畢業(yè)設(shè)計(jì)--遠(yuǎn)程家電控制系統(tǒng)

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著信息科技的日益發(fā)展，智能家居逐漸得到普及，而遠(yuǎn)程家電控制系統(tǒng)則是智能家居的一個(gè)重要組成部分。</p><p>　　本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的是由用戶通過(guò)撥打家里的電話來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制家用電器。本系統(tǒng)是以AT89S52為控制核心，通過(guò)振鈴檢測(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)模擬摘掛機(jī)；通過(guò)音芯片ISD4004完成語(yǔ)音的錄制和播放，用來(lái)提示用

2、戶進(jìn)行密碼輸入等一系列的操作；通過(guò)解碼芯片MT8870對(duì)DTMF信號(hào)進(jìn)行解碼，用按鍵操作來(lái)實(shí)現(xiàn)密碼輸入及對(duì)控制對(duì)象的選擇；通過(guò)ZigBee模塊組網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)具體家用電的控制。并結(jié)合具體的軟件程序?qū)崿F(xiàn)了遠(yuǎn)程家電控制系統(tǒng)。</p><p>　　振鈴檢測(cè)及模擬摘掛機(jī)部分則是本文的重點(diǎn)。系統(tǒng)通過(guò)設(shè)計(jì)了一個(gè)具有整流、濾波、穩(wěn)壓等一系列功能的模擬電路以及相應(yīng)的軟件程序來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電話線路中鈴流信號(hào)的檢測(cè)和模擬摘掛機(jī)。并通過(guò)實(shí)際測(cè)試

3、，最終實(shí)現(xiàn)了振鈴信號(hào)檢測(cè)及模擬摘掛機(jī)的功能。</p><p>　　關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)程家電控制；模擬摘掛機(jī)；MT8870；ISD4004；ZigBee</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the increasing development of information technology, smart

4、 home gradually gained popularity, and the remote appliance control system is the smart home is an important component.</p><p>　　This system is designed by the user by calling your home phone to remote contr

5、ol home appliances. The system is based AT89S52 as the control center via the ring detection to achieve analog hook; through a complete voice chip ISD4004 voice recording and playback, used to prompt the user for the pas

6、sword input and a series of operations; through the decoder chip MT8870 DTMF signals on decode the password with the key operation to achieve the object of the control input and choice; through networki</p><p&

7、gt;　　Ring detection and analogue hook part is the focus of this article. By designing a system with a rectifier, filter, regulator and a series of functional analog circuits and the software program to achieve the ringin

8、g signal on the telephone line and the analog detection hook. Through the actual test, and finally realize the ringing signal detection and simulation pick hang up function.</p><p>　　Keywords: remote control

9、 of home appliances; analog hook and hang up; MT8870; ISD4004; ZigBee</p><p><b>　　1 緒 論</b></p><p><b>　　1.1 設(shè)計(jì)背景</b></p><p>　　21世紀(jì)是信息化的世紀(jì)，各種電信和互聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)推動(dòng)了人類

10、文明的巨大進(jìn)步。本文介紹的遠(yuǎn)程家電控制系統(tǒng)可以使得人們可以通過(guò)手機(jī)或電話在任何時(shí)候、任意地點(diǎn)對(duì)家中的任意電器(空調(diào)、熱水器、電飯煲、燈光、音響、DVD錄像機(jī))進(jìn)行遠(yuǎn)程控制；也可以在下班途中，預(yù)先將家中的空調(diào)打開、讓熱水器提前燒好熱水、電飯煲煮好香噴噴的米飯。而這一切的實(shí)現(xiàn)都僅僅是打一個(gè)簡(jiǎn)單的電話[1]。此外，該系統(tǒng)還可使家庭具有多途徑報(bào)警、遠(yuǎn)程監(jiān)控等多種功能，如果不幸出現(xiàn)某種險(xiǎn)情，您和110可以在第一時(shí)間獲得通知以便進(jìn)一步采取行動(dòng)。舒適

11、、時(shí)尚的家居生活是社會(huì)進(jìn)步的標(biāo)志，智能家居控制系統(tǒng)能夠在不改變家中任何家電的情況下，對(duì)家里的電器、燈光、電源、家庭環(huán)境進(jìn)行方便地控制，使人們盡享高科技帶來(lái)的簡(jiǎn)便而時(shí)尚的現(xiàn)代生活。</p><p>　　實(shí)現(xiàn)智能化離不開運(yùn)算和控制單元，正是因?yàn)橥ㄐ偶夹g(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制技術(shù)的迅猛發(fā)展與提高，促使了家庭實(shí)現(xiàn)了生活現(xiàn)代化，居住環(huán)境舒適化、安全化。本系統(tǒng)采用MCU(AT89S52)作為主控器件，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)由硬

12、件和軟件組成。硬件由單片機(jī)擴(kuò)展的存儲(chǔ)器、輸入輸出設(shè)備以及各種實(shí)現(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)控制要求的接口電路和有關(guān)的外圍電路芯片或部件組成；軟件由單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)其特定控制功能的各種工作程序和管理程序組成。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的過(guò)程中，應(yīng)不斷調(diào)整軟、硬件，協(xié)調(diào)地進(jìn)行軟、硬件設(shè)計(jì)，以提高工作效率，當(dāng)系統(tǒng)硬件和軟件緊密配合、協(xié)調(diào)一致，就可以組成高性能的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。本課題完成了單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)其開發(fā)過(guò)程的系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)和系統(tǒng)調(diào)試，根據(jù)

13、開發(fā)的實(shí)際需要，相互協(xié)調(diào)、交叉，有機(jī)的進(jìn)行。本設(shè)計(jì)的MCU與各個(gè)芯片和模塊的接口、各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)都嚴(yán)格遵循國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，為以后的產(chǎn)品化提供了良好的基礎(chǔ)。</p><p>　　本系統(tǒng)的電話遠(yuǎn)程控制是基于電話交換網(wǎng)絡(luò)的國(guó)際雙音頻通信標(biāo)準(zhǔn)DTMF通信方式，程控交換信令作為系統(tǒng)控制命令，采用MT8870雙音多頻編解碼電路實(shí)現(xiàn)，單片機(jī)通過(guò)MT8870識(shí)別來(lái)自電話程控交換機(jī)的網(wǎng)絡(luò)的控制信號(hào)，用戶只需撥通家中的電話可以根據(jù)系統(tǒng)的語(yǔ)音

14、提示進(jìn)行按鍵選擇以實(shí)現(xiàn)用戶身份的識(shí)別、遠(yuǎn)程控制和安防操作。在設(shè)計(jì)本系統(tǒng)時(shí)，面對(duì)各種檢測(cè)對(duì)象和大量控制單元，需要利用各種接口標(biāo)準(zhǔn)和MCU進(jìn)行連接，再經(jīng)過(guò)MCU進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)控。而此時(shí)采用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)智能家居控制系統(tǒng)不僅具有采集控制方便、簡(jiǎn)單、靈活等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高采各模塊和芯片的協(xié)調(diào)性，從而大大提高系統(tǒng)的可利用性。</p><p><b>　　1.2 發(fā)展現(xiàn)狀</b><

15、;/p><p>　　隨著新技術(shù)和自動(dòng)化的發(fā)展，傳感器的使用數(shù)量越來(lái)越大，功能也越來(lái)越強(qiáng)，各種傳感器都已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化這給智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供極大方便。目前從事家庭網(wǎng)絡(luò)研究的組織有很多，影響比較大的有ITU-T、IEEE、OSGI、OMA、DSLFotum、DLNA、ECHONET等國(guó)際或國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)化組織，國(guó)內(nèi)有中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)(CCSA)、閃聯(lián)聯(lián)盟、e家佳聯(lián)盟等。每個(gè)組織都有一系列企業(yè)作為其技術(shù)支持隊(duì)伍，每個(gè)

16、組織制定的家庭網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)側(cè)重點(diǎn)不同，它們既重合又交叉，既互補(bǔ)又競(jìng)爭(zhēng)。所有的標(biāo)準(zhǔn)都是從其成員的利益出發(fā)，規(guī)范技術(shù)的一般要求、性能指標(biāo)，并不涉及具體的實(shí)現(xiàn)技術(shù)。其中的e家佳所提出的標(biāo)準(zhǔn)涵蓋了家庭網(wǎng)絡(luò)主干網(wǎng)通信協(xié)議規(guī)范、家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)及參考模型、家庭網(wǎng)絡(luò)控制子網(wǎng)通網(wǎng)一致性測(cè)試規(guī)范等一系列共六項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)內(nèi)外的公開相關(guān)論文、報(bào)告文獻(xiàn)也不少，如有基于us/os的嵌入式系統(tǒng)，基于u clinux的嵌入式家庭網(wǎng)關(guān)等，其特點(diǎn)是功能較單一，價(jià)格較低廉

