摘要：随着经济和科技的发展，人们对生活质量的要求不断提高，人们非常希望能像在家里一样随时随地对家电进行遥控。这样，炎炎的夏日，主人可以在下班前半个小时遥控打开空调，下班进家就有一种很凉爽的感觉；可以遥控开启微波炉、电饭锅等炊具，一回到家便可享受美味的饭菜。鉴于此，本文就从单片机的远程家电控制系统的设计展开分析。
关键词：单片机；远程家电控制系统；设计
1、电话远程控制系统的总体设计
系统整体结构框图如图1所示。系统以AT89C51单片机作为控制核心，主要由振铃检测电路、摘挂机控制电路、双音多频解码电路、语音录放电路、数据编解码电路、数据收发电路和驱动电路等组成。当需要进行家电远程控制时，只需拨打电话，此时电话将振铃发音，若无人接听时或响铃4次后将自动摘机接通电话，语音提示输入密码，在使用的固定电话机或手机上按下密码，密码所对应的双音多频信号经DTMF解码后，传送给主控单元AT89C51，若密码正确，则语音再提示选择控制通道，选择控制的家电，最后主控制器发出控制指令，子控制器解码后，驱动家电产生开/关动作，从而实现家电的运行和停止，达到远程控制的目的。若密码错误，该控制器将提示重新输入密码，当输入的次数达到规定的次数仍然有误时，电话将自动挂机。
图1
2、电话远程系统的硬件设计
2.1振铃检测和模拟摘机模块
经过光电耦合器的隔离转换，从光电耦合器输出的波形信号就可以直接输出至单片机的中断计数器输入口，完成整个振铃音检测和计数的过程。自动摘机电路是通过一个继电器的开关完成的。单片机发出摘机信号后，继电器控制端一个200Ω的电阻接入电话线的两端，使整个电话线回路流过约30mA的电流。摘挂机信号指令由单片机AT89C51通过TXD/P3.1口变为高电平实现。单片机的P3.4引脚进行计数，当计数值达到预设值时，P3.1引脚输出高电平，三极管9012导通则继电器J21动作，将负载电阻R21（200Ω）接入电路实现模拟摘机。这里所说的模拟摘机是指将R21接入电路后，电话线上就会出现大于30mA的电流，交换中心检测到这一电流后就不再输出振铃信号而是转为接通电话。
2.2DTMF解码模块
MT8870音调译码器是常用复频译码IC，这个电路可以接收DTMF信号，是一个完整的DTMF接收器。它接收了DTMF信号后，内部将信号分成高频带和低频带，并将此信号送至数字译码器，然后将讯号送至数字译码器以解出按键值，接着将解出的按键值以二进制的方式以四条线（Q1，Q2，Q3，Q4）输出到外部共享BUS上。
DTMF信号解码为4位二进制码，由Q1~Q4直接输出，如按下电话“1”号键，则电话线上就有高频1200Hz和低频697Hz的DTMF信号。此信号进入MT8870进行解码，解码的结果由Q1，Q2，Q3，Q4输出。
为了获取有效的数据，MT8870的STD接AT89C51的P2.4。当STD电平由低变高，经AT89C51检测后通过P2口总线接收有效拨号键值码。MT8870的数据输出端Q4~Q1连到AT89C51的P2口的P2.0~P2.3，单片机经P2口识别4位代码。需要特别指出的是，对于“0”号码，MT8870输出的8421码并非是“0000”，而是“1010”；另外，“*”，“#”字号码，MT8870输出的8421码分别为“1011”和“1100”。而无效的双音频信号是不会引起MT8870的STD端变化的。
2.3语音录放模块本系统用的语音芯片
ISD2590属于美国ISD公司的2500系列芯片，它可以录音90s，具有抗断电、音质好，使用方便，无需专用的语音开发系统等相同优点。它的最大特点在于片内E2PROM容量为480K，所以录放时间长；有10个地址输入端，寻址能力可达1024位；最多能分600段；设有OVF端，便于多个器件级联。ISD2590的信息检索模式的使用方法：首先将芯片的录放控制P/R端置高，地址位A0~A7置高，现在芯片即处于信息检索模式的信息读取状态。要播放第N段的语音，先给ISD2590芯片的PD端一高电平脉冲，使地址指针复位为0。因为所有的序号都以存储器起始处为基准，除第一段外，只需要CE端收到10μs低脉冲，即可使地址指针按A0~A7寻址第N段的开始处，然后拉高SP+，在CE端加一个低脉冲即可播放第N段的语音信息，直到此段后的EOM标志出现为止。
2.4电器制模块
本模块设计非常简单，它的电路主要是由一个PNP型三极管、继电器和一个防浪涌电流的二极管组成。单片机AT89C51的P3.6以及P3.7脚用作输出控制脚，输出一个高电平让三极管导通，从而驱动继电器进行吸合，来实现多路电器的控制。设计采用控制带有继电器的电源插座来实现对家电的最终控制，如电饭煲、热水器、空调之类的电器只需插上插头，主控单片机即可通过控制插座中各继电器来控制电器电源的通断。
3、系统软件设计
本软件设计选用的开发工具为μVision2IDE集成开发环境，使用KeilC51编译器，采用面向对象的程序设计思想，将各个小的功能模块作为一个子程序分别编程，各功能之间相互关联，最后由主程序按系统工作流程分别调用。主要包括KEY子程序、各段语音录放子程序、接收键值子程序、留言/凭密码进行控制子程序、语音交互平台子程序、定时中断子程序、延时子程序、命令/数据处理子程序等几个模块构成。
4、测试
来电检测电路、DTMF解码电路工作正常，语音交互平台真人发音，受控设备控制无误。安装时，主、子控制器分离，主控制器与电话接口并接，位置相对固定，主、子控制器间无线传输控制指令，子控制器与设备连接，位置随着设备灵活变化，控制非常方便。而且，还可以通过增加子控制器数量以2倍数量级增加控制的容量，扩展性能很好。
结束语：
本系统可作为一个功能模块嵌入到家电设备中使家电具有远程控制的功能，经过测试该系统具有很强的适应性和安全性。此外该系统操作简单用户只需通过固定电话或移动电话就能够通过输入简单的命令实现对家电的远程控制。
参考文献
[1]郭志红.家庭网络技术的现状与未来[J].国外科技动态，2015.
[2]刘同法.单片机外围接口电路与工程实践[M].北京：北京航空航天大学出版社，2013.
[3]潘兆群.双音多频信号接收芯片MT8870的高效使用方法[J].电信技术，2013.
论文作者:罗志锋
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第5期
论文发表时间:2018/7/3
标签：家电论文; 子程序论文; 单片机论文; 信号论文; 电路论文; 语音论文; 继电器论文; 《建筑学研究前沿》2018年第5期论文;