基于有线电话遥控电饭煲控制器设计毕业论文.doc
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1、基于有线电话遥控电饭煲控制器设计目录摘要1Abstract2前言3第1章 总体方案设计51.1 总体设计分析51.2 初略方案61.3 单元电路方案拟定71.3.1 振铃检测电路方案71.3.2 模拟摘挂机电路方案101.3.3 DTMF解码电路方案121.3.4 语音提示电路方案131.3.5 电器控制电路方案141.3.6 开关状态显示电路方案151.3.7 电源电路方案161.4整体方案拟定17第2章 硬件电路设计182.1 单元电路设计182.1.1 振铃检测电路设计182.1.2 模拟摘挂机电路设计202.1.3 DTMF解码电路设计212.1.4 语音提示电路设计232.1.5 电
2、器控制电路设计262.1.6 开关状态显示电路设计262.1.7 电源电路设计272.2 整体电路的调试282.3 整体电路工作过程29第3章 程序设计303.1 语音录放程序303.2 主程序313.3 DTMF解码数据读取程序323.4 振铃计数程序333.5 超时检测程序343.6 放音停止程序35第4章 系统调试与分析36第5章 设计成果375.1 电路原理图375.2 程序375.3 使用说明375.4 系统扩展37第6章 结论38第7章 总结与体会39谢词40参考文献41附录43附录1 外文资料43附录2 中文翻译52摘要本设计是以STC89C52RC为核心的电饭煲控制系统。通过对
3、电话网、DTMF信号、语音提示、电器控制等的研究,实现了利用个人终端通信设备,对家用电器实施远程控制。当达到指定的振铃次数,系统会自动模拟摘机,之后通过不同的人性化语音提示,提示不同的操作以及受控对象的状态,操作者根据自己的需求实行控制,此外,该系统还提供密码修改、重置功能。在安全方面,只有输入正确的密码才能控制家电,保证安全、可靠。最重要的,在语音提示完毕后,若在给定的时间内无操作,该系统会自动挂机,节约通信资源。关键词:有线电话;远程控制;DTMF;语音提示 AbstractThis design is a rice cooker control system which is based
4、 on STC89C52RC as the core.Through the research of the telephone network, DTMF signals, voice prompt, electric control and so on , this design realize that using personal communications terminal equipment, we can realize the remote control of household appliances.When reaches the specified number of
5、 ringing, the system will automatically simulate off-hook, then through the different human voice prompt, suggest different operations as well as the state of the controlled object,the operator control according to individual needs. moreover, the system also provides the function of the password mod
6、ification, the password reset .On the security front, only can input the correct password to control home appliances, this ensure the system is safe and reliable.In addition, the most important is that after the voice prompt, if no operation in a given period of time, the system will automatically h