17、，不能適應(yīng)新的業(yè)務(wù)需求。目前國(guó)際上投入使用相關(guān)產(chǎn)品大致有以下幾種。</p><p>　　X-10是最早流行于美國(guó)的智能家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。其只要特點(diǎn)是以易于獲得的電力線作為傳輸介質(zhì)。該產(chǎn)品在美國(guó)主要用于舊房改造，其優(yōu)點(diǎn)是造價(jià)低，但傳輸速率低下、抗干擾能力差和可擴(kuò)展性差使得產(chǎn)品的進(jìn)一步推廣受到了限制。</p><p>　　美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)(EIA)于1984年組織開發(fā)的家庭網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，于1992年正

18、式推出了CEBus(Consumer Elecronic Bus)，定為EIA-600標(biāo)準(zhǔn)。CEBus是一種完全開放式的家庭網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，它定義了幾乎所有傳輸介質(zhì)中信號(hào)的傳輸標(biāo)準(zhǔn)，符合標(biāo)準(zhǔn)的電氣產(chǎn)品均可以直接互聯(lián)互通。但由于對(duì)信道的傳輸速率標(biāo)準(zhǔn)定義得太低(10kbps)，無(wú)法滿足逐漸飛速發(fā)展的多媒體應(yīng)用的需求。造價(jià)昂貴，也使得CEBus系統(tǒng)使用并不廣泛。</p><p>　　HBS(Home Bus System)標(biāo)

19、準(zhǔn)由日本首先提出，但是只規(guī)定了通信協(xié)議由物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層組成，上層應(yīng)用留作工程問(wèn)題解決。</p><p>　　EIB(European Installation Bus)是歐洲安裝總線協(xié)會(huì)EIBA(European Installation BusAssociation)推出的用于電器安裝領(lǐng)域的智能控制網(wǎng)路。EIB系統(tǒng)采用分布式結(jié)構(gòu)，主要使用雙絞線作為傳輸介質(zhì)。通信協(xié)議使用物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳

20、輸層、應(yīng)用層。EIB受到西門子、ABB公司的大力推廣，在歐洲應(yīng)用比較廣泛，在我國(guó)也有一些應(yīng)用。</p><p>　　EHS(European Home System)是由歐洲ESPRIT(European Strategic Programme forResearch andDevelopment in InformantionTechnolog)項(xiàng)目組支持開發(fā)的一種開放式的家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，它采用客戶/服務(wù)器方式連

21、接。EHS主要傳輸介質(zhì)有電力線和雙絞線。通信協(xié)議采用了IOS/OSI模型中的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層[2]。</p><p>　　1.3 功能及特點(diǎn)</p><p>　　智能家電并不是單指一個(gè)家電，而應(yīng)是一個(gè)技術(shù)系統(tǒng)，隨著人類應(yīng)用需求和家電智能化的不斷發(fā)展，其內(nèi)容將會(huì)更加豐富，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用環(huán)境的不同智能家電的功能也會(huì)有所差異，但一般應(yīng)具備以下基本功能。</p>&

22、lt;p>　　通信功能，包括電話、網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程控制、報(bào)警等；消費(fèi)電子產(chǎn)品的智能控制，例如可以自動(dòng)控制加熱時(shí)間、加熱溫度的微波爐，可以自動(dòng)調(diào)劑溫度、濕度的智能空調(diào)，可以根據(jù)指令自動(dòng)搜索電視節(jié)目并攝錄的電視機(jī)、錄像機(jī)等等；交互式智能控制，可以通過(guò)語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能家電的聲控功能；通過(guò)各種主動(dòng)式傳感器(如溫度、聲音、動(dòng)作等)實(shí)現(xiàn)智能家電的主動(dòng)性動(dòng)作響應(yīng)。用戶還可以自己定義不同場(chǎng)景不同智能家電的不同響應(yīng)。例如你可以在電話里告訴智能家居控制

23、器：晚上5點(diǎn)把花園的燈打開，并把空調(diào)設(shè)定到25度；安防控制功能，包括門禁系統(tǒng)、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警、煤氣泄漏、漏電等；三表遠(yuǎn)程抄收系統(tǒng)；健康與醫(yī)療功能，包括健康設(shè)備監(jiān)控、遠(yuǎn)程診斷、病人異常監(jiān)護(hù)等等。</p><p><b>　　2 總體設(shè)計(jì)</b></p><p>　　遠(yuǎn)程家電控制系統(tǒng)是一種基于AT89S51單片機(jī)的家用電器電話遙控裝置，該裝置使用現(xiàn)有的電話線來(lái)傳送遙控命令

24、，利用普通電話作為遙控命令生成和發(fā)送裝置，我們只要設(shè)計(jì)接收端的電路，把它接在現(xiàn)有的電話線路中，那么就可以在任何地方，任何一部電話機(jī)上實(shí)施對(duì)系統(tǒng)的遙控操作，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)家用電器的遠(yuǎn)程控制[3]。該系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能包括鈴流檢測(cè)、自動(dòng)摘掛機(jī)、密碼驗(yàn)證與修改、語(yǔ)音提示、信號(hào)解碼以及家電控制。</p><p><b>　　2.1 硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　遠(yuǎn)程家電控

25、制系統(tǒng)首先要檢測(cè)電話線上的鈴流信號(hào)，確定電話無(wú)人接聽后自動(dòng)摘機(jī)，接收遠(yuǎn)端發(fā)送來(lái)的信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行解碼，解碼后的信號(hào)由中央處理器單元采集處理，根據(jù)要求控制相應(yīng)的電器。為了方便用戶使用，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了密碼保護(hù)和語(yǔ)音提示功能。家電遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)一般工作于無(wú)人值守的環(huán)境，為了智能化，采用單片機(jī)作為中央處理器。整個(gè)系統(tǒng)包括單片機(jī)系統(tǒng)、振鈴檢測(cè)及模擬摘掛機(jī)系統(tǒng)、語(yǔ)音提示系統(tǒng)、雙音多頻信號(hào)DTMF解碼、ZigBee控制部分?？傮w系統(tǒng)框圖如圖2-1所示。&l

26、t;/p><p>　　圖2-1 系統(tǒng)總體框圖</p><p>　　2.1.1 主要芯片</p><p>　　本系統(tǒng)是以單片機(jī)AT89S52、雙音多頻解碼芯片MT8870、語(yǔ)音錄放芯片ISD4004以及Zigbee控制模塊CC2530為核心，通過(guò)固定電話網(wǎng)來(lái)遙控的遠(yuǎn)程家電控制系統(tǒng)。</p><p>　　2.1.1.1 主控芯片AT89S51<

27、/p><p>　　AT89S51是一種低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k Bytes ISP的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲(chǔ)單元，AT89S51在眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。AT89S51具有完整的輸入輸出、控制端口、以及

28、內(nèi)部程序存儲(chǔ)空間，基本功能單元包括定時(shí)/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)、串行通信接口等。主要是用來(lái)滿足單片機(jī)測(cè)控功能要求的基本計(jì)算機(jī)外圍電路，用來(lái)完善和擴(kuò)大計(jì)算機(jī)的功能。與我們通常意義上的微機(jī)原理類似，可以通過(guò)外接A/D，D/A轉(zhuǎn)換電路及運(yùn)放芯片實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器傳送信息的采集，且能夠提供以點(diǎn)陣或LCD液晶及外接按鍵實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，能對(duì)內(nèi)部眾多I/O端口連接步進(jìn)電機(jī)對(duì)外圍設(shè)備進(jìn)行精確操控，具有強(qiáng)大的工控能力。單片機(jī)51系列共有四個(gè)8位雙向并行I/O通道口，分

29、別是P0、P1、P2、P3，各具有特殊的電路結(jié)構(gòu)，每位均有自己的鎖存器、輸出驅(qū)動(dòng)器和輸入緩沖器。這種結(jié)構(gòu)，在數(shù)據(jù)輸出時(shí)可鎖存，即輸出新的數(shù)據(jù)之前，通道口上原數(shù)</p><p>　　圖2-2 AT89S51最小系統(tǒng)</p><p>　　2.1.1.2 語(yǔ)音芯片ISD4004</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用的語(yǔ)音芯片是ISD4004。用于對(duì)語(yǔ)音信號(hào)的錄制存儲(chǔ)和輸出。通過(guò)

