1 引 言
由于經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們生活水平得到較大的提高，生活節(jié)奏也越來越快，為此家電遙控和家庭安全也為人們所需要和重視。以AT89C51單片機(jī)為核心通過電話進(jìn)行電器遙控和報(bào)警裝置主要解決這些問題。他的主要功能有：通過電話可以遙控16路電器通斷，遙控路數(shù)可以根據(jù)需要進(jìn)行擴(kuò)展；可以實(shí)現(xiàn)電器調(diào)壓調(diào)速控制，有密碼設(shè)定，保密安全性好；有語言提示，避免盲目操作；可以取消已輸入的操作命令；當(dāng)單片機(jī)接收到家中天然氣泄露、溫度超限和失竊信號后會自動撥打預(yù)留電話并報(bào)告家中發(fā)生的情況。
摘 要：裝置以89C51單片機(jī)為核心，以電話線為載體，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離電器遙控和報(bào)警。裝置設(shè)置6位密碼，保密性好，有提示音，防止誤操作。當(dāng)家中發(fā)生險(xiǎn)情時(shí)，可以自動撥叫主人電話報(bào)警。
關(guān)鍵詞：AT89C51；單片機(jī)；電話；遙控；ISD25120語音集成電路
2 硬件電路設(shè)計(jì)
總體電路設(shè)計(jì)思路是：電話遙控報(bào)警器與家用電話采用并聯(lián)方式，當(dāng)有振鈴信號時(shí)單片機(jī)開始記數(shù)，前10次鈴聲內(nèi)若有人接電話，則遙控報(bào)警器被屏蔽，不影響正常接聽電話，若10次鈴聲后無人接聽，約定遙控報(bào)警器自動模擬掛機(jī)，并發(fā)出提示音要求用戶輸入密碼，允許3次輸入錯誤，并有2次提示輸入錯誤重新輸入，若第3次輸入錯誤則自動掛機(jī)。密碼輸入確認(rèn)無 誤后，發(fā)出提示音，提示用戶輸入要求執(zhí)行任務(wù)的電器代碼，代碼為3位數(shù)字加“＃”字確認(rèn)，前2位數(shù)字為電器代號，范圍為1～16（假定控制電器為16個），第3位數(shù)為調(diào)壓調(diào)速的級數(shù)，范圍為1～4（檔數(shù)根據(jù)需要確定），若電器無調(diào)壓調(diào)速，則第3位數(shù)無效。若同一任務(wù)所輸入的次數(shù)為偶數(shù)，表示取消任務(wù)。若2次按鍵的時(shí)間間隔小于100 ms，則第2次按鍵輸入無效，以防止抖動。若前次按鍵后10 s無按鍵輸入，默認(rèn)為無任務(wù)輸入，自動掛機(jī)。掛機(jī)后單片機(jī)把輸入任務(wù)送對應(yīng)輸出口執(zhí)行任務(wù)，并保持狀態(tài)直到有新任務(wù)輸入。
硬件電路主要包括震鈴檢測電路、模擬摘機(jī)和DTMF解調(diào)電路、調(diào)速電路、任務(wù)執(zhí)行電路、3路傳感器報(bào)警信號電路，以及語音電路部分。硬件電路框圖如圖1所示。
2．1 振鈴檢測電路
電路如圖2所示。電話線振鈴信號為25 Hz，75～100 V。因此不能直接與IC電路連接，同時(shí)為了防雷擊，輸入端用1μF／160 V電容進(jìn)行隔離。鈴流聲經(jīng)全橋整流后再由光電耦合器4N25耦合并經(jīng)40106整形后送89C51 T0計(jì)數(shù)器進(jìn)行振鈴次數(shù)記數(shù)，當(dāng)T0記數(shù)為10次時(shí)，按約定為有任務(wù)輸入，89C51輸出模擬摘機(jī)信號使線路接通，同時(shí)單片機(jī)控制語音提示電路送入雙音頻DTMF解碼電路。
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2．2 雙音頻解碼DTMF電路
DTMF電路采用典型的MF8870芯片作雙音頻解碼電路。當(dāng)單片機(jī)發(fā)出模擬摘機(jī)信號后使線路接通，在提示音后輸入密碼，如MF8870，確認(rèn)有信號輸入后，CIO端（15腳）為“1”，更新輸出鎖存器，并將輸入雙音頻信號解碼為4位二進(jìn)制數(shù)送輸出鎖存器D1～D4端，CIO端電平送EN端（10腳）允許輸出。單片機(jī)首先進(jìn)行密碼核對，然后將MF8870送入的任務(wù)信號送RAM中存儲，直到輸入任務(wù)結(jié)束。
2．3 語音提示及撥號電路
