智能家电控制系统精编版

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远程智能家电控制系统

周群威 刘再乐 吕小娟
指导老师：王彦
（南华大学电气工程学院 湖南 衡阳 421001）

摘要：本系统以单片机AT89S52为控制核心，采用双音多频解码芯片MT8870和高保真语音录放集成芯片ISD4003，利用个人通信终端（电话、手机等）实现对电器设备的远程控制。配合多路红外遥控技术，实现对电器设备的近距离遥控，并辅助使用单总线数字温度传感器DS18B20及高精度时钟日历芯片PCF8560显示时钟日历及温度。该系统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。在远程控制方面，使用不同的语音提示实现对不同电器的操作和对受控电器状态的反馈，从而使操作者能够及时了解被控电器的信息，使产品达到交互式与智能化，由电话机组成的自动拨号报警功能，使得本系统的功能大大地增强,使居家生活更加趋于智能化。将该系统与PC机相连，可直接由PC机控制家电，也可用遥控器控制PC机，该系统具有控制灵活、可操作性强、可扩展性强、发展潜力大等优点，是实现智能化家居、
智能化寓所的智能电器控制系统，具有十分广阔的市场前景和非常良好的应用价值。

关键词：单片机 电话远程控制 红外遥控 智能控制

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Abstract:Thesystem uses the AT89S52 MCU as its control center, adopts

thedouble-tone multiple frequency code-interpret IC MT8870 and

athering chipISD4003-6M,make use of individual correspondence term-

inal(telephone、mobilephone etc.)to realize long-distance control of

theelectronic equipment. Match with the infrared ray long-distance

technology,it realizes near-distance control and uses the single-total

linedigital temperature Spread the feeling machine DS18B20 and high

accuracyclock calendar chip PCF8560 to manifest the clock 、the

calendarand the temperate. The main control part of this system is made

upwith the MCU, it does the main massage handles, receives exterior

operationinstruction and forms various control signal. In the aspects

differentoperation and give a state feedback of the be-controlled ,thus

itcan let the writer know the information of the be-controlled, let the

productionto be change over with each other type and intellectualized。The

autodialing alarming function made up with the phone improves the usage

ofthis system highly, makes the family life more intellectu-

alized.Connectingthis system with the PC and using the appliated program,

itcan control the household appliance by the PC machine directly. The

PCmachine can be hand-controlled and also can be controlled by the

infraredray remote control. It has many superiority on it. For example,

agilecontrollment, powerful maneuverability and expansibility, and

greatpotentiality .There are expansive foreground and very good

applicationworth on this PLC wirings intellectualized managed system.

Keywords:MCU Phone remote control

Infraredray remote control Intellectualized Management

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目 录

一、引言………………………………………………………………………………4二、系统总体设计……………………………………………………………6 2.1系统总体设计方框图………………………………………………6 2.2系统总体设计流程图………………………………………………7三、系统设计可行性分析……………………………………………………9四、电路模块设计…………………………………………………………12 4.1 电话远程遥控电路模块………………………………………………12 4.1.1 MT8870 双音频解码电路………………………………………12 4.1.2 振铃检测电路…………………………………………………14 4.1.3 模拟摘挂机电路………………………………………………15 4.1.4 电器控制电路…………………………………………………16 4.1.5 电源电路………………………………………………………17 4.2 红外遥控电路…………………………………………………………18 4.2.1 红外遥控发射部分……………………………………………18 4.2.2 红外遥控接收部分……………………………………………19 4.3 单片机及扩展电路……………………………………………………20 4.3.1单片机控制核心模块…………………………………………20 4.3.2壁上按键开关电路……………………………………………21 4.3.3显示电路………………………………………………………21 4.4 语音提示电路…………………………………………………………22 4.5串口通信电路…………………………………………………………23五、软件设计…………………………………………………………………23 5.1 电话远程控制软件设计………………………………………………23 5.1.1 信号音发声部分………………………………………………25 5.1.2 密码检测部分…………………………………………………28 5.1.3 密码修改部分…………………………………………………29 5.1.4 控制电器部分…………………………………………………30 5.2 红外遥控解码软件设计………………………………………………35 5.3 PC 机应用程序设计…………………………………………………36六、系统主要芯片介绍……………………………………………………38 6.1双音频解码芯片MT8870…………………………………………38 6.2语音芯片ISD4003-6M……………………………………………54七、测试部分………………………………………………………………60八、结论……………………………………………………………………62参考文献：…………………………………………………………………63附录：………………………………………………………………………64 1.使用说明
2.总电路图
3.元器件清单