30、單片機(jī)的I/O口對(duì)ISD4004系列語(yǔ)音芯片進(jìn)行錄放音控制，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制可靠、有較高的實(shí)用價(jià)值。ISD4004系列工作電壓3V，單片錄放時(shí)間8至16分鐘，音質(zhì)好，適用于移動(dòng)電話及其他便攜式電子產(chǎn)品中。芯片采用CMOS技術(shù)，內(nèi)含振蕩器、防混淆濾波器、平滑濾波器、音頻放大器、自動(dòng)靜噪及高密度多電平閃爍存貯陳列。芯片設(shè)計(jì)是基于所有操作必須由微控制器控制，操作命令可通過(guò)串行通信接口(SPI或Microwire)送入。芯片采用多電平直接模擬量

31、存儲(chǔ)技術(shù)，每個(gè)采樣值直接存貯在片內(nèi)FLASH存貯器中，因此能夠非常真實(shí)、自然地再現(xiàn)語(yǔ)音、音樂、音調(diào)和效果聲，避免了一般固體錄音電路因量化和壓縮造成的量化噪聲和"金屬聲"。采樣頻率可為4.0、5.3、6.4、8.0kHz。頻率越低，錄放時(shí)間越長(zhǎng)，而音質(zhì)則有所下降，片內(nèi)信息存于FLASH存貯器中，可在斷電情況下保存100年(典型值)，反復(fù)錄音10萬(wàn)次。ISD4004系列芯片的參數(shù)如表2-1所示。</p>&

32、lt;p>　　表2-1 ISD4004系列芯片的參數(shù)</p><p>　　ISD4004芯片的引腳圖如圖2-3所示。</p><p>　　圖2-3 ISD4007</p><p>　　2.1.1.3 解碼芯片MT8870</p><p>　　DTMF信號(hào)的解碼模塊是將接收的兩個(gè)疊加的正弦波模擬信號(hào)通過(guò)解碼變成二進(jìn)制信號(hào)，同時(shí)解碼電路還具

33、有判斷功能，判斷DTMF信號(hào)是否發(fā)送，再將解碼的二進(jìn)制信號(hào)傳送到單片機(jī)。遠(yuǎn)程家電控制系統(tǒng)采用MITEL公司生產(chǎn)的MT8870作為DTMF信號(hào)的解碼核心器件。MT8870主要用于程控交換機(jī)、遙控、無(wú)線通信及通播系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)DTMF信號(hào)的分離濾波和譯碼功能，輸出16種頻率組合而成的四位并行二進(jìn)制碼。MT8870具有撥號(hào)音抑制和模擬信號(hào)輸入可調(diào)功能，所以在設(shè)計(jì)MT8870 DTMF解碼電路時(shí)，只需外加一些阻容元件即可。</p>&

34、lt;p>　　MT8870是一種帶呼叫進(jìn)展過(guò)濾器的單片雙音多頻收發(fā)器。它包括一個(gè)帶增益可調(diào)放大器的DTMF接收器和一個(gè)DTMF發(fā)送器。其中濾波電路采用高頻群和低頻群兩個(gè)六階開關(guān)電容帶通濾波器，解碼采用數(shù)字計(jì)數(shù)器技術(shù)來(lái)確定輸入的DTMF音調(diào)的頻率，并將其譯成標(biāo)準(zhǔn)的四位二進(jìn)制碼。發(fā)送器采用開關(guān)電容D/A變換器。片內(nèi)使用了一個(gè)脈沖計(jì)數(shù)器，能合成精確的音調(diào)脈沖，保證音調(diào)脈沖準(zhǔn)確的定時(shí)發(fā)送。MT8870提供了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的微處理器總線接口，可以

35、直接與MCS-51系列MCU和微機(jī)接口。它還可以選用呼叫進(jìn)展方式工作，通過(guò)呼叫進(jìn)展濾波器來(lái)檢測(cè)特定通帶內(nèi)的信號(hào)頻率，供微處理機(jī)或計(jì)數(shù)器電路分析，以確定檢測(cè)到的呼叫進(jìn)展音的性質(zhì)。它從接收端接收來(lái)自電話機(jī)的雙音多頻脈沖信號(hào)該雙音多頻信號(hào)先經(jīng)其內(nèi)部的撥號(hào)音濾波器，濾除撥號(hào)音信號(hào)，然后經(jīng)前置放大后送入雙音頻濾波器，將雙音頻信號(hào)按高，低音頻信號(hào)分開，再經(jīng)高、低群濾波器，幅度檢測(cè)器送入輸出譯碼電路，經(jīng)過(guò)數(shù)字運(yùn)算后，在其數(shù)據(jù)輸出端輸出相對(duì)應(yīng)的8421

36、碼[5]。其芯片引腳圖如圖2-4所示。</p><p>　　圖2-4 MT8870</p><p>　　2.1.1.4 ZigBee控制模塊CC2530</p><p>　　CC2530是用于2.4-GHz IEEE802.15.4、ZigBee和RF4CE應(yīng)用的一個(gè)真正的片上系統(tǒng)(SoC)解決方案。它能夠以非常低的總的材料成本建立強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。CC2530結(jié)合了

37、領(lǐng)先的RF收發(fā)器的優(yōu)良性能，業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的增強(qiáng)型8051CPU，系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存，8-KBRAM和許多其他強(qiáng)大的功能。CC2530有四種不同的閃存版本，CC2530F32/64/128/256，分別具有32/64/128/256KB的閃存。CC2530具有不同的運(yùn)行模式，使得它尤其適應(yīng)超低功耗要求的系統(tǒng)。運(yùn)行模式之間的轉(zhuǎn)換時(shí)間短進(jìn)一步確保了低能源消耗。</p><p>　　CC2530整合了業(yè)界領(lǐng)先的2.4GHZ I

38、EEE802.15.4/ZigBee RF收發(fā)機(jī)CC2520以及工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的增強(qiáng)性8051MCU的卓越性能，還包括了8kB的SRAM，大容量flash以及許多其他的強(qiáng)大特性。CC2530芯片上系統(tǒng)(soc)是高度集成的解決方案，僅需要很少的外置元件，且所選用元件均為低成本型，可支持快速，廉價(jià)的ZigBee節(jié)點(diǎn)的構(gòu)建。CC2530芯片系統(tǒng)保持了CC2520所包含的作射頻性能，包括了超低功耗、高靈敏度，出眾的抗噪聲及抗干擾性能，所集成的MCU

39、為強(qiáng)大的8位，單周期8051微控制器核心(其典型性能可達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的8倍)。另外，CC2530還包括了許多強(qiáng)大的外設(shè)資源，如DMA、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、看門狗定時(shí)器，aes-128協(xié)處理器，8-14位ADC、USART，睡眠定時(shí)器，上電復(fù)位電路，掉電檢測(cè)電路以及21個(gè)可編程I/O引腳。</p><p>　　其芯片引腳圖如圖2-5所示。</p><p>　　圖2-5 CC2530</p>

40、<p>　　2.1.2 振鈴檢測(cè)及模擬摘掛機(jī)模塊</p><p>　　振鈴檢測(cè)電路的作用就是檢測(cè)電話線上有無(wú)鈴流信號(hào)，并將鈴流信號(hào)狀態(tài)傳輸給單片機(jī)，使單片機(jī)能夠有效實(shí)施對(duì)家電的遠(yuǎn)程控制。由于該系統(tǒng)并聯(lián)在電話機(jī)的兩端，并且不能影響電話的正常使用，所以要求系統(tǒng)在接到鈴流信號(hào)后不能馬上動(dòng)作，只有在達(dá)到設(shè)定的響鈴次數(shù)后，才默認(rèn)家里無(wú)人，允許電力摘機(jī)響應(yīng)。鈴流未到達(dá)前，電話線上存在大于48V的直流電壓。當(dāng)有振鈴

41、信號(hào)時(shí)，電話線上的鈴流信號(hào)為(90V±15)V、25Hz的交流信號(hào)。其中直流電壓為48V左右，交流電壓為(25V±15)V、25Hz的正弦信號(hào)。鈴流信號(hào)進(jìn)入檢測(cè)電路以后，首先用高壓電容進(jìn)行隔直，再經(jīng)濾波穩(wěn)壓以后，經(jīng)過(guò)光耦再通過(guò)觸發(fā)器最后輸出標(biāo)準(zhǔn)的高低電平給單片機(jī)，單片機(jī)通過(guò)對(duì)鈴聲信號(hào)的計(jì)數(shù)，當(dāng)響鈴次數(shù)達(dá)到設(shè)定值時(shí)，就發(fā)出指令讓繼電器閉合，實(shí)現(xiàn)模擬摘機(jī)狀態(tài)。根據(jù)這個(gè)原理，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一個(gè)振鈴檢測(cè)及模擬摘掛機(jī)的電路如圖2-