7、ang up to save resources for communication.Keywords: wire telephone;remote control;DTMF;voice prompt前言时值信息时代,科学的进步和社会的飞速发展,推动了人类文明的进步。自从贝尔发明电话以来,已有100多年的历史。这百年来,电话网络飞速发展,而我国近十多年在电话业务的快速增长更是举世瞩目。电话业务的飞速发展,使得有线电话步入千家万户,而现在的电话网已不仅仅是用于传统意义上的接打电话,更用于网络电话、宽带等其他业务。电话网的发展,得益于科学的进步。科学的进步给人们带来了极大的方便和享受,不仅仅是通讯
8、设备层出不穷,现代家用电器设备也是与日俱增。追求高质量、高效率的人们在设想,有没有这样一套设备,即使出门在外也能控制家用电器、能够了解家里的情况,想想,下班的路上,给家里的控制器发个短信或是打个电话,就能控制热水器烧水,就能控制电饭煲煮饭,就能控制空调调节室温而就在2008年4月17 日举行的中国国际家电展上,海尔集团展出了自主研发的U-home 智能家电系统,它做到了。这些过去只在幻想中出现的场景,如今已经变成现实。从此,家用电器步入智能化、网络化的发展道路,利用现有的通讯设备和线路对家用电器和仪表进行远程控制, 已经成为未来的发展趋势。基于现有的资源,电话遥控与常规的遥控方式相比,显示出一
9、定的优越性。发达的电话网,覆盖全国各地,充足的通信线路资源,不会产生电磁污染。同时,由于电话网各地联网, 可以充分利用现有的电话网, 跨区域、跨省甚至跨国控制。同时电话属半双工通信, 操作者可以通过各种提示音即时了解受控对象的有关信息,也可以根据反馈的信息进行进一步的操作。利用电话遥控,可以完成对家用电器的开机、停机控制,能反馈家用电器的工作状态,能反馈家里的温湿度、煤气是否泄漏、是否有外人闯入家里等等信息,功能可以不断扩展、完善。 本文介绍的正是这种有线电话远程控制技术。该系统以单片机为控制核心,用户可通过手机或电话对家用电器进行开机,停机等操作。设计作品突出体现对电器的控制功能,辅助以信息
10、反馈、密码修改及重置功能。当然,在语音提示完毕后,若在给定的时间内无操作,该系统会自动挂机,节约通信资源。本作品致力于方便下班人群回家就能享受舒适的生活,结束一天的疲劳,极大改善人们的生活。对于我而言,则是树立理论联系实际的正确设计思想,在实践中,提高遇到问题、分析问题、解决问题的能力,积累设计经验。第1章 总体方案设计1.1 总体设计分析根据基于有线电话遥控电饭煲控制器的具体设计要求,需要做到以下几点:1、通过电话网对远程家用电器实行开机、停机控制;2、在振铃达到6次后无人接听,控制器会模拟摘机;3、控制器能进行密码校验;4、电器控制完成后,要提示操纵者操作完成。通过对以上4点基本的要求分析
11、,需要完成以下几项功能:1、振铃检测与计数2、自动摘挂机3、密码校验4、语音提示5、DTMF解码6、家用电器控制另外可以添加额外的功能:1、密码修改2、密码存储3、密码重置4、电器开机、停机状态查询对以上10项功能进行分析,结合实际情况对上述功能实现作出软件或硬件上的分工分析,具体如下: 1、理论上,交换机所发出的各种信号音都是可以通过软件编程而识别的,如DTMF解码,通过单片机对信号音进行捕捉,得到信号音中的双音频率,从而完成解码。但是从系统的可靠性、程序实现难易程度上分析,选择用硬件实现要大大简化作品的设计。因此对于信号音处理方面,选择用硬件实现振铃音检测、DTMF解码等功能。 2、自动摘
