托斯卡纳

本文设计的是一种基于AT89C51单片机的远程电话控制系统。控制系统是以单片机AT89C51为核心、基于电话网络开发的家用智能电话控制电器。利用电话网传输数字和语音信息，远程控制部分接收电话网发送来的DTMF信号，对其进行解码，解码后由中央处理器AT89C51根据解码信息控制家用电器；本系统设计实用，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。电话远程控制不需进行专门的布线,不占用无线电频率资源, 还可避免电磁污染。通过基于语音处理技术及DTMF解码技术的远程控制系统, 运用语音识别技术, 以及语音命令通过电话网络来控制家用电器的开与关, 从而实现智能住宅中电器远程可控化。该系统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。系统可实现通过发出语音命令用电话远程控制多个家电, 用户可以查询家电状态, 提供密码功能, 只有输入正确的密码才能控制家电, 从而提高了安全性。

关键词：单片机；远程电话控制系统；双音解码

Abstract
The article designed the remote telephone control system which based on microcontroller AT89C51. Basing on the telephone net, the system which uses the core controller Single-chip microcomputer AT89C51 realizes long-distance control household appliances . The telephone control system, which uses the telephone net convert and voice information receives DTMF code from the telephone net, and interpret the code, the core controller AT89C51 controls the state of household appliances responded to the interpretation. This system is practical, and the function is flexible, and the operation is convenient with high reliability, which can be used extensive in various kinds of control equipment to home and others field. Long distance control of telephone does not require special wires distribution and does not take up wireless frequency resources. Electro magnetic pollution can thus be avoided. The designing of a system of long－distance control based on sound processing technology and DTMF decoding technology is presented in this paper. By using sound commands of sound recognition technology, this system realizes its control of household electrical appliances through telephone networks and so realizes the intelligently control of them in residence. The embedded and intelligent sound indication, its outstanding sound function of prompt and its code control system enable the operators to timely obtain the relative information of the controlled objects through indicated sounds. The system can use telephone to control many household electrical appliances in long distance through uttering sound commands and provides the code safeguard function. Only through inputting the correct password to control them, the users can control the condition of household electrical equipment, So the system security can be improved.

KEY WORDS: single-chip; telephone remote control system; DTMF

目 录
第一章 绪 论 1
1.1本课题研究的主要内容 1
1.2单片机远程控制 1
1.3系统设计可行性分析 2
1.4本文的研究内容 3
第二章 硬件电路设计 4
2.1 总体设计与单片机的选择 4
2.1.1系统总体设计分析 4
2.1.2 AT89C51单片机 5
2.2 振铃检测电路 6
2.3 模拟摘机电路 7
2.4 双音解码电路 8
2.5 语音提示电路 10
2.6 控制部分电路 12
第三章 软件设计 15
3.1设计思路及流程图 15
3.2软件分析 16
3.2.1语音提示模块 16
3.2.2模拟摘机与密码检测模块 18
3.2.3控制电器模块 20
3.2.4振铃记数 22
第四章 系统应用 23
4.1系统的应用前景 23
4.2.1工商业效益 23
4.2.2未来展望 24
4.2系统功能的扩展 24
结 论 27
参考文献 28
致 谢 29
附 录 30

第一章 绪 论
1.1本课题研究的主要内容

本课题主要研究单片机实现远程电话控制家用电器。系统以单片机AT89C51和双音多频解码集成电路MT8870为核心，通过电话线路遥控的远程电话控制系统。该系统实用、功能灵活多样，可以对被遥控对象的状态进行查询以及控制，可以广泛的应用于家用电器或者其它场所的各种控制设备。
当电话打入时，系统振铃检测电路检测到有振铃并等待系统默认的振铃次数后，通过模拟控制实现自动摘机，通过语音提示电路对外发出信号，并提示用户依次输入用户的操作密码和操作指令。电路将从话机接受到的信号通过解码电路后，将得到的数字信号送入CPU进行分析，若用户密码输入有误，并且输入错误次数超过系统设定，系统将自动挂断电话；当密码正确时，系统将通过语音提示用户依次完成一系列操作。当操作完成时，单片机根据返回的确认信息去控制家用电器，完成用户所需的各项操作。
1.2单片机远程控制

随着通讯领域技术不断的发展，各种智能的自动化技术已成为人们日常生活中必不可少的一部分。尤其是单片机控制技术突飞猛进，让人们越来越认识到它的重要性。随着集成电路的迅速发展，使得单片机的应用小型化，一改从前的那种大型机、中型机为主的机器，使得单片机应用于模块很小的集成电路中，从而让单片机的应用得到更大的发挥。
互联网的技术大多数应用在商业领域的信息传递，但目前也开始越来越多地向工业控制领域发展。单片机以其体积小、功能强、灵活可靠而广泛应用于工业控制和电器产品中，远程控制是其重要的应用之一。现在，单片机也开始向互联网方向发展，以求实现远程控制。传统的实现单片机远程控制的方法一般是采用串行口RS232、RS485和CAN 总线等。如果将单片机串口与调制解调器连接，这样便可以与远程计算机进行通讯联系，形成一种新的远程控制方案。但这必须要考虑布线及通讯传输中的各种困难，同时还要顾及到单片机内部程序的实现等。因而，根据现场实际，开发一种既照顾现场情况又考虑远程通讯的新的单片机控制方案将具有重大的意义。
单片机采用远程电话控制可开拓单片机和互联网以及电话网络应用的新领域。它可以很容易地实现远程的模块控制以及状态监视控制。同时单片机采用浏览器进行监控也将给软件的编程带来极大的便利。其应用于家电行业,实现对家电的智能控制和远方控制,是信息家电要实现的主要目标,也是”三网”(电话网、电视网、互联网)合一的重要组成部分,是当今信息技术研究的热点之一,具有重要的经济效益和社会效益,且具有良好的应用前景,比如可以通过远程更改程序及远程单片机诊断实现新的控制功能,还可以与无线连接,实现单片机的移动控制以及构成信息家电等。
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。无线电遥控即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需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。现有家庭远程遥控管理系统的设计与实现的遥控方式中，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，不具备嵌入式系统的实时性要求，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。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[1].
电话遥控这一课题目前已有涉足者，但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。目前，市面上出现的电话遥控系统大多是专用型的，典型代表是江苏春兰集团开发的”电话遥控空调”，但它并不能完全体现出电话遥控方式的双工通信特点。本设计计是针对这一点进行了设计，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。本设计的各种电器接口、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。
1.3系统设计可行性分析