42、6所示。</p><p>　　圖2-6 振鈴檢測(cè)及模擬摘掛機(jī)</p><p>　　2.1.3 DTMF信號(hào)解碼模塊</p><p>　　雙音多頻DTMF(Dual Tone Multi Frequency)，有高頻群和低頻群組成，高低頻群各包含4個(gè)頻率。一個(gè)高頻信號(hào)和一個(gè)低頻信號(hào)疊加組成一個(gè)組合信號(hào)，代表一個(gè)數(shù)字。DTMF信令有16個(gè)編碼。雙音多頻的撥號(hào)鍵盤是4&#

43、215;4的矩陣，每一行代表一個(gè)低頻，每一列代表一個(gè)高頻。每一個(gè)按鍵就發(fā)送一個(gè)高頻和低頻的正弦信號(hào)組合，比如1就相當(dāng)于697Hz和1209Hz。交換機(jī)可以解碼這些頻率組合并確定所對(duì)應(yīng)的按鍵。DTMF編解碼器在編碼時(shí)將擊鍵或數(shù)字信息轉(zhuǎn)換成雙音信號(hào)并發(fā)送，解碼時(shí)在收到的DTMF信號(hào)中檢測(cè)擊鍵或數(shù)字信息的存在性。一個(gè)DTMF信號(hào)有兩個(gè)頻率的音頻信號(hào)疊加構(gòu)成。這兩個(gè)音頻信號(hào)的頻率來(lái)自兩組預(yù)分配的頻率組，即行頻組和列頻組。每一對(duì)這樣的音頻信號(hào)唯一

44、表示一個(gè)數(shù)字或符號(hào)。電話機(jī)中通過(guò)常有16個(gè)按鍵，其中10個(gè)數(shù)字鍵0~9和6個(gè)功能鍵#、*、A、B、C、D。國(guó)際上采用多種頻率為697Hz、770Hz、852Hz、941Hz、1209Hz、1336Hz、1477Hz和1633Hz等8種。用這8中頻率可以形成16種不同的組合，從而代表16中不同的數(shù)字或功能鍵。其組合見圖2-2所示。</p><p>　　表2-2電話鍵盤與DTMF頻率對(duì)應(yīng)關(guān)系表</p>

45、<p>　　MT8870是MITEL公司生產(chǎn)的DTMF接收器，是一種大規(guī)模COMS集成電路，主要有濾波器、譯碼器和控制電路三個(gè)部分組成。本系統(tǒng)的雙音多頻DTMF信號(hào)解碼電路由MT8870主要承擔(dān)。MT8870的電路連接如圖2-7所示，其2、3腳接收來(lái)自電話機(jī)的雙音多頻脈沖信號(hào)，該雙音多頻信號(hào)先經(jīng)其內(nèi)部的撥號(hào)音濾波器，濾除撥號(hào)音信號(hào)，然后經(jīng)前置放大后送入雙音頻濾波器，將雙音多頻信號(hào)按高、低音頻信號(hào)分開，再經(jīng)高，低群濾波器，幅度檢

46、測(cè)器送入輸出譯碼電路，經(jīng)過(guò)數(shù)字運(yùn)算后，在其數(shù)據(jù)輸出端輸出相對(duì)應(yīng)的8421碼。MT8870的數(shù)據(jù)輸出端Q4~Q1連到單片機(jī)，單片機(jī)識(shí)別4位代碼。電話按鍵與相應(yīng)譯碼輸出。其中A，B，C，D 4個(gè)按鍵常被當(dāng)作R/P，REDIAL，HOLD，HANDSFREE等功能使用。為了使單片機(jī)能及時(shí)獲取有效數(shù)據(jù)，MT8870的CLD有效端經(jīng)反相后接CPU的INT0引腳。當(dāng)MT8870獲取有效雙音多頻信號(hào)后，CLD電平由低變高，再反相為低，CPU檢測(cè)后，指

47、示輸入口接收有效二進(jìn)制代碼。而無(wú)效的雙音頻信號(hào)是不會(huì)引起MT8870的CLD端變化的。</p><p>　　圖2-7 MT8870解碼電路</p><p>　　2.1.4 語(yǔ)音提示模塊</p><p>　　本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用可以由單片機(jī)進(jìn)行串行通信控制的ISD4000系列語(yǔ)音芯片。ISD4000系列單片語(yǔ)音錄放器件是用COMS工藝實(shí)現(xiàn)的高語(yǔ)音質(zhì)量。3V工作電壓的集成電

48、路芯片，特別適合用于移動(dòng)電話等各種便攜式設(shè)備。為了給設(shè)計(jì)的系統(tǒng)足夠的后期擴(kuò)展空間，本系統(tǒng)采用的是錄放時(shí)間較長(zhǎng)的ISD4004-08M芯片，這個(gè)芯片的錄放時(shí)間長(zhǎng)達(dá)8min，輸入采樣頻率是8.0Kz，典型的濾波通帶是3.4Khz。ISD4000系列的串行操作是通過(guò)SPI串行接口實(shí)現(xiàn)的，SPI串行接口協(xié)議如下，數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議設(shè)定微控制器SPI的移位寄存器是由串行時(shí)鐘SCLK的下降沿驅(qū)動(dòng)。而對(duì)于ISD4000系列器件，在時(shí)鐘上升沿鎖存MOSI引腳

49、數(shù)據(jù)，在下降沿將數(shù)據(jù)送達(dá)到MISO引腳。ISD4004的中斷引腳與時(shí)鐘引腳和片選引腳也分別與單片機(jī)對(duì)應(yīng)引腳相連接，搭建成整個(gè)語(yǔ)音錄放系統(tǒng)。語(yǔ)音提示電路將錄入芯片的提示語(yǔ)音在正確的解碼信號(hào)的作用下，準(zhǔn)確的播放出來(lái)，以便對(duì)用戶的操作帶來(lái)方便。友好的語(yǔ)音提示，可以讓用戶正確快速的實(shí)現(xiàn)對(duì)家電的遠(yuǎn)程控制，并且語(yǔ)音提示部分還包括密碼輸入提示，這樣還能提高安全性?？紤]到系統(tǒng)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品是要面對(duì)不同的人群，所以在</p><p>

50、　　圖2-8 ISD4004語(yǔ)音提示電路</p><p>　　2.1.5 控制模塊</p><p>　　系統(tǒng)的控制模塊是由三個(gè)ZigBee模塊組成的，將其中的一個(gè)ZigBee模塊設(shè)定為協(xié)調(diào)器，另兩個(gè)ZigBee模塊作為控制節(jié)點(diǎn)。其中一個(gè)節(jié)點(diǎn)接一個(gè)LED燈，模擬控制家用電燈，另一個(gè)節(jié)點(diǎn)接電機(jī)模擬電風(fēng)扇。本系統(tǒng)所采用的ZigBee模塊是以單片機(jī)CC2530為控制核心，讓控制模塊中作為協(xié)調(diào)器的Z

51、igBee模塊與整個(gè)系統(tǒng)的主控芯片AT89S51相連。系統(tǒng)設(shè)計(jì)之初，我們將不同的家用電器與電話機(jī)的按鍵進(jìn)行匹配編碼，并將不同的家用電器與相應(yīng)的ZigBee控制節(jié)點(diǎn)相連，當(dāng)按下相應(yīng)的按鍵時(shí)就對(duì)對(duì)應(yīng)的家用電器進(jìn)行操作。當(dāng)用戶通過(guò)進(jìn)行按鍵操作來(lái)選擇要控制的家用電器時(shí)，先由DTMF信號(hào)解碼模塊對(duì)按鍵進(jìn)行解碼，程序在匹配到要控制的家用電器后，由主控芯片發(fā)出指令給ZigBee模塊的協(xié)調(diào)器單片機(jī)，協(xié)調(diào)器在得知要控制的家用電器以后，就對(duì)相應(yīng)的控制節(jié)點(diǎn)發(fā)

52、出控制指令，最后由相應(yīng)的控制節(jié)點(diǎn)單片機(jī)來(lái)完成對(duì)家用電器的控制，從而實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)對(duì)家用電器的遠(yuǎn)程控制。其原理框架圖如圖2-9所示。</p><p><b>　　圖2-9 控制模塊</b></p><p><b>　　2.2 軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　整個(gè)系統(tǒng)除了硬件電路以外，還需要軟件系統(tǒng)來(lái)協(xié)調(diào)工作，才能夠最終實(shí)

