基于单片机的家用电话远程遥控装置设计

摘要 设计并实现了一种基于电话通道的家用电器遥控装置。该装置采用单片机智能控制，利用不同的提示音达到对不同操作的提示和受控方状态的信息反馈，从而使操作者能及时了解受控方信息，使产品达到交互式与智能化。经过实际测试：该装置经济、可靠，符合未来家电的智能化发展方向，具有一定的实用价值。
关键词 远程遥控；单片机；家用电器；MT8870

文中设计的是基于单片机的家用电话远程遥控方案，采用ISD1420芯片进行语音处理，使操作有语音提示，操作界面友好。电话遥控与常规遥控方式相比，不需进行专门布线，不占用无线电频率资源，避免了电磁污染，且由于电话线路各地联网，可以充分利用现有的电话网。

1 系统硬件设计
设计以高速单片机STC11F40XE为核心器件，STC11F40XE有40 kB的储存空间，速度比STC89C51单片机快8～10倍，可充分利用单片机的片内外资源。系统主要有振铃检测电路、双音多频电路和ISD1420语音电路等组成。系统硬件组成框图如图1所示。

1．1 振铃检测电路
振铃检测电路如图2所示，当用户被呼叫时，电话交换机发来铃流信号。振铃为48±3 V的正弦波，谐铃失真不大于10％，电压有效值90±15 V。振铃以5 s为周期，即1 s送，4 s断。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近似正弦波，经反向器及RC回路进行滤波输出方波信号。方波信号输入至单片机的T1计数器外部管脚，完成整个振铃音检测和计数的过程。

1．2 双音多频电路
MT8870是Mitei公司生产的一种功能较强的DTMF发送与接收器，体积小、抗干扰性强，晶振频率为3．58 MHz，输出为二进制编码信号，便于与计算机连接，是目前国际流行的DTMF解码器件。MT8870电路连接如图3所示。

双音多频信号完成拨号的检测解码，解码信号由MT8870的Q1～Q4输出，送单片机识别和处理。例如拨动“1”号键，MT8870通过对电话网上的双音多频信号解码，识别操作者的命令，从而实现对远程的控制。当MT8870作为DTMF发送器时，数据总线Q1～Q4上4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。
1．3 ISD1420语音电路
ISD1420为美国ISD公司出品的单片语音录放电路，由振荡器、语音存储单元、前置放大器、自动增益控制电路、抗干扰滤波器、输出放大器组成。一个最小的录放系统由一个麦克风、一个喇叭、两个按钮、一个电源和少数电阻电容组成，电路如图4所示。ISD1420是采用模拟存取技术集成的可反复录放20 s的语音芯片，掉电语音不丢失，最大可分160段，最小每段语音长度为125 ms，每段语音都可由地址线控制输出，每125 ms为一个地址，由A0～A7，8根地址线控制。用户录制的语音每段结束后芯片自动设有段结束标志(EOM)，芯片录满后设有溢出标志(OVF)。如果用单片机等控制电路按某一段的起始地址进行放音操作，遇到段结束标志(EOM)即自动停止放音，单片机收到段结束标志(EOM)就开始触发下一段语音的起始地址，如此控制，即可以将很多不同段的语音组合成一句话放音出来，实现语音自动组合。

语音芯片ISD1420可录制20 s语音信号，本装置中共录制语音信号：“请输入密码”、“密码正确，请输入功能健，按*键结束”、“密码错误，请重新输入”、“电器已开”、“电器已关闭”。

2 系统软件设计
系统软件设计主要由铃流检测、MT8870解码、语音录放、读写EEPROM、看门狗设置、密码修改、密码验证、电器开关控制等组成。系统的工作流程如图5所示。控制过程中，系统上电复位后，CPU根据外围双音频译码电路的译码信息判断出要选择的电器，然后再得到要求进行的操作，并将单片机I／O的口相应位置0或置1，即可按要求实现对相应家用电器的控制。

(1)铃流检测模块。由于整个电路无需中断处理一些特殊的任务，所以软件采用顺序结构。铃流检测实质是单片机TIMER1对外部方波的计数。
(2)MT8870解码模块。DTMF发送与接收器MT8870未检测到电话网上的双音多频信号时，将单片机的外部中断口拉低，当检测到双音多频信号并成功解码输出时会置高P3.2。因此程序可通过检测P3.2口电平的高低来判断是否有双音多频信号送往MT8870，一旦P3.2口电平置高，读取P1口低4位数据并存储。
(3)语音模块。ISD1420语音芯片录放音只需将相应的录放音管脚拉低，送入相应的语音地址，即可完成录放音功能。录音时，先送P2口起始地址为0x90+Address，接着拉低录音管脚。录音完，再不断播放录音，寻找此段录音结束时的地址，以确定下一段录音的起始地址。
(4)EEPROM及看门狗功能模块。单片机通过SPI串行总线向25045写入指令、数据。25045在读写操作之前，需要先向它发出指令。25045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25045将从RESET输出一个高电平信号使CPU复位。看门狗定时器的预置时间是通过25045的状态寄存器的相应位来设定的。
(5)密码修改和验证模块。密码修改程序需注意按键的消抖动、密码修改结束的确定、密码的存储。程序中使用第8个按键作为密码修改结束的结束符。一旦第8个按键按下就结束密码修改，将最终的密码存储到EEPROM中。密码验证比较容易，就是电话中输入的密码和EEPROM中的密码进行逐个比较，如有一个不同就认为输入的密码有误，返回一个“0”。程序中对EEPROM进行了两次读操作，以防第一次读出数据有误。
(6)电器开关控制模块。电器开关控制模块通过MT8870解码数据对8路电器进行控制。该模块程序一定程度上是MT8870模块和放音模块程序的叠加，另外加上简单的P3口输出操作。

3 结束语
系统借助家庭固定电话网络传送控制命令信号，由单片机系统进行命令分析，由继电器控制家用电器，无需对固定电话或家电做太大改动，安装方便、性能稳定、工作可靠，而且不影响电话的正常使用。