基于单片机的电话远程控制系统的制作方法

本实用新型涉及一种基于单片机的电话远程控制系统。

背景技术：
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随着科学技术的飞速发展，各种高技术不断涌入我们的生活、工作，也改变着我们的认识。融入一定智慧的各类智能技术，正在悄悄走近我们，并将会成为下一个发展的热潮。随着现代家庭家用电器设备的增多和通讯线路的发展，利用现有的通讯设备和线路对家用电器和仪表进行远程控制，已经成为未来的发展趋势。

其中，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，随着寻吁网的全国联网，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。

技术实现要素：
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本实用新型的目的是提供一种基于单片机的电话远程控制系统利用公用电话网络来实现对家用电器的远程控制。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种基于单片机的电话远程控制系统，其组成包括：主控制器和振铃检测与模拟摘/挂机电路，所述的振铃检测与模拟摘/挂机电路与电话线连接，所述的电话线还分别与DTMF解码电路和报警信号电路连接，所述的DTMF解码电路和所述的振铃检测与模拟摘/挂机电路分别与所述的主控制器连接，所述的报警信号电路与报警控制电路连接，所述的报警控制电路与所述的主控制器连接，所述的主控制器分别与集中控制器和 ERPROM只读存储器连接。

所述的基于单片机的电话远程控制系统，所述的主控制器以89C51单片机为控制中心，接收外部操作指令形成各种控制信号，所述的89C51单片机接收到摘机信号后，启动语音提示电路发出提示音，所述的主控制器具有接口电路，所述的接口电路提供单片机与电话外线的接口，所述的89C51单片机自带有4KB的Flash存储器及256KB RAM单元的芯片。

所述的基于单片机的电话远程控制系统，所述的报警信号电路包括报警信号探头，所述的报警信号探头的提示采用HC-SR501红外感应电路。

所述的基于单片机的电话远程控制系统，所述的DTMF解码电路采用MT8880编码解码芯片，且接收多音双频信号，所述的MT8880编码解码芯片是CMOS大规模集成电路芯片，由滤波器、译码器和控制电路三部分组成。

所述的基于单片机的电话远程控制系统，所述的DTMF解码电路、所述的报警信号电路和所述的振铃检测与模拟摘/挂机电路并联于家用电话机的两端。

本实用新型的有益效果：

2.本实用新型以80C51单片机和MT8870双音多频解码器为核心，辅以振铃检测电路、模拟摘机电路、DTMF解码电路及家用控制电路来实现其功能。用户在户外可通过任意一部双音多频电话（包括手机、电话分机），通过本装置，进行远程控制。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带有电话线路场所的智能控制。

本实用新型可以应用于工厂企业的自动化控制等领域。电话远程控制系统由单片机构成主控模块，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；另外还包括振铃检测模块、模拟摘挂机控制、双音频DTMF译码模块及电器驱动模块等。

本实用新型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。系统为了突出高性价比，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。同时在该系统的基础上进行功能扩展是很方便的。譬如:加上留言功能，主人不在家时客人可以留言，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

5.本实用新型DTMF解码电路采用MT8880芯片接收从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。报警提示采用HC-SR501红外感应电路，可以使操作者能及时了解到受控家用电器的信息，使产品达到交互式与智能化。主控制器采用AT89C51，它是一款与MCS51完全兼容且内部自带有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。

附图说明：

附图1是本实用新型的结构示意图。

附图2是矩阵键盘电路示意图。

附图3是89c51结构图。

附图4是MT8880引脚图。

附图5是摘挂机流程图。

附图6是报警模块软件设计图。

图中：1、主控制器，2、振铃检测与模拟摘/挂机电路，3、DTMF解码电路，4、报警信号电路，5、报警控制电路，6、集中控制器，7、ERPROM只读存储器，8、电话线。

具体实施方式：

实施例1：

一种基于单片机的电话远程控制系统，其组成包括：主控制器1和振铃检测与模拟摘/挂机电路2，所述的振铃检测与模拟摘/挂机电路与电话线8连接，所述的电话线还分别与DTMF解码电路3和报警信号电路4连接，所述的DTMF解码电路和所述的振铃检测与模拟摘/挂机电路分别与所述的主控制器连接，所述的报警信号电路与报警控制电路5连接，所述的报警控制电路与所述的主控制器连接，所述的主控制器分别与集中控制器6和 ERPROM只读存储器7连接。

