電話智能遙控器的硬件設(shè)計(jì)

摘    要：本文主要介紹電話智能遙控器的硬件設(shè)計(jì)思路，并對(duì)其各部分工作原理進(jìn)行說(shuō)明。
關(guān)鍵詞：遙控器；智能；電話機(jī)原理

概述
電話智能遙控器是一個(gè)用來(lái)控制各種家電的設(shè)備，它通過(guò)來(lái)自電話的控制信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)家電的控制。當(dāng)用戶不在家時(shí)，通過(guò)隨身攜帶的移動(dòng)電話或者身邊的固定電話，拔通家里的電話，依照事先規(guī)定的一些規(guī)則，通過(guò)在電話里的語(yǔ)音提示，進(jìn)行不同的數(shù)字按鍵操作來(lái)完成對(duì)不同家電的控制，達(dá)到用戶的預(yù)期目的。

電話智能遙控器的設(shè)計(jì)
電話智能遙控器的結(jié)構(gòu)
單片機(jī)是該方案的主控部分，進(jìn)行各種信息、信號(hào)的處理，接收外部操作指令，通過(guò)軟件的輔助形成各種控制信號(hào)，并記錄各種信息。接口電路提供單片機(jī)與電話外線的接口，其中包括鈴流檢測(cè)、摘掛機(jī)控制、雙音多頻(DTMF)識(shí)別及語(yǔ)音反饋電路。從而可建立密碼設(shè)置與核對(duì)部分，進(jìn)一步增加了裝置的安全和可靠性。電話智能遙控器的結(jié)構(gòu)如圖1所示。
電話智能遙控器各部分工作原理
振鈴檢測(cè)部分的工作原理
這是一個(gè)檢測(cè)電路，它的工作目的是將電話線上的振鈴信號(hào)轉(zhuǎn)化成脈沖方波，使單片機(jī)適時(shí)控制模擬摘機(jī)電路工作，其電路如圖2所示。用戶第一次拔號(hào)時(shí)，光電耦合器1、2端有電流，4端為高電平，觸發(fā)計(jì)數(shù)器CD4017開(kāi)始計(jì)數(shù)，同時(shí)也觸發(fā)延時(shí)復(fù)位電路開(kāi)始延時(shí)。即CD4017的2端為高電平，使三極管V1導(dǎo)通，NE555的輸入端(2腳)為高電平，NE555被觸發(fā)開(kāi)始延時(shí)，控制用戶掛斷重拔，這樣重復(fù)進(jìn)行4次拔號(hào)，計(jì)數(shù)器的1端為高電平，其它均為低電平，這時(shí)V2被觸發(fā)導(dǎo)通，使單片機(jī)的INT1端為高電平。此時(shí)電路就完成了一次振鈴檢測(cè)，將檢測(cè)到的信號(hào)交給單片機(jī)，使單片機(jī)發(fā)出進(jìn)行模擬摘機(jī)的信號(hào)。
在拔號(hào)過(guò)程中要特別注意，一定要在延時(shí)復(fù)位電路所設(shè)定的延時(shí)時(shí)間內(nèi)完成5次拔號(hào)，否則用戶拔號(hào)次數(shù)還不夠，延時(shí)電路將自動(dòng)使計(jì)數(shù)器復(fù)位，回到初始狀態(tài)，這樣振鈴檢測(cè)就會(huì)失敗，就不能進(jìn)行接下來(lái)的各種操作。當(dāng)然這也是該設(shè)計(jì)保護(hù)正常通信的有利之處，因?yàn)檎５耐ㄐ挪豢赡茉谳^短的時(shí)間內(nèi)連續(xù)拔5次電話。
當(dāng)有人拔打電話時(shí)，如果電話空閑，交換機(jī)就向你的電話機(jī)發(fā)送振鈴信號(hào)，該信號(hào)電壓較大，是75~105V的交流信號(hào)，即這時(shí)電話線上有振鈴信號(hào)，此信號(hào)經(jīng)過(guò)C1、R1、Z1等加在了光電耦合器的1、2端，電容C1和電阻將振鈴信號(hào)耦合到光電耦合器上，另外，因?yàn)殡娫捰脩羝綍r(shí)由程控機(jī)饋送48V直流信號(hào)，所以電容C1起隔離作用，可以使控制器不受其它信號(hào)的干擾，不會(huì)誤動(dòng)。而D1可去掉振鈴信號(hào)的負(fù)極性，以保護(hù)光電耦合器中的二極管安全工作。
無(wú)論是正常通信還是控制電話的拔打都會(huì)產(chǎn)生同樣的振鈴信號(hào)，所以單依靠以上的電路是很難區(qū)分的，這樣就有可能產(chǎn)生誤動(dòng)，影響正常的通信。因此在設(shè)計(jì)時(shí)增設(shè)了計(jì)數(shù)和延時(shí)電路，將遙控信號(hào)和其它通信信號(hào)區(qū)分開(kāi)來(lái)。
