智能電話網遠程家電控制系統的設計

為了實現家庭生活現代化、家居智能化，設計了一種家電遠程無線控制系統。主要以單片機AT89C52和雙音多頻解碼集成電路MT8870為核心，通過電話來實現對空調、電燈、電視、熱水器等8種家用電器設備的遠程控制。該系統性價比較高，具有良好可擴展性和實用價值。
關鍵詞：遠程控制；公用電話網；智能家居

??? 傳統的電器都是以個體形式存在，不具備系統的管理與控制功能，而智能家電控制系統是對電器進行智能控制與管理的系統，從而達到智能家電系統的節能、環保、舒適、方便的功能。目前市場上的類似功能產品大都使用Modem與計算機的結合[1]，以實現控制信息的傳送。此類產品必須在控制方和被控方之間設置一臺計算機和Modem，控制信息量大、內容豐富、但費用較高。本文設計的智能家電遠程控制[2-3]系統節約了布線投資，利用電話網[4]作為信息傳輸網，即可完成對遠程被控方進行有效的控制。
1 系統硬件設計
??? 系統硬件框圖如圖1所示。　　

??? 電話控制由單片機AT89C52[5]構成主控部分，進行主要的信息處理，接收外部操作指令形成各種控制信號，并完成對各種信息的記錄。接口電路提供單片機與電話外線的接口，其中包括鈴流檢測、摘掛機控制、忙音檢測、雙音頻DTMF識別以及語音提示電路。
??? 系統中語音提示電路的提示音利用程序產生，并通過反饋電路反饋至電話外線，從而使操作者對電器的操作達到交互式，并能即時了解有關的信息；顯示電路用于狀態設置時的顯示；控制部分即受控的終端，可通過接撥不同的終端對電話進行必要的改動從而達到功能的擴展。本設計并聯于電話機的兩端，不會影響到電話機的正常使用。用戶通過異地的電話機撥通本裝置所連接外線的電話號碼，通過市局交換機向電話機發出振鈴信號。如果檢測到振鈴2次，即2次響鈴后無人接，自動摘機，進入密碼檢測，輸入正確密碼后選擇被控電器，然后輸入開或關對電器進行遙控，完成后返回。
　在設計中，把信號音檢測、自動摘掛機、控制電器、雙音頻解碼等功能模塊使用硬件電路實現。而信號音計數、密碼校驗、信息分析等功能模塊使用軟件編程完成。
1.1振鈴音的檢測
　當用戶被呼叫時，電話交換機發來鈴流信號。振鈴為25 V±3 V的正弦波，諧鈴失真不大于10%，電壓有效值90 V±15 V。振鈴以5 s為周期，即1 s送，4? s斷。根據振鈴信號電壓比較高的特點，可以先使用高壓穩壓二極管進行降壓，然后輸入至光電耦合器。經過光耦的隔離轉換，從光電耦合器輸出的波形是時通時斷的正弦波，經過RC回路進行濾波輸出很標準的方波。方波信號就可以直接輸出至單片機的中斷計數器輸入口，完成整個振鈴音檢測和計數的過程。該部分電路如圖2所示。

1.2 自動摘掛機
??? 因為程控電話交換機對電話摘機的響應是電話線回路電流突然變大為約30 mA的電流，交換機檢測到回路電流變大就認為電話機已經摘機。自動摘掛機電路可以通過單片機控制一個繼電器的開關，繼電器的控制端連接一個大約300 Ω的電阻接入電話線兩端，從而完成模擬摘掛機。該部分參考電路如圖3所示。

1.3 電器控制電路
??? 本單元電路主要由譯碼擴展電路、反向電路、D觸發器和繼電器控制電路組成。
　首先，單片機AT89C52從P1口的低4位輸出4位控制信號。P1.0、P1.1、P1.2作為3位數據線，P1.3作為使能控制信號，一同加在3～8線譯碼器的輸入端。當使能端有效時，2位數據線經過譯碼器數擴展為８位數據線。這8位數據連接8個反向器進行整流隔離，然后連接D觸發器進行數據鎖存。每個D觸發器的輸出端都控制一路繼電器，而每一路繼電器也控制一路電器的開關。二極管指示燈并聯在開關三極管兩端作為電器開關指示。這樣就可以完成單片機對多路電器的控制。也可以把P1口的8位都用作控制電器，數據輸入口改在P2口。電路中一共有8路電器可以控制，其工作原理同上。
1.4 雙音頻解碼
　本部分是整個系統的關鍵，它的工作情況直接決定了系統的可靠性。在這里可選用MT8870對輸入的雙音頻信號進行解碼。解碼電路如圖4所示。

1.5 信號提示音檢測
??? 本單元可以在系統初始化的時候，在單片機的內存中開辟一塊空間放置密碼。當用戶輸入密碼的時候，單片機把輸入的密碼寫入另外的一塊空間，然后利用減法運算比較兩者是否相等。這樣就可以實現密碼檢測的功能。信號音的規范以及其對應含義如表1所示。

2 軟件設計
??? 軟件流程圖如圖5所示。

??? 密碼檢測部分程序代碼如下：
　　…
　　LCALL RING10 ;input password
　　IN: CLR 7EH ;7EH=0
　　DTMF: MOV R7，#5H ;PASSWORD:5 R7
　　MOV R1，#38H ;sign
　　SETB P1.4
　　SETB P1.5
　　SETB P1.6
　　SETB P1.7
　　WAIT: JBC 7EH，CC ;wait INT0
　　LJMP WAIT
　　CC: MOV R7，#5H ;password 5***
　　MOV R0，#30H ;password top
　　MOV R1，#38H ;sign
　　CMP: MOV A，@R1
　　MOV R4，A
　　CLR C
　　MOV A，@R1
　　SUBB A，@R0 ;test
　　INC R0
　　INC R1
　　JZ AAA ;OK，pass one
　　LJMP QQ
　　AAA: DJNZ R7，CMP ;R7-1!=0
　　LJMP LL ;pass
　　QQ: DJNZ R2，IN1 ;password wrong&R2!=0
　　LCALL RING20
　　LJMP STOP
　　IN1:LCALL RING20 ;password wrong，try!
　　LJMP IN
??? 經過硬件安裝與軟件調試，測試結果表明本文設計的系統完全能夠利用電話實現對空調、電視、電燈等8種家用電器的遠程智能控制。本文提出的設計方案充分利用了電話網絡的特點，為遠程家電的控制提供了一種靈活、方便的方法，不但不會破壞家庭已有的裝修，且方案成本低、性能高，具有靈活可靠的特點，對家電的控制變得更容易、更快捷、更方便、更安全。
參考文獻
[1] 李勇軍，馬光思.基于MODEM的查詢式通信程序的設計與實現[J].西安建筑科技大學學報（自然科學版），1999,31(2):141-144.
[2] 胡葛軍.短距離無線通信技術在智能家居中的應用[D].北京：北京工業大學，2006.
[3] BUHSHBY S T．A standard conununicafion infrastructure for intelligent tmildins[J]．Automation in Conston,1997，6(5)：529-540.
[4] 蔣昊,李哲英,蔣大明.基于電話交換機的遠程家電控制系統[J].微計算機信息,2007,23(8-2):267-269.
[5] 姜曉霞. 基于AT89C52單片機的智能客房控制系統[J].微計算機信息,2005,21(10):78-79