线路由电话交换机提供大约45 V 的直流电压来供电, 图5 中的C1 起隔直作用,使检测单元不会因受到其他信号的干扰而产生误动,D 2 可以去掉振铃信号的负极性, 对光电耦合器起到保护作用.
2.5  摘挂机单元硬件电路设计
摘挂机单元的功能是由单片机控制硬件来完成对电话线路的接通或挂断操作的.系统的摘挂机单元由电阻R5 、三极管T1 、二极管D5 以及继电器J 组成,如图2 所示.
摘挂机单元的工作原理是: 当单片机经一小段延时后检测到P3.0 口仍为低电平时, 单片机置P3.7 口为高电平,使三极管T 1 导通,继电器J 通电闭合, 与继
电器J 相连的控制开关闭合,使系统与电话网接通,实现模拟摘机, 用户与本控制器进行“ 通话” , 从而实现
远程家电控制; 当控制操作结束时, 单片机置P3.7 口为低电平,使三极管T 1 截止,继电器J 断开, 实现模拟挂机.此外,泄流二极管D5 起保护三极管T 1 的作用.
 
2.6  家电控制单元硬件电路设计
系统的家电控制单元由三极管、 继电器及保护二极管等分立元件组成.家电控制单元的工作原理是:AT89C2051 单片机通过设置P3.1 ~P3.5 各端口的“ 1 ” 、“ 0 ” 状态来实现对继电器开关的控制, 从而实现对受控家电工作状态的控制.
 
3  软件系统设计
系统的程序既可以用AT89C2051 单片机的汇编语言编写,又可以用C 语言编写.由于C 语言具有汇编语言直接对硬件操作的特点,并且具有功能丰富、表达能力强、使用灵活、 目标程序效率高等优点, 所以系
统的程序采用C 语言编写.主程序流程如图6 所示.

系统的程序主要由振铃检测模块、语音播放模块、密码校验模块、输入信息分析模块、控制家电模块以及密码修改模块组成.程序首先查询是否有振铃,如果无
振铃到来, 则继续等待, 如果有振铃到来, 等待铃响4次( 次数在程序中设定) 后, 自动摘机; 提示用户输入密码( 密码须由用户预先设定) , 如密码输入正确, 系
统用语音提示用户进行控制家电的相应操作, 直到所有操作完成;如操作已完成, 系统自动挂机, 转到等待振铃状态;如果密码输入错误, 则提示再次输入密码,
如果输入3 次( 次数在程序中设定) 仍有错误, 系统则自动挂机,转到等待振铃状态.
 
4  结束语
该系统具有通过固定电话或手机远程控制家电的功能.经测试,系统具有工作安全可靠、操作简单、价格便宜等特点,它既可以同时控制多台家电,又可以作为
1 个功能模块嵌入到某台受控的家电中以控制该台家电.鉴于目前电话网络已经遍布城乡各地进入千家万户,家用电器已经成为家庭日常生活不可缺少的设备,
该系统必将有很高的实用价值和广阔的市场前景.
参考文献
[ 1 ] 马洪连,丁 男.单片机原理及应用[ M ] .北京: 人民邮电出版社,2004 .
[ 2 ] 杜树春.单片机应用系统开发实例相解[ M] .北京:机械工业出版社,2007 .
[ 3 ] 黄天戍, 孙 东.智能电话远程控制系统的设计与实现
[ J ] .电工技术杂志,2001 ( 6 ) .


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