53、現(xiàn)整個(gè)預(yù)定功能。系統(tǒng)的軟件工作流程是，當(dāng)用戶被呼叫時(shí)，程控交換機(jī)即將向被叫用戶發(fā)送振鈴信號(hào)。振鈴信號(hào)經(jīng)振鈴檢測(cè)電路變換成單脈沖，這個(gè)脈沖被輸入到單片機(jī)的中斷引腳進(jìn)行計(jì)數(shù)。當(dāng)單片機(jī)對(duì)這個(gè)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)達(dá)到預(yù)定的數(shù)值之后即認(rèn)為家中無(wú)人，隨后發(fā)送摘機(jī)命令，控制模擬摘掛機(jī)的繼電器線圈上電，常開觸點(diǎn)閉合接入300Ω的負(fù)載電阻達(dá)到模擬摘機(jī)的效果。此時(shí)通話雙方之間建立了正常的通話線路。單片機(jī)控制語(yǔ)音芯片播放提示語(yǔ)音，用戶在語(yǔ)音提示下繼續(xù)操作。軟件會(huì)對(duì)用

54、戶進(jìn)行身份確認(rèn)，若用戶3次輸入錯(cuò)誤密碼將直接掛機(jī)。身份確認(rèn)后用戶可按照提示輸入控制命令，單片機(jī)將會(huì)對(duì)控制命令進(jìn)行分析，隨后通過(guò)ZigBee控制模塊對(duì)相應(yīng)的家電進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程家電控制系統(tǒng)。系統(tǒng)主程序是系統(tǒng)正常工作的基礎(chǔ)。系統(tǒng)主程序是緊緊圍繞系統(tǒng)工作流程設(shè)計(jì)的，其流程圖如圖2-10所示。</p><p>　　圖2-10 系統(tǒng)主程序流程圖</p><p>　　2.2.1 振鈴計(jì)數(shù)部分&

55、lt;/p><p>　　遠(yuǎn)程家電控制系統(tǒng)中采用外部中斷0來(lái)對(duì)振鈴信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)[6]。當(dāng)有振鈴信號(hào)到來(lái)時(shí)，單片機(jī)的外部中斷引腳就會(huì)捕捉到一個(gè)上升沿電平，觸發(fā)外部中斷，程序進(jìn)入中斷服務(wù)當(dāng)中，在中斷服務(wù)處理中對(duì)振鈴信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)值超過(guò)5次時(shí)，停止計(jì)數(shù)，并將計(jì)數(shù)值清零，同時(shí)控制單片機(jī)連接模擬摘掛機(jī)電路的引腳輸出一個(gè)高電平，讓繼電器閉合，從而實(shí)現(xiàn)模擬摘機(jī)功能，此時(shí)主程序進(jìn)入后續(xù)控制過(guò)程。</p><p

56、>　　其中斷服務(wù)程序如下。</p><p>　　/*******************************************************</p><p>　　* INT0中斷函數(shù) 對(duì)鈴聲信號(hào)計(jì)數(shù) 頻率為20HZ *</p><p>　　***************************************

57、*****************/</p><p>　　void counter(void) interrupt 0 </p><p><b>　　{</b></p><p>　　EX0=0; //關(guān)閉外部中斷0</p><p>　　LedNumVal++; //中斷計(jì)數(shù) </p><

58、;p>　　if(LedNumVal>5)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　P2=Disp_Tab[LedNumVal%10];</p><p>　　LedNumVal=0; //計(jì)數(shù)清零</p><p>　　K1=1; //繼電器閉合</p><p>

59、;<b>　　} </b></p><p>　　EX0=1; //打開外部中斷0</p><p><b>　　}</b></p><p>　　2.2.2 語(yǔ)音提示部分</p><p>　　由于對(duì)家電實(shí)施的是遠(yuǎn)程控制，這就要求系統(tǒng)擁有人機(jī)對(duì)話界面功能，為此本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了語(yǔ)音提示功能。系統(tǒng)采

60、用的是外部中斷1對(duì)其端口的電平進(jìn)行有效的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音提示功能的，也可以使用流行音樂芯片和錄放功能的語(yǔ)音芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)此功能。ISD4004語(yǔ)音芯片是以SPI串行接口為控制基礎(chǔ)的，要求微處理器遵循SPI串行接口協(xié)議，對(duì)于不含SPI串行接口電路的AT89系列單片機(jī)，要使用軟件編程的方式模擬實(shí)現(xiàn)SPI串行通信協(xié)議，才能實(shí)現(xiàn)其對(duì)ISD4004語(yǔ)音芯片的控制。SPI串行接口協(xié)議，數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議設(shè)定微控制器SPI的移位寄存器是由串行時(shí)鐘SCLK的下降沿

61、驅(qū)動(dòng)。而對(duì)于ISD4004系列器件，在時(shí)鐘上升沿鎖存MOSI引腳數(shù)據(jù)，在下降沿將數(shù)據(jù)送到MISO引腳。所有串行數(shù)據(jù)傳送都是由/SS引腳的下降沿開始；在所有串行通信期間，/SS引腳都保持低電平，在兩條指令之間保持高電平；數(shù)據(jù)在時(shí)鐘上升沿移入，在時(shí)鐘下降沿移出；錄音和放音初始化操作都是通過(guò)把/SS引腳置為低電平，串行操作碼和地址實(shí)現(xiàn)的；輸入操作碼和地址的格式是8位控制碼加16位地址碼；每個(gè)有EOM報(bào)文結(jié)束或OVF溢出產(chǎn)生的結(jié)束信號(hào)都將產(chǎn)生中

62、斷，包括信息檢索快進(jìn)周</p><p>　　其中SPI端口及其控制位的示意圖如圖2-11所示。</p><p>　　圖2-11 SPI端口及其控制位</p><p>　　系統(tǒng)在進(jìn)入正常通話狀態(tài)之后會(huì)不斷的向語(yǔ)音芯片發(fā)出放音指令，播放相應(yīng)的提示語(yǔ)音用于用戶進(jìn)行操作。ISD4004錄音的起始地址是0XA0，也就是十進(jìn)制數(shù)160，本設(shè)計(jì)中用來(lái)記錄初始地址的常量是secon

63、d_count。為了更容易看出地址的變化，本設(shè)計(jì)中錄音地址從170開始錄音。電路上電后，程序首先完成單片機(jī)各個(gè)端口的初始化，以及對(duì)定時(shí)器和1602進(jìn)行初始化。上電以后上電顯示的發(fā)光二極管發(fā)光，說(shuō)明上電成功。上電后，液晶會(huì)顯示“000 ISD4004-X”字樣。隨后啟動(dòng)液晶地址顯示狀態(tài)，并開始查詢按鍵狀態(tài)，進(jìn)入系統(tǒng)待機(jī)狀態(tài)。如果有按鍵按下，則轉(zhuǎn)去執(zhí)行按鍵所對(duì)應(yīng)的工作程序，按鍵包括放音按鍵和錄音按鍵。在待機(jī)狀態(tài)下，如果錄音鍵被按下，此時(shí)錄音

64、顯開始，并且發(fā)光二極管發(fā)光，持續(xù)按鍵直到錄完想要錄制的內(nèi)容，松開按鍵，同時(shí)發(fā)光二極管熄滅，并且液晶顯示出錄音的初始地址和終止地址。如此可以反復(fù)錄音不大于25段，時(shí)間不超過(guò)8分鐘。如果放音鍵被按下，則開始按照順序播放，當(dāng)?shù)谝欢尾シ磐戤叺臅r(shí)候，會(huì)在液晶顯示上面看見播放的錄音的起始和終止地址，并且還顯示播放的段數(shù)。再次按下放音鍵會(huì)接著播放下一段，直至到達(dá)錄音的最后一</p><p>　　圖2-12 語(yǔ)音提示程序流程圖&

65、lt;/p><p>　　系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)直接影響到系統(tǒng)的整體性能。為了便于編程，對(duì)ISD4004-8芯片的操作需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的子程序。其中有WriteDataLCM(LCD模塊寫數(shù)據(jù)函數(shù))；WriteCommandLCM(LCD模塊寫指令)；ReadStatusLCM(讀LCD模塊的忙標(biāo)志)；DisplayOneChar(在第X+1行的第Y+1位置顯示一個(gè)字符)；DelayUs(微妙延時(shí)程序)；DelayMs(毫秒延時(shí)程