远程遥控可以利用固定电话或者移动电话实现，也可以通过Internet以及电力线以电力载波的形式进行电脑控制家电。
Internet以及电力线以电力载波的形式进行电脑控制家电在部分家庭或者偏远和农村较难以实现，故本文采用了利用固定电话来实现。电话在全国范围内广泛使用，这样以来使用单片机来进行远程家电控制可行性比较大。本文利用固定不同的提示间完成对于不同操作的提示，从而使操作者能够及时了解控制信息，从而使远程控制更加智能化，从成本考虑对于智能网络这类通信量不大，传输速率要求不高的设备，利用电话线或者无线网络、采用DTMF技术是非常经济的，此外，它不需要进行专门的布线，不占用无线率资源，避免了电磁污染，同时，可以充分利用现有的电话网，遥控距离可跨省市，甚至跨越国家。
电话远程控制系统所要完成的功能是对电话双音多频信号解码，并自动驱动被控制电器设备跟据其语音提示进行操作。由于远程电话遥控制一般都是进行智能化（也就是无人）的情况下完成，所以要求系统能识别电话的振铃信号并能自动拾机和挂机。至于电器控制方法，主要通过继电器来实现。
1.4本文的研究内容

第一章主要介绍家用电话控制系统的主要实现功能。单片机远程控制在人们日常生活中所起到的作用以及电话控制的发展境况。还介绍了关于系统的可行生分析。
第二章主要描述系统的总体设计思路和方法，包括系统的硬件和软件两个部分。在这部分主要设计到基本原器件的选择，和软件设计的总体模块进行分析。同时对AT89C51单片机进行一定的分析和介绍，也作为本课题选择AT89C51单片机的原由。
第三单主要对本次设计的主要电路模块进行分析，其中包括各个电路的原理、选择方法、功能以及参数的选择进行分析。本次设计主要分为五大电路模块，分别为振铃检测电路、模拟摘机电路、语音提示电路、DTMF双音解码电路和控制电路。其中以控制电路为核心，以振铃检测为起点，经模拟摘机后再进行电路的工作。
第四章主要对软件设计的部分进行分析。其中包括软件的设计思路以及程序的流程图。在这部分主要分为四个部分，分别为密码检测、模拟摘机、语音提示、控制电器。
第五章主要分析系统应用，系统开发的前景以及系统的各方面的应用以及在各个领域带来的效益等等。还包括了系统功能的扩展等。

第二章 硬件电路设计
2.1 总体设计与单片机的选择

2.1.1系统总体设计分析
(1) 硬件模块
电话远程控制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接收到与控制。此系统主要包括用户接口模块,实现电话线接口、用户电器接口以及本次电路设计主模块之间功能的衔接；振铃检测和摘机模块,是实现对单片机进行控制的前提，通过对振铃检测的识别，CPU控制输出；控制模块,主要是通过AT89C51实现对电路的控制；DTMF双音解码是以MT8870为主的解码电路模块，主要实现对用户输入信息的解码并送入CPU；语音提示模块,主要实现让用户可选择操作控制提示使得系统更加人性化。系统原理框图如图1所示。

图2.1 系统的结构框架
本系统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。系统如果检测到振铃6次，即6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，从而完成对家用电器的控制，完成后返回。系统还有许多可以扩展的功能，具有很广的市场前景。
(2)软件设计思路
本系统软件实现方案主要划分为三个部分。分别为摘机部分、密码识别部分、控制电器部分，
① 控制摘机流程
本部分主要是为了方便用户直接进入控制状态而设计的，当用户播打电话的时候会有个话音提示告诉用户是否要进入家电控制模式。当用户输入”1″时，系统自动控制摘机，然后进行下一步的提示；当用户输入”0″时，系统自动挂机，意味着用户自动放弃家电控制。
② 密码识别流程
本部分主要是为了保证只有合法用户才能操作系统，电话远程控制系统上线以后，用户必须输入密码，待系统确认后才具有对系统的操作权限。系统首先提示用户输入密码；通过DTMF解码后，输入AT89C51中比对，如果正确，则进入下一步，否则继续提示输入密码。如果错误次数超过三次，系统自动挂机。
③电路控制流程
本部分为主要控制电器部分，也是本次设计的根本所在。在密码识别之后进入电路控制，实现对各家用电器的开关控制，最后发出语音提示用户操作成功。
2.1.2 AT89C51单片机
(1) 结构和特性
为了简化电路、降低成本、提高可靠性，本文单片机采用AT89C51作为主控制器，它是一款与MCS51完全兼容且内部自带4KB的Flash存储器及256KB RAM单元的芯片，因此可以不需另外扩展EEPROM及静态RAM就可以实现所需功能。
AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM-Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
(2) 其功能特性
与MCS-51 兼容 ；4K字节可编程闪烁存储器 ；寿命：1000写/擦循环；数据保留时间：10年；全静态工作：0Hz-24Hz；三级程序存储器锁定；128*8位内部RAM；32可编程I/O线；两个16位定时器/计数器；5个中断源 ；可编程串行通道；低功耗的闲置和掉电模式；片内振荡器和时钟电路。
(3) 优点
AT89C51是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，内置功能强大的微型计算机的AT89C51提供了高性价比的解决方案。
AT89C51是一个低功耗高性能单片机，40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，AT89C51可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。
2.2 振铃检测电路

