??? 摘? 要: 電熱水器電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的工作原理及實(shí)現(xiàn)方法;著重描述了該系統(tǒng)的各模塊組成、原理及具體的電路;電力載波調(diào)制解調(diào)器芯片TDA5051在該系統(tǒng)中的應(yīng)用及軟件流程圖。?

??? 關(guān)鍵詞: 電熱水器? 電力載波? 遠(yuǎn)程控制? TDA5051?

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??? 隨著社會(huì)的進(jìn)步與發(fā)展,人們的生活節(jié)奏越來(lái)越快,時(shí)間觀念也越來(lái)越強(qiáng),并逐步開(kāi)始運(yùn)用新的科技手段改善自己的生活條件和質(zhì)量,享受高科技給人們帶來(lái)的及時(shí)、舒適的生活環(huán)境。本文介紹了一種電話遠(yuǎn)程控制電熱水器的實(shí)現(xiàn)方法。該系統(tǒng)適用于具有電腦控制的電熱水器的電話遠(yuǎn)程遙控,用戶可通過(guò)任意一部雙音頻電話(包括手機(jī)、電話分機(jī))對(duì)自己家庭安裝的電熱水器進(jìn)行開(kāi)機(jī)、停機(jī)、設(shè)溫等操作。?

??? 目前,在電話控制器和受控家用電器之間的通訊鏈路主要有兩種方式。第一種是直通方式:它是由電話控制器通過(guò)一對(duì)雙芯電纜直接與熱水器控制器相連進(jìn)行信號(hào)傳輸,達(dá)到控制的目的。這種方式成本低,不受其它干擾的影響,但在家庭中安裝比較麻煩,需要在墻上走明線,對(duì)裝修較好的現(xiàn)代化家庭將破壞裝修的整體效果,難以讓居民接受。第二種方法是采用電力載波通訊技術(shù),采用家庭內(nèi)現(xiàn)有的交流電源線作為通訊鏈路,安裝方便,只要插入墻上的電源插座即可達(dá)到通訊控制的要求。這種方式優(yōu)勢(shì)明顯,因此本系統(tǒng)的家內(nèi)通訊鏈路采用電力載波方式,并采用電力載波調(diào)制解調(diào)器芯片TDA5051來(lái)實(shí)現(xiàn)控制器與熱水器之間的數(shù)據(jù)傳輸。?

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)?

??? 本系統(tǒng)主要由與電話連在一起的電話控制器和與熱水器連在一起的嵌入式電力載波終端組成。?

??? 電話控制器主要包括電話振鈴檢測(cè)電路、電話自動(dòng)摘記和掛機(jī)電路、DTMF信號(hào)解碼電路、語(yǔ)音提示電路、電力載波調(diào)制解調(diào)器電路以及整個(gè)系統(tǒng)的控制心臟CPU電路。當(dāng)有電話打入時(shí)電話振鈴檢測(cè)電路檢測(cè)到有振鈴并等待系統(tǒng)默認(rèn)的振鈴次數(shù)后,控制器自動(dòng)摘機(jī),并在語(yǔ)音電路的提示下依次輸入用戶的操作密碼和操作指令。DTMF解碼電路將接收到的DTMF解碼后的數(shù)字信號(hào)送入CPU,若密碼有誤,系統(tǒng)自動(dòng)掛斷電話。當(dāng)進(jìn)入正常遙控狀態(tài)后,CPU將控制命令打包后送入電力載波調(diào)制解調(diào)器芯片TDA5051,調(diào)制后由耦合電路耦合到交流220V/50Hz的電力線路。?

