简易家用电器远程遥控器的设计附电路图及源程序.docx
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简易家用电器远程遥控器的设计附电路图及源程序
简易家用电器远程遥控器的设计(附电路图及源程序)
简易家用电器远程遥控器的设计(附电路图及源程序)
2011届毕业生
毕业论文
题目:
简易家用电器远程遥控器的设计
院系名称:
信息科学与工程学院
专业班级:
电子信息科学与技术级班
学生姓名:
学号:
指导教师:
教师职称:
20年6月3日
摘要
随着社会的发展和科技的进步,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,同时随着电话在家庭的普及,电话机的功能将进一步得到开发和利用。
利用电话实现家用电器遥控是家电未来的发展方向之一。
本文设计的是一种基于AT89C51单片机的远程电话控制系统。
控制系统是以单片机AT89C51为核心、基于电话网络开发的家用智能电话控制电器。
利用电话网传输数字和语音信息,远程控制部分接收电话网发送来的DTMF信号,对其进行解码,解码后由中央处理器AT89C51根据解码信息控制家用电器;本系统设计
实用,功能灵活多样,可靠性高,操作方便,可以广泛地应用于家庭或者其它场
所的智能控制。
该系统通过嵌入式的智能语音提示,突出的语音提示功能和密码
控制系统,可使操作者根据各种提示音及时了解受控对象的有关信息。
系统可实
现通过发出语音命令用电话远程控制多个家电,用户可以查询家电状态,提供
密码功能,只有输入正确的密码才能控制家电,从而提高了安全性。
Summaryofhouseholdappliancesremotecontrol
tothedesignofthetext
Abstract
Withthedevelopmentofscientifictechnology,anincreasingnumberofhomeapplianceshavecomeintopeople'sdailylives.Thesehomeapplianceshavebroughtinmuchconvenienceandenjoymenttopeople'slife.Thefunctionoftelephoneswillbefurtherutilizedanddevelopedalongwiththepopularizationoftelephones.Homeapplianceswillprobablybecontrolledbythetelephoneusingtheremotecontroltechniqueinthefuture.
ThearticledesignedtheremotetelephonecontrolsystemwhichbasedonmicrocontrollerAT89C51.Basingonthetelephonenet,thesystemwhichusesthecorecontrollerSingle-chipmicrocomputerAT89C51realizeslong-distancecontrolhouseholdappliances.Thetelephonecontrolsystem,whichusesthetelephonenetconvertandvoiceinformationreceivesDTMFcodefromthetelephonenet,andinterpretthecode,thecorecontrollerAT89C51controlsthestateofhouseholdappliancesrespondedtothe
interpretation.Thissystemispractical,andthefunctionisflexible,andtheoperationisconvenientwithhighreliability,whichcanbeusedextensiveinvariouskindsofcontrolequipmenttohomeandothersfield.Thedesigningofasystemoflong-distancecontrolbasedonsoundprocessingtechnologyandDTMFdecodingtechnologyispresentedinthispaper.Byusingsoundcommandsofsoundrecognitiontechnology,thissystemrealizesitscontrolofhouseholdelectricalappliancesthroughtelephonenetworksandsorealizestheintelligentlycontroloftheminresidence.Theembeddedandintelligentsoundindication,itsoutstandingsoundfunctionofpromptanditscodecontrolsystemenabletheoperatorstotimelyobtaintherelativeinformationofthecontrolledobjectsthroughindicatedsounds.Thesystemcanusetelephonetocontrolmanyhouseholdelectricalappliancesinlongdistancethroughutteringsoundcommandsandprovidesthecodesafeguardfunction.Onlythroughinputtingthecorrectpasswordtocontrolthem,theuserscancontroltheconditionofhouseholdelectricalequipment,Sothesystemsecuritycanbeimproved.