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一、引言

当今的时代是一个信息的时代，各种电信新技术推动了人类社会的向前发展。自从有了电话以来，各国的电话网络发展非常迅速。

近几年来，中国的固定电话业务快速增长，到1997年网络规模跃居世界第二位，电话用户总数突破1亿户。随着通讯产业的发展，电话机已经走进了了千家万户，随着现代科学技术的发展，利用电话机进行远程控制的技术也日益用于生活中。随着生活水平的不断提高，人们希望有一种自动化、智能化程度高的控制系统对所有的家用电器能实施远程控制。

遥控技术是通过一定的手段对被控物体实施一定距离的控制，常用的方式有无线电遥控、有线遥控、红外线和超声波遥控等。红外线遥控是目前使用最广泛的一种通信和遥控手段。由于红外线遥控装置具有体积小、功耗低、功能强、成本低等特点，因而，继彩电、录像机之后，在录音机、音响设备、空调机以及玩具等其它小型电器装置上也纷纷采用红外线遥控。工业设备中，在高压、辐射、有毒气体、粉尘等环境下，采用红外线遥控不仅完全可靠而且能有效地隔离电气干扰。但红外遥控技术受距离所限，适合于近距离控制。

无线电遥控既是利用无线电信号对被控物体实施远距离控制。无线电遥控不可避免的须占用一定的无线电频率资源，造成电磁污染；常规的有线遥控需进行专门的布线，增加了投入；而红外线、超声波遥控则受距离所限。现有的遥控方式中，还有载波通信控制手段和基于无线寻呼的遥控方式。载波方式即通过电力线传递信息，该方式只能局限于同一变电所、同一变压器所辖范围内。因此也存在距离问题，应用范围有限。基于无线寻呼的遥控方式利用了现有的寻呼频率资源，不需占用额外的频谱。而且，随着寻呼网的全国联网，其遥控的距离基本不受限制。但该方式的受控方动作滞后于控制方的操作，不具备实时性，而且不具备很高的可靠性。

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。

现代电话网络是由交换机和电话传输线共同组成，它的性能已经有了很大的进展，

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而且可靠性非常高。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，随着人们居住条件的改变，使得人们对家中的电器，如空调、锅炉、电暖气、喷淋、洗衣机等进行远程控制有了更加迫切的需求。如果到家前能提前打开家中的电器，如空调或暖气，一到家立刻就能享受到舒适的温度，同时达到节能的目的。而离家后若发现自己忘了关上家中的电器设备，也可远程控制关机。电话作为一种经济实用的手段，不受条件限制，能最方便的实现上述远程控制。

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及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。本系统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。

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二、系统总体设计

2．1系统总体设计方框图

LED数码管动态显示

温度传咸器	按键	控制器输出				电
时钟日历芯片		MCU	闹铃输出
防盗检测		控制中心		IO 扩展电路
						话
						线
		红
		外	双音频		电话机
		输
		入

解码

PC 机

语音芯片

自动拨号

电路
遥
控
器

图2．1 系统总体设计方框图-
系统总体设计如图2．1系统说明如下：
（1）红外线遥控器发送过来的信号经红外接收头接收后送单片机解码，然后控制相应的输出电路作相应的动作。

（2）远程电话线送来的音频按键信号经双音频解码芯片解码后，送单片机处理，识别按键后控制语音芯片报告状态信息并控制输出电路作相应的动作.