??? 電力載波終端主要包括電力載波調(diào)制解調(diào)器電路、電力線耦合電路、CPU電路以及與熱水器控制器的通信接口電路。當(dāng)電話控制器發(fā)出命令后,由電力線傳送的被調(diào)制數(shù)字信號(hào)經(jīng)耦合網(wǎng)絡(luò)及濾波器后,送入TDA5051,解碼后的數(shù)字信號(hào)送入CPU進(jìn)行解包和糾錯(cuò)處理后,送入熱水器控制器對(duì)熱水器進(jìn)行開(kāi)、關(guān)機(jī)以及設(shè)定溫度等操作。操作完成的確認(rèn)信息再經(jīng)通信接口電路返回CPU,此信息經(jīng)CPU編碼和TDA5051的調(diào)制后經(jīng)耦合網(wǎng)絡(luò)耦合到交流220V/50Hz的電力線上。電話控制器收到電力線上的返回信息后,經(jīng)TDA5051解調(diào),將解調(diào)后的數(shù)字信號(hào)送入電話控制器的CPU,CPU根據(jù)返回的確認(rèn)信息控制語(yǔ)音接口電路,發(fā)出操作完成的語(yǔ)音提示,語(yǔ)音耦合到電話線路給用戶以提示。至此,整個(gè)操作過(guò)程已經(jīng)完成。當(dāng)用戶不進(jìn)行設(shè)定時(shí),可掛斷電話。電話遠(yuǎn)程控制器檢測(cè)到對(duì)方掛機(jī)時(shí),經(jīng)過(guò)延時(shí)自動(dòng)掛斷電話線路,整個(gè)系統(tǒng)重新進(jìn)入等待狀態(tài),準(zhǔn)備進(jìn)行下一次的操作。整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。?

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2 電話遠(yuǎn)程控制部分的實(shí)現(xiàn)方法?

??? 電話遠(yuǎn)程控制部分主要由電話振鈴檢測(cè)電路、電話自動(dòng)摘記和掛機(jī)電路、DTMF信號(hào)解碼電路、語(yǔ)音提示電路和CPU組成。CPU是整個(gè)系統(tǒng)的控制核心,本系統(tǒng)采用AT89C2051,所有電路都是在它的控制之下完成各種規(guī)定的操作。下面具體介紹各單元電路的設(shè)計(jì)方案。?

2.1 電話振鈴檢測(cè)電路?

??? 當(dāng)電話振鈴信號(hào)到來(lái)時(shí),電話線路上的90V振鈴信號(hào),經(jīng)過(guò)一個(gè)橋式整流及濾波后,驅(qū)動(dòng)光電耦合器,如圖2所示。有振鈴信號(hào)時(shí),振鈴信號(hào)輸出端為低電平,無(wú)振鈴信號(hào)時(shí)為高電平。CPU以此判斷有無(wú)振鈴信號(hào)及振鈴次數(shù)。?

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2.2 電話自動(dòng)摘機(jī)和掛機(jī)電路?

??? 電話打入并等待默認(rèn)的振鈴次數(shù)后,CPU送出的摘機(jī)信號(hào)UP為低電平以驅(qū)動(dòng)光耦導(dǎo)通使假負(fù)載接入,進(jìn)入摘機(jī)狀態(tài)。當(dāng)整個(gè)設(shè)定過(guò)程完成后,或輸入錯(cuò)誤密碼時(shí),CPU將使摘機(jī)信號(hào)恢復(fù)為高電平以斷開(kāi)假負(fù)載,進(jìn)入掛機(jī)狀態(tài),如圖3所示。?

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2.3 DTMF信號(hào)解碼電路?

??? 在電話遠(yuǎn)程控制電路中,DTMF信號(hào)的解碼電路是非常重要的部分。本系統(tǒng)采用常規(guī)的MT8870DTMF解碼芯片,該芯片具有功耗低、調(diào)整簡(jiǎn)單、抑制撥號(hào)音能力強(qiáng)等特點(diǎn)。由電話線送來(lái)的雙音多頻(DTMF)及電話直流供電混合信號(hào)經(jīng)電容耦合到MT8870的信號(hào)輸入端,當(dāng)檢測(cè)到有DTMF信號(hào)輸入并已解調(diào)、鎖存到輸出寄存器后,STD端輸出高電平,CPU檢測(cè)到該信號(hào)后便可使MT8870的三態(tài)輸出鎖存器使能端TOE有效,并將代表?yè)芴?hào)值的四位二進(jìn)制代碼Q4～Q1送往CPU處理。電路如圖4所示。?