Keywords:
MCUTelephoneRemotecontrolDTMF
摘要I
AbstractII
1.绪论1
1.1课题背景1
1.2本设计的任务2
1.3系统总体设计2
2.系统方案和主要芯片的选择52.1系统整体方案5
2.2主要芯片选择5
3.系统硬件设计13
3.1振铃检测和模拟摘机133.2声音监听和语音提示电路143.3单片机控制和密码存储电路153.4DTMF检测电路16
3.5继电器控制电路174.系统软件设计19
4.1系统软件设计基本思路194.2定时中断子程序204.3MT8870中断子程序215.系统的调试23
5.1整体系统调试23
5.2硬件及软件调试23总结24
致谢25
参考文献26
附录一:
元器件清单27
附录二:
电话远程控制器原理图28
附录三:
电话远程控制器PCB图29
附录四:
电话远程控制器程序30
1.绪论
1.1课题背景
20世纪90年代初,美国、欧洲等经济比较发达的国家先后提出了“智能住宅”的概念[1]。
基本思想是:
将家庭中各种与信息相关的通信设备家用电器和家庭保安装置通过家庭总线技术连接到一个家庭智能化系统上,以进行集中的或异地的监视控制和家庭事物性管理,并保持这些家庭设备与住宅环境的和谐及协调[]。
因此,住宅智能化即是通过家庭总线这个通信网络,把住宅的安全防范系统,能源管理系统,公共服务系统,信息系统集成起来。
且通讯线路高速发展,所以利用现有的通讯线路对家中的设备或电器进行控制,已成为未来家居自动化发展的趋势。
远程电话控制有其优越性,利用电话进行远程控制不需要专门布线,不占用无线电频率资源,不受距离和环境影响,可跨省市、甚至跨越国家进行远程控制[]。
所以设计一种远距离电话控制的电路,必然给人们的生活带来诸多方便。
用手机远距离控制家用电器智能化家庭信息中心平台已成为国家“八六三”计划重点课题[]。
目前家庭的网络化是住宅的热点[]。
国外的同类产品的性能虽然很好,但是其价格很难让中国百姓所接受,而国内的系统开发商、房地产开发商只青睐于新建住宅,而对旧有住宅的网络化需求关注不够。
问题的症结在于住宅内部及其与外界信息交换的通信网络。
电力线载波和无线通信可做为住宅内部通信手段,但电力线载波通信的可靠性较差,无线通信的价格偏高,故应用较少,目前主流产品均采用单独布线的通信方式,但对已建住宅,不免会使重新布线困难重重。
由于DTMF双音多频编码通信技术的发展,使得借助低压电力线进行数据通信成为可能[]。
电话远程控制器主要接收电话线上传来的控制家电的信息,译码后经
并行通信向智能控制器发控制家电指令;接收由智能控制器传来的报警或求援信息(经并行通信),自动拨号(可由键盘预先设置)后,以语音形式将信息传送给用户或直接报警。
都是在线调试,已经在宿舍连接电话经过真正的交换机实验并且成功。
本的各种电器接口、各项标准都严格遵循国家有关标准,为以后的产品化提供了良好的基础。
家庭网络系统主要由电话远程控制器、智能控制器、一些功能模块组成。
电话远程控制器主要接收电话线上传来的控制家电的信息,译码后经并行通信向智能控制器发控制家电指令;接收由智能控制器传来的报警或求援信息(经并行通信),自动拨号(可由键盘预先设置)后,以语音形式将信息传送给用户或直接报警。
电话远程智能遥控系统的具体设计要求:
频DTMF
图1.1系统总体框图
系统主要由AT89C51单片机、DTMF解码芯片MT8870和语音芯片ISD2560组成。
AT89C51单片机完成电话机振铃信号次数的检测、控制和加密。
此系统具有以下单元功能模块:
由于采用PLC技术和Web服务器实现家电控制价格昂贵一般人承受不了,且用电话实现家电控制解决了电力线载波通信的可靠性较差,无线通信的价格偏高以及布线困难的问题,使得借助低压电力线进行数据通信成为可能,而且开发周期短。
所以我选择利用电话实现家电控制。
该系统利用遍及千家万户的电话线来传输信息,这是目前可以实现住宅内与住宅外信息交换最有效的方法。
主要应用于电话遥控控制的家用电器,用户在户外可通过任意一部双音多频电话包括手机、电话分机,根据语音提示可以对各
种电器(如电饭锅、微波炉等电器)进行远程控制,使人们的生活更加便捷与享受。