在分析该电路之前，首先介绍一下公用电话网线路上的信号及其检测方法。公用电话网的传输线路为二线模拟线路，采用直流环路信号方式，能向模拟话机提供直流馈电、振铃信号、话音数据、音频数据、双音频数据等。我国规定的标准[3]为，平时挂机时的馈电电压一般为-48V，向用户振铃的铃流电压为75±15V，25Hz 的交流电压，用户话机的摘挂机状态是通过对直流环路上电流的通断来实现的，用户挂机空闲时，直流环路断开，馈电电流为0；反之，用户摘机后，直流环路接通，馈电电流在20mA 以上。
当有振铃信号从TEL0、TEL1 输入时，电话线路上的75±15V，25Hz 的交流电压经过一个桥式整流Q1滤波后，振铃信号进入光电耦合器817 的1、2 引脚。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。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回路进行滤波输出标准的方波。方波信号就可以直接输出至单片机的输入口，完成整个振铃音检测和计数的过程。然后从光耦的4脚输出脉冲信号，脉冲输入到74LS123中，其中74LS123的作用是将小脉冲转换成大方波信号并送入到89C51单片机的T0引脚进行计数。
振铃检测电路如图2.2所示：

图2.2 振铃检测电路
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817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，R3后经过74LS123放大后输入到AT89C51的T0/P3.4口，中断方式采用外部中断，计数6次产生T0中断，控制继电器模拟摘机，完成振铃音检测。
原器件选取如下：
1、Q1共同组成整流电路，选取4001；
1、C1隔直电容，因为是过滤直流，滤出低频信号，而且振铃信号的电压还比较高，因此选取10μf
2、D1、D2为稳压二极管，选取36V的稳压二极管；
3、R1是817的限流电阻，取10kΩ；
4、光电耦合器选取型号817；
5、R2保护电阻选取5kΩ；
6、R3、R4、R5、R6选取统一电阻为4.7kΩ；
7、放大电路选取性能比较好的放大芯片74LS123；
8、C2选取1μf作为隔直电容。
2.3 模拟摘机电路

当T0计数达到6 次时，89C51 的T1引脚发出高电平，使三极管PNP8550 导通，从而继电器RELAY吸合，完成模拟摘机动作。由于语音信号和双音频信号电压远低于振铃信号电压，所以该电路不会产生误操作。
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[2]。
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，完成摘机。
模拟摘挂机电路设计如图2.3所示：

图2.3 摘/挂机电路

模拟摘挂机电路主要由一个三极管开关电路控制继电器的开关。摘挂机信令由单片机通过使T1/P3.5口变为高低电平实现。T1发出高电平信号通过R15保护电阻，使三极管PNP8850导通，从而开启继电器J1吸合，K1闭合完成模拟摘机动作。由于语音信号和双间信号和双音频信号电压远低于振铃信号电压，所以该电路不会产生误操作。整个电路完成自动模拟摘机过程。
根据设计原理，原器件选取如下：
1、 R6是三极管限流电阻，取2kΩ；
2、 PNP三极管是起模拟开关控制继电器的作用，取8850；
3、 D3二极管是起继电器反向保护的作用，取4001；
4、 J1是继电器控制开关，取JRC 4001F(DC5V)；
2.4 双音解码电路

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，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编解码集成电路有MT8870, MT8880,MT8888等，经过反复论证比较，
使用双音频解码集成片MT8870来完成此功能模块，更加经济实用。
远程电话控制系统采用MITEL公司生产的MT8870 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、无线通信等系统，实现DTMF信号的分离滤波和译码功能, MT8870是双直插式封装的集成芯片，可以将DTMF信号译成四位并行二进制BCD代码的译码芯片，16个DTMF信号分别对应0000-1111等 16位二进制代码。MT8870具有拨号音抑制和模拟信号输入可调功能，所以在设计MT8870 DTMF解码电路时，只需外加一些阻容元件即可。
MT8870（管脚图见附录一）是DTMF 信号接收处理的专用芯片，其功能是将接收到的DTMA 信号解码为4 位二制码，由Q1～Q4 直接输出。当接收DTMF 信号时，模拟摘机后从TEL0、TEL1 进入的双音多频信号经过耦合隔离变压器耦合入MT8870 的输入脚IN-。该双音频信号先经MT8870 内部的拨号音滤波器滤除拨号音信号后，再经前置放大器送入双音频滤波器，将双音频信号按高、低频信号分开，又经拨号音滤波器、高频组及低频组分离带通滤波器送到数字算法与编码变换器进行确认，译成相应的4 位二进制码，存入接收数据寄存器，需要时输出至数据总线，送入89C51 的P1 口。其中输入脚IN- 和增益选择端GS 之间所接的反馈电阻R9可以调节运放的增益，STD为中断请求或电话信号音检测输出端，它经过一个反向器与89C51 的INT0引脚相连。为了获取有效的数据，MT8870 的STD 接AT89C51 的INT0。当STD 电平由低变高，通知AT89C51单片机有新的DTMF信号来，MT8870的TOE端接入一个高电平脉冲信号，将与当有输入的双音信号相对应的二进制编码信号读入P1.0-P1.3。经AT89C51检测后通过P1口总线接收有效拨号键值码[4]。当没有新的DTMF信号时，STD保持为1。
当用户在电话机的键盘上输入密码或按下控制按钮后，这些信息均采用双音频方式通过电话线发出。DTMF 解码电路的主要作用是接收从TEL0、TEL1 输入的双音多频信号并将其转换成二进制编码，然后输至单片机进行数据处理，进而实现控制功能。
MT8870的连线如图2.4所示，它的IN-、GS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、低群滤波器，幅度检测器送入输出译码电路，经过数字运算后，在其数据输出端（Q4~Q1脚）输出相对应的译码输出。MT8870的数据输出端Q4~Q1连到AT89C51的P1口的P1.0~P1.3，CPU经P1口识别4位代码。其中，A，B，C，D 这4个按键常被当作R/P，REDIAL，HOLD，HANDSFREE等功能使用。为了使单片机AT89C51获取有效数据，MT8870的STD有效端经反相后接CPU的/INT0引脚。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。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端接与非门的输入，与非门的另一输入端接AT89C51的INT0端。当STD有效（即中断开放）时，INT0 = 1则/INT0中断关闭；INT0 = 0时则/INT0中断允许。

