摘? 要: 以電信網絡" title="電信網絡">電信網絡為傳輸媒介,采用PIC單片機作為控制器,實現遠程的家電智能控制。該系統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、密碼及繼電器狀態的掉電保護等功能。?
關鍵詞: 智能控制; PIC單片機; 遠程通信; 鈴流檢測?
?
電話遙控與常規的遙控方式相比,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;電話線路各地聯網,可以實現跨省市,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信息,方便進一步操作。本文所闡述的基于電信網絡的家電智能控制器,采取單片機智能控制技術,充分利用現有的電話網絡資源和無線通信技術,通過軟件編程,設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,體現出該系統控制方式的交互性和智能化。?
1 系統總體設計?
該系統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換成相應的TTL電平,送入PIC單片機進行檢測,由PIC單片機進行模擬摘機;按相應的電話按鍵并通過電信網絡進行傳輸,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。處理結果通過PIC單片機去控制繼電器、數碼管及發光二極管等受控對象作出相應的動作。系統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家電驅動模塊;④DS1302實時時鐘模塊;⑤按鍵和顯示模塊。總體結構框圖如圖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,使得產品的設計具有較高的性價比[1]。
?
?
2 硬件電路設計?
主機電路采用PIC16F73單片機作為主控芯片, 時鐘頻率由4MHz的晶振產生。單片機系統由+5V電源供電,上電復位電路用一個10kΩ電阻上拉到電源VDD,使主機處于正常工作狀態,如圖2所示。
?
?
2.1 鈴流檢測電路的設計?
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,4s斷的交流信號[2-3]。根據振鈴信號電壓比較高的特點,設計了如圖3的鈴流檢測電路。?
?
?
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過程。?
2.2 模擬摘機電路的設計?
模擬摘機電路設計如圖4所示。該電路主要由兩個三極管構成達林頓管,控制電話外線是否并接上由三個功率電阻構成的假負載,構成摘機電路。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。當RA2口輸出高電平時,驅動三極管VT02導通,這又使得VT01也導通,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出模擬摘機信號,交換機響應摘機信號,完成電話線路接通。整個電路完成自動摘機過程。?
?
?
2.3 雙音多頻解碼電路的設計?
雙音多頻DTMF信號解碼電路采用HM9270D芯片實現。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其內部的撥號音濾波器,濾除撥號音信號,然后經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,再經高、低頻濾波器和幅度檢測器送入輸出譯碼電路,經過數字運算后,在其數據輸出端(11～14腳)輸出相對應的8421碼。HM9270D的數據輸出端Q4～Q1連到PIC16F73的RC口的RC0～RC3,CPU經RC口識別4位代碼。電話按鍵與相應譯碼(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獲取有效數據,HM9270D的STD有效端接到CPU的RB0中斷引腳,采用中斷讀取有效數據。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。?
?
?
2.4 提示音及監聽電路的設計?
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聲音的傳輸,其電路如圖6所示。根據人耳可以聽到的頻率范圍,設定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,通過調制電源實現VT04的調制,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,從而實現聲音信號在電話線上的傳輸;如需監聽,只需將RA3置為高電平,聲音被MIC拾取,經C14最終反饋到電話線上。
?
?
2.5 家電驅動電路的設計?
驅動電路比較簡單,圖7所示為其中一路驅動電路原理圖,ULN2003的13～15腳同理,由ULN2003去驅動繼電器,電解電容C18及4007二極管用于繼電器的去火花保護,發光二極管用于指示繼電器的當前狀態。
?
?
2.6 顯示與按鍵電路的設計?
顯示與按鍵作為人機交流的渠道,其設計質量充分顯示一個產品質量的好壞。由于本系統的I/O" title="I/O">I/O資源相對緊張,為了節約資源,用74HC595構成串轉并電路,達到擴展I/O口的目的。將兩片74HC595級聯起來,便可達到16位長度,加上ULN2003達林頓管剛好可以用來驅動8個數碼管。本系統設置了4個按鍵,并且將其與HM9270D的Q1～Q4合用,以節約I/O口資源。顯示與按鍵電路原理如圖8所示。?
?
?
3 軟件設計?
主程序由鈴流檢測模塊、系統復位模塊、時鐘設置模塊、密碼驗證模塊、繼電器控制模塊、密碼修改模塊、響鈴次數修改模塊、現場查詢模塊、DS1302讀寫模塊、數碼管顯示模塊、讀電路板上按鍵模塊、提示音發生模塊等組成。系統總流程圖如圖9所示。?
?
?
本系統顯示器是由8位LED組成的動態掃描顯示電路,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生閃動。因此,系統循環定時為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,顯示子程序每調用一次,DSBUF0自動加1,根據DSBUF0的位0狀態的結果跳轉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。根據來電鈴聲有條件地摘機并根據電話按鍵進行相關的操作,如密碼驗證、繼電器的控制等;根據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,或是進行系統復位。以上操作在時間超時后均返回實時時鐘顯示狀態。?
本文設計的家電智能遙控突出了電話遙控的信息反饋功能,已在電話網絡中通過了測試實驗,控制性能穩定,效果好。本設計中涉及的各種電器接口、各項標準都嚴格遵循國家有關標準,為以后的產品化提供了良好的基礎。該系統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所需要的測量;接上自動撥碼電路可定時將預定信息轉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。本設計做進一步改進還可以應用于工廠企業的自動化控制等領域。?
參考文獻?
[1] 李榮正,陳學軍.PIC單片機實驗教程[M].北京:北京航空航天大學出版社,2006.?
[2] 尤克.現代通信技術與交換網[M].北京:高等教育出版社,2005.?
[3] BEASLEY J S,MILLER G M.現代電子通信[M].肖善鵬,張蕾譯. 北京:清華大學出版版, 2006.?
[4] 黃穎.“網絡家電”控制器[J].電子世界,2005,(1):21-22.?