一種遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘    要：本文介紹了一種以AT89S52單片機(jī)為核心的新穎電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用電力線載波和電話通信相結(jié)合的控制方式。具有功能齊全，系統(tǒng)組織靈活，對(duì)所控區(qū)域大小選擇性強(qiáng)的特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：智能電話；遠(yuǎn)程控制；ISD；電力載波

雖然目前已有電話控制系統(tǒng)，但這些產(chǎn)品大多采用基于公共電話線單一的通信方式，所有被控家電與控制器直接相接，在實(shí)際使用中存在一定的問(wèn)題。若采用電力線載波和電話通信相結(jié)合的方式，便可利用現(xiàn)有的通信信道、電話線和電力線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)家電的遠(yuǎn)程控制。不僅成本低，系統(tǒng)所有被控家電位置不受限制。而且整個(gè)系統(tǒng)功能齊全，控制靈活，符合智能家電的多方位、多形式、多用途的發(fā)展要求。

遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)工作原理
電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)主要由電話遠(yuǎn)程控制主機(jī)和終端控制器組成。其總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。系統(tǒng)工作原理如下。
主機(jī)主要接受電話線上傳送的控制信號(hào)，譯碼后經(jīng)電力載波通信向終端控制器發(fā)控制指令，通過(guò)終端間接的控制家用電器。同時(shí)，終端還需向主機(jī)反饋地址、狀態(tài)信息等。該家庭智能控制網(wǎng)絡(luò)不需要單獨(dú)布線，被控終端在一定范圍內(nèi)不受區(qū)域限制，控制點(diǎn)可以自行增減，而且有多種定時(shí)控制功能，不需對(duì)電話機(jī)作任何改變。