66、序)；init_t0(定時(shí)器0初始化函數(shù))；display(顯示處理程序)；Recorkey_treat(錄音鍵處理程序)；Playkey_treat(播放鍵處理程序)；isd_setrec(發(fā)送setrec指令)；isd_rec(發(fā)送rec指令)；isd_stop(stop指令(停止當(dāng)前操作))；isd_powerup(發(fā)送上電指令)；isd_stopwrdn(發(fā)送掉電指令)；isd_send(spi串行發(fā)送子程序，8位數(shù)據(jù))。<

67、;/p><p>　　其中spi串行發(fā)送子程序，是ISD4004發(fā)送8位數(shù)據(jù)的子程序，本段程序中先將芯片選中并打開spi通信端。8位數(shù)據(jù)發(fā)送的順序是先發(fā)低位數(shù)據(jù)再發(fā)高位數(shù)據(jù)。而停止操作子程序就是關(guān)掉ISD4004的片選就行了。上電子程序是先延時(shí)然后再開片選再延時(shí)然后關(guān)片選就可以了。電子程序是先調(diào)用延時(shí)函數(shù)再關(guān)片選然后再調(diào)用延時(shí)函數(shù)即可。發(fā)送發(fā)送setplay指令函數(shù)就是控制發(fā)送地址的順序。延時(shí)函數(shù)就是用了循環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，

68、有微秒和毫秒延時(shí)。下面依次對(duì)放音子程序、錄音子程序。</p><p>　　2.2.2.1 放音部分</p><p>　　系統(tǒng)在上電后首先判斷放音鍵是否按下，如果按下則判斷是不是錄音好后的第一次放音，如果是則從第0段開始播放。播放鍵按下后ISD4004上電并延時(shí)，然后傳送當(dāng)前所播放語(yǔ)音的開始和終止地址，發(fā)送setplay指令，傳送地址，先傳低八位再傳高八位。地址傳送完了之后發(fā)送放音指令并延時(shí)

69、。等待放音完畢后的EOM中斷信號(hào)，放音完畢后發(fā)送stop指令。當(dāng)一段錄音播放完畢后，再次按下播放鍵就會(huì)增加放音的段數(shù)，即接著會(huì)播放下一段。如果播放到最后一段還繼續(xù)按放音鍵，則會(huì)從第一段開始重新播放。放音子程序的流程圖如圖2-13所示。</p><p>　　圖2-13放音子程序流程圖</p><p>　　2.2.2.2 錄音部分</p><p>　　系統(tǒng)上電以后先判斷

70、是不是上電以后第一次的按鍵錄音，如果是則發(fā)錄音首地址，本設(shè)計(jì)從170開始。每段的語(yǔ)音地址首尾地址相差3個(gè)。將每段語(yǔ)音的地址暫時(shí)存入寄存器并判斷錄音的段數(shù)是不是超過(guò)25段，如果超過(guò)25段就會(huì)將之前錄的語(yǔ)音全部覆蓋，重新從首地址開始錄音。如果不超過(guò)25段，則繼續(xù)錄制。當(dāng)錄音鍵按下之后ISD4004上電并延時(shí)，此時(shí)指示燈發(fā)光，一直按著錄音鍵則可以對(duì)聲音進(jìn)行錄音。如果芯片沒有溢出則發(fā)送錄音指令，并進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)是通過(guò)計(jì)時(shí)器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)錄音結(jié)束的

71、時(shí)候發(fā)送4004的停止指令，根據(jù)錄音時(shí)間來(lái)確定錄音結(jié)束的地址并將本段的語(yǔ)音地址暫時(shí)存入寄存器中。錄音完畢后指示燈熄滅，錄音的段數(shù)自加并將錄音段數(shù)寄存。錄音子程序流程圖如圖2-14所示。</p><p>　　圖2-14錄音子程序流程圖</p><p>　　2.2.3 密碼服務(wù)部分</p><p>　　系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)增加進(jìn)行密碼修改功能。密碼修改程序用于用戶在線修改或使用

72、鍵盤現(xiàn)場(chǎng)修改用戶操作密碼。軟件設(shè)計(jì)中將用戶通過(guò)在線狀態(tài)輸入的密碼或者通過(guò)使用鍵盤輸入的密碼存入寄存器R5中，將通過(guò)以上兩種方法設(shè)置的新密碼存放如R6中，將第二次輸入的密碼存放入R7中。其程序流程圖如圖2-15所示。</p><p>　　圖2-15 密碼修改程序流程圖</p><p>　　如何利用16種DTMF信號(hào)實(shí)現(xiàn)多樣的系統(tǒng)控制功能，是系統(tǒng)成功與否的關(guān)鍵，借助于軟件編程，系統(tǒng)可以對(duì)16種

73、DTMF信號(hào)的任意組合進(jìn)行解釋，從而豐富了系統(tǒng)功能。系統(tǒng)軟件需要實(shí)現(xiàn)的功能包括。系統(tǒng)身份認(rèn)證功能，為了保證只有合法用戶才能操作系統(tǒng)，電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)上線后，用戶必須輸入密碼，帶系統(tǒng)確認(rèn)后才具有對(duì)系統(tǒng)的操作權(quán)限；用戶信令解釋功能，對(duì)收到的用戶信號(hào)，系統(tǒng)按照軟件設(shè)定加以解釋，并決定對(duì)語(yǔ)音提示電路尋址，播放相應(yīng)的系統(tǒng)提示音，實(shí)現(xiàn)用戶和電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)之間的交互操作，或?qū)ν獠靠刂圃O(shè)備發(fā)出相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；軟件定時(shí)功能，系統(tǒng)軟件設(shè)定系統(tǒng)的自動(dòng)復(fù)位功

74、能，定時(shí)器的設(shè)置規(guī)定了系統(tǒng)一次上線工作的最大時(shí)間。若一次工作超時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)離線，進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。</p><p>　　2.2.4 控制部分</p><p>　　控制部分主要是通過(guò)ZigBee組網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)家用電器的控制。讓作為協(xié)調(diào)器的ZigBee模塊不斷對(duì)單片機(jī)送來(lái)的控制信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)有控制信過(guò)來(lái)，通過(guò)分析得出要控制的目標(biāo)家用電器，在由作為節(jié)點(diǎn)的ZigBee模塊完成具體的控制任務(wù)。</

75、p><p>　　其軟件流程圖如圖2-16所示。</p><p>　　圖2-16 控制程序程序流程圖</p><p><b>　　3 詳細(xì)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　本文的重點(diǎn)是對(duì)遠(yuǎn)程家電控制系統(tǒng)中的振鈴檢測(cè)及模擬摘掛機(jī)部分的設(shè)計(jì)。根據(jù)國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，不論任何電話機(jī)，摘機(jī)狀態(tài)的直流電阻應(yīng)小于300Ω，有#R鍵的電子電

76、話機(jī)的摘機(jī)狀態(tài)直流電阻應(yīng)小于350Ω。掛機(jī)狀態(tài)下的漏電流小于5μA。當(dāng)用戶摘機(jī)時(shí)，電話機(jī)將通過(guò)叉簧接上約300Ω的負(fù)載，從而使整個(gè)電話線回路流過(guò)約30mA的電流。交換機(jī)檢測(cè)到該電流后便停止鈴流發(fā)送，并將線路電壓變?yōu)槭畮追闹绷饕酝瓿山永m(xù)。據(jù)此，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的振鈴及模擬摘掛機(jī)電路如圖3-1所示。當(dāng)有電話呼入時(shí)，電話線上傳輸?shù)?5HZ、90V的交流振鈴信號(hào)由普通電容C1隔離直流后由整流橋整流，整流后的脈沖直流電壓不穩(wěn)定，需經(jīng)穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓，再經(jīng)光

77、電隔離器U1后輸出TTL脈沖信號(hào)，該脈沖經(jīng)74LS123整形成大方波信號(hào)，該方波信號(hào)被送至單片機(jī)的P3.4引腳進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)值達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)，單片機(jī)P0.1引腳輸出高電平，三極管Q1導(dǎo)通則繼電器K1動(dòng)作，將負(fù)載電阻R3(300Ω)接入電路實(shí)現(xiàn)模擬摘機(jī)。這里所說(shuō)的模擬摘機(jī)是指將R3接入電路后，電話線上就會(huì)出現(xiàn)大于10mA的電流，交換中心檢測(cè)到這一電流后就不再輸出振鈴信號(hào)而是轉(zhuǎn)為接通電話。手動(dòng)摘機(jī)接通電話時(shí)</p><p

