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單片機作為控制器,實現(xiàn)遠程的家電智能控制。該系統(tǒng)具有來電識別與密碼驗證、密碼與摘機等待時間可在線修改、密碼及繼電器狀態(tài)的掉電保護等功能。?
關(guān)鍵詞: 智能控制; PIC單片機; 遠程通信; 鈴流檢測?
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電話遙控與常規(guī)的遙控方式相比,不需要進行專門的布線,不占用無線電頻率資源,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),可以實現(xiàn)跨省市,甚至跨越國家控制;而且,電話屬于雙工通信,用戶可以通過各種提示音即時了解受控對象的有關(guān)信息,方便進一步操作。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)資源和無線通信技術(shù),通過軟件編程,設(shè)置便于用戶使用的人機對話功能,使用戶能夠及時了解受控方信息,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?
該系統(tǒng)主要是通過手機或電話機拔打受控電話機號碼,通過光耦及一定的分立元器件將鈴流信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的TTL電平,送入PIC單片機進行檢測,由PIC單片機進行模擬摘機;按相應(yīng)的電話按鍵并通過電信網(wǎng)絡(luò)進行傳輸,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再送進PIC單片機進行處理。處理結(jié)果通過PIC單片機去控制繼電器、數(shù)碼管及發(fā)光二極管等受控對象作出相應(yīng)的動作。系統(tǒng)主要由以下五個模塊組成:①單片機主控模塊;②鈴流檢測、電話按鍵掃描、模擬摘機及提示音模塊;③家電驅(qū)動模塊;④DS1302實時時鐘模塊;⑤按鍵和顯示模塊?？傮w結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。采用PIC系列單片機作為主控單片機,價格低、功耗低、體積小,且編程靈活、自由度大,運算速度快,控制功能完善,使得產(chǎn)品的設(shè)計具有較高的性價比[1]。
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2 硬件電路設(shè)計?
主機電路采用PIC16F73單片機作為主控芯片, 時鐘頻率由4MHz的晶振產(chǎn)生。單片機系統(tǒng)由+5V電源供電,上電復(fù)位電路用一個10kΩ電阻上拉到電源VDD,使主機處于正常工作狀態(tài),如圖2所示。
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2.1 鈴流檢測電路的設(shè)計?
當用戶被呼叫時,電話交換機送來鈴流信號。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[2-3]。根據(jù)振鈴信號電壓比較高的特點,設(shè)計了如圖3的鈴流檢測電路。?
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電話振鈴信號通過電容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共同組成振鈴信號變換電路,它們使輸入電壓和電流不會太大,對后面的光電耦合器起保護作用。用隔直通交電容將鈴流信號送到光電耦合器TLP521進行隔離后,在光耦的后端轉(zhuǎn)化為TTL電平送到PIC單片機進行檢測,完成整個振鈴音的檢測和計數(shù)過程。?
2.2 模擬摘機電路的設(shè)計?
模擬摘機電路設(shè)計如圖4所示。該電路主要由兩個三極管構(gòu)成達林頓管,控制電話外線是否并接上由三個功率電阻構(gòu)成的假負載,構(gòu)成摘機電路。摘機信號由PIC16F73單片機的RA2口輸出高電平" title="高電平">高電平實現(xiàn)。當RA2口輸出高電平時,驅(qū)動三極管VT02導(dǎo)通,這又使得VT01也導(dǎo)通,相當于在電話線上并入了一個330Ω的電阻,同時加上并在其上的發(fā)光二極管的消耗,一方面使模擬摘機電流達到30mA,另一方面用于指示摘機。因為VT01的回路電流大于30mA,控制電路向交換機發(fā)出模擬摘機信號,交換機響應(yīng)摘機信號,完成電話線路接通。整個電路完成自動摘機過程。?
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2.3 雙音多頻解碼電路的設(shè)計?