实施例2：

根据实施例1所述的基于单片机的电话远程控制系统，所述的主控制器以89C51单片机为控制中心，接收外部操作指令形成各种控制信号，所述的89C51单片机接收到摘机信号后，启动语音提示电路发出提示音，所述的主控制器具有接口电路，所述的接口电路提供单片机与电话外线的接口，所述的89C51单片机自带有4KB的Flash存储器及256KB RAM单元的芯片。

所述的报警信号电路包括报警信号探头，所述的报警信号探头的提示采用HC-SR501红外感应电路。

所述的DTMF解码电路采用MT8880编码解码芯片，且接收多音双频信号，所述的MT8880编码解码芯片是CMOS大规模集成电路芯片，由滤波器、译码器和控制电路三部分组成。

所述的DTMF解码电路、所述的报警信号电路和所述的振铃检测与模拟摘/挂机电路并联于家用电话机的两端。

本实用新型使用红外感应探头来完成报警电路功能，使用的报警信号探头是HC-SR501，使用报警探头可以使操作者能及时了解到受控家用电器的信息，使产品达到交互式与智能化。具有多种手动控制方式、分段管理方便、多段控制时电路简单、采样速度及全自动感应:人进入其感应范围则输出高电平，人离开感应范围则自动延时关闭高电平，输出低电平。当利用HC-SR501进行红外感应时，有两种触发方式：（可跳线选择）a、不可重复触发方式:即感应输出高电平后，延时时间段一结束，输出将自动从高电平变成低电平；b、可重复触发方式：即感应输出高电平后，在延时时间段内，如果有人体在其感应范围活动，其输出将一直保持高电平，直到人离开后才延时将高电平变为低电平（感应模块检测到人体的每一次活动后会自动顺延一个延时时间段，并且以最后一次活动的时间为延时时间的起始点)。红外感应信号通过探头输入和线路输入方式进入，通过芯片内话筒放大器中自带的自动增益调节，如果信号幅度在100mV左右即可直接进入线路输入端，报警信号经内部滤波器、采样电路处理后经过一个低通滤波器送到功率放大器中，然后直接推动外部的喇叭放音报警。

AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器FPEROM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。

串行通讯的两种基本方式：

围绕着当两个设备进行串行通讯时，如何才能保证接收机接收到正确的饿字符这个问题，通常采用通讯双方都认可的两种传送方式（即通讯方式）。

异步传送方式：在异步传送中，字符是按格式进行传送的。每帧格式如图所示。在帧格式中，先是一个起始为“0”，然后是5-8位数据，且规定低位在前，高位在后；接下来是奇偶校验位（可略），最后一位是停止位“1”。这种传送方式利用每一贝贞的起、止信号来建立发送与接收之间的同步。其特点是：没一帧内部各位均采用固定的时间间隔，但贝贞与贝贞之间的时间间隔是随机的。接收机完全靠每一贝贞的起始位与停止位来识别字符传送是正在进行还是已经结束，或是一个新的字符。这也是“异步”的涵义所在。

同步传送方式：同步传送方式是一种连续传送的方式，它不必想异步传送方式那样要在每个字符都要加上起、止位，而是在要传送的数据块前加上同步字符SYN，而且数据没有间隙，使用同步传送方式，可以实现高速度、大容量的数据传送。在用同步传送方式时，为了保证接收正确无误，发送方除了传送数据外，还要将时钟信号同时传送。

波特率：

在串行通讯中，有一个重要的指标叫波特率。它定义为每秒钟传送二进制数码的位数（亦称比特数），以位/秒作为单位。波特率反映了串行通讯的速率，也反映了对传输通道的要求：波特率越高，要求传输通道的频带就越宽。

数字显示部分：

数字显示电路采用LCD1602显示方式，其使用方便，结构简单,不用外加专门的驱动芯片。1602LCD分为带背光和不带背光两种，基控制器大部分为HD44780，带背光的比不带背光的厚，是否带背光在应用中并无差别。

液晶显示原理：

液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，有电就有显示，这样即可以显示出图形。液晶显示器具有厚度薄、适用于大规模集成电路直接驱动、易于实现全彩色显示的特点，目前已经被广泛应用在便携式电脑、数字摄像机、PDA移动通信工具等众多领域。

汉字的显示 ：

汉字的显示一般采用图形的方式，事先从微机中提取要显示的汉字的点阵码（一般用字模提取软件），每个汉字占32B，分左右两半，各占16B，左边为1、3、5……右边为2、4、6……根据在LCD上开始显示的行列号及每行的列数可找出显示RAM对应的地址，设立光标，送上要显示的汉字的第一字节，光标位置加1，送第二个字节，换行按列对齐，送第三个字节……直到32B显示完就可以LCD上得到一个完整汉字。