该系统可以使用单片机配合新型的DTMF解码芯片和语音电路来实现了电话对家用电器的远程控制。
在使用时只需先将电话线的进线插入本装置,用户使用本装置时只要拨打家中的电话,装置检测到有铃流可以设定30S以后还有铃流,装置发出模拟摘机信号,并控制语音处理电路提示用户输入密码预先设定,用户听到这一提示音后就在自己所使用的双音频电话机或手机上按下密码所对应的数字键即可,密码所对应的双音频信号经电话线传给双音频接收发送电路,检测译码,传给主控单元,识别正确后,语音芯片再提示用户进行控制家用电器的操作,最后,主控单元把控制家电的信息译码,经并行通信传给智能控制器,由控制器执行控制家电的操作。
电话智能遥控器由单片机构成主控部分,进行主要的信息处理,接收外部操作指令形成各种控制信号,并完成对于各种信息的记录;接口电路提供单片机与电话外线的接口。
其中包括铃流检测、摘挂机控制、忙音检测、双音频DTMF识别,及语音提示电路。
单片机就是在一块芯片上集成了CPU、RAM、ROMEPROM或EEPROM、时钟、定时/计数器、多种功能的串行和并行I/O口。
如Intel公司的8031系列等。
除了以上基本功能外,有的还集成有A/D、D/A,如Intel公司的8098系列。
概括起来说,单片机具有如下特点:
具有位处理能力,强调控制和事务处理功能价格低廉。
如低档单片机价格只有人民币几元钱。
开发环境完备,开发工具齐全,应用资料众多。
后备人才充足。
国内大多数高校都开设了单片机课程和单片机实验。
本系统我们采用美国ATMEL公司生产的AT89C51。
AT89C51的介绍
AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS8位单片机,片内含4Kbytes的可反复擦写的Flash只读程序内存和128bytes的随机存取数据存储器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准MCS-51指令系统,片内置用8位中央处理器和Flash存储单元,功能强大的AT89C51单片机可以提供许多高性价比的应用场合,可灵活应用各种控制领域。
其引脚如图2.1所示。
AT89C51主要性能参数:
1、与MCS-51产品指令系统完全兼容;
2、4K字节可反复擦写Flash闪速内存;
3、1000次擦写周期;
4、全静态操作:
0Hz,24Hz;
5、三级加密程序内存;
6、128×8字节内部RAM;
7、32个可编程I/O口线;
8、2个16位定时、计数器;
9、6个中断源;
10、低功耗空闲和掉电模式。
AT89C51是标准的40引脚双列直插式集成电路芯片。
它具有32个外部双向输入/输出(I/O)端口,2个外部中断口,2个16位可编程定时计数器,1个全双工串行通信口。
按其功能可分为电源、时钟、控制和I/O接口四大部分:
VCC:
芯片主电源,外接+5V。
GND:
电源地线。
XTAL1:
振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。
XTAL2:
振荡器反相放大器的输出端。
(1)ALE/:
地址锁存控制信号。
当访问外部内存时,地址锁存允许输出电平用于锁存地址的地位字节。
在FLASH编程期间,此引脚用于输入编程脉冲。
在平时,ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是:
每当用作外部数据存储器时,将跳过一个ALE脉冲。
此时,ALE只有在执行MOVX,MOVC指令是ALE才起作用。
另外,该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE禁止,置位无效。
(2):
外部程序内存读选信号。
在由外部程序内存取指期间,每个机器周期两次有效。
但在访问外部数据存储器时,这两次有效的信号将不出现。
(3)/VPP:
访问程序内存控制信号。
当信号为低电平时,只访问片外程序内存;而当为高电平时,则对ROM的读操作是从内部程序内存开始,并可延续至外部程序内存。
(4)RST/VPD:
复位/掉电保护信号输入。
当输入的复位信号延续2个机器周期以上高电平即为有效,用以完成单片机的复位操作。
4、I/O引脚
