1 引言
隨著現代家庭家用電器設備的增多和通訊線路的發展,利用現有的通訊設備和線路對家用電器和儀表進行遠程控制,已經成為未來的發展趨勢。遙控技術是通過一定的手段對被控物體實施一定距離的控制,常用的方式有無線電遙控、有線遙控、紅外線和超聲波遙控等。電話遙控作為一較新的課題與常規的遙控方式相比,顯示出一定的優越性,不需進行專門的布線,不占用無線電頻率資源,避免了電磁污染[1]。同時,由于電話線路各地聯網,可以充分利用現有的電話網,因此遙控距離可跨省市,甚至跨越國家。電話屬雙工通信手段,這可以大大體現出利用電話進行遙控的更大優越性。操作者可以通過各種提示音即時了解受控對象的有關信息,從而進行進一步的操作。
2 系統設計
本課題主要工作在致力于設計一款遠程報警器,該系統可以通過電話可以遙控16路電器通斷,遙控路數可以根據需要進行擴展;可任意設定一個6位數密碼,保密安全性好;操作過程中有語言提示,避免盲目操作;可以取消已輸入的操作命令;當家中發生突發事件時,會自動撥打預留電話并報告家中發生的情況。
3 系統組成
本系統中T89C51為主控芯片,工作過程中,單片機處理振鈴檢測模塊、DTMF解調電路模塊和報警信號輸入模塊的數據,然后控制語音模塊,模擬摘掛機模塊,電器控制模塊,在修改密碼時與密碼模塊進行雙向通信。系統組成框圖如圖1所示。
系統與電話線相連,待機狀態時,是處于掛機狀態,不會影響電話的正常工作。當有電話打進時,電話機響聲6次以后,若無人接聽,則表示家中無人,單片機會進入計數器中斷,然后在中斷中啟動模擬摘掛機電路,撥電話者首先要進行密碼校驗,若密碼正確,則系統將提示是否更改密碼,如需更改密碼則輸入“100#”,這時將進入密碼模塊進行更改密碼;若不更改,則進入下一步的電器編號輸入以及電器控制模塊。所輸入的命令以“#”結束表示確定,以“*”結束表示取消。若輸入的電器編號不正確,則系統會自動提示重新輸入,若輸入的是“5#”就表示啟動5號電器,若要斷開某電器,則輸入100+電器編號以“#”結束,即若輸入“105#”就表示斷開5號電器。若輸入“35#”(范圍應為1~16或101~116),系統則告知操作者輸入錯誤,需重新出入。若密碼錯誤次數達3次以上,或若系統摘機后,10秒以內對方沒有進行任何操作,則系統會自動掛機,整個操作系統都有相應語音提示。當單片機檢測到家中天然氣泄漏信號,失竊信號,或者溫度超限信號,單片機會馬上啟動撥號系統,并撥打預留電話報警,同時語音提示相關情況,連續播放5次。系統程序流程圖如圖2所示。
3.1 主控模塊和信號輸入電路
主控模塊選取的AT89C51封裝為DIP40,主要包含復位電路,晶振起震電路,由此構成了單片機工作的基本條件。由于工作時,單片機訪問的是內部程序存儲器,所以31腳應接高電平[2]。
天然氣泄漏信號,溫度超限信號和失竊信號分別從P2.6、P2.7和P3.0輸入,當單片機檢測到三種信號中任意一種時,都會啟動報警電路。主控模塊和信號輸入電路圖如圖3所示:
3.2 振鈴檢測模塊
振鈴檢測模塊主要包含整流部分和光電耦合部分。整流橋有兩個作用:一是將外線不確定的電壓方向整流成固定方向的直流電源,二是將交流振鈴信號整流成直流脈動供單片機檢測。Rz是脈沖高壓吸收電阻,該電阻平時不導通,阻值無窮大,一旦線路上因雷電等因素出現瞬間的脈沖高壓時,Rz立即導通,并出現永久性短路,當沒有振鈴信號時,外線L1,L2之間的電壓為40V~50V[3],經過整流橋B2整流后電壓不會超過穩壓管D1的導通電壓,所以光耦G1不導通,T0端輸出為高電平。當有電話打入時,沒振鈴時,線路上有振鈴信號時,L1、L2之間電壓為110V(實測電壓),振鈴時的電壓達145V(實測電壓),則D1可選取導通電壓約為130V的穩壓管,振鈴期間,電流經過整流橋B2整流后,將使D1導通,此時光耦G1也將導通,T0端將輸出低電平,將其與單片機P3.4相連,只要檢測脈沖個數,即可檢測振鈴次數。T0應工作在計數器模式下,可選工作方式2。
3.3 模擬摘掛機模塊
模擬摘掛機模塊電路是利用單片機的I/O口P1.4控制三極管Q2的導通和關斷。待機狀態時,單片機P1.4口輸出低電平,此時兩個三極管均被關斷,L1、L2之間不能形成一個完整回路,電話處于掛機狀態。當檢測到振鈴次數達6次以上時,單片機P1.4將輸出為高電平,此時三極管Q2導通,然后促使三極管Q1導通,讓L1,L2之間形成一條回路,此時電話處于摘機狀態。電路中V-LINE端與撥號模塊相連,為放大撥號模塊產生的DTMF信號提供合適的偏置電壓。
3.4 DTMF信號解調模塊
本模塊設計中選用的MT8870音調譯碼器(Tone Decoder)是MITEL公司所開發生產為一顆常用復頻譯碼IC,它可以接收DTMF信號,是一個完整的DTMF接收器。它主要用于程控交換機、遙控、無線通信及通播系統,實現DTMF信號的分離濾波和譯碼功能[4]。MT8870的延遲動作輸出端STD與單片機的P3.2口(外部中斷0)相連,MT8870的DTMF信號輸入方式選擇為單信號形式,即選一根電話線與MT8870的IN-腳相連;DTMF信號經電容的隔直流作用后,由MT8870接收并進行譯碼。如圖5所示為DTMF信號解調電路。