图2.4 DTMF双音解码电路

此部分电路元器件如下：
1、N1为变压器耦合隔离放大器，选择3656
2、C3 、C4选取0.1μF用于隔直流；
3、R7和R9是输入平衡电阻，R9为可变电容，分别取取100KΩ；
3、X1为外部晶振芯片选择3.579MHz；
4、双音频解码芯片选取MT8870；
5、R8为平衡电阻，选取390KΩ；
6、反向器选取74LS04的一组反向器；
2.5 语音提示电路

本系统语音提示电路主要实现用户在远程控制系统时，让系统智能化，能够根据用户系统设定自动提示用户进行操作，以更快捷的方式方便用户操作。从而提高系统的自动化水平。实现语音化的电路有许多种，本文主要采用其中最简单的一种语音提示系统。本语音提示系统具有录音，放音功能，主要是采用目前常用的美国ISD公司的语音提示芯片ISD2590（内部电路结构见附录二）进行设计，基本实现了本次设计内容的要求。为了更方便地使CPU调用其结构以实现语音提示功能，该系统直接使ISD2590的第P/R管脚置高电平，使系统随时可以调用第一段录音，并且更加快捷地控制提示音的开与关。
电话远程控制系统利用语音提示电路实现用户和系统的交流.语音提示电路预先存储若干段系统提示音,89C51中央处理单元电路判断用户发送的DTMF信号后,对语音提示电路进行寻址,播放相应的提示音,从而向用户反馈信息提示下一步该如何操作.
本系统之所以选用ISD2590单片语音录放集成电路作为语音提示电路的核心部分，它有许多优点。首先ISD2590采用E2PROM存储器,信息可永久保存,零功能存储;其次它还采用了D/A直接模拟量存储技术,因而能较好地保留语音信息中的有效成分,提高录放音的清晰度.ISD2590可以存储长达90s的语音,能够实现1～600段语音分段,每段录放音均有一个起始端,该起始端地址选择由A0～A9确定.ISD2590的外围电路也非常简单,只需少许阻容元件即可,并且它易与单片机接口,实现分段寻址功能.
系统在接收远端用户发送的DTMF信号以后,根据软件设定,对语音电路进行寻址放音.例如系统收到用户发出的”8888′,用户密码信号时,若密码正确,则寻址播放语音提示”密码正确”,否则,寻址播放语音提示”密码错误”.需要提出的是,ISD2590″.只有A0～A9一共10根地址线,显然不能对480K模拟存储阵列直接寻址,从附录二可以知道,ISD2590的地址线是先经过解码器解码后再对480K模拟存储阵列进行寻址的.
ISD2590有以下特点：
1、ISD2590实质是一个模拟数据采集系统，录放的信息可以直接记录在芯片内部的EEPROM中，因而可以较好地保留语言模拟量中的有效成分，减少音质失真，提高录放质量，获得自然、逼真的音响还原效果。
2、因片内有电可擦除EEPROM，所以可以随录、随放，任意改写或删除，不需专用的语言固化开发系统进行编程和烧录。重复录音次数为1万次以上，录放的信息可以保存l0年以上，断电后信息不会丢失。
3、具有最多可存储600个信息段的能力。
4、可以多片级联以增加存储能力。被录制的信息跨过两个器件的地址边界，从一个器件级联到另一个器件时，输出间断小于2ms。
5、采用双列直插28脚封装，双+5V电源供电。
语音提示电路结构如图2.5所示，主要由ISD2590语音芯片组成，其中有R10、R11，C9、C10组成的电路发，用于专门录音，并可存入芯片供中央CPU调用。AGC电路用于调节系统内部增益平衡和MIC、MIPEF语音内部放大电路而设。VCCD、VCCA、GND、AGND组成芯片电源部分。
ISD2590芯片可以连续录放，也可以通过地址线A1~A9选择分段录放，系统在接收远端用户发送的DTMF信号以后，根据软件设定，对语音电路进行寻址放音。本次设计为了方便，选择地址线A1~A8选择分段录放，可以通过A1~A8分别录音八段，然后跟据CPU进行选择播放录音。这种方式虽然只能录取八段录音，具有一定的局限性，但实现起来比较简单，编程也比较容易。
A1~A8分别与AT89C51的P2.0~P2.7相连组成地址结构,由CPU来调用所需要的语音。CPU的分别与PD与/CE相连分别实现语音播放的开与关。