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2.4 語(yǔ)音提示電路?

??? 當(dāng)有電話打入并且電話遠(yuǎn)程控制器摘機(jī)后,控制者便會(huì)在語(yǔ)音提示電路的提示下輸入密碼,而后熱水器執(zhí)行開(kāi)機(jī)、設(shè)定溫度、掛機(jī)等操作。?

??? 語(yǔ)音電路采用美國(guó)ISD公司的語(yǔ)音錄放芯片ISD4003。這種錄放芯片采用了多電平直接模擬量存儲(chǔ)技術(shù),將每個(gè)采樣值直接存儲(chǔ)在片內(nèi)的快閃存儲(chǔ)器中,因此能夠非常真實(shí)、自然地再現(xiàn)語(yǔ)音、音樂(lè)、音調(diào)和效果聲,并且儲(chǔ)存的信息在斷電情況下百年不丟失。將需要提示的語(yǔ)音信息按段錄入到ISD4003后,在CPU的控制下將錄入的信息按順序由音頻輸出端輸出,然后經(jīng)音頻功率放大器(LM386)放大后送到電話線路上。電路如圖5所示。?

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3 電力載波收發(fā)模塊的實(shí)現(xiàn)方法?

??? 在整個(gè)電話遠(yuǎn)程控制熱水器的系統(tǒng)中,CPU是整個(gè)系統(tǒng)的核心,負(fù)責(zé)控制整個(gè)系統(tǒng)協(xié)調(diào)地工作。但要真正實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制,信號(hào)的可靠傳輸才是本系統(tǒng)的關(guān)鍵。?

??? 本系統(tǒng)采用電力線(PL)作為信號(hào)的傳輸媒介。為在電力線上傳輸數(shù)字信號(hào),采用電力線調(diào)制解調(diào)器芯片TDA5051。該芯片是一種ASK調(diào)制方式的調(diào)制解調(diào)器,載波頻率由晶振或加到振蕩器輸入端的外部時(shí)鐘決定,如選用8.867MHz的外部晶振,則載波頻率為138.55kHz。為實(shí)現(xiàn)電力線與調(diào)制解調(diào)器之間的隔離,它們之間應(yīng)接入諧振于載波頻率的耦合電路和濾波器,以便濾除帶外的干擾信號(hào),提高信號(hào)傳輸?shù)目煽啃?。電路如圖6所示。?

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4 軟件設(shè)計(jì)?

??? 本系統(tǒng)軟件的主要工作是進(jìn)行各種狀態(tài)的檢測(cè)以及數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。為了確保對(duì)熱水器的正確操作,數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)需進(jìn)行編碼并加入校驗(yàn)碼,接收方收到數(shù)據(jù)后再進(jìn)行解碼并判斷校驗(yàn)碼是否正確以確定接收的數(shù)據(jù)是否正確。電話控制器部分的電力載波模塊和熱水器部分的電力載波模塊互相傳送數(shù)據(jù)時(shí),利用單片機(jī)的串行接口并采用異步通信方式,波特率設(shè)為1200bps,數(shù)據(jù)格式為:?

??? 電話控制器下行:AA+命令碼+長(zhǎng)度+數(shù)據(jù)+校驗(yàn)碼?

??? 熱水器上行:55+命令碼+長(zhǎng)度+狀態(tài)+校驗(yàn)碼?

??? 熱水器嵌入的電力載波控制模塊CPU對(duì)熱水器的控制以及熱水器返回的狀態(tài),需根據(jù)熱水器控制板的通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。在此不再贅述。軟件流程圖如圖7所示。?

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參考文獻(xiàn)?

1 TDA5051 Application note?

2 ISD全系列單片語(yǔ)音錄放電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用匯編,2000?

4 李華.MCS-51系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù).北京:北京航空航天大學(xué)出版社,1993