78、>　　圖3-1 振鈴檢測(cè)及模擬摘掛機(jī)電路</p><p>　　3.1 振鈴檢測(cè)部分</p><p>　　當(dāng)系統(tǒng)處于待機(jī)狀態(tài)時(shí)，即沒有振鈴信號(hào)時(shí)，線路上是一個(gè)48-60V的直流電壓。若用戶被呼叫，電信局交換機(jī)會(huì)向用戶發(fā)送振鈴信號(hào)，振鈴信號(hào)為25HZ的正弦波，諧鈴失真不大于10%，電壓有效值90±15V。振鈴以5S為周期，其中1S通，4S斷。據(jù)此可以用電容進(jìn)行耦合，然后用整流

79、橋進(jìn)行整流，再經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓濾波，然后通過(guò)光電耦合器中光敏三極管的通與斷輸出TTL信號(hào)再送到觸發(fā)器中，最后觸發(fā)器輸出的脈沖信號(hào)直接輸出至單片機(jī)的中斷計(jì)數(shù)器，完成振鈴檢測(cè)。</p><p>　　3.1.1 振鈴信號(hào)</p><p>　　當(dāng)有電話呼入時(shí)，電話線電壓上升至90V左右，話機(jī)便響鈴。當(dāng)摘機(jī)應(yīng)答時(shí)，電話線電壓又會(huì)下降至10V。電話線路對(duì)電流有一定的限制，進(jìn)入電纜前就安裝了保險(xiǎn)絲。交換設(shè)備供出

80、的每一個(gè)模塊都是有電，電話線是48V供電，線路上已串接了電阻，每一端大約600歐姆，負(fù)載稍微超過(guò)，交換機(jī)就會(huì)認(rèn)為摘機(jī)，這樣就會(huì)影響通訊。電話響鈴的時(shí)候耗電量是最大的，線路設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)考慮到正常通話的電流，平均每戶48V的直流電不超過(guò)20毫安。在某個(gè)用戶端長(zhǎng)時(shí)間取電10mA時(shí)就會(huì)被監(jiān)測(cè)設(shè)備監(jiān)測(cè)到，自動(dòng)給該用戶閉電。目前使用的程控交換機(jī)，直流饋電電壓是48V，由于鉛蓄電池是浮充工作的，電話機(jī)掛機(jī)時(shí)實(shí)際電壓約直流50V。當(dāng)電話機(jī)摘機(jī)后，話機(jī)直流

81、回路接通，話機(jī)中有電流，這時(shí)電壓降為7-10V，視線路長(zhǎng)短、話機(jī)不同而異。話機(jī)摘機(jī)后的電流不相同，受用戶線路、電話機(jī)及局內(nèi)交換設(shè)備影響。一般在20-30mA。掛機(jī)時(shí)電流應(yīng)該在5微安左右。當(dāng)鈴響時(shí)，振鈴電壓是90±15V、頻率為16-25Hz的交流電壓。原縱橫制交換機(jī)掛機(jī)60V。程控交換機(jī)掛機(jī)48V，鈴流電壓90V。普通話機(jī)掛機(jī)48V，震鈴90V，通話8V。但值并不準(zhǔn)確，會(huì)在一定范圍內(nèi)變化。給出</p><p

82、>　　普通電話機(jī)的振鈴信號(hào)其電壓有效值90±15伏，周期為25HZ。振鈴以5S為周期，其中1S通，4S斷。其波形包絡(luò)如圖3-2所示。</p><p>　　圖3-2 振鈴包絡(luò)信號(hào)</p><p>　　3.1.2 檢測(cè)原理</p><p>　　振鈴信號(hào)檢測(cè)的基本原理是，首先通過(guò)整流橋進(jìn)行全波整流將交流信變?yōu)橹绷餍盘?hào)。再通過(guò)穩(wěn)壓濾波逐步將脈動(dòng)的直流信號(hào)變?yōu)?/p>

83、平滑的直流信號(hào)，然后通過(guò)光耦隔離輸出TTL上升沿電平給觸發(fā)器，最后由觸發(fā)器輸出標(biāo)準(zhǔn)的上升沿電平給單片機(jī)，由單片機(jī)來(lái)對(duì)鈴聲信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。據(jù)計(jì)數(shù)結(jié)果來(lái)完成后續(xù)的控制。其波形變化如圖3-3所示。</p><p>　　圖3-3-1 交流振鈴信號(hào)</p><p>　　圖3-3-2 脈動(dòng)直流振鈴信號(hào)</p><p>　　圖3-3-3 穩(wěn)壓濾波振鈴信號(hào)</p>&l

84、t;p>　　圖3-3-4 標(biāo)準(zhǔn)高低電平</p><p><b>　　圖3-3 波形變化</b></p><p>　　3.1.3 整流模塊</p><p>　　由于振鈴信號(hào)是一個(gè)斷續(xù)的交流信號(hào)，所以檢測(cè)之前需要借助整流電路來(lái)將交流信號(hào)變?yōu)橹绷餍盘?hào)，然后交由下級(jí)電路去處理。而整流就是把交流電變?yōu)橹绷麟姷倪^(guò)程。利用具有單向?qū)щ娦缘钠骷?，可以把?/p>

85、向和大小交變的交流電變換為直流電。</p><p>　　3.1.3.1 半波整流</p><p>　　如圖3-4是一種最簡(jiǎn)單的整流電路。它由電源變壓器B、整流二極管D和負(fù)載Rfz組成。變壓器把市井電壓(多為220V)變換為所需要的電壓e2，D再把交流電變換成為脈動(dòng)的直流電。</p><p>　　圖3-4 半波整流電路</p><p>　　變壓

86、器次級(jí)電壓e2，是一個(gè)方向和大小都隨時(shí)間變化的正弦波電壓，它的波形如圖3-5-1所示。在0~π時(shí)間內(nèi),e2為正半周期即變壓器上端為正下為端負(fù)。此時(shí)二極管所承受正向電壓面導(dǎo)通，e2通過(guò)它加在負(fù)載電阻Rfz上，在π~2π時(shí)間內(nèi)，e2為負(fù)半周，變壓器次級(jí)上端正下端負(fù)。這時(shí)D承受反向電壓不導(dǎo)通，Rfz上無(wú)電壓。在2π~3π時(shí)間內(nèi)，重復(fù)0~π時(shí)間內(nèi)的過(guò)程，而在3π~4π時(shí)間內(nèi)又重復(fù)π~2π時(shí)間的過(guò)程。這樣反復(fù)下去，交流電的負(fù)半周就被去掉了，只有正

87、半周通過(guò)Rfz，在Rfz上獲得了一個(gè)單一方向的電壓，如圖3-5-2所示，從而達(dá)到了整流的目的。但是由于負(fù)載電壓以及負(fù)載電流的大小還隨時(shí)間而變化，因此，通常稱它為脈動(dòng)直流[7]。</p><p>　　圖3-5-1 半波整流前信號(hào)</p><p>　　圖3-5-2 半波整流后信號(hào)</p><p><b>　　圖3-5 半波整流</b></p&

88、gt;<p>　　3.1.3.2 全波整流</p><p>　　如果把半波整流電路的結(jié)構(gòu)作一些調(diào)整，可以得到一種充分利用電能的全波整流電路。如圖3-6所示是全波整流電路的電路原理圖。對(duì)于全波整流電路可以看出是由兩個(gè)半波整流電路組合而成。變壓器次級(jí)線圈中間需要引出一個(gè)抽頭，把次組線圈分成兩個(gè)對(duì)稱的線組，從而引出大小相等但極性相反的兩個(gè)電壓e2a、e2b，構(gòu)成e2a、D1、Rfz與e2b、D2Rfz，兩

89、個(gè)通路。</p><p>　　圖3-6 全波整流電路</p><p>　　全波整流的原理，可以用3-7所示的波形圖來(lái)說(shuō)明，在0~π時(shí)間內(nèi)，e2a對(duì)D1為正向電壓，D1導(dǎo)通，在Rfz上得到上正下負(fù)的電壓；e2b對(duì)D2為反向電壓，D2不導(dǎo)通，如圖3-7-2所示。在π~2π時(shí)間內(nèi)，E2B對(duì)D2為正向電壓，D2導(dǎo)通，在Rfz上仍然是上正下負(fù)的電壓；e2a對(duì)D1為反向電壓，D1不導(dǎo)通，如圖3-7-3