該電路的設(shè)計(jì)目的是用戶在進(jìn)行遙控時(shí)要完成提前所設(shè)定的某項(xiàng)約定，例如在3分鐘內(nèi)用戶連續(xù)拔號(hào)5次(發(fā)出5次振鈴流)，才能有方波信號(hào)加到AT89C51的INT1端，使單片機(jī)產(chǎn)生模擬摘機(jī)信號(hào)。當(dāng)然，這里的時(shí)間是由NE555構(gòu)成的延時(shí)電路決定的，不同用戶可根據(jù)自己的情況對(duì)電路中可變電阻PR的改變來(lái)設(shè)定不同的時(shí)間。所以通過(guò)此電路的作用，只有控制振鈴信號(hào)才能在單片機(jī)INT1端輸入信號(hào)，使其進(jìn)行另外的工作。
在該控制器中，拔號(hào)通話次數(shù)計(jì)數(shù)電路是由電阻R2，電容C2，計(jì)數(shù)器CD4017等構(gòu)成的。當(dāng)光電耦器4腳有信號(hào)到CD4017的觸發(fā)端14上時(shí)，由于自動(dòng)復(fù)位電路的(即延時(shí)電路)作用，CD4017處于初始態(tài)，3腳為高電平，其它均輸出低電平，經(jīng)第一次拔號(hào)通話振鈴時(shí)，CD4017將2腳翻轉(zhuǎn)為高電平，其它仍為低電平。2腳高電平用于對(duì)自動(dòng)復(fù)位電路的控制以達(dá)到計(jì)數(shù)與延時(shí)的同步；再拔號(hào)通話4次，CD4017將1腳轉(zhuǎn)為高電平，其它為低電平，1端高電平用于控制單片機(jī)進(jìn)行模擬摘機(jī)操作。在此過(guò)程中，約定拔號(hào)通話振鈴必須在延時(shí)復(fù)位的時(shí)間內(nèi)完成，如果5次拔號(hào)的時(shí)間超過(guò)了設(shè)定的時(shí)間，CD4017將自動(dòng)復(fù)位，從而拔號(hào)作廢，使單片機(jī)不能發(fā)出模擬摘機(jī)的信號(hào)，所以拔號(hào)次數(shù)必須在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)。
這里拔號(hào)通話并非是要其真正通話，而只是讓被控方的電話有振鈴流。但必須即時(shí)中斷，以保證在約定的時(shí)間內(nèi)完成5次呼叫，即有5次振鈴流的產(chǎn)生，且在該電路中，同一次拔號(hào)里的多次間隔振鈴只能算作一次拔號(hào)通話。
在該設(shè)計(jì)中，當(dāng)?shù)谝淮握疋彆r(shí)，計(jì)數(shù)器(CD4017)的2端是高電平并送到NE555的觸發(fā)端，使計(jì)數(shù)和延時(shí)同步，即經(jīng)過(guò)規(guī)定的時(shí)間后，NE555的輸出端(3腳)輸出一個(gè)高電平以控制計(jì)數(shù)器自動(dòng)復(fù)位。該延時(shí)器的延時(shí)長(zhǎng)短由電容C1和電阻R來(lái)確定 ，其關(guān)系式為：
t=1.1RC=1.1(R1+PR)C1
根據(jù)用戶的需要，可改變PR的值來(lái)設(shè)定不同的延時(shí)時(shí)間?？傊O(shè)定了時(shí)間后，計(jì)數(shù)器就復(fù)位，在這段時(shí)間內(nèi)用戶應(yīng)有足夠的時(shí)間去完成4次拔號(hào)。否則不能使計(jì)數(shù)器CD4017對(duì)單片機(jī)的INT1端輸入信號(hào)，即不能完成模擬摘機(jī)，遙控將失敗。因此要實(shí)現(xiàn)遙控電器就要從第一次拔號(hào)通話開(kāi)始，在延時(shí)電路設(shè)定時(shí)間內(nèi)完成4次拔號(hào)通話，使單片機(jī)起動(dòng)。第一次拔號(hào)的完成，也就是延時(shí)電路的起動(dòng)。
模擬摘機(jī)部分的工作原理
該電路是通過(guò)單片機(jī)發(fā)出模擬摘機(jī)信號(hào)，使三極管V3、V4分別導(dǎo)通，使振鈴流通過(guò)電阻R形成回路，從而達(dá)到模擬摘機(jī)的目的，使控制用戶能與智能控制器進(jìn)行通話，達(dá)到在遠(yuǎn)距離對(duì)電器的控制，電路如圖3所示。
根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定：電話機(jī)摘機(jī)狀態(tài)的直流電阻應(yīng)<300W，有“R”鍵的電子電話機(jī)的摘機(jī)狀態(tài)電阻應(yīng)<350W，在掛機(jī)狀態(tài)下。根據(jù)這一規(guī)定，在該電路中選定R1+R2=250W。
RXD為高電平時(shí)，V4和V3分別導(dǎo)通和關(guān)斷，使電話線通過(guò)極性保護(hù)電路與電阻R連接，從而實(shí)現(xiàn)模擬摘機(jī)。而當(dāng)RXD為低電平時(shí)，V4不導(dǎo)通，V3導(dǎo)通，電話線上的振鈴流不能形成回路，不能達(dá)到模擬摘機(jī)的目的。