（3）从PC机送来的控制信号经RS232送单片机串号后，单片机识别控制命令，控制相应的输出，若为时间校准命令，则调整时间日历数据。

（4）若有防盗报警信号，单片机控制自动拨号电路自动拨出预设的电话号码，并控制语音芯片报告盗情。

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（5）从按键输入的控制命令由单片机转换成相应的控制命令控制相应的的电路动作。（6）LED动态显示由8279产生扫描脉冲，驱动数码管显示当前时间及温度。

（7）温度传感器和时钟日历芯片实时产生温度和日历数据送单片机，由单片机处理后送 8279显示。若设定了定时闹铃，则当时间到时产生闹铃信号驱动闹铃电路产生闹铃。

2．2系统总体软件设计流程图

2．2．1系统总体软件设计流程图,如图2.2.1。该部分包括软件主循环部分和红外遥控部分

初始化 定时器0中断

读按键输入 读时钟日历数 据

有键按下?	N	读温度传感器
Y		更新LCD 的显示内容

按键处理

读防盗检测器	闹铃时间到?	Y	闹
			铃

N

有盗?	N	返回主程序
Y		时钟日历闹铃程序

拨出预设的手机或电

红外遥控输入（外中断0）

解码按键

控制输出电路作相应的动作

返回主程序

红外遥控流程

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该部分包括电话远程控制软件流程图和PC机软件流程图

电话远程控制输入（外中断1）	N	通话状态
5 秒无人应答答

Y

自动摘机

有键按下?

Y

输入密码正确?

N

N

Y

进入电话远程控制状态，控制语音芯片拨报电器状态，

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本系统采用单片机为控制核心，进行主要的信息处理，接受外部操作指令形成控制信号，这样可使软件的设计趋于简单化。

本系统主要用到的技术有电话远程遥控技术、红外遥控技术、通信技术、单片机技术、传感器技术等，其中电话远程遥控技术是本设计的重点和难点，其它的技术都已比较成熟，易于实现。

、控制器可以实现根据电话远程遥控的要求：通过电话网对异地电器实现控制（开/关）
自动模拟摘挂机、控制器设置密码校验。

这个系统必须具有以下单元功能模块：
⑴忙音检测；
⑵密码校验；
⑶自动摘挂机；
⑷控制电器开关；
⑸输入信息分析；
⑹电器状态查询；
⑺在线修改密码；
⑻铃音检测、计数；
⑼双音频信号解码；
根据电话机和交换机发出的信号音以及电话工作状态的不同，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：
即通过单片机发出的脉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，
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。

自动摘挂机和电器的控制必须使用具体硬件电路来实现。

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。

综上所述，在设计信号音检测、自动摘挂机、控制电器、双音频解码等功能模块使用硬件电路实现。而信号音计数、密码校验、在线修改密码、信息分析、电器状态查询等功能模块使用软件编程完成。

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有些部分是由硬件和软件共同完成，下面就该部分硬件以及软件实现的单元电路分别进行具体分析。

3.1 硬件模块部分

该部分使用了大量的硬件电路完成部分功能模块，其目的就是充分利用硬件电路的可靠性、稳定性，使整体电路达到比较高的稳定性。

3.1.1模拟自动摘挂机

因为程控电话交换机对电话摘机的响应是电话线回路电流突然变大为约30mA的电流，交换机检测到回路电流变大就认为电话机已经摘机。自动摘挂机电路可以通过单片机控制一个继电器的开关，继电器的控制端连接一个大约300Ω的电阻接入电话线两端，从而完成模拟摘挂机。

3.1.2振铃检测

当电话振铃信号到来时，电话交换机发来铃流信号。当用户被呼叫时，电话交换机发来铃流信号。振铃为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。根据振铃信号电压比较高的特点，可以先使用高压稳压二极管进行降压，然后输入至光电耦合器。经过光耦的隔离转换，从光电耦合器输出的波形是时通时断的正弦波，经过RC回路进行滤波输出很标准的方波。方波信号就可以输出至单片机的中断计数器输入口，完成整个振铃音检测和计数的过程。