語音提示電路采用美國ISD公司語音芯片ISD25120，該芯片可錄放120 s，由于采用“直接模擬量存儲”（DAST）專利技術(shù)，信號無需經(jīng)D／A，A／D轉(zhuǎn)換等處理過程，失真小，音質(zhì)好。片內(nèi)含振蕩器、話筒前置放大器、自動增益控制、防混淆濾波器、平滑濾波器、揚(yáng)聲器驅(qū)動及E2PROM陳列，外圍電路簡單，體積小，3 V單電源供電，耗電省，維持電流僅1μA。
用該芯片只播放預(yù)錄好的語句，所以電路只用了放音功能，錄／放模式P／R接高電平，節(jié)電方式為工作接地。時(shí)鐘采用外時(shí)鐘，ISD25120外時(shí)鐘頻率f＝512 kHz。ISD25120共有10條地址線，要這樣可以實(shí)現(xiàn)200 ms的信息分辨率，但由于我們只需要尋找每段錄音起始地址，所以可以降低分辨率使用，這里把A3～A0接地。A9和A8決定A7～A0的意義，當(dāng)A9和 A8有一個為“0”時(shí)，A7～A0表示為當(dāng)前錄放操作的起始地址，當(dāng)A9和A8有一不為“0”時(shí)，A7～A0表示為不同的操作模式，在此A9和A8接地，表示A7～A0為地址數(shù)。當(dāng)需要放音時(shí)，89C51使ISD25120片選端CE＝“0”，同時(shí)給出A7～A0地址數(shù)，在CE的下降沿鎖存，A9～A0具體設(shè)置如下：
這樣由A7～A4四條地址線可以最大尋址數(shù)為16個，每段時(shí)間長短可以由設(shè)計(jì)者根據(jù)需要決定。錄音段起始時(shí)間和此段起始地址數(shù)關(guān)系如下：
時(shí)間＝某段起始地址數(shù)（十進(jìn)制）×分辨率
不同芯片分辨率不同，具體可查閱有關(guān)手冊。 ISD25120分辨率為200 ms，本裝置1～7段為6 s，輸入有關(guān)的提示語。第8段為預(yù)留電話號碼，9～11段為15 s，用于撥號報(bào)警，12～16段共27 s備用。語音提示及撥號電路圖如圖3所示。
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當(dāng)89C51收到由天然氣、溫度和失竊報(bào)警器送來信號后，89C51采用將預(yù)錄在ISD25120語音芯片中的雙音頻電話號碼及報(bào)警語音播出的方式進(jìn)行報(bào)警。由于DTMF雙音多頻數(shù)字信號和ISD語音芯片在電話和無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)恼Z音信號頻率范圍相同，所以此方案可行。但要注意以下問題：貝爾電話DTMF信號標(biāo)稱誤差是±1．5％，當(dāng)電話晶體為3．579 45 MHz時(shí)，產(chǎn)生的音調(diào)誤差范圍為＋0．74％～－0．54％。而大部分ISD器件內(nèi)部振蕩器在全電壓和全溫度范圍內(nèi)誤差為2．25％，即：ISD器件誤差大于DTMF標(biāo)準(zhǔn)誤差，如圖4所示。所以不能用ISD內(nèi)部振蕩器，而必須用外部晶體振蕩輸入信號。從圖4可以看出，最壞錄放音情況時(shí)，提供給ISD器件的外部時(shí)鐘要求誤差小于0．75％，他可以是TTL或CMOS電平。對于ISD25120采樣速率為4 kHz，提供的時(shí)鐘頻率為512 kHz，單片機(jī)為626 MHz晶體，工作頻率為1 MHz，外加二分頻電路提供給ISD25120的頻率為5 kHz，與要求的512 kHz很接近，使用中不會造成任何問題。這里要求頻率變化誤差要小，而并不要求非常準(zhǔn)確的頻率值。
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2．4 電器控制電路
任務(wù)輸入后首先存放在存儲器中，當(dāng)任務(wù)輸入結(jié)束后，軟件首先刪除輸入偶次數(shù)的任務(wù)項(xiàng)，然后將任務(wù)送相應(yīng)口線。若單片機(jī)口線夠用，則可以直接由口線送外電路執(zhí)行，軟件只需進(jìn)行任務(wù)口線狀態(tài)取反即可。若單片口線不夠用，則可以外加CD4514芯片進(jìn)行4～16線解碼的擴(kuò)展，但每路需加雙穩(wěn)態(tài)電路保持，并進(jìn)行電流放大，執(zhí)行的器件一般采用繼電器，繼電器觸頭容量應(yīng)根據(jù)用電器的功率大小決定，并留一定的余量。
2．5 調(diào)速調(diào)壓電路
調(diào)速調(diