摘? 要: 以電信網(wǎng)絡(luò)" title="電信網(wǎng)絡(luò)">電信網(wǎng)絡(luò)為傳輸媒介,采用PIC單片機(jī)作為控制器,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的家電智能控制。該系統(tǒng)具有來(lái)電識(shí)別與密碼驗(yàn)證、密碼與摘機(jī)等待時(shí)間可在線修改、密碼及繼電器狀態(tài)的掉電保護(hù)等功能。?
關(guān)鍵詞: 智能控制; PIC單片機(jī); 遠(yuǎn)程通信; 鈴流檢測(cè)?
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電話遙控與常規(guī)的遙控方式相比,不需要進(jìn)行專門(mén)的布線,不占用無(wú)線電頻率資源,避免了電磁污染,具有較好的資源利用率;電話線路各地聯(lián)網(wǎng),可以實(shí)現(xiàn)跨省市,甚至跨越國(guó)家控制;而且,電話屬于雙工通信,用戶可以通過(guò)各種提示音即時(shí)了解受控對(duì)象的有關(guān)信息,方便進(jìn)一步操作。本文所闡述的基于電信網(wǎng)絡(luò)的家電智能控制器,采取單片機(jī)智能控制技術(shù),充分利用現(xiàn)有的電話網(wǎng)絡(luò)資源和無(wú)線通信技術(shù),通過(guò)軟件編程,設(shè)置便于用戶使用的人機(jī)對(duì)話功能,使用戶能夠及時(shí)了解受控方信息,體現(xiàn)出該系統(tǒng)控制方式的交互性和智能化。?
1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)?
該系統(tǒng)主要是通過(guò)手機(jī)或電話機(jī)拔打受控電話機(jī)號(hào)碼,通過(guò)光耦及一定的分立元器件將鈴流信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的TTL電平,送入PIC單片機(jī)進(jìn)行檢測(cè),由PIC單片機(jī)進(jìn)行模擬摘機(jī);按相應(yīng)的電話按鍵并通過(guò)電信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸,并利用雙音多頻" title="雙音多頻">雙音多頻解碼芯片將其解碼出來(lái)再送進(jìn)PIC單片機(jī)進(jìn)行處理。處理結(jié)果通過(guò)PIC單片機(jī)去控制繼電器、數(shù)碼管及發(fā)光二極管等受控對(duì)象作出相應(yīng)的動(dòng)作。系統(tǒng)主要由以下五個(gè)模塊組成:①單片機(jī)主控模塊;②鈴流檢測(cè)、電話按鍵掃描、模擬摘機(jī)及提示音模塊;③家電驅(qū)動(dòng)模塊;④DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊;⑤按鍵和顯示模塊?？傮w結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。采用PIC系列單片機(jī)作為主控單片機(jī),價(jià)格低、功耗低、體積小,且編程靈活、自由度大,運(yùn)算速度快,控制功能完善,使得產(chǎn)品的設(shè)計(jì)具有較高的性價(jià)比[1]。
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2 硬件電路設(shè)計(jì)?
主機(jī)電路采用PIC16F73單片機(jī)作為主控芯片, 時(shí)鐘頻率由4MHz的晶振產(chǎn)生。單片機(jī)系統(tǒng)由+5V電源供電,上電復(fù)位電路用一個(gè)10kΩ電阻上拉到電源VDD,使主機(jī)處于正常工作狀態(tài),如圖2所示。
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2.1 鈴流檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)?
當(dāng)用戶被呼叫時(shí),電話交換機(jī)送來(lái)鈴流信號(hào)。振鈴為(25±3)Hz的正弦波,諧鈴失真不大于10%,電壓有效值為(90±15)V。振鈴周期為5s,即1s續(xù),4s斷的交流信號(hào)[2-3]。根據(jù)振鈴信號(hào)電壓比較高的特點(diǎn),設(shè)計(jì)了如圖3的鈴流檢測(cè)電路。?
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電話振鈴信號(hào)通過(guò)電容C08隔直、D01二極管去掉另一極性、R03～R05限流電阻和電解電容C09共同構(gòu)成的整形電路整形后輸入光電耦合器" title="光電耦合器">光電耦合器TLP521的輸入端。C08、D01和R03～R05共同組成振鈴信號(hào)變換電路,它們使輸入電壓和電流不會(huì)太大,對(duì)后面的光電耦合器起保護(hù)作用。用隔直通交電容將鈴流信號(hào)送到光電耦合器TLP521進(jìn)行隔離后,在光耦的后端轉(zhuǎn)化為T(mén)TL電平送到PIC單片機(jī)進(jìn)行檢測(cè),完成整個(gè)振鈴音的檢測(cè)和計(jì)數(shù)過(guò)程。?
2.2 模擬摘機(jī)電路的設(shè)計(jì)?
模擬摘機(jī)電路設(shè)計(jì)如圖4所示。該電路主要由兩個(gè)三極管構(gòu)成達(dá)林頓管,控制電話外線是否并接上由三個(gè)功率電阻構(gòu)成的假負(fù)載,構(gòu)成摘機(jī)電路。摘機(jī)信號(hào)由PIC16F73單片機(jī)的RA2口輸出高電平" title="高電平">高電平實(shí)現(xiàn)。當(dāng)RA2口輸出高電平時(shí),驅(qū)動(dòng)三極管VT02導(dǎo)通,這又使得VT01也導(dǎo)通,相當(dāng)于在電話線上并入了一個(gè)330Ω的電阻,同時(shí)加上并在其上的發(fā)光二極管的消耗,一方面使模擬摘機(jī)電流達(dá)到30mA,另一方面用于指示摘機(jī)。因?yàn)閂T01的回路電流大于30mA,控制電路向交換機(jī)發(fā)出模擬摘機(jī)信號(hào),交換機(jī)響應(yīng)摘機(jī)信號(hào),完成電話線路接通。整個(gè)電路完成自動(dòng)摘機(jī)過(guò)程。?
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2.3 雙音多頻解碼電路的設(shè)計(jì)?
雙音多頻DTMF信號(hào)解碼電路采用HM9270D芯片實(shí)現(xiàn)。HM9270D的連線如圖5所示,它的2、3腳接收來(lái)自電話外線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(kāi),再經(jīng)高、低頻濾波器和幅度檢測(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(11～14腳)輸出相對(duì)應(yīng)的8421碼。HM9270D的數(shù)據(jù)輸出端Q4～Q1連到PIC16F73的RC口的RC0～RC3,CPU經(jīng)RC口識(shí)別4位代碼。電話按鍵與相應(yīng)譯碼(Q4～Q1)輸出見(jiàn)圖5。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。在此,需要特別指出的是,對(duì)于“0”號(hào)碼,HM9270D輸出的8421碼并非是“0000”,而是“1010”;對(duì)于“*”、“#”字號(hào)碼,HM9270D輸出的8421碼分別為“1011”和“1100”。為了使單片機(jī)PIC16F73獲取有效數(shù)據(jù),HM9270D的STD有效端接到CPU的RB0中斷引腳,采用中斷讀取有效數(shù)據(jù)。平時(shí)CPU置TOE為低電平,當(dāng)STD電平由低變高,即有按鍵按下時(shí),經(jīng)CPU檢測(cè)后,置TOE為高電平并指示RC的低四位口接收有效二進(jìn)制代碼。而無(wú)效的雙音頻信號(hào)(電話線路雜音、人類的語(yǔ)音信號(hào)等)不會(huì)引起HM9270D的STD端變化的。?
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2.4 提示音及監(jiān)聽(tīng)電路的設(shè)計(jì)?
提示音主要是通過(guò)改變假負(fù)載的大小以改變回路電流的大小來(lái)實(shí)現(xiàn)聲音的傳輸,其電路如圖6所示。根據(jù)人耳可以聽(tīng)到的頻率范圍,設(shè)定500Hz和1 000Hz兩種頻率的聲音,兩種聲音的混合使用以達(dá)到控制反饋的目的[5]。聲音信號(hào)從PIC16F73單片機(jī)的RA3口輸出,作為VT04的電源,通過(guò)調(diào)制電源實(shí)現(xiàn)VT04的調(diào)制,交流信號(hào)通過(guò)C13反饋到VT03,以短路R14和R15來(lái)改變假負(fù)載的大小,從而實(shí)現(xiàn)聲音信號(hào)在電話線上的傳輸;如需監(jiān)聽(tīng),只需將RA3置為高電平,聲音被MIC拾取,經(jīng)C14最終反饋到電話線上。
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2.5 家電驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)?
驅(qū)動(dòng)電路比較簡(jiǎn)單,圖7所示為其中一路驅(qū)動(dòng)電路原理圖,ULN2003的13～15腳同理,由ULN2003去驅(qū)動(dòng)繼電器,電解電容C18及4007二極管用于繼電器的去火花保護(hù),發(fā)光二極管用于指示繼電器的當(dāng)前狀態(tài)。
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2.6 顯示與按鍵電路的設(shè)計(jì)?
顯示與按鍵作為人機(jī)交流的渠道,其設(shè)計(jì)質(zhì)量充分顯示一個(gè)產(chǎn)品質(zhì)量的好壞。由于本系統(tǒng)的I/O" title="I/O">I/O資源相對(duì)緊張,為了節(jié)約資源,用74HC595構(gòu)成串轉(zhuǎn)并電路,達(dá)到擴(kuò)展I/O口的目的。將兩片74HC595級(jí)聯(lián)起來(lái),便可達(dá)到16位長(zhǎng)度,加上ULN2003達(dá)林頓管剛好可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)8個(gè)數(shù)碼管。本系統(tǒng)設(shè)置了4個(gè)按鍵,并且將其與HM9270D的Q1～Q4合用,以節(jié)約I/O口資源。顯示與按鍵電路原理如圖8所示。?
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3 軟件設(shè)計(jì)?
主程序由鈴流檢測(cè)模塊、系統(tǒng)復(fù)位模塊、時(shí)鐘設(shè)置模塊、密碼驗(yàn)證模塊、繼電器控制模塊、密碼修改模塊、響鈴次數(shù)修改模塊、現(xiàn)場(chǎng)查詢模塊、DS1302讀寫(xiě)模塊、數(shù)碼管顯示模塊、讀電路板上按鍵模塊、提示音發(fā)生模塊等組成。系統(tǒng)總流程圖如圖9所示。?
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本系統(tǒng)顯示器是由8位LED組成的動(dòng)態(tài)掃描顯示電路,若每位LED交替點(diǎn)亮?xí)r間為2ms,則掃描周期為16ms,掃描頻率為62.5Hz,從實(shí)驗(yàn)測(cè)試看不會(huì)產(chǎn)生閃動(dòng)。因此,系統(tǒng)循環(huán)定時(shí)為2ms。程序中DSBUF0作為控制子程序進(jìn)程的控制字共8位,分別為D0～D7。其中DSBUF0的2～0位為掃描位選擇指針,顯示子程序每調(diào)用一次,DSBUF0自動(dòng)加1,根據(jù)DSBUF0的位0狀態(tài)的結(jié)果跳轉(zhuǎn)到不同的子程序模塊。?
主程序首先進(jìn)行上電初始化,接著從DS1302中讀取時(shí)鐘信息并進(jìn)行顯示。根據(jù)來(lái)電鈴聲有條件地摘機(jī)并根據(jù)電話按鍵進(jìn)行相關(guān)的操作,如密碼驗(yàn)證、繼電器的控制等;根據(jù)電路板上的按鍵信息,控制繼電器開(kāi)閉,或是進(jìn)行時(shí)鐘的修改,或是進(jìn)行系統(tǒng)復(fù)位。以上操作在時(shí)間超時(shí)后均返回實(shí)時(shí)時(shí)鐘顯示狀態(tài)。?
本文設(shè)計(jì)的家電智能遙控突出了電話遙控的信息反饋功能,已在電話網(wǎng)絡(luò)中通過(guò)了測(cè)試實(shí)驗(yàn),控制性能穩(wěn)定,效果好。本設(shè)計(jì)中涉及的各種電器接口、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)。該系統(tǒng)還可以對(duì)電話裝置的其他功能作進(jìn)一步的擴(kuò)展。例如, 使用語(yǔ)音芯片作為信號(hào)音反饋,加上留言電路,主人不在家時(shí)客人可以留言,主人利用遙控方式可很方便地在異地提取留言信息;可在各路終端上接上傳感器實(shí)現(xiàn)所需要的測(cè)量;接上自動(dòng)撥碼電路可定時(shí)將預(yù)定信息轉(zhuǎn)至主傳呼機(jī)或特定電話,以增加操作的可選性與便利性,提高人性化標(biāo)準(zhǔn)。本設(shè)計(jì)做進(jìn)一步改進(jìn)還可以應(yīng)用于工廠企業(yè)的自動(dòng)化控制等領(lǐng)域。?
參考文獻(xiàn)?
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