3.1.3电器控制

此部分比较简单，通过单片机控制多路SSR（无源固态继电器）的开关即可，常用的电路已经很成熟，在此就不累述了。

3.1.4双音频解码

此部分是整个系统的关键，它的工作情况直接决定了系统的可靠性。经过翻阅大量的文献资料，发现使用电话专用的双音频编解码芯片进行输入双音频信号的解码，是比较常用的一种方法。使用集成电路不但外围电路简单，而且可靠性强。经过专用集成电路的解码，信

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号转换成为不同的码制信号，可以直接被单片机读取。一般常用的电话双音频解码集成电路

有8870、8880、8888等，经过反复论证比较，该部分决定使用双音频解码集成片MT8870来

完成此功能模块。

3.2软件模块部分

3.2.1信号音计数

本单元可以使用AT89S52的两个计数器的外部中断方式来实现对不同信号音的计数。

3.2.2密码检测

本单元使用一块EEPROM（电可擦写只读存储器）记录密码，并用简单的私密加密算法，

防止密码被盗，同时当断电时，由于EEPROM的存储特性，密码不会由于掉电而丢失，增强

了系统的安全性。

3.2.3信号分析处理

本单元可以利用查表方式，也可以用简单的语句，稍长一点的语句实现，例如CASE语

句等。

经过翻阅大量的技术资料，对具体要求实现的功能进行完整的系统分析，远程智能家电

控制系统设计符合实际情况，可以完成设计所要求实现的基本功能。

故本系统的设计方案是可行的。

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四、电路模块组成

4．1电话远程遥控电路模块

4．1．1MT8870 双音频解码电路

DTMF(DualTone MultiFrequency)双音多频信号解码电路是目前在按键电话(固定电话、移动电话)、程控交换机及无线通信设备中广泛应用的集成电路。它包括DTMF发送器与DTMF接受器,前者主要应用于按键电话作双音频信号发送器,发送一组双音多频信号,从而实现音频拨号。双音多频信号是一组由高频信号与低频信号叠加而成的组合信号,CCITT和我国国家标准都规定了电话键盘按键与双音多频信号的对应关系如表4.1所示。

表4.1 电话拨号数字对应的高低频率组合关系

数字键盘	高频组/Hz
		1209	1336	1477	1633
低频组/Hz	697	1	2	3	A
	770	4	5	6	B
	852	7	8	9	C
	941			＃	D

电话远程控制系统采用MITEL公司生产的MT8870（下面章节有详细介绍）DTMF接受器作为DTMF信号的解码核心器件。MT8870主要用于程控交换机、遥控、无线通信及通播系统,实现DTMF信号的分离滤波和译码功能,输出相应16种频率组合的四位并行二进制码。MT8870具有拨号音抑制和模拟信号输入可调功能,所以在设计MT8870DTMF 解码电路时,只需外加一些阻容元件即可。

原理简介：双音多频DTMF信号解码电路由MT8870主要承担。MT8870的连线如图4.1.1所示，它的2、3脚接收来自电话机的双音多频脉冲信号该双音多频信号先经其内部的拨号音滤波器，滤除拨号音信号，然后经前置放大后送入双音频滤波器，将双音频信号按高，低音频信号分开，再经高，低通滤波器，幅度检测器送入输出译码电路，经过数字运算后，在 （11-14脚）输出相对应的8421码。MT8870的数据输出端Q4-Q1连到AT89C51其数据输出端

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的P1口的P1.4-P1.7，CPU经P1口识别4位代码。电话按键与相应译码（Q4-Q1）输出如下表。其中，A，B，C，D4 个按键常被当作R/P，REDIAL，HOLD，HANDSFREE等功能使用。注意，需要特别指出的是，对于“0”号码，MT8870输出的8421码并非是“0000”，而是“1010”；另外，“*”，“#”字号码，MT8870输出的8421码分别为“1011”和
“1100”。由于有些技术资料会出现错误，包括比较权威的手册，所以在实验中，记录下测量的每一组数据后，才把这些数据应用于程序当中。如表4.2所示