該電路的開(kāi)關(guān)器件V3、V4是由單片機(jī)來(lái)控制通斷的，所以其智能性能極高，與人去摘下電話沒(méi)有什么區(qū)別，因此，基本上不會(huì)出現(xiàn)誤動(dòng)，進(jìn)而保證該設(shè)計(jì)的可行性。
不過(guò)要注意，該部分電路的工作電源是由程控交換機(jī)提供的48V直流電壓，所以要注意各種元器件的參數(shù)選取，以保證該電路能安全工作。
雙音多頻解調(diào)部分的工作原理
雙音多頻解調(diào)是由集成電路MT8870來(lái)完成的，其電路如圖4所示。它將電話線上的雙音多頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成單片機(jī)能識(shí)別的BCD碼交給單片機(jī)進(jìn)行信號(hào)處理和操作。
MT8870的2、3腳接收來(lái)自電話線上的雙音多頻脈沖信號(hào)，其中，電容C用于隔離48V的直流電壓。該雙音多頻信號(hào)先經(jīng)其內(nèi)部的拔號(hào)濾波器，濾除拔號(hào)信號(hào)，然后經(jīng)前置放大后送入濾波器，將雙音多頻信號(hào)按其高、低音頻信號(hào)分開(kāi)，再經(jīng)高、低群濾波器，幅度檢測(cè)器送入輸出譯碼電路，經(jīng)過(guò)數(shù)字運(yùn)算，在其數(shù)據(jù)輸出端(11~14腳)輸出相對(duì)應(yīng)的8421碼，最后送入單片機(jī)AT89C51中。
MT8870的數(shù)據(jù)輸出端Q4~Q1連到AT89C51的P1口的P1.0~P1.3上，CPU經(jīng)P1識(shí)別4位代碼，電話按鍵與相應(yīng)譯碼(Q4~Q1)的輸出相對(duì)應(yīng)。其中A、B、C、D 4個(gè)按鍵常被當(dāng)作R/P、REDIAL、HOLD和HANDSFREE等功能使用，需要特別注意的是：對(duì)于“0”字號(hào)碼，MT8870輸出的8421碼并非是“0000”，而是“1010”，另外“*”、“#”字號(hào)碼，MT8870輸出的8421碼分別為“1011”和“1100”。
為了使單片機(jī)AT89C51獲取有效的數(shù)據(jù)，MT8870的STD有效端經(jīng)反相后接CPU的INT0引腳。當(dāng)MT8870獲取有效雙音多頻信號(hào)后，STD電阻低變高，再反相為低，CPU檢測(cè)后，指示P1口接收有效二進(jìn)制代碼，而無(wú)效的雙音多頻信號(hào)(電話線雜音，人們的語(yǔ)音信號(hào)等)是不會(huì)引起MT8870的STD端變化的。
在實(shí)際應(yīng)用中，存在著這樣一個(gè)問(wèn)題：MT8870使能控制端不允許中斷時(shí)，將使MT8870的STD端中斷關(guān)閉。其解決辦法是，將STD端接與非門一輸入端，當(dāng)STD有效(即中斷開(kāi)放)時(shí)，P=1，則INT0中斷關(guān)閉；P=0，則INT0中斷允許。
單片機(jī)工作原理
在該設(shè)計(jì)中，利用AT89C51的特點(diǎn)，用它對(duì)外界的各種信號(hào)進(jìn)行處理和操作，并且根據(jù)其工作原理和各種工作要求增設(shè)外部的設(shè)備，以致能保持AT89C51單片機(jī)正常工作，使其對(duì)各種信號(hào)進(jìn)行分析處理并發(fā)出控制家用電器的信號(hào)。

結(jié)語(yǔ)
本設(shè)計(jì)是通過(guò)通信設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)家用電器的控制，在安裝測(cè)試過(guò)程中，整個(gè)硬件組成單元基本已經(jīng)能按設(shè)計(jì)目的實(shí)現(xiàn)。在硬件測(cè)試時(shí)要特別注意元器件的焊接良好，同時(shí)要注意對(duì)靜電的防止，以免對(duì)集成電路的損傷。另外選擇單片機(jī)要特別注意，不同類型的單片機(jī)將出現(xiàn)不同的軟件程序，所以一定要使用比較熟悉而且簡(jiǎn)單好用的單片機(jī)，以免出現(xiàn)程序混亂造成安裝失敗?！?/P>

參考文獻(xiàn)
1.謝宋和 主編.  Motorola單片機(jī)原理及應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)技術(shù). 北京航空航天大學(xué)出版社, 1999
2.樊昌信 編著. 程控交換機(jī)原理.人民郵電出版社, 1993
3.柯南 主編. 非常電路圖設(shè)計(jì)Protel 99之Schematic.中國(guó)鐵道出版社, 1998
4.侯光華 主編. 世界最新集成電路.大連出版社, 2000