P0口(P0.0,P0.7):
8位双向并行I/O接口。
扩展片外内存或I/O口时,作为低8位地址和8位数据总线的分时复用接口,它为双向三态。
P0口可带8个TTL负载电流。
P0口作为I/O输出口使用时,由于P0口为开漏输出,必须外接上拉电阻才能有高电平输出。
P1口(P1.0,P1.7):
8位准双向并行I/O接口。
P1口每一位都可以独立设置成输入输出位,P1口可以驱动4个TTL电路。
P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。
P2口(P2.0,P2.7):
8位准双向并行I/O接口。
扩展外部数据、程序内存时,作为高8位地址输出端口。
P2口可以驱动4个TTL电路。
P3口(P3.0,P3.7):
8位准双向接口并行I/O。
除了与P1口有一样的I/O功能外,每一个引脚还兼有第二功能。
如表2-1所示。
P3口的第二功能信号都是单片机的重要控制信号,因此,在实际使用时,先按需要选用第二功能信号,剩下的才以第一功能的身份作为数据位的I/O使用。
P1、P2、P3口片内均含有固定的上拉电阻,故称为准双向并行I/O接口。
P0口片内无固定的上拉电阻,由两个MOS管串接,既可开路输出,又可处于高阻的“悬空”状态,故称为双向三态并行I/O接口。
表2.1P3P3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7
RXDRXDT0T12.2.2DTMF芯片概述
8870芯片它集成了陷波滤波器和数字解码功能。
在滤波器部分,使用了开关电容技术;解码部分,用数字计数的方法检测所有16种DTMF音频对,并将它们编成4bits的码。
通过在芯片上放置差分输入放大器,时钟晶振和可锁存的三态输出,可以使外围元器件最少。
本系统的解码芯片我们采用MT8870。
MT8870是一个完整的DTMF接收解码电路。
和其它电路,如LCD驱动电路一起,可实现CALLERID功能。
它集成了陷波滤波器和数字解码功能。
在滤波器部分,使用了开关电容技术;解码部分,用数字计数的方法检测所有16种DTMF
音频对,并将它们编成4bits的码。
通过在芯片上放置差分输入放大器,时钟晶振和可锁存的三态输出,可以使外围元上件最少。
信号经过输入放大,过滤掉噪声,再被由6阶高频组带通滤波器和8阶低频组带通滤波器组成的陷波滤波器滤出DTMF信号,然后经过平滑滤波,再由过零检测器将模拟信号转换成数字信号,进入数字部分。
信号在数字部分分为两路,一路直接送到频率检测部分,分别对信号进行高频和低频检测。
如果输入信号频率在预先设置的范围内,则将检测结果送到编码部分进行编码,并等待D触发器的同步输出信号;如果输入信号频率不在预先设置的范围内,检测结果维持为0不变。
另一路则送到频率平均算法部分,分别经过4,8分频,以初步检测信号的持续时间,将诸如噪声之类的干扰消除掉;同时,进一步设置更为严格的频率检测范围。
如果信号通过了检测,就使ESt端输出高电平,通过外围RC回路对St端充电R,C的值可以根据不同的工业标准进行选择,如果ESt端高电平持续时间足够长,使充电后VcVtst2(35V,这是通过比较器比较,这就意味着所检测的信号满足DTMF的工作标准,则使引导逻辑部分的输出同步脉冲到编码部分,使4位编码输出,经过延迟单元,锁存进三态输出单元,输出正确的码;同时,引导逻辑部分产生StD端高电平信号,同时使GT维持儿高电下。
如果充电时间不够长,这就是说即使被检测信号的频率在DTMF频率范围内,但它的持续时间不足以满足DTMF的工业标准,输出同步脉冲保持为0,编码结果不输出。
本系统采用的是美国ISD公司的2500芯片,按录放时间60秒。
ISD2500系列和1400系列语音电路一样,具有抗断电、音质好,使用方便等优点。
它的最大特点在于片内E2PROM容量为480K1400系列为128K,所以录放时间长;有10个地址输入端1400系列仅为8个,寻址能力可达1024位;最多能分600
段;设有OVF(溢出)端,便于多个器件级联。
对于存储芯片的选择,我们选择AT24C02ATMEL公司的低功耗CMOS串行EEPROM。
256×8位存储空间,(2.55.5V)(10000次)(10ms)