12、挂机和电器的控制必须使用具体硬件电路来实现。自动摘挂机要完成电路自动摘机和挂机,在与电话网接口相连的部分一定是硬件电路,该硬件电路将作为软件与电话网的中间桥梁。电器的控制用继电器实现,使用继电器就要有继电器驱动电路,很显然是硬件电路实现。3、振铃音计数、密码校验、密码修改、密码重置、语音提示等功能模块使用软件编程方式要比硬件电路更容易实现。就如振铃音计数,用硬件实现要用到计数电路,而用软件计数,用外部中断即可。通过对各项功能的实现分析,用纯硬件是难以实现的,即使实现了,用到的数字芯片也是很多很多的,电路复杂,维修不便,制作成本高;如果改用微处理器作为核心,辅助以各个外围接口电路,微处理器只需简
13、单的控制或读取外围接口电路的控制脚,而外围接口电路完成微处理器与各个接口的连接、控制。实现起来简单,维护方便。因此,本设计软硬件皆用。综上所述,本设计的信号音检测、自动摘挂机、控制电器、DTMF解码等功能模块使用硬件电路实现,而振铃音计数、密码校验、密码修改、密码重置、语音提示等功能模块使用软件编程完成。电路实现方式为微处理器作为核心,辅助以各个外围接口电路。 1.2 初略方案总体设计采用微处理器的控制方案。对于学习过的微处理器,熟练运用的有AT系列的和STC系列的,而STC系列单片机是国产的,在性能、性价比、可靠性方面评价都是很高的,烧写程序方便,最终选择STC89C52RC作为本设计的核心
14、处理器。在核心处理器外围,有自动摘挂机电路,振铃检测电路、DTMF 解码电路、语音提示电路、电器控制电路等接口电路。接口电路为核心处理器和电话外线的中间桥梁,核心处理器为控制器的核心。系统原理框图如下图1.2.1所示。 振铃检测电路5V电源电路中央控制单元电话接口 模拟摘挂机电路 开关状态显示电路DTMF解码电路 语音提示电路家用电器驱动电路图1.2.1 系统原理框图1.3 单元电路方案拟定1.3.1 振铃检测电路方案当没有振铃信号时,电话线路由电话交换机提供大约48V的直流电压。当用户被呼叫时, 电话交换机发来振铃信号。振铃信号为253Hz的正弦波, 电压有效值为9015V。振铃以5s为周期
15、, 即1s送,4s断。根据振铃信号电压比较高的特点,单片机是无法处理如此高的电压信号的,所以需要降压,另外,振铃信号发送1s,频率为25Hz,如果接单片机外部中断或计数器,很明显会产生多次中断,如果可以做一个电路,送1s时只产生一次中断或只计1次数,程序处理就会简单些。因此,可以实现振铃检测的方案现在有以下3种。方案1:基于稳压二极管和光耦隔离的电路设计方案方案1的电路形式大致如下图1.3.1所示。图1.3.1 基于稳压二极管和光耦隔离的电路设计方案当没有振铃信号时,电话线的电压为48V的直流电,而电容C“隔直通交”,所以整流桥输出电压接近0V,PULSE_OUT端电压接近0V;当振铃信号来到
16、时,振铃信号通过电容C耦合,经过二极管D1D4整流成为脉动直流电压,D5稳压使光耦输入端电压不会太高,以免烧坏光耦,R1起到限流作用,PULSE_OUT会输出脉冲,每振铃1S,PULSE_OUT端会有多个脉冲,因此在程序处理上要特别注意,当第一个脉冲来到时,振铃次数加一,再隔5S检测是否有振铃。优点:有光耦隔离,抗干扰强缺点:用到高压稳压二极管,平常几乎用不到,元件不易得到,振铃计数程序处理稍微复杂些。方案2:基于高压稳压二极管和RC充放电的电路设计方案方案2的电路形式大致如下图1.3.2所示。图1.3.2 基于高压稳压二极管和RC充放电的电路设计方案当没有振铃信号时,电话线的电压为48V的直
17、流电,经过整流二极管D1D4 整流后,电压略低于48V,选择稳压管D5的稳压值大于48V小于90V,稳压值可取80V,D5就不会导通,脉冲信号输出端电压接近0V;当振铃信号来到时,电话线的交流振铃信号经过二极管D1D4整流成为有效值9015V的脉动直流电,其峰值足以击穿稳压管D5,经RC充电,而D6稳压使输出电压稳定在5V左右,使之能被单片机识别,振铃输出端电压升高。控制C的大小,可以使来一次振铃,仅仅产生一次中断,简化程序。优点:电路原理简单,振铃计数程序处理简单缺点:用到高压稳压二极管,平常几乎用不到,元件不易得到。方案3:基于RC充放电和光耦隔离的电路设计方案方案3的电路形式大致如下图1