图2.5 语音提示电路图
图中/CE为高电平时启动放音，PD为置1时停止放音

此部分元器件选择及参数设定如下：
1、 C6、C7选取0.1μF的电容用于滤除电路中的交流成份；
2、 C5、C10则选取22μF，C9选0.1μF，C8选择1μF，C11选4.7μF电容；
3、 R10设为2KΩ，R11设为10KΩ，R12则为470KΩ；
4、 主芯片选择ISD2590。
2.6 控制部分电路

控制电路如图2.6所示，主要是由译码扩展电路、反向电路、D触发器和继电器控制电路组成。首先，单片机AT89C51从P1口的低四位输出四位控制信号。P1.0、P1.1、P1.2、P1.3加在单片机的输入端，作为解码信号。当输入有效时，在单片机的控制下通过P0.0~P0.7口输出信号，通过八组固态继电器分别控制八路不同的电器，这样就可以完成单片机对多路电器的控制。本设计把P1口用作控制电器，控制语音数据为P2口。

图2.6 AT89C51控制电路

元器件选取：
1、X2为外部晶振芯片选择6MHz；
2、S1~S8选择八个固态继电器（SSR）；
3、C12选取22μF电容；
4、R13选取1KΩ，R14选择10KΩ电容用于分压。

本次关于电话远程控制家用电器设计的总电路图如图3.6所示
图3.6 系统结构总电路图

第三章 软件设计
3.1设计思路及流程图

软件设计思路主要根据此系统实现的功能展开，并以此设计的目的和要求为依据，进行代码编写。本系统的软件设计主要分为系统初始化、振铃检测计数、模拟摘/挂机、DTMF解码处理、信号语音提示、控制电器。
系统流程图如图3.1所示：

