基于单片机的家庭智能控制完整系统Word格式文档下载.docx

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第四章测试分析…………………………………………………………………………………23

4.1硬件测试………………………………………………………………………………………23

4.2软件测试………………………………………………………………………………………23

4.3测试结论………………………………………………………………………………………23

第五章应用系统…………………………………………………………………………………24

5.1系统应用前景…………………………………………………………………………………24

5.2系统应用说明…………………………………………………………………………………24

5.3系统功能扩展………………………………………………………………………………25

结语……………………………………………………………………………………………26

致谢……………………………………………………………………………………………26

参考文献…………………………………………………………………………………………26

附件1、系统主要电路图…………………………………………………………………………27

摘要:

本文设计的是一种基于AT89C51单片机的远程电话控制系统。

该系统是以AT89C51为核心、利用现有的个人通信终端,实现基于PLMN（陆基移动通信网）和PSTN（公用电话交换网）的电话远程控制系统。

电话远程控制系统（ITRCS）,以CCITT（国际电报电话咨询委员会）及我国标准共同规定的部分标准程控交换信令（DTMF双音多频信号,振铃信号,回铃音信号等）作为系统控制命令,以PLMN与PSTN通信网作为传输介质,使用者可以在远端利用固定电话或移动电话发送DTMF双音多频信号,实现对近端电器设备的实时远程控制。

该电话远程控制系统不需进行专门的布线,不占用无线电频率资源,从而可避免电磁污染；

且通过嵌入式的智能语音提示,突出的语音提示功能和密码控制系统,可使操作者根据各种提示音及时了解受控对象的有关信息。

还可通过发出语音命令用电话远程控制多个受控对象,用户可以查询其状态,提供密码处理功能,只有输入正确的密码才能控制家电,从而提高了安全性。

该系统设计实用，功能灵活多样，可靠性高，操作方便，可以广泛地应用于家庭或者其它场所的智能控制。

关键词:

电话网；

远程控制；

单片机；

MT8870

第一章绪论

1.1课题背景

电话遥控作为一较新的课题与常规的遥控方式相比，显示出一定的优越性，不需进行专门的布线，不占用无线电频率资源，避免了电磁污染。

同时，由于电话线路各地联网，可以充分利用现有的电话网，因此遥控距离可跨省市，甚至跨越国家。

电话属双工通信手段。

因此，这可以大大体现出利用电话进行遥控的更大优越性。

操作者可以通过各种提示音即时了解受控对象的有关信息，从而进行进一步的操作。

电话遥控这一课题目前已有涉足者，但是只是还只限于实验室阶段，因而距离实际应用，尤其是对于日常生活尚有一定的差距，并不能完全体现出电话遥控方式的双工通信特点。

本作品正是针对这一点进行了较大改进，采取单片机智能控制，利用不同的提示音达到对于不同操作的提示及对受控方状态的信息反馈，从而使操作者能够及时了解受控方信息，使产品达到交互式与智能化。

而且本作品的调试都是在线调试，已经在宿舍连接电话经过真正的交换机实验并且成功。

本作品的各种电器接口、各项标准都严格遵循国家有关标准，为以后的产品化提供了良好的基础。

作品为突出电话遥控的信息反馈功能，并使产品达到非常高性价比。

故未对电话装置的其他功能进行进一步的扩展，而且所有使用的集成电路和其它元器件都尽量选择廉价的。

在该作品的基础上进行了功能扩展是很方便的。

譬如:

使用语音芯片作为信号音反馈，提高本作品的实用性（此次为了保证整体电路的廉价，所以并未使用语音芯片）。

加上留言电路，主人不在家时客人留言。

利用遥控方式可使主人很方便地在异地提取留言信息；

在各路终端上接上传感器即可实现对环境声响的监听；

接上自动拨码电路可定时将预定信息转至主人传呼机或特定电话，从而达到定时提醒主人的目的。

本作品还可以应用于工厂企业的自动化控制等领域。

1.2远程控制的内容

4月17日举行的2008中国国际家电展上，海尔集团展出了自主研发的U-home智能家电系统，包含家庭智能网关、网络空调、网络洗衣机、网络热水器等。

下班回家的路上，用手机给家中的电热水器发个短信，到家后就能洗上热水澡；

给空调发个短信，设定温度，到家就能享受舒适的室温；

给洗衣机发个指令，它就自动将衣物洗涤干净，到家后就能直接晾晒……这些过去只在幻想中出现的场景，如今已经变成现实。

然而当今大多数家庭仍然使用的是传统家用电器，本文主要设计一种可以远程控制传统家电的电话控制系统。

家庭智能控制系统的主要功能集中在家庭安全报警、电话远程控制、红外集中遥控、自动抄表控制等方面。

组网方式分为两大类：

有线组网和无线组网。

有线组网主要是利用家中的电话线、单独布置通信控制线路或电力线载波通信进行组网；

无线组网的主要技术有家庭射频技术（HomeRF）、蓝牙技术（Bluetooth）及家庭电话线网络联盟技术（HomePAN）等。

电话属半双工通信手段。

电话遥控这一课题目前已有涉足者，但是只是还只限于实验室阶段，因而距离实际应用，尤其是对于日常生活尚有一定的差距，并不能完全体现出电话遥控方式的半双工通信特点。

电话远程控制系统接收远端发送来的DTMF信号,并对其进行解码,解码后的信号再由中央处理单元采集处理,为了方便用户使用,系统设计了语音提示界面,电话远程控制系统一般工作在无人值守环境,所以应具有自动摘挂机功能、复位功能；

为了符合智能化要求,系统采用AT89C51作为中央处理器。

同时,电话远程控制系统正常工作还需电源供电电路、驱动电路等辅助电路。

由此可以看出,系统主要由流铃检测电路、自动摘挂机电路、由DTMF双音频解码电路、语音提示电路、中央处理单元AT89C51、电器控制驱动电路等组成。

1.3总体设计方案

电话智能遥控器由单片机构成主控部分，进行主要的信息处理，接收外部操作指令形成各种控制信号，并完成对于各种信息的记录；

接口电路提供单片机与电话外线的接口。

其中包括铃流检测、摘挂机控制、忙音检测、双音频DTMF识别，及语音提示电路。

语音提示电路是该作品重要组成部分。

为了降低本装置的造价，作品的提示音使用程序产生。

语音提示电路受单片机的控制产生相应的提示音提示，并通过反馈电路反馈至电话外线。

从而使操作者对电器的操作达到交互式，并能即时了解有关的信息；

显示电路用于状态设置时的显示；

控制部分即受控的终端，如前所述，可通过接驳不同的终端并对电话进行必要的改动从而达到功能的扩展。

这一点，可使产品达到系列化。

本系统的每一个接口电路（振铃检测、模拟摘挂机、语音反馈、双音频解码等）都已经经过实际的交换机在线实验，具有很强的实用性。

本系统使用最简单的电路、最便宜的电路芯片实现了完善的功能。

本系统还有许多可以添加的功能，具有很强的市场前景。

本装置并联于电话机的两端，不会影响到电话机的正常使用。

用户通过异地的电话机拨通本装置所连接外线的电话号码，通过市局交换机向电话机发出振铃信号。

本装置如果检测到振铃五次，即五次响铃后无人接，自动摘机，进入密码检测，输入正确后选择被控制电器，然后输入开或关进行遥控电器，完成后返回。

　　系统功能实现是监控中心PC通过单片机监控软件实时循环采集各项数据，当发现异常情况时，系统通过短信或图像等报警方式给用户发送信息，并根据预先设置的应急程序进行处理，如烟雾、煤气检测异常等。

用户也可通过手机或计算机利用因特网浏览器访问控制器站点对智能家电进行远程设置，如空调/电热水器的开启／关闭及其温度设置等。

第二章系统设计可行性分析

2.1总体设计分析

系统原理框图如图2－1所示。

按键图2－1系统组成框图

本系统的每一个接口电路（振铃检测、模拟摘挂机、语音反馈、电器开展、双音频解码等）具有很强的实用性。

本系统使用最简单的电路、最可靠的电路芯片实现了完善的功能。

用户通过异地的电话机拨通本装置所连接外线的电话号码，通过市局交换机向电话机发出振铃信号，振铃检测电路将检测到的振铃信号送至系统的中央控制单元，如果本装置检测到振铃五次，即五次响铃后无人接，自动摘机，进入密码检测，输入正确后选择被控制电器，然后输入开或关进行遥控电器，完成后返回，这是自动方式；

