基于單片機(jī)的家用電話遠(yuǎn)程遙控裝置設(shè)計(jì)

鄧 鵬

(荊楚理工學(xué)院電子信息工程學(xué)院，湖北荊門 448000)

文中設(shè)計(jì)的是基于單片機(jī)的家用電話遠(yuǎn)程遙控［1］方案，采用ISD1420芯片進(jìn)行語(yǔ)音處理，使操作有語(yǔ)音提示，操作界面友好。電話遙控與常規(guī)遙控方式相比，不需進(jìn)行專門布線，不占用無(wú)線電頻率資源，避免了電磁污染，且由于電話線路各地聯(lián)網(wǎng)，可以充分利用現(xiàn)有的電話網(wǎng)［2］。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)以高速單片機(jī)STC11F40XE為核心器件，STC11F40XE有40 kB的儲(chǔ)存空間，速度比STC89C51單片機(jī)快8～10倍，可充分利用單片機(jī)的片內(nèi)外資源。系統(tǒng)主要有振鈴檢測(cè)電路、雙音多頻電路和ISD1420語(yǔ)音電路等組成。系統(tǒng)硬件組成框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)硬件組成

1.1 振鈴檢測(cè)電路

振鈴檢測(cè)電路如圖2所示，當(dāng)用戶被呼叫時(shí)，電話交換機(jī)發(fā)來(lái)鈴流信號(hào)。振鈴為48±3 V的正弦波，諧鈴失真不大于10%，電壓有效值90±15 V。振鈴以5 s為周期，即1 s送，4 s斷。輸入至光電耦合器。經(jīng)過(guò)光耦的隔離轉(zhuǎn)換，從光電耦合器輸出的波形是時(shí)通時(shí)斷的近似正弦波，經(jīng)反向器及RC回路進(jìn)行濾波輸出方波信號(hào)。方波信號(hào)輸入至單片機(jī)的T1計(jì)數(shù)器外部管腳，完成整個(gè)振鈴音檢測(cè)和計(jì)數(shù)的過(guò)程。

圖2 鈴流檢測(cè)電路

1.2 雙音多頻電路

MT8870是 Mitei公司生產(chǎn)的一種功能較強(qiáng)的DTMF發(fā)送與接收器，體積小、抗干擾性強(qiáng)，晶振頻率為3.58 MHz，輸出為二進(jìn)制編碼信號(hào)，便于與計(jì)算機(jī)連接，是目前國(guó)際流行的DTMF解碼器件。MT8870電路連接如圖3所示。

雙音多頻信號(hào)［3］完成撥號(hào)的檢測(cè)解碼，解碼信號(hào)由MT8870的Q1～Q4輸出，送單片機(jī)識(shí)別和處理。例如撥動(dòng)“1”號(hào)鍵，MT8870通過(guò)對(duì)電話網(wǎng)上的雙音多頻信號(hào)解碼，識(shí)別操作者的命令，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程的控制。當(dāng)MT8870作為DTMF發(fā)送器時(shí)，數(shù)據(jù)總線Q1～Q4上4位二進(jìn)制碼被鎖存在發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器中，發(fā)送的DTMF信號(hào)頻率由3.58 MHz的晶振分頻產(chǎn)生［4］。

圖3 雙音多頻電路

1.3 ISD1420語(yǔ)音電路

ISD1420為美國(guó)ISD公司出品的單片語(yǔ)音錄放電路，由振蕩器、語(yǔ)音存儲(chǔ)單元、前置放大器、自動(dòng)增益控制電路、抗干擾濾波器、輸出放大器組成。一個(gè)最小的錄放系統(tǒng)由一個(gè)麥克風(fēng)、一個(gè)喇叭、兩個(gè)按鈕、一個(gè)電源和少數(shù)電阻電容組成，電路如圖4所示。ISD1420是采用模擬存取技術(shù)集成的可反復(fù)錄放20 s的語(yǔ)音芯片，掉電語(yǔ)音不丟失，最大可分160段，最小每段語(yǔ)音長(zhǎng)度為125 ms，每段語(yǔ)音都可由地址線控制輸出，每125 ms為一個(gè)地址，由A0～A78根地址線控制。用戶錄制的語(yǔ)音每段結(jié)束后芯片自動(dòng)設(shè)有段結(jié)束標(biāo)志(EOM)，芯片錄滿后設(shè)有溢出標(biāo)志(OVF)。如果用單片機(jī)等控制電路按某一段的起始地址進(jìn)行放音操作，遇到段結(jié)束標(biāo)志(EOM)即自動(dòng)停止放音，單片機(jī)收到段結(jié)束標(biāo)志(EOM)就開始觸發(fā)下一段語(yǔ)音的起始地址，如此控制，即可以將很多不同段的語(yǔ)音組合成一句話放音出來(lái)，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音自動(dòng)組合。