图3.1 软件流程图
3.2软件分析

本系统的软件设计的每个功能模块对于整体设计都是非常重要的，单片机AT89C51通过软件程序才能很好的对外部的信息进行采集、分析和决策。下面就整体设计以及每个单元功能模块分别进行说明。
本程序首先要使用一个延时程序，由于系统用6MHz晶振，51系列单片机，一个机器周期为2us。在每段录音播放后要进行一段延时程序，故要进行延时编程。
延时5s子程序如下：
ORG 2000H
DELAY：PUSH R5
PUSH R6
PUSH R7
DELAY0: MOV R5,50
DELAY1: MOV R6,200
DELAY2: MOV R7,248
DELAY3: DJNZ R7,DELAY3 ;248*2+4
DJNZ R6,DELAY2 ;(248*2+4)*200+4
DJNZ R5,DELAY1 ;[(248*2+4)*200+4]*50+4
POP R7
POP R6
POP R5
RET
3.2.1语音提示模块
本功能模块主要是对用户操作进行语音提示，方便用户更好地操作，语音段主要通过ISD2590中事先录好的语音进行调用。本设计中主要采用单片机P2口对应语音地址进行调用。
代码如下：
1、是否控制家用电器提示音：
ORG 1000H
RING1:SETB P1.4 ；打开语音提示播放开关
SETB P2.0　　　 ；调用A1对应地址中的语音片段
LJMP：DELAY
SETB P1.5 ；关闭语音提示播放开关
CLR P1.4 ；P1.4口置0
CLR P1.5
CLR P2.0
CPL P3.4 ；延时0.5S
CLR P3.4
RET
2、密码输入提示音：
ORG 1050H
RING2:SETB P1.4
SETB P2.1 ；调用A2对应地址段的语音片段
LJMP：DELAY
SETB P1.5
CLR P1.4
CLR P1.5
CLR P2.0
CPL 3.4
CLR P3.4 ；延时0.5S
RET
3、密码输入错误提示音：
ORG 1100H
RING3:SETB P1.4
SETB P2.2 ；调用A3地址段对应的录音
LJMP：DELAY
SETB P1.5
CLR P1.4
CLR P1.5
CLR P2.2
CPL 3.4
CLR P3.4
RET
4、密码输入正确提示音：
ORG 1150H
RING4:SETB P1.4
SETB P2.3　　　　　 ；调用A4地址段对应的录音
LJMP：DELAY
SETB P1.5
CLR P1.4
CLR P1.5
CLR P2.3
CPL 3.4
CLR P3.4
RET
5、电器选择提示音：
ORG 1200H
RING5:SETB P1.4
SETB P2.4　　　　　 ；调用A5地址段录音
LJMP：DELAY
SETB P1.5
CLR P1.4
CLR P1.5
CLR P2.4
CPL 3.4
CLR P3.4
RET
6、电器控制完成提示音
ORG 1200H
RING5:SETB P1.4
SETB P2.5　　　　　 ；调用A6地址段录音
LJMP：DELAY
SETB P1.5
CLR P1.4
CLR P1.5
CLR P2.5
CPL 3.4
CLR P3.4
RET
3.2.2模拟摘机与密码检测模块
系统的模拟摘机与密码检测原理是：在检测之前有一个简短的摘机程序，当T0遍数达到6次时，系统会自动提示是否要进行家电控制,当输入0时放弃控制，当输入1时开始进行密码检测。在系统初始化的时候把原始密码写入50H储存单元内，密码位数为”6″赋给R6、当系统摘机时，要求输入密码，通过DTMF解码后输入到单片机内的数据储存到60H开始的空间内。然后单片机对进行两个储存地址的内容逐位进行比较，直到完全相等才转到下一进程，如果有任何不同，程序自动跳到出错进程，从而完成了密码检测。
代码如下：
ORG 0800H
TONE：CLR 7DH
SETB P3.5 ；启动摘机电路
LJMP RING1 ；调用第一段录音
MOV R6,#01H ；是否控制电器
CLR　7EH
WAIT1：JBC 7EH,QQQ
LJMP WAIT1 ；等待
QQQ:DJNZ R6,STOP
CLR C
CLR TR0
MOV R3,#3H ;容错三次
LCALL RING2 ;提示输入密码
DDD: CLR 7EH ;清零
DTMF: MOV R6,#6H ;密码为6位数
MOV R7,#60H
WAIT2: JBC 7EH,FFF ;等待INTO
LJMP WAIT2
CPL P3.4 ;延时0.5S
CLR P3.4
FFF: MOV R6,#6H ;六位密码
MOV R7,#50H　　　　 ;原始密码
MOV R0,#60H　　　　 ;输入解码后密码
EEE：MOV A,@R0
MOV R2,A
CLR C
MOV A,@R0
SUBB A,@R7　　　　　;减1移位检验
INC R7
INC R0
JZ GGG
LJMP HHH
GGG: DJNZ R6,EEE ; R6-1!=0
LJMP RING4 ;输入密码正确提示音
LJMP CCC ;密码检测通过
HHH: DJNZ R3,JJJ ;R3减1不为零时，跳转
LCALL RING3
LJMP STOP　　　　　　;挂机
JJJ: LCALL RING3 ;输入密码错误，请重试
LJMP DDD
3.2.3控制电器模块
本模块功能实现首先通过外围DTMF双音解码信息来选择受控家用电器，然后运行了程序，通过单片机P1口低四位的控制信息来选择不同的家用电器进行控制。首先在单片机内部分别设置好控制端口的地址值。比如在80H内存地址内存放1,81H内存放2，82H内存放3……87H内存放8，分别控制P0口的各个脚
本模块代码如下：
CCC: LCALL RING5
MOV R6,#1H ;输入受控电器号码
CLR 7EH
WAIT3: JBC 7EH,NNN ;等待INT0
LJMP WAIT3
CPL P3.4 ;延时0.5S
CLR P3.4
CLR C
NNN:MOV R5，@80
SUBB R5,R6 ；将输入的控制号与第一个电器控端口比较
JNZ NN1 ；不同刚跳转
SETB　P0.0 ；相同则将P0.0置1
LJMP RING6 ；输入语音控制完成提示音
LJMP STOP ；挂机退出
NN1:MOV R5,@81H
SUBB R5,R6
JNZ NN2
SETB P0.1
LJMP RING6
LJMP STOP
NN2:MOV R5,@82H
SUBB R5,R6
JNZ NN3
SETB　P0.2
LJMP RING6
LJMP STOP
NN3:MOV R5,@83H
SUBB R5,R6
JNZ NN4
SETB P0.3
LJMP RING6
LJMP STOP
NN4:MOV R5,@84H
SUBB R5,R6
JNZ NN5
SETB P0.4
LJMP RING6
LJMP STOP
NN5:MOV R5,@85H
SUBB R5,R6
JNZ NN6
SETB P0.5
LJMP RING6
LJMP STOP
NN6：MOV R5,@86H
SUBB R5,R6
JNZ NN7
SETB P0.6
LJMP RING6
LJMP STOP
NN7：MOV R5,@87H
SUBB R5,R6
JNZ STOP
SETB P0.7
LJMP RING6
LJMP STOP
STOP：CLR P3.5 ；挂机
END
3.2.4振铃记数
本模块通过T0外部中断方式来计数，当计数达到6次时自动触发T1高电平，自动拾机开始。
ORG 0090H
CLR A
TT0：SETB 7DH
INC A
SUBB A，#06H ；振铃6次？
JNZ TT0 ；不到6次跳转
JZ TONE ；振铃6次，摘机。
RET