雙音多頻DTMF信號解碼電路采用HM9270D芯片實現(xiàn)。HM9270D的連線如圖5所示,它的2、3腳接收來自電話外線的雙音多頻脈沖信號,該雙音多頻信號先經(jīng)其內(nèi)部的撥號音濾波器,濾除撥號音信號,然后經(jīng)前置放大后送入雙音頻濾波器,將雙音多頻信號按高、低音頻信號分開,再經(jīng)高、低頻濾波器和幅度檢測器送入輸出譯碼電路,經(jīng)過數(shù)字運算后,在其數(shù)據(jù)輸出端(11～14腳)輸出相對應(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口識別4位代碼。電話按鍵與相應(yīng)譯碼(Q4～Q1)輸出見圖5。其中,A、B、C、D 4個按鍵常被當作R/P、REDIAL、HOLD、HANDSFREE等功能使用。在此,需要特別指出的是,對于“0”號碼,HM9270D輸出的8421碼并非是“0000”,而是“1010”;對于“*”、“#”字號碼,HM9270D輸出的8421碼分別為“1011”和“1100”。為了使單片機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CPU置TOE為低電平,當STD電平由低變高,即有按鍵按下時,經(jīng)CPU檢測后,置TOE為高電平并指示RC的低四位口接收有效二進制代碼。而無效的雙音頻信號(電話線路雜音、人類的語音信號等)不會引起HM9270D的STD端變化的。?
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2.4 提示音及監(jiān)聽電路的設(shè)計?
提示音主要是通過改變假負載的大小以改變回路電流的大小來實現(xiàn)聲音的傳輸,其電路如圖6所示。根據(jù)人耳可以聽到的頻率范圍,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到控制反饋的目的[5]。聲音信號從PIC16F73單片機的RA3口輸出,作為VT04的電源,通過調(diào)制電源實現(xiàn)VT04的調(diào)制,交流信號通過C13反饋到VT03,以短路R14和R15來改變假負載的大小,從而實現(xiàn)聲音信號在電話線上的傳輸;如需監(jiān)聽,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)動電路的設(shè)計?
驅(qū)動電路比較簡單,圖7所示為其中一路驅(qū)動電路原理圖,ULN2003的13～15腳同理,由ULN2003去驅(qū)動繼電器,電解電容C18及4007二極管用于繼電器的去火花保護,發(fā)光二極管用于指示繼電器的當前狀態(tài)。
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2.6 顯示與按鍵電路的設(shè)計?
顯示與按鍵作為人機交流的渠道,其設(shè)計質(zhì)量充分顯示一個產(chǎn)品質(zhì)量的好壞。由于本系統(tǒng)的I/O" title="I/O">I/O資源相對緊張,為了節(jié)約資源,用74HC595構(gòu)成串轉(zhuǎn)并電路,達到擴展I/O口的目的。將兩片74HC595級聯(lián)起來,便可達到16位長度,加上ULN2003達林頓管剛好可以用來驅(qū)動8個數(shù)碼管。本系統(tǒng)設(shè)置了4個按鍵,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?
主程序由鈴流檢測模塊、系統(tǒng)復(fù)位模塊、時鐘設(shè)置模塊、密碼驗證模塊、繼電器控制模塊、密碼修改模塊、響鈴次數(shù)修改模塊、現(xiàn)場查詢模塊、DS1302讀寫模塊、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組成的動態(tài)掃描顯示電路,若每位LED交替點亮時間為2ms,則掃描周期為16ms,掃描頻率為62.5Hz,從實驗測試看不會產(chǎn)生閃動。因此,系統(tǒng)循環(huán)定時為2ms。程序中DSBUF0作為控制子程序進程的控制字共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。?
主程序首先進行上電初始化,接著從DS1302中讀取時鐘信息并進行顯示。根據(jù)來電鈴聲有條件地摘機并根據(jù)電話按鍵進行相關(guān)的操作,如密碼驗證、繼電器的控制等;根據(jù)電路板上的按鍵信息,控制繼電器開閉,或是進行時鐘的修改,或是進行系統(tǒng)復(fù)位。以上操作在時間超時后均返回實時時鐘顯示狀態(tài)。?
本文設(shè)計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)中通過了測試實驗,控制性能穩(wěn)定,效果好。本設(shè)計中涉及的各種電器接口、各項標準都嚴格遵循國家有關(guān)標準,為以后的產(chǎn)品化提供了良好的基礎(chǔ)。該系統(tǒng)還可以對電話裝置的其他功能作進一步的擴展。例如, 使用語音芯片作為信號音反饋,加上留言電路,主人不在家時客人可以留言,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現(xiàn)所需要的測量;接上自動撥碼電路可定時將預(yù)定信息轉(zhuǎn)至主傳呼機或特定電話,以增加操作的可選性與便利性,提高人性化標準。本設(shè)計做進一步改進還可以應(yīng)用于工廠企業(yè)的自動化控制等領(lǐng)域。?
參考文獻?
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[4] 黃穎.“網(wǎng)絡(luò)家電”控制器[J].電子世界,2005,(1):21-22.?