90、所示。如此反復(fù)，由于兩個(gè)整流元件D1、D2輪流導(dǎo)電，結(jié)果負(fù)載電阻Rfz上在正、負(fù)兩個(gè)半周作用期間，都有同一方向的電流通過(guò)，如圖3-7-4所示那樣，因此稱為全波整流[7]。</p><p>　　圖3-7-1 全波整流前信號(hào)</p><p>　　圖3-7-2 前半周期信號(hào)</p><p>　　圖3-7-3 后半周期信號(hào)</p><p>　　圖3-

91、7-4 全波整流后信號(hào)</p><p><b>　　圖3-7 全波整流</b></p><p>　　3.1.3.3 橋式整流</p><p>　　全波整流還有一種形式稱為橋式整流，橋式整流電路是使用最多的一種整流電路。其電路如圖3-8所示。</p><p>　　圖3-8 橋式整流電路</p><p&g

92、t;　　橋式整流電路的工作原理如下。e2為正半周時(shí)，對(duì)D2、D3加正向電壓，D1、D3導(dǎo)通；對(duì)D2、D4加反向電壓，D2、D4截止。電路中構(gòu)成e2、d1、Rfz、D3通電回路，在Rfz上形成上正下負(fù)飛半波整流電壓，如圖3-9-1所示。e2為負(fù)半周時(shí)，對(duì)D2、D4加正向電壓，D2、D4導(dǎo)通；對(duì)D1，D3加反向電壓，D1、D3截止。電路中構(gòu)成e2、D2、Rfz、D4通電回路，同樣在Rfz上形成上正下負(fù)的另外半波的整流電壓，如圖3-9-2所示

93、。如此重復(fù)下去，結(jié)果在Rfz上得全波整流電壓。橋式電路中每只二極管所承受的反向電壓等于變壓器次級(jí)電壓的最大值，比全波整流電路小一半。</p><p>　　圖3-9-1 正半周期導(dǎo)通回路</p><p>　　圖3-9-2 負(fù)半周期導(dǎo)通回路</p><p>　　圖3-9 橋式整流導(dǎo)通回路</p><p>　　綜上所述，結(jié)合分析了半波整流、全波整流

94、以及橋式整流的各自特性，最終本系統(tǒng)采用了橋式整流來(lái)對(duì)振鈴信號(hào)進(jìn)行整流。如圖3-10-1所示是振鈴信號(hào)進(jìn)行整流的仿真原理圖，圖3-10-2是仿真結(jié)果圖。</p><p>　　圖3-10-1 整流仿真圖</p><p>　　圖3-10-2 整流仿真結(jié)果圖</p><p>　　圖3-10 橋式整流仿真</p><p>　　3.1.4 濾波模塊<

95、;/p><p>　　振鈴信號(hào)在經(jīng)過(guò)整流橋整流之后，方向單一，但是大小(電流強(qiáng)度)還是處在不斷變化之中。這種脈動(dòng)直流一般是不能直接給一些電子器件。要把脈動(dòng)的直流變成平滑的直流，還需要做一些填平取齊的工作，這便是濾波。也就是說(shuō)濾波的任務(wù)就是把整流器輸出的電壓中脈動(dòng)成分盡可能的減小，改造成接近恒穩(wěn)的直流電。而通常我們采用的是電容濾波。電容器是一個(gè)儲(chǔ)存電能的倉(cāng)庫(kù)。在電路中，當(dāng)電壓加到電容器兩端的時(shí)候，便對(duì)電容器進(jìn)行充電，把電

96、能存儲(chǔ)在電容器中；當(dāng)外加電壓失去(或降低)之后，電容器把存儲(chǔ)的電能再釋放出來(lái)。充電的時(shí)候，電容器兩端的電壓逐漸升高，直到接近電源電壓；放電的時(shí)候，電容器兩端的電壓逐漸降低，直到完全消失。電容器的容量越大或負(fù)載電阻值越大，充電和放電所需的時(shí)間就越長(zhǎng)。這種電容兩端電壓不能突變的特性，正好可以用來(lái)承當(dāng)濾波的任務(wù)[8]。</p><p>　　如圖3-11是一個(gè)簡(jiǎn)單的濾波電路。</p><p>　　

97、圖3-11 濾波電路</p><p>　　在二極管導(dǎo)通期間，e2向負(fù)載電阻Rfz提供電流的同時(shí)，向電容器C充電，一直充到最大值。e2達(dá)到最大值以后逐漸下降；而電容器兩端的電壓不能突然變化，仍然保持較高電壓。這是，D受反向電壓，不能導(dǎo)通，于是Uc便通過(guò)負(fù)載電阻Rfz放電。由于C和Rfz較大，放電速度很慢，在e2下降期間里，電容器C上的電壓降的差不多。當(dāng)e2下一個(gè)周期來(lái)到并升高到大于Uc時(shí)，又再次對(duì)電容器充電。如此重

98、復(fù)，電容器C兩端(即負(fù)載電阻Rfz兩端)變保持了一個(gè)較平穩(wěn)的電壓，在波形圖上呈現(xiàn)出比較平滑的波形。如圖3-12-1和3-12-2分別示出了半波整流和全波整流時(shí)電容器濾波前后的輸出波形。</p><p>　　圖3-12-1 半波整流濾波輸出波形</p><p>　　圖3-12-2 全波整流濾波輸出波形</p><p>　　圖3-12 整流濾波輸出波形</p>

99、;<p>　　顯然，電容量越大，濾波效果越好，輸出波形越趨于平滑，輸出電壓也越高。但是電容量達(dá)到一定值以后，再加大電容量對(duì)提高濾波效果已無(wú)明顯效果。通常應(yīng)根據(jù)負(fù)載電阻和輸出電流的大小選擇最佳電容量。表3-1和表3-2中列出了濾波電容器容量和輸出電流、電壓的關(guān)系。電容器的耐壓值一般取E2的1.5倍。</p><p>　　表3-1 濾波電容與電流的關(guān)系</p><p>　　表3-

100、2 各電壓之間的關(guān)系</p><p>　　在這個(gè)系統(tǒng)中也需要濾波電路來(lái)對(duì)整流橋輸出的脈動(dòng)直流進(jìn)行平滑濾波，如圖3-13-1和3-13-2分別是濾波效果的仿真原理圖和仿真效果圖。</p><p>　　圖3-13-1 濾波仿真圖</p><p>　　圖3-13-2 濾波仿真結(jié)果</p><p>　　圖3-13 濾波電路仿真</p>

101、<p>　　3.1.5 穩(wěn)壓模塊</p><p>　　在這個(gè)系統(tǒng)當(dāng)中，由于整流器輸出的電壓值很大，且交流電經(jīng)過(guò)整流變成直流電它的電壓時(shí)不穩(wěn)定的，供電電壓的變化或用電電流的變化都能引起電源電壓的波動(dòng)。要獲得穩(wěn)定不變的直流電壓，還必須再增加穩(wěn)壓電路。而通常的穩(wěn)壓電力都是由穩(wěn)壓管構(gòu)成的。一般普通二極管都是正向?qū)ǚ聪蚪刂?。加在二極管上的反向電壓如果超過(guò)二極管是承受力，二極管就要被擊穿損壞。但是有一種二極管，它

102、是正向特性與普通二極管相同，而反向特性比較特殊。當(dāng)反向電壓加到一定程度時(shí)，雖然管子呈現(xiàn)擊穿狀態(tài)，通過(guò)較大的電流，卻不損壞，并且這種現(xiàn)象的重復(fù)性很好。反過(guò)來(lái)看，只要管子處于擊穿狀態(tài)，盡管流過(guò)管子的電流變化很大，而管子的兩端的電壓卻變化極小，從而起到了穩(wěn)壓作用。穩(wěn)壓管是利用反向擊穿區(qū)的穩(wěn)壓特性進(jìn)行工作的，因此穩(wěn)壓管在電路中要反向鏈接，穩(wěn)壓管的反向擊穿電壓稱成為穩(wěn)定電壓，不同類型的穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓也是不一樣的，某一型號(hào)的穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值固定在特

103、定的范圍[8]。如圖3-14為穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓特性曲線。</p><p>　　圖3-14 穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓特性</p><p>　　穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓性能的好壞，可以用它的動(dòng)態(tài)電阻來(lái)表示，其動(dòng)態(tài)電阻等于其兩端的電壓變化量與其兩端電流變化量的比值。顯然對(duì)于同樣的電流變化量，穩(wěn)壓管兩端的電壓變化量越小，動(dòng)態(tài)電阻越小，穩(wěn)壓管性能就越好。穩(wěn)壓管的動(dòng)態(tài)電阻是隨工作電流變化的，工作電流越大，動(dòng)態(tài)電阻越小。因此為使穩(wěn)