第四章 系统应用
4.1系统的应用前景

随着人们生活水平的不断提高，家居的舒适、安全、方便成了人们生活追求的重要组成部分。
本系统可以扩展用于数据通信量不大,速率要求不高的远程通信场合。另外,本系统也可应用于工农业中,实现对无人值守岗位的远程控制。系统抛弃了一些复杂的,兼容性差的芯片,取而代之的是得到广泛应用并且控制简单的DTMF芯片和单片机,识别率高,并且技术成熟,使得系统可以在复杂环境下稳定工作。此外,可以通过进一步的高级菜单设计与驱动电路设计来完善控制单元,增加控制家电的运作时间等复杂操作,使远程家电控制方式更加智能化。
随着CPU和电子技术的快速发表，使得单片机应用日益广泛。智能家电的产生和发展将对传统家电、计算机和通信业产生深远影响。目前智能家电的实现方案众多,采用专用集成电路只是一种方案[6].将单片机，应用电路和相关软件嵌入到电器中使其智能化，已成为家电产品未来发展的潮流。越来越多的”智能产品”和”智能控制系统”让众多拥有锐利眼光的商人识透，并日益投入到这方面的竞争上来。目前，国际上许多大型公司正在竞相开发功能各异的智能化产品，智能家电将很快进入普通百姓家庭。本次设计便是围绕着如何实现”远程电话控制家用电器”展开设计，用户在任何地方只要拥有电话，便可以远程操控家用电器。
4.2.1工商业效益
信息产业部最新统计显示，截至1月底，全国电话用户超过8.3亿户，其中固定电话用户为3.68亿户，手机用户数为4.67亿户，预计电话用户数量还将再进一步提高。如此庞大的用户群，如果能运用电话实现其它方面的商业效益，必定能推动相关工业迅速发展。比如便利的远程遥控家用电器，必定能推动更多的用户安装家用电话，这一方面能推动电话及相关产业的再度发展，另一方面能推动电信运营商扩大运营。这样能在方便了大部分人的同时，为更多的人提供了就业机会，同时也加速了国家经济的向前发展。随着单片机应用技术迅速发展，集成电路的广泛应用，新的产品又将覆盖一定的层面，比如单片机的远程控制装置，单片机的报警装置等等，新产品会层出不穷。未来智能化的发展必将进一步的深入，远程电话控制系统必将扩展到其它智能控制装置上。
此系统在元件的选取上，采取以性能价格比为主的选取方式，以最低的成本达到完整的设计要求。从而使产品运用于工业生产以及商业运营等领域的成本大大降低，让消费者更容易接受。
4.2.2未来展望
从目前的发展状况来看，电信事业的发展必然要带动与电话相关类产品的发展，而电话遥控装置仅仅是处于起步阶段，未来的发展应该十分可观，经分析，未来应该有以下几个方面的发展趋势：
(1) 小型化、专用化
由于元器件工艺水平的提高，将使得控制芯片的体积更小，功能更强，因而整个系统的体积也将微型化，甚至出现专用的控制芯片，这将在很大程序上方便于将控制器置入受控电器的内部电路，从而使控制电路和电器设备容为一体，使这些电路成为专用电路。
(2) 多功能化。模块化
随着人们的需求不断增加。技术的不断发展，系统的功能将越来越多，如：家电控制，系统监控(用于家庭监控)，电话转移功能，以及水电控制系统等等。而且将来的产品进行模块化发展，设计有许多不同的功能模块，当需要什么功能模块时只需将相应的功能模块拼装起来即可。
(3) 网络化
计算机网络的发展将导致家庭自动化的控制核心向家用计算机转移。未来的电话遥控系统将是通信网络+计算机+控制器。成为家庭控制中心的一个重要组成部分，到时候智能家庭必然可以实现。
另外从近来不断从网络上看到的一些智能屋、智能大厦、智能小区的描述，这些都是重点描述了家庭遥控管理系统的优越性。可以相信，本系统将会在未来的家庭自动化的发展中占有一席之地。
4.2系统功能的扩展

本系统的功能还可以进行多方面的扩展，比如在电器控制方面，可以运用3线8线译码器，从而提供更多电器的控制。
在语音提示方面使用ISD2590可以有两种实现方法，本文只介绍了一种，由于时间的局限性，我只选择了一种简单的设计方法。其实选择另一种方法也就是系列选择调用的方法 [5]可以对本系统进行扩展，下文简单介绍一下。
ISD2590 的最高地址位A8(脚9), A9(脚10)置为高电平时, 芯片即进入操作模式状态。操作模式根据引脚A1～A8 的高低电平不同组合总共分为6 种不同的模式, 实现不同的功能。为尽量节省I/O 口线, 采用了M1 和M6 相结合的方法实现对ISD2590 操作, 将所需的语音通过开始/暂停按钮一段一段从话筒录入芯片, 只需记住各段的序号即可。
ISD2590 的信息检索模式的使用方法: 首先将芯片的录放控制P/R 端置高,地址位A4, A0置高,现在芯片即处于信息检索模式的信息读取状态。要播放第N段的语音,先给PD端一高电平脉冲,使地址指针复位为0。因为所有的序号都以存储器起始处为基准,除第一段外,只需要CE端发送N-1个不大于10us 低脉冲,即可使地址指针到达第N段的开始处,然后拉高A0,在CE端加一个低脉冲即可播放第N段的语音信息,直到此段后的EOM标志出现为止。由此可知准确检索的关键在于正确检测到每一段的EOM结束标志。因为在快进状态下, EOM脉冲的宽度只有10us左右,对于速度不高的单片机不易检测到,此时可用外部中断来检测EOM标志位。
在主控模块，本次设计直接通过电源进行复位，在功能增强的过程中可以通过看门狗进行智能复位，由于时间问题，对于看门狗这一器件及其编程只作了解，而没有真正运用到本次设计当中。
看门狗实际上是一个计数器，一般给看门狗一个大数，程序开始运行后看门狗开始倒计数。如果程序运行正常，过一段时间CPU应发出指令让看门狗复位，重新开始倒计数。如果看门狗减到0就认为程序没有正常工作，强制整个系统复位。
看门狗(Watchdog)电路是嵌入式系统需要的抗干扰措施之一。本文用X25045（附录三）芯片设计了一种新的看门狗电路，具有体积小、占用I/O口线少和编程方便的特点，可广泛应用于仪器仪表和各种工控系统中。工控系统在运行时，通常都会遇到各种各样的现场干扰，抗干扰能力是衡量工控系统性能的一个重要指标。看门狗(Watchdog)电路是自行监测系统运行的重要保证，几乎所有的工控系统都包含看门狗电路。在8096系列单片机和增强型8051系列单片机中，该系统已经做在芯片内部，用户只要用软件开放它就可以，使用很方便。但目前工控系统仍在使用廉价的普通型8051系列单片机，则看门狗电路必须由用户自己建立。看门狗电路一般有软件看门狗和硬件看门狗两种。软件看门狗不需外接硬件电路，但系统需要出让一个定时器资源，这在许多系统中很难办到，而且若系统软件运行不正常，可能导致看门狗系统也瘫痪。硬件看门狗是真正意义上的”程序运行监视器”，如计数型的看门狗电路通常由555多谐振荡器、计数器以及一些电阻、电容等组成，分立元件组成的系统电路较为复杂，运行不够可靠。
X25045硬件连接图如图4.1所示。X25045芯片内包含有一个看门狗定时器，可通过软件预置系统的监控时间。在看门狗定时器预置的时间内若没有总线活动，则X25045将从RESET输出一个高电平信号，经过微分电路C2、R3输出一个正脉冲，使CPU复位。图4.1电路中，CPU的复位信号共有3个：上电复位(C1、R2)，人工复位(K、R1、R2)和Watchdog复位(C2、R3)，通过或门综合后加到RESET端。C2、R3的时间常数不必太大，有数百微秒即可，因为这时CPU的振荡器已经在工作。