18、.3.3所示。方案3是在方案1和方案2的基础上改进得来的。当没有振铃信号时,电话线的电压为48V的直流电,而电容C1“隔直通交”,所以整流桥输出电压接近0V,PULSE_OUT端电压接近0V;当振铃信号来到时,振铃信号通过电容C耦合,经过二极管D1D4整流成为脉动直流电压,通过R1、C2充电,同时R1、R2起到限流作用,当脉动直流电压变小时,又会通过R2、C2放电,使光耦仍处于导通,直至振铃信号断,因此,每振铃1S,PULSE_OUT端只有一个脉冲,程序计数会简单很多。图1.3.3 基于RC充放电和光耦隔离的电路设计方案优点:电路原理简单,振铃计数程序处理简单,抗干扰性强,可靠性强。缺点:用到
19、光耦,价格稍稍高一点点。方案选择通过上述3种方案的对比,方案3稳定性好,抗干扰强,程序处理简单,而且手上没有稳压管,只有方案3没用到高压稳压二极管。综合考虑,方案3更适合。1.3.2 模拟摘挂机电路方案电信局的程控电话交换机对电话摘机的响应是根据电话线回路电流变大。当交换机检测到回路电流变大为30mA左右时,就认为电话机已经摘机,交换机检测到该电流后便停止铃流发送,并将线路电压变为10伏左右的直流电,完成电话接通工作。我们常用的电话机就是通过叉簧接上约200的负载,实现摘机目的;当断开约200的负载,也就挂机了。自动摘挂机电路就是要完成单片机控制接入和断开约200的负载。常用的方法有继电器控制
20、、三极管控制、光耦控制等,以下是几种方案的对比。方案1:基于继电器的模拟摘挂机控制方案通过单片机控制一个继电器,继电器接通,一个大约200的电阻接入电话线两端,完成模拟摘机;继电器断电,电话线两端断开电阻,完成模拟挂机。电路形式如下图1.3.4所示(R1为接入电话线两端的负载).图1.3.4 基于继电器的模拟摘挂机控制方案优点:电路简单,控制容易,可靠性高。缺点:驱动继电器电流较大,功耗稍大,继电器价格贵。方案2:基于三极管的模拟摘挂机控制方案通过单片机控制三极管,三极管导通,三极管等效电阻很小,再串接一个合适的电阻接入电话线两端,完成模拟摘机;三极管截止,三极管等效电阻很大,电话线两端可以看
21、成负载是断开的,完成模拟挂机。电路形式如下图1.3.5所示(R为接入电话线两端的负载)。图1.3.5 基于三极管的模拟摘挂机控制方案优点:功耗小。缺点:电路稍微复杂,元件参数不易确定,控制易受干扰。方案3:基于光耦的模拟摘挂机控制方案通过光耦控制负载的接入和断开,和三极管的方式很像,光耦接收端导通,负载就接入电话线两端;若截止,负载就断开。然而,光耦又有它的特殊性,光耦发射端和接收端通过光电隔离,它和继电器的用法基本一样,只是接收端需串接电源。电路形式如下图1.3.6所示(R为接入电话线两端的负载)。图1.3.6 基于光耦的模拟摘挂机控制方案优点:同时拥有三极管控制的功耗小和继电器控制的简单,
22、而且抗干扰强。缺点:光耦价格适中。方案选择通过上述3种方案的对比,方案3包括了方案1和方案2的优点,而且稳定性好,抗干扰强。尽管三极管比光耦便宜,但方案2控制电路中的其它元件较多,总体价格比方案3少不了多少。综合考虑,方案3更适合。1.3.3 DTMF解码电路方案DTMF,双音多频,是将两个单音频信号组合,这两个单音频信号分别来源于4个高频信号和4个低频信号,最后能组合出16种DTMF信号。在现阶段,DTMF解码一般用专用的解码芯片,当然,不乏有追求低成本的,直接软件解码。下面是这两种方案的对比。方案1:软件解码采用软件方式进行DTMF解码,首先把模拟信号转化为数字信号,送给CPU处理。DTM
23、F解码过程是通过计算接收到的DTMF信号在8个固定频率点的频谱值,从而确定DTMF信号的有效性及接收到的是什么号码。另外,还要通过一系列方法进行有效性的检验,以防止误判。由此可见用软件解码用到了信号处理及算法的知识,处理起来十分复杂。优点:直接解码,不需额外的硬件解码电路缺点:程序复杂,算法难,耗CPU资源方案2:专用硬件解码DTMF,双音多频,有对应的硬件解码芯片,如MT8870、MT8880、HT9170等等。只要电话线上有有效的DTMF信号,硬件解码芯片就会解码,并将解码值输出到外部共享Bus上。读取总线上的值,就能知道发送的编码值。优点:不需要复杂的程序解码,节省开发时间,运用简单,电
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