键盘接口：

(1)分类和功能

本系统的键盘是由16个按键组成的开关矩阵，它是一种廉价的输出设备。一个键盘，通常包括数字键（0～9），字母键（A～Z）以及一些功能键。操作人员可以通过键盘向计算机输入数据、地址、指令或其它的控制命令，实现简单的人机对话。

用于计算机系统的键盘有两类：—类是编码链盘、即键盘上闭合键的识别由专用硬件实现的。另一类是非编码键盘，即键盘上键入及闭合键的识别由软件来究成。

（2）键盘的工作原理

当键盘上没有键闭合时，所有的行线和列线断开，列线Y0—Y3都呈高电平。当硬盘上接一个键闭合时，则该键所对应的列线与行线短路。例如4号键按下闭合时，行线Xl和列线Y0短路，此时Y0的电平由X1行线的电位所决定。如果把列线接到微机的输入口，行线接到微机的输出口，则在微机的控制下，使行线X0为低电平(0)，Xl都为高电平，读列线状态。如果Y0、Y1、Y2、Y3都为高电平，则X0这一行上没有闭合键，如果读出的列线状态不全为高电平，则为低电平的列线与X0相交处的键处于闭合状态；如果X0这一行上没有闭合键，以此类推，最后使列线X2为低电平，其余的行线为高电平，检查X2这一行上是否有键闭合。这种逐行逐列地检查键盘状态的过程称为对键盘的一次扫描。CPU对键盘扫描可以采取程序控制的随机方式，CPU空闲时扫描键盘。也可以来取定时控制方式，每隔一定时间，CPU对键盘扫描—次。也可以采用中断方式，每当键盘上有键闭合时，向CPU请求中断，CPU响应键盘输入中断，对键盘扫描，以识别哪一个键处于闭合状态，并对键输入信息做出相应处理，CPU对键盘上闭合键的键号确定，可根据行线和列线的状态计算求得，也可以根据行线和列线状态查表求得。

去除键的机械抖动其方法为判别到键盘上有键闭合，后延迟一段时间再判别键盘的状态，若仍有键闭合，则认为键盘上有一个键处于稳定的闭合期，否则认为是键的抖动；

(4)判别闭合键的键号方法为对键盘的列线进行扫描，扫描口P2.7～P2.4依次输出。

报警提示电路：

现代电子、电器产品及设备的智能化水平不断提高，在人机界面设计上不但有了文字标识、发光管指示、显像屏显示等视觉表达，而且还有各种听觉表达，如最简单的“滴滴、嘟嘟”讯响声、稍丰富些的音乐声，甚至用人的语言直接对用户“说话”等。报警电话号码我们预先存储在存储器中，通过操作键盘我们可以改变报警号码。

按下矩阵键盘的B键，此时液晶会提示您输入您的手机号码，输入你11位手机号码完成即可。按下矩阵键盘上的C键，就可以查看您当前存储的手机号码。同时C键也是远程报警的开启键，如果想开启远程报警功能，只要在上电以后按下C键查看报警号码，同时远程报警功能也同时启动了。板上有一个按键Call,当按下此报警键时，自动从调出预前您存好的手机号码进行拨号报警，此时您的手机就会响铃，蜂鸣器同时也想起报警！

当上电后，修改完报警手机号码后，按下C键查看报警号码后，红外感应探头就开始工作了，为了保证红外感应上电后的电平稳定性，请等待20秒，之后如果有人在红外感应1米之内，或者更近一些，就可以触发红外感应远程报警，可以在液晶上看到正在拨打您的手机，之后手机就会响起。用电话或手机拨打与开发板连接的固定电话号，此时远程控制板子会响铃3声后自动接通，此时液晶会提示您按下你手机或固定电话上的数字按键，按下7键，远程控制的继电器接通，同时蜂鸣器响1声，按下8键，远程控制的继电器断开，同时蜂鸣器响2声，按下#键，自动挂机。您按下的数字键会在液晶上显示出来。

振铃检测与模拟摘机电路：

铃流信号是当远端用户呼叫电话远程控制系统时,由程控交换机向电话远程控制系统发送的控制信令。

解码电路：

MT8880是CMOS大规模集成电路芯片，它主要由滤波器译码器和控制电路三部分组成。滤波电路由信号增益和滤波器两部分构成。外部输入的DTMP信号，经运算放大器放大后，进入双音滤波器。双音滤波器是二个六级开关电容构成的高低通滤波器，它能有效地将DTMF信号中的高、低音频区分开来。被区分开的高、低音频信号再经高、低频群滤波器，然后送入芯片的译码电路。译码电路由数字检测，编码转换各三态输出几部分组成。数字检测电路采用对输入音频信号进行数字计数方式，以确定DTMF信号的频率并核查是否与标准的DTMF信号一致。在此过程中，采用了一套复杂的平均算法，对DTMF信号的频率偏差提供一定的容差范围，以提高对干扰频率和噪声的抗干扰能力。