AT24C02的1、2、3脚是三条地址线,用于确定芯片的硬件地址。
在AT89C51试验开发板上它们都接地,第8脚和第4脚分别为正、负电源。
第5脚SDA为串行数据输入/输出,数据通过这条双向I2C总线串行传送,在AT89C51试验开发板上和单片机的P3.5连接。
第6脚SCL为串行时钟输入线,在AT89C51试验开发板上和单片机的P3.6连接。
SDA和SCL都需要和正电源间各接一个5.1K的电阻上拉。
第7脚需要接地。
24C02中带有片内地址寄存器。
每写入或读出一个数据字节后,该地址寄存器自动加1,以实现对下一个存储单元的读写。
所有字节均以单一操作方式读取。
为降低总的写入时间,一次操作可写入多达8个字节的数据。
I2C总线是一种用于IC器件之间连接的二线制总线。
它通过SDA(串行数据线)及SCL(串行时钟线两根线在连到总线上的器件之间传送信息,并根据地址识别每个器件:
不管是单片机、存储器、LCD驱动器还是键盘接口。
1(I2C总线的基本结构采用I2C总线标准的单片机或IC器件,其内部不仅有I2C接口电路,而且将内部各单元电路按功能划分为若干相对独立的模块,通过软件寻址实现片选,减少了器件片选线的连接。
CPU不仅能通过指令将某个功能单元电路挂靠或摘离总线,还可对该单元的工作状况进行检测,从而实现对硬件系统的既简单又灵活的扩展与控制。
2(双向传输的接口特性传统的单片机串行接口的发送和接收一般都各用一条线,如MCS51系列的TXD和RXD,而I2C总线则根据器件的功能通过软
件程序使其可工作于发送或接收方式。
当某个器件向总线上发送信息时,它就是发送器也叫主器件,而当其从总线上接收信息时,又成为接收器也叫从器件。
主器件用于启动总线上传送数据并产生时钟以开放传送的器件,此时任何被寻址的器件均被认为是从器件。
I2C总线的控制完全由挂接在总线上的主器件送出的地址和数据决定。
在总线上,既没有中心机,也没有优先机。
总线上主和从即发送和接收的关系不是一成不变的,而是取决于此时数据传送的方向。
SDA和SCL均为双向I/O线,通过上拉电阻接正电源。
当总线空闲时,两根线都是高电平。
连接总线的器件的输出级必须是集电极或漏极开路,以具有线“与”功能。
I2C总线的数据传送速率在标准工作方式下为100kbit/s,在快速方式下,最高传送速率可达400kbit/s。
3(I2C总线上的时钟信号在I2C总线上传送信息时的时钟同步信号是由挂接在SCL时钟线上的所有器件的逻辑“与”完成的。
SCL线上由高电平到低电平的跳变将影响到这些器件,一旦某个器件的时钟信号下跳为低电平,将使SCL线一直保持低电平,使SCL线上的所有器件开始低电平期。
此时,低电平周期短的器件的时钟由低至高的跳变并不能影响SCL线的状态,于是这些器件将进入高电平等待的状态。
当所有器件的时钟信号都上跳为高电平时,低电平期结束,SCL线被释放返回高电平,即所有的器件都同时开始它们的高电平期。
其后,第一个结束高电平期的器件又将SCL线拉成低电平。
这样就在SCL线上产生一个同步时钟。
可见,时钟低电平时间由时钟低电平期最长的器件确定,而时钟高电平时间由时钟高电平期最短的器件确定。
4(数据的传送在数据传送过程中,必须确认数据传送的开始和结束。
在I2C总线技术规范中,开始和结束信号(也称启动和停止信号)的定义。
当时钟线SCL为高电平时,数据线SDA由高电平跳变为低电平定义为“开始”信号;当SCL线为高电平时,SDA线发生低电平到高电平的跳变为“结束”信号。
开始和结束信号都是由主器件产生。
在开始信号以后,总线即被认为处于忙状态;在结束信号以后的一段时间内,总线被认为是空闲的。
I2C总线的数据传送格式是:
在I2C总线开始信号后,送出的第一个字节数据是用来选择从器件地址的,其中前7位为地址码,第8位为方向位R/W。
方向位为“0”表示发送,即主器件把信息写到所选择的从器件;方向位为“1”表示主器件将从从器件读信息。
开始信号后,系统中的各个器件将自己的地址和主器件送到总线上的地址进行比较,如果与主器件发送到总线上的地址一致
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