圖4 語(yǔ)音電路

語(yǔ)音芯片ISD1420可錄制20 s語(yǔ)音信號(hào)，本裝置中共錄制語(yǔ)音信號(hào):“請(qǐng)輸入密碼”、“密碼正確，請(qǐng)輸入功能健，按*鍵結(jié)束”、“密碼錯(cuò)誤，請(qǐng)重新輸入”、“電器已開”、“電器已關(guān)閉”。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要由鈴流檢測(cè)、MT8870解碼、語(yǔ)音錄放、讀寫EEPROM、看門狗設(shè)置、密碼修改、密碼驗(yàn)證、電器開關(guān)控制等組成［5］。系統(tǒng)的工作流程如圖5所示?？刂七^(guò)程中，系統(tǒng)上電復(fù)位后，CPU根據(jù)外圍雙音頻譯碼電路的譯碼信息判斷出要選擇的電器，然后再得到要求進(jìn)行的操作，并將單片機(jī)I/O的口相應(yīng)位置0或置1，即可按要求實(shí)現(xiàn)對(duì)相應(yīng)家用電器的控制。

圖5 主程序流程

(1)鈴流檢測(cè)模塊。由于整個(gè)電路無(wú)需中斷處理一些特殊的任務(wù)，所以軟件采用順序結(jié)構(gòu)。鈴流檢測(cè)實(shí)質(zhì)是單片機(jī)TIMER1對(duì)外部方波的計(jì)數(shù)。

(2)MT8870解碼模塊。DTMF發(fā)送與接收器MT8870未檢測(cè)到電話網(wǎng)上的雙音多頻信號(hào)時(shí)，將單片機(jī)的外部中斷口拉低，當(dāng)檢測(cè)到雙音多頻信號(hào)并成功解碼輸出時(shí)會(huì)置高P3.2。因此程序可通過(guò)檢測(cè)P3.2口電平的高低來(lái)判斷是否有雙音多頻信號(hào)送往MT8870，一旦P3.2口電平置高，讀取P1口低4位數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)。

(3)語(yǔ)音模塊。ISD1420語(yǔ)音芯片錄放音只需將相應(yīng)的錄放音管腳拉低，送入相應(yīng)的語(yǔ)音地址，即可完成錄放音功能。錄音時(shí)，先送P2口起始地址為0x90+Address，接著拉低錄音管腳。錄音完，再不斷播放錄音，尋找此段錄音結(jié)束時(shí)的地址，以確定下一段錄音的起始地址。

(4)EEPROM及看門狗功能模塊。單片機(jī)通過(guò)SPI串行總線向25045寫入指令、數(shù)據(jù)。25045在讀寫操作之前，需要先向它發(fā)出指令。25045芯片內(nèi)包含有一個(gè)看門狗定時(shí)器，可通過(guò)軟件預(yù)置系統(tǒng)的監(jiān)控時(shí)間。在看門狗定時(shí)器預(yù)置的時(shí)間內(nèi)若沒有總線活動(dòng)，則25045將從RESET輸出一個(gè)高電平信號(hào)使CPU復(fù)位?？撮T狗定時(shí)器的預(yù)置時(shí)間是通過(guò)25045的狀態(tài)寄存器的相應(yīng)位來(lái)設(shè)定的。

(5)密碼修改和驗(yàn)證模塊。密碼修改程序需注意按鍵的消抖動(dòng)、密碼修改結(jié)束的確定、密碼的存儲(chǔ)。程序中使用第8個(gè)按鍵作為密碼修改結(jié)束的結(jié)束符。一旦第8個(gè)按鍵按下就結(jié)束密碼修改，將最終的密碼存儲(chǔ)到EEPROM中。密碼驗(yàn)證比較容易，就是電話中輸入的密碼和EEPROM中的密碼進(jìn)行逐個(gè)比較，如有一個(gè)不同就認(rèn)為輸入的密碼有誤，返回一個(gè)“0”。程序中對(duì)EEPROM進(jìn)行了兩次讀操作，以防第一次讀出數(shù)據(jù)有誤。

(6)電器開關(guān)控制模塊。電器開關(guān)控制模塊通過(guò)MT8870解碼數(shù)據(jù)對(duì)8路電器進(jìn)行控制。該模塊程序一定程度上是MT8870模塊和放音模塊程序的疊加，另外加上簡(jiǎn)單的P3口輸出操作。

3 結(jié)束語(yǔ)

系統(tǒng)借助家庭固定電話網(wǎng)絡(luò)傳送控制命令信號(hào)，由單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行命令分析，由繼電器控制家用電器，無(wú)需對(duì)固定電話或家電做太大改動(dòng)，安裝方便、性能穩(wěn)定、工作可靠，而且不影響電話的正常使用。

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