当用户在电话机的键盘上输入密码或按下按钮后，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[4]。

本电路采用的是MT8880双音多频解码芯片，能实现双音多频信号(DTMF)的发送与接收。MT8880是一个完整的双音多频接收器电路，具有频带分离滤波器和数字解码功能。滤波器部分采用开关电容技术用于将拨号音频信号分离成高频组信号和低频组信号。在解码器中使用数字计数技术来检测所有16种双音多频音频对，并把它们编成4位码。由于片上备有差动输入放大器、时钟振荡器和三态锁存总线接口，因此外接元件数减至最少。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多频方式通过电话线发出。DTMF双音多频解码电路是系统的关键部分，其主要功能是从电话网上提取信息，并将系统拨号信息送上电话网，进而实现控制功能。使用电话专用的双音多频解码芯片进行输入、输出双音频信号的解码，是比较常用的方法。使用集成电路不但外围电路简单，而且可靠性高，信号经过转换变为二进制码便于单片机读取。常用电话双音多频解码器有8870、8880、8888等，MT8880是具有检测通话滤波器的单片DTMF调制解调器，应用了CMOS技术使其具有低功耗和高可靠性。内部计数器提供猝发模式，这种单音猝发可用精确定时发送。可选择呼叫过程滤波器，以便微处理机分析呼叫过程中的单音。提供标准微机接口和6800系列兼容，并允许微机选址一个状态寄存器、两个控制寄存器和两个数据寄存器。结合本次设计要求我们选用MT8880完成次功能。

当MT8880作为DTMP发送器时，数据总线DO-D3上四位二进制码被锁存在发送数据寄存器中，发送的DTMF信号频率由3.58MHz的晶振分频产生。分频器首先从基础频率分离出8个不同频率的正弦波．行列计数器根据发送数据寄存器中的数据，以八取二方式分离出一个高频信号和一个低频信号，经开关电容作D/A转换，在加法器中合成DTMF信号，并从TONE端输出[5]。

信号音判断的实现：

信号音判断的原理是：由于电话系统信号音的拨号音、回铃音和忙音的频率均为425-475Hz的正弦波，只是断续比不同且在时间上有明显的差异（拨号音连续信号：忙音为0. 35s通，0.35s断，回铃声为1S通，4S断）。要判断信号音，首先应将处理DTMF信号的MT8880芯片设置为呼叫处理模式，当选择呼叫处理模式时，MT8880就不能用于检测DTMF信号了。MT8880的呼叫处理滤波器是一个带通滤波器，通频带为300-510 Hz，当信号输入端有信号音输入时，如果MT88801作在CP模式，在IRQ脚就输出一高电平。使电话呼叫过程中的各种信号音经MT8880滤波，限幅后得到方波，并由MT8880的IRQ榆出。然后对MT8880输出的IRQ信号计数5S，拨号音的计数上限为(450+25)×5-2375，拨号音的计数下限为(450-25)×5-2175。同理，忙音的计数范围为1041-1212，回铃音的计数范围为425-475，无信号的计数应为0。

与单片机接口：

MT8880采用了标准的微处理器接口，这样使得信号的接收和发送变得简单。MT8880内部有5个寄存器，这5个寄存器可分为数据暂存寄存器、收发控制寄存器和收发器状态寄存器。数据暂存寄存器有接收数据寄存器和发送数据寄存器．接收数据寄存器用于存放最后一次接收到的有效值．是一个只读寄存器；发送数据寄存器中的数据决定要发送的双音频信号的频率组成，我们只能向发送数据寄存器中写人数据。在程序的开始和加电、系统复位时、在软件上要对控制寄存器进行初始化[6]。