系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
主機(jī)硬件設(shè)計(jì)
電話遠(yuǎn)程控制器主機(jī)電路如圖2所示。它由AT89S52單片機(jī)構(gòu)成主控部分，并進(jìn)行主要的數(shù)據(jù)處理。接口電路提供單片機(jī)與電話線的通信，其中包括振鈴檢測(cè)與模擬摘機(jī)電路、雙音頻DTMF解碼電路、ISD語(yǔ)音電路。
主機(jī)接至電話線兩線端，利用電話進(jìn)行遠(yuǎn)程控制?？刂茣r(shí)，可通過(guò)撥打控制器所接固定電話，由市局交換機(jī)向其發(fā)送振鈴信號(hào)。控制器主機(jī)接收鈴流信號(hào)，進(jìn)行振鈴檢測(cè)，檢測(cè)信號(hào)送AT89S52，若10s無(wú)人接聽(tīng)，則由單片機(jī)發(fā)出摘機(jī)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)模擬摘機(jī)，接通回路。之后，可在單片機(jī)控制下發(fā)送語(yǔ)音提示信息，用戶可根據(jù)語(yǔ)音提示進(jìn)行相應(yīng)的操作。
振鈴檢測(cè)與模擬摘機(jī)電路
振鈴檢測(cè)電路以4N25光耦作為核心部件。當(dāng)有振鈴信號(hào)時(shí)，使4N25輸入端流過(guò)電流，其內(nèi)部發(fā)光二極管發(fā)光，光敏三極管導(dǎo)通，在其輸出端輸出信號(hào)，送至AT89S52的P0.0端口。由于語(yǔ)音信號(hào)和雙音多頻信號(hào)電壓遠(yuǎn)低于振鈴電壓信號(hào)，該電路不會(huì)引起誤判。
模擬摘機(jī)電路可由兩個(gè)高壓三極管組成。單片機(jī)P0.5輸出高/低電平，使三極管VT1導(dǎo)通或截止，從而通過(guò)改變掛接在電話線上的阻抗來(lái)模擬摘機(jī)和掛機(jī)。
DTMF音頻解碼電路
DTMF音頻解碼電路采用 Motorola公司生產(chǎn)的DTMF解碼器MC145436。DTMF信號(hào)通過(guò)耦合電容C進(jìn)入MC145436的AIN腳。DTMF解碼輸出端D1~D4接單片機(jī)P1口低4位，輸出數(shù)據(jù)有效位DV接單片機(jī)P3.2(INT0)引腳。
ISD語(yǔ)音提示電路
系統(tǒng)利用語(yǔ)音提示電路實(shí)現(xiàn)用戶和系統(tǒng)的交流。語(yǔ)音提示電路預(yù)先存儲(chǔ)若干段系統(tǒng)提示音,對(duì)語(yǔ)音提示電路進(jìn)行尋址,播放相應(yīng)的提示音,從而向用戶反饋信息，以提示下一步該如何操作等。
本系統(tǒng)選用美國(guó)ISD公司的ISD4002-120單片語(yǔ)音錄放集成電路作為語(yǔ)音提示電路的核心部分。ISD4002是ISD的第四代單片語(yǔ)音IC，采用Flash存儲(chǔ)器和DAC直接模擬量存儲(chǔ)技術(shù),因而能較好地保留語(yǔ)音信息中的有效成分,提高錄/放音的清晰度。ISD4002-120可以存儲(chǔ)長(zhǎng)達(dá)120s的語(yǔ)音,能夠?qū)崿F(xiàn)1~600段語(yǔ)音分段,每段錄/放音均有一個(gè)起始端。但由于51系列單片機(jī)沒(méi)有SPI接口，需要通過(guò)四位并口軟件模擬SPI接口與ISD芯片通信。
電力載波通信
主機(jī)和終端采用半雙工的通信模式，由于數(shù)據(jù)量不是很多，采用簡(jiǎn)單的電力載波通信電路，足夠滿足系統(tǒng)的要求，且具有電路簡(jiǎn)單、可靠的優(yōu)點(diǎn)。
異步串行口發(fā)出的串行數(shù)據(jù)反相成反碼后控制LM555的振蕩，產(chǎn)生幅移鍵控(ASK)信號(hào)。ASK信號(hào)經(jīng)三極管選頻放大后，通過(guò)輸出變壓器和電容耦合后傳到電力網(wǎng)上。電力線傳送來(lái)的ASK信號(hào)經(jīng)輸入電壓器耦合和選頻后，再經(jīng)LM368放大后，用LM567鎖相環(huán)檢出此信號(hào)，送給單片機(jī)串口。
終端設(shè)計(jì)
終端控制器電路結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。終端控制器采用AT89C2051單片機(jī)作為主控制器，通過(guò)電力線接收主機(jī)傳來(lái)的控制信號(hào)，經(jīng)通信接口電路解碼后送入單片機(jī)串行輸入口。單片機(jī)結(jié)合軟件編程進(jìn)行信號(hào)的處理，從而可實(shí)現(xiàn)對(duì)該終端的被控家電的開(kāi)啟、關(guān)斷、定時(shí)、查詢等各種控制。為方便使用，可以在終端上手動(dòng)進(jìn)行控制。另外，通信接口電路部分與主機(jī)一樣。地址碼開(kāi)關(guān)用于對(duì)該終端的地址編碼。

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
主機(jī)單片機(jī)程序的總體流程主要包括程序初始化、鈴流檢測(cè)、密碼比較、功能選擇、功能處理及掛機(jī)等。功能處理模塊主要有：密碼修改、電器立即開(kāi)或關(guān)、電器的定時(shí)控制、以及清除設(shè)置和結(jié)束掛機(jī)等功能模塊。
 
結(jié)語(yǔ)
本系統(tǒng)利用現(xiàn)有的通信網(wǎng)絡(luò)，無(wú)須另外架設(shè)通訊線路，可行性強(qiáng)。系統(tǒng)的應(yīng)用并不限于家庭網(wǎng)絡(luò)，還適用于其他需要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程或集中控制的場(chǎng)合，如樓宇內(nèi)的自動(dòng)控制、工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)、電能管理系統(tǒng)等?！?/P>

參考文獻(xiàn)
1 李朝青. PC機(jī)及單片機(jī)數(shù)據(jù)通信技術(shù)[M]. 北京航空航天大學(xué)出版社，2000.1