第二种是手动方式。

即当中央控制单元接收到振铃信号后，便发出摘机信号，通过模拟摘挂机电路实现模拟摘机。

同时，中央控制单元发出控制信号使语音录放电路启动，发出事先录制好的语音提示。

用户听到语音提示后便会进行操作，用户按键产生的信号经双音多频DTMF（DualToneMulti-Frequency）解码电路解码后，送入中央控制单元。

中央控制单元将根据DTMF解码的结果通过驱动电路进行相应的动作（接通分机或开关家电）。

2.1.1系统总体设计分析

根据电话远程智能遥控系统的具体设计要求：

1、通过电话网对异地的电器实现控制（开/关）；

2、控制器可以实现自动模拟摘挂机；

3、控制器设置密码校验；

设计的此系统必须具有以下单元功能模块：

1、铃音检测、计数；

2、自动摘挂机；

3、密码校验；

4、在线修改密码

5、双音频信号解码；

6、输入信息分析；

7、控制电器开关；

8、电器状态查询；

9、忙音检测；

根据电话机和交换机发出的不同信号音以及电话线各种状态的不同要求，结合实际情况对具体的单元功能模块作出软件或硬件上的不同分工，具体如下：

1、理论上交换机所发出的各种信号音都可以通过软件编程而识别，即通过单片机发出的脉冲信号来检测信号音单位时间内的脉冲个数计算出其频率，从而完成信号音识别。

但是从系统的可靠性和程序的结构设计上分析，选择了硬件来解决振铃音检测、忙音检测、双音频信号解码等功能模块。

2、自动摘挂机和电器的控制必须使用具体硬件电路来实现。

3、振铃音计数、忙音计数、密码校验、在线修改密码、输入信息分析、电器状态查询等功能模块使用软件编程方式要比硬件电路简单的多，实现也很容易。

2.1.2单片机简介

本系统用的核心控制单片机芯片的型号是AT89C51。

它是由Atmel公司生产的能与MCS-51系列兼容的单片机，其引脚如图2－2所示。

C51单片机引脚功能介绍：

单片机的40个引脚大致可分为4类：

电源、时钟、控制和I/O引脚。

1、 

电源：

（1）VCC－芯片电源，接+5V；

（2）VSS－接地端；

2、 

时钟：

XTAL1、XTAL2晶体振荡电路反相输入端和输出端。

3、 

控制线：

控制线共有4根：

（1）ALE/PROG：

地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲；

①．ALE功能：

用来锁存P0口送出的低8位地；

②．PROG功能：

片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，

此引脚输入编程脉冲。

（2）PSEN：

外ROM读选通信号；

（3）RST/VPD：

复位/备用电源；

①．RST（Reset）功能：

复位信号输入端；

②．Vpp功能：

片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，施加编程电源Vpp。

2.1.3AT89S52的主要性能

与MCS-51单片机产品兼容

8K字节在系统可编程Flash存储器

1000次擦写周期

全静态操作：

0Hz～33Hz

三级加密程序存储器

32个可编程I/O口线

三个16位定时器/计数器

八个中断源

全双工UART串行通道

低功耗空闲和掉电模式

掉电后中断可唤醒

看门狗定时器

双数据指针

掉电标识符

2.2AT89S52的功能特性描述

AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。

使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。

片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。

在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

AT89S52具有以下标准功能：

8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。

另外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。

空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。

掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。

2.3GSM无线通信模块TC35I

目前，国内已经开始使用的GSM模块有Falcom的A2D系列、Wavecome的WMO2系列、西门子的TC35系列、爱立信的DM10/DM20系列、中兴的ZXGM18系列等，而且这些模块的功能、用法差别不大。

其中西门子的TC35系列模块性价比很高，并且已经有国内的无线电设备入网证。

所以本设计选用的是西门子TC35系列的TC35i。

这是西门子推出的最新的无线模块，功能上与TC35兼容，设计紧凑，大大缩小了用户产品的体积。

TC35i与GSM2/2+兼容、双频（GSM900/GSMl800）、RS232数据口、符合ETSI标准GSM0707和GSM0705，且易于升级为GPRS模块。

该模块集射频电路和基带于一体，向用户提供标准的AT命令接口，为数据、语音、短消息和传真提供快速、可靠、安全的传输，方便用户的应用开发及设计。

主要技术指标：

1频段为双频GSM900MHz和GSMl800MHz（phase2/2+）；

2支持数据、语音、短消息和传真；

3高集成度（54.5mm×

36mm×

3.6mm）；

4质量为9g；

5电源电压为单一电压3.3~4.8V；

6可选波特率300bps~115kbps，动波特率4.8~115kbps；

7电流消耗——休眠状态为3.5mA，空闲状态为25mA，发射状态为300mA（平均），2.5A峰值；

8温度范围——正常操作-20℃~+55℃，存放-30℃~+85℃；

9SIM电压为3V/1.8V。

TC35i有40个引脚，通过一个ZIF（ZeroInsertionForce，零阻力插座）连接器引出。

这40个引脚可以划分为一下几类：

1电源：

1~5为电源电压输入端Vbatt+，6~10为电源地GND，11、12为充电引脚，13为对外输出电压（共外电路使用），14为ACCU-TEMP接负温度系数的热敏电阻；