硬件接口电路：

P2. O-P2.3分别接人MT8880的DO-D3：单片机的P2. 4-P2.7分别接MT8880的KSO、CS、R/W、CK。MT8880每接收一个外部信号IRQL由高变低一次，单片机在中断期间将数据DO-D3从MT8880读入内部数据存储器，中断服务完成后。Roi由佤变高，开始接收下一个信号（设计时应注意中断服务时间小于拨号内部数字时间间隔）。当对外发布命令时。8051将内部数据DO-D3传送到PO口。然后再从PO口传送到MT8880的DO-D3，数据在MT8880中经双音频调制后从TONE脚输出DTMF信号。MT8880控制线的片选信号CSI通过与非门与P2.5相连，P2.5=l，选中MT8880，P2.5 -0选中程序存储器2716时钟信号由8051的信号提供：读写信号R/W由P2.6提供，寄存器片选信号由P2.7提供。OSCI、OSC2接3.528MHz晶振。18和19端外接RC积分电路，使解码数据产生一个延时，让CPU可正确读取。

系统上线／离线／复位电路：

当DTMF信号解码电路及语音提示电路与用户电话线连通时，我们称系统处于上线(Odine)状态：反之，当DTMF信号解码电路及语音提示电路与用户电话线断开时，我们称系统处于离线(Offline)状态。只有在电话远程控制系统工作时，系统才应处于上线状态。这样做的目的是避免用户呼叫系统时的高压振铃信号(可达120VMS)及线路上其他高压噪声对DTMF信号解码电路及语音提示电路产生危害。上线／离线／复位功能的实现，也是由系统硬件电路和软件共同实现的。

系统上线电路：

系统上线电路的功能是检测程控交换机发送的振铃铃流信号，然后通过中断方式通知AT89S82单片机，根据软件设定，闭合系统上线／离线／复位开关电路，开启DTMF信号解码电路和语音提示电路与电话用户线的连接。上线电路的主要部分是铃流检测电路。铃流信号是当远端用户呼叫电话远程控制系统时，由程控交换机向电话远程控制系统发送的控制信令。

离线／复位电路：

用户对电话远程控制系统操作完成后，发出结束命令，AT89S82单片机断开系统上线／离线／复位开关电路，系统离线。如果用户出现误操作或忘记发送结束命令时，系统根据软件设定，断开系统上线／离线／复位开关电路，使系统离线，并初始化软件设定[8]。

液晶显示及状态显示模块：

系统显示模块选用液晶显示块，用于显示用户所选择的电器通道、电器工作状态、紧急情况时拨出的电话号码。状态显示电路是指示各通道的当前工作状态及操作指示。该模块主要由5只发光二极管LED1~LED5构成。LED1~LED5用来指示电路的工作状态，发光二极管亮时表示该通路上的电器接通了电源，灭时表示该路电器已关闭。

电器控制：

八路电器通过AT89C51的P2口来控制。控制电路的执行器件采用继电器。当单片机要实现对电器的控制时，由P2口发出控制信号并经过三极管放大后驱动8个继电器，从而控制了8路电器的通断。

软件设计：

模拟摘机电路与模拟挂机电路组成模拟摘挂机模块。它是由二极管D1~D4、三极管V1、V2和四个电阻组成。D1~D4是整流桥，将电话线路上的交流电转为直流；当给V2基极一个高电平时三极管V2（NPN）导通，V1（PNP）的基极与V2的集电极经电阻R2相联，V2导通从而使得V1的基极的电平变为低电平从而使V1导通，V1的集电极经电阻R3组成回路。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。当V2的基极为低电平时，即V2、V1截止回电阻变大，电话线回路电流远小于30mA，交换机检测到回路电流变小就认为电话机已经挂机，也即与系统通讯结束[9]。

本次设计从电话在中国的发展以及各种遥控技术的比较开始介绍，进而扩展到电话远程遥控的相对突出的优点。由此进入电话远程遥控技术在实际生活的应用及前景。在这次设计中，主要做了以下几方面工作：

(1)对电话远程遥控系统设计原理及可行性做了详尽的介绍，并构建了各个系统模块的基本模型。

在硬件构建基本思路的基础上，设计了基本的硬件电路，并说明了各个硬件电路工作原理及元器件选取参数。其中硬件电路部分包括振铃检测电路、模拟摘机电路、双音多频解码电路。

软件设计部分则是按照程序设计流程图中的流程一步步的编写程序，设计本遥控装置的控制程序的主要工作是对电话信号进行检测以及接收用户指令控制家用电器的工作。

仿真部分采用protues8.0进行部分电路的仿真，适当地选择元件代替仿真软件中没有的元器件，以求达到电路可行性的分析。

电话线控制家电，其实质是在远程通过电话线使用的双音频信号来实现对各种家用电器的控制。利用单片机和双音频解码芯片设计制作了电话线控制家电系统，可实现对多达八路的不同家电的控制，最终能实现对任意一路家电的开关。从测试结果看，与要求设计值达到了一致。