图4.1 看门狗复位电路图
图中： R1＝1KΩ；R2＝R3＝10KΩ；C1=22μF；C2=0.1μF

结 论
通过这个学期的毕业设计，我不只是学会了怎样将所学的知识运用到实际当中，更主要的是学习了在一个人的情况下，完成所要完成的任务以及学会了运用互联网，图书馆等资源，独立完成任务。
这次的毕业设计为以后做什么项目打下了一定的基础。首先我明白了做一项比较大的项目，并不能急于一时，而是要分好几个阶段。包括收集资料阶段、总体规划阶段、具体设计阶段、检查阶段。以后无论做什么项目或者课题都可以进行多方面规划以实现目标。
毕业设计要求能够实现理论知识与工程实践相结合、应用知识和工程创新相结合、个人学习与集体探讨相结合等等方面提高全面素质。大学时间学习的，尤其是在大三、大四学习的都是理论性的东西，具体运用到实践的项目这还是首次。本次毕业设计不仅让我温习了以前学过的知识，并且懂得了怎样将知识运用到现实环境中。其中运用到模拟电子技术、数字电子技术、电工电子技术、单片机技术、汇编语言、接口技术等。尤其是汇编语言，已经好久没有用过了，本次设计在很大一部分时间都用在了汇编语言的再次学习，以及程序总体设计。从这里让我体会到了所学理论知识的重要性，知识掌握得越多，设计得就更全面、更顺利、更好，设计的阻力也就越小。并且通过这次毕业设计，我接触到了更多平时没有接触到元器件以及电路原理，以及功能结构，发现了自己还有很多不足之处需要进行学习。
同时本次设计的好多东西在课本上是找不到的，从课本上得到的只是部分器件的工作原理等等。并且单片机远程控制家用电器所运用到的都是比较新的一些器件，在课本上很难查得到，因此需要自己积极地查阅当前关于这方面的通信资料，以增长自己的见识，补充最新的专业知识。当然学的东西并不是要面面具到，而是一通百通，书本上的都是些基本的理论。所以在查资料的时候要具有针对性，否则既费时，又费力。
毕业设计不但能培养一个人的科学认真的态度，而且培养了一个人的能吃苦耐劳的精神，以及对工程项目全局的认识。急解决不了问题、乱解决不了问题，只有脚踏实地，只有认真仔细才能完成既定的任务。
参考文献
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Buildings.Automation in Construction[J].1997,6:529-540
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[15]曾刚，贺蓉，徐成.DTMF远程通信的软硬件实现技术[M].电子技术应用,2005,5

附 录
一、MT8870管脚图(附图2.1所示)
附图2.1 MT8870管脚图
二、ISD2590内部结构电路（附图2.2）
附图2.2　ISD2590内部电路结构框图
三、看门狗芯片（X25045）简介
X25045是美国Xicor公司的生产的标准化8脚集成电路，它将EEPROM、看门狗定时器、电压监控三种功能组合在单个芯片之内，大大简化了硬件设计，提高了系统的可靠性，减少了对印制电路板的空间要求，降低了成本和系统功耗，是一种理想的单片机外围芯片。X25045引脚如附图2.3所示。

附图2.3　X25045引脚图
其引脚功能如下。
CS：片选择输入；
SO：串行输出，数据由此引脚逐位输出；
SI：串行输入，数据或命令由此引脚逐位写入X25045；
SCK：串行时钟输入，其上升沿将数据或命令写入，下降沿将数据输出；
WP：写保护输入。当它低电平时，写操作被禁止；
Vss：地；
Vcc：电源电压；
RESET：复位输出。
X25045在读写操作之前，需要先向它发出指令，指令名及指令格式如表1所示。表表1　　X25045指令及其含义
指令名 指令格式 操作
WREN 00000110 设置写使能锁存器(允许写操作)
WRDI 00000100 复位写使能锁存器(禁止写操作)
RDSR 00000101 读状态寄存器
WRSR 00000001 写状态寄存器
READ 0000A8011 把开始于所选地址的存储器中的数据读出
WRITE 0000a8010 把数据写入开始于所选地址的存储器
WD1＝0，WD0=0，预置时间为1.4s。
WD1＝0，WD0=1，预置时间为0.6s。
WD1＝1，WD0=0，预置时间为0.2s。
WD1＝1，WD0=1，禁止看门狗工作。
看门狗电路的定时时间长短可由具体应用程序的循环周期决定，通常比系统正常工作时最大循环周期的时间略长即可。编程时，可在软件的合适地方加一条喂狗指令，使看门狗的定时时间永远达不到预置时间，系统就不会复位而正常工作。当系统跑飞，用软件陷阱等别的方法无法捕捉程序时，则看门狗定时时间很快增长到预置时间，迫使系统复位。