表4.2 码值与电话按键的对应关系

FLOW	FHIGH	DIGIT	D3	D2	D1	D0
697	1209	1	0	0	0	1
697	1336	2	0	0	1	0
697	1477	3	0	0	1	1
770	1209	4	0	1	0	0
770	1336	5	0	1	0	1
770	1477	6	0	1	11	0
852	1209	7	0	1	1	1
852	1336	8	1	0	0	0
852	1477	9	1	0	0	1
941	1336	0	1	0	1	0
941	1209	*	1	0	1	1
941	1477	#	1	1	0	0
697	1633	A	1	1	0	1
770	1633	B	1	1	1	0
852	1633	C	1	1	1	1
941	1633	D	0	0	0	0

为了使单片机AT89S52获取有效数据，MT8870的STD有效端经反相后接CPU的/INT0引脚。

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当MT8870获取有效双音多频信号后，STD电平由低变高，再反相为低，CPU检测后，指示P1口接收有效二进制代码。而无效的双音频信号（电话线路杂音、人们的语音信号等）是不会引起MT8870的STD端变化的。DTMF接收器的外围电路如图3.4所示.其中，接在电源处的电容对抗干扰有一定的作用。在实际应用中，存在这样一个问题：MT8870的使能控制端不允许中断时，将使MT8870的STD端中断关闭。其解决办法是，将STD端接与非门的一输入，与非门的另一输入端接一不定电平端P。当STD有效（即中断开放）时，P= 1则/INT0中断关闭；P= 0时则/INT0中断允许。

R7	R8	3	GS	VDD	18	VCC		C4	IN1
100K	100K				17	R9
		2	IN-
				St/GT
								0.1μ
		7	OSC1
					16
C3	Y1	3.579545M		ESt		100K	IN5	2
					14
0.1μ				Q4
					13	IN4
				Q3
					12	IN3
				Q2
信信信信		8	OSC2		11	IN2
				Q1
					15
		5 6 9 4	INH PWDN VSS VRef
				StD		1	A
					10
				TOE
				IN+	1	74LS04
		MT8870

图4.1.1 MT8870音频解码电路

4．1．2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。

电路图如图4.1.2：

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图4.1.2 振铃检测电路

电话振铃信号先通过电容隔直，经整流器整流，R1限流电阻，D1稳压二极管，输入至光电耦合器817，和R3、D1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817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，输入电信号加于发光二极管上，输出信号由光敏三极管取出。

光电耦合器以光电转换原理传输信息，它不仅使信息发出端（一次侧）与信息接收并输出端（二次侧）是绝缘的，从而对地电位差干扰有很强的抑制能力，而且有很强的抑制电磁干扰能力。速度高、价格低、接口简单。

振铃信号通过光耦817的4脚输出振铃正弦波，信号到了开关三极管T1的基极就变成了方波。输出到单片机AT89C51的T0/P3.4口，中断方式采用外部中断，计数5次产生T0中断，控制继电器模拟摘机，完成振铃音检测。

4．1．3模拟摘挂机电路

设计主要思路：
根据国家有关标准规定：不论任何电话机，摘机状态的直流电阻应≤300Ω，有“R”键的电子电话机的摘机状态直流电阻应≤350Ω。在挂机状态下，其漏电流≤5μA。

当用户摘机时，电话机通过叉簧接上约300Ω的负载，使整个电话线回路流过约30mA的电流。交换机检测到该电流后便停止铃流发送，并将线路电压变为十几伏的直流，完成接续。

根据有关技术指标，模拟摘挂机电路设计如图4.1.3所示：

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K1

300Ω

图4.1.3 模拟摘挂机电路

4．1．4电器控制电路

原理说明：本单元电路主要是由整流桥、光电耦合器、SSR，(无源固态继电器）组成，电路

图如图4.1.4所示：

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