2数据输入/输出：

16~23为数据输入/输出，分别为DSR0、RING0、RxD0、TxD0、CTS0、RTS0、DTR0和DCD0。

3SIM卡：

24~29为SIM卡引脚，分别为CCIN、CCRST、CCIO、CCCLK、CCVCC和CCGND；

4音频接口和控制：

33~40为语音接口，用来接电话手柄。

515、30、31和32脚为控制部分：

15为点火线IGT（Ignition），当TC35i通电后必须给IGT一个大于100ms低电平，模块才启动；

30为RTCbackup，31为Powerdown，32为SYNC。

TC35的数据输入/输出接口实际上是一个串行异步收发器，符合ITU-TRS232接口标准。

它有固定的参数：

8位数据位和1位停止位，无校验位，波特率在300bps~115kbps之间可选，硬件握手信号用RTS0/CTS0，软件流量控制用XON/XOFF，CMOS电平，支持标准的AT命令集

2.4GSM短消息数据通信原理

短消息业务与语音传输及传真同为GSM数字蜂窝移动通信网络提供的主要电信业务，它通过无线控制信道进行传输，经短消息服务中心完成存储和前转功能。

短消息业务包括两类：

一类是点到点的短消息，即由一个用户发给另一个用户少量的文字和数据信息；

另一类是广播短消息，即由短消息广播中心收集用户所需的信息给用户。

两种方式均可在网络暂时无法讲短消息传给移动台的情况下，将信息在网上记录，当发现移动台可达时，通知相应实体重新传送短消息，因此，短消息具有很高的可靠性。

基于电路交换的点到点短消息业务仲缩涉及的网络实体之间的协议：

在电路交换GSMPLMN（公共陆地移动网）中，移动台GSNPLMN是通过MSC（移动交换中心）进行的。

在移动被叫点到点短消息业务仲，首先，短消息服务中心发送短消息给SMS-GMSC,SMS-GMSC通过询问HLR获得目标MS锁在的MSC号码，将短消息先转给MSC。

MSC询问LVR仲存放的用户相关信息，对用户进行鉴权后，将短消息传递给目标MS。

然后，MS返回报告给SC；

在移动主叫点到点的短消息业务仲，用户请求介入通过鉴权后，将短消息传递给MSC。

通过以上的SMS工作原理可以看出，SMS作为GSM网络的一种主要的电信业务，其传递可靠性很高。

GSM网络在全国乃至全球范围内实现了联网和漫游，相对于传统的集群系统在无线覆盖面上具有无法比拟的优势，更加突出了它在无线数据传输方面的巨大优势，为基于它的给类数据传输业务的开发打下了坚实的基

2.6键盘功能

人机对话功能，在绝大多数的单片机应用系统仲是必不可少的，它起着沟通操作者与系统之间的联系的重要作用。

包括人对应用系统的状态干预与数据输入以及应用系统向人报告运行状态与运行结构。

而人机对话功能模块的最基本组成就是键盘、显示器部分。

因此，设计一种键盘、显示两部分融为一体的相对独立的人机对话功能模块很有必要。

对它的设计，在一定程度上影响着系统的智能化程度和操作的直观性。

模块中采用的是由17个按键组成的键盘，利用键盘实现打电话并通过液晶显示屏显示出来。

这17个键盘分别实现的功能为：

0-9十个数字键、免提、重拨、删除、查询、时间设置。

键盘主要作用：

1、通过免提键来实现打电话

2、0-9数字键在打电话过程中实现输入号码

3、重拨键实现上次的拨号

4、删除键打电话过程中，进行删除输入错误的号码

5、查询键实现本机拨打过的电话

6、时间设置进行时间的调整

键盘电路如下图：

图2

第三章硬件单元电路设计

3.1振铃检测电路

在电话线路未来铃流前，电话线路由电话交换机提供大约48V的直流电压。

当用户被呼叫时，电话交换机发来铃流信号。

振铃信号为25±

3伏的正弦波，谐铃失真不大于10%，电压有效值90±

15V。

振铃以5秒为周期，即1秒送，4秒断。

在本电路检测铃流信号时，以五次铃响为准，即五次振铃后无人摘机，便由单片机控制自动模拟摘机，振铃检测电路设计如图3－1所示。

原理说明：

电话振铃信号通过电容C1隔直、D1稳压二极管、R1限流电阻输入至光电耦合器4N25的输入端1口，C1、D1和R1共同组成振铃信号变换电路，它们使输入电压和电流不会太大，对后面的光电耦合器起保护作用。

光电耦合器4N25起的是隔离作用，光电耦合器是一种电信号的耦合器件，它一般是将发光二极管和光敏三极管的光路耦合在一起，输入和输出之间不可共地