當MT8870接收了DTMF信號后,內部將信號分成高頻帶和低頻帶,并將此信號送至數字譯碼器,然后將訊號送至數字譯碼器以解出按鍵值,接著將解出的按鍵值以二進制的方式以四條線(Q1、Q2、Q3、Q4)輸出到外部共享BUS上,接著STD產一個脈沖讓單片機進入中斷,單片機在中斷服務程序中處理數據。
當進入中斷后,單片機首先會判斷此時是的密碼是否已經輸入正確,如果沒有,單片機會直接處理并儲存該數據,如果密碼已正確,又會進入下一步的判斷:是否處于更改密碼階段,若為否,則單片機便處理數據,若為是,又會判斷是否為第一次輸入新密碼,若為否,則單片機會處理第二次輸入的新密碼數據,若為是,單片機便會處理第一次輸入的新密碼數據。如圖6所示為中斷服務程序流程圖。在處理數據時,單片機首先也要判斷該數據是“#”、“*”還是數字0~9。若為“#”,表示輸入確定,單片機會處理之前所輸入的數據;若為“*”,單片機會刪除之前數據,以便重新輸入;若為0~9,單片機則會存儲該數據[5]。
3.5 撥號模塊
撥號模塊的核心芯片為HT9200A,它可以方便地與微控制器系統接口,它可由指令控制產生16種雙頻信號和8種單頻信號,并由DTMF引腳輸出。撥號模塊的作用是:當家里發生突發事件,如家中天然氣泄漏,溫度超限和失竊后會自動啟動撥號程序,完成對預留電話的遙控報警。在撥號模塊中,用單片機的P1.5口控制HT9200A的使能端
,P1.6口發送傳輸數據,P1.7來產生所需時序。由于從芯片中出來的DTMF信號較弱,必須經過一級三極管放大,才能將其輸至電話線網絡中,電路中的電壓V-LINE來自摘機電路中導通后電話線中的電壓,以利于發送放大后的DTMF信號。
撥號程序要嚴格按照時序圖來寫,假設報警電話為07309999999,由于撥號結束后必須要發送一位停止位,所以撥號一共要發送12幀數據。每幀數據包含5位二進制代碼,所以該程序中包含兩級嵌套循環[6],撥號模塊程序流程圖如圖7所示。
3.6 語音模塊
單片機與語音芯片ISD1750相連的是P2.0,P2.1,P2.2,P2.3,運用SPI通信的方式進行播放控制。ISD1750的VCCD,VCCP,VCCA,VSSD,VSSP1,VSSP2,VSSA都需要獨立提供,以減少噪聲耦合。音頻輸出端通過音頻變壓器傳至電話線中,撥電話者便可通過聽筒聽到芯片所播放的聲音,從而實現語音提示功能。在本設計中,將地址分成了27段,即錄入27段不同的語音提示。這27段錄音可通過單片機控制其播放任何一段錄音。撥打電話者可通過語音提示進行相關操作,從而有效地避免了盲目性。
3.7 密碼模塊電路
本模塊設計中選用的T24C02是一個2K位串行CMOS EEPROM,其SDA、SCL引腳分別于單片機P3.6,P3.7相連,器件地址為000,WP與地相連,寫保護關閉,即單片機可正常對其讀寫操作,其中,端口SDA,SCL需上拉。當電話摘機后,撥打電話者輸入正確密碼后,若輸入“100#”,則他可進行修改密碼操作[7]。這時,系統將提示他輸入6位數密碼并以井號結束,若兩次密碼輸入一致,則密碼修改成功,否則不能更改密碼。
3.8 電器控制模塊
該模塊運用了兩片8位鎖存器74HC573來控制16路電器的相應繼電器,而繼電器分別控制各相應電器的電源線,從而單片機可控制各電器的接通和關斷。單片機P0口與兩片74HC573的輸入端口相連,用P2.4和P2.5來控制片選,從而可以達到單片機單獨控制某一個繼電器的目的。
3.9 電源模塊
該系統采用了兩種供電方式,一種是直接通過+5V的USB接口供電,另一種是直插220V交流,再通過整流,再經過穩壓管三端穩壓集成電路7805,輸出也為+5V直流電源。該模塊中加入了一些并聯的瓷片電容,可以起到濾波的作用,在PCB板的設計中,使各個芯片的電源端通過一個電容濾波,以確保系統工作的穩定性。
4 結束語
本系統設計的主要意義有二。第一,該系統可用于遠程遙控。比如,當人在外將要到家時,可以打電話回去,控制空調打開,回到家不用再等待便能享受舒適的空氣,或者控制電飯煲打開,這樣可以節省很多時間等等,如果外出時忘了關電器,也可以通過同樣的方式將電器關閉,既保障了安全,也節約了電資源,以達到省電的目的,具有很強的實用性。第二,該系統也可用于家居安防,因為它可以在主人家有突發事件的情況下,如天然氣泄漏,溫度超限(失火)和失竊時,會第一時間撥打預留電話,并通過語音告知對方家中情況,以達到最大限度減少損失目的。
參考文獻:
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作者簡介:張敏(1974-),女,講師,碩士研究生,研究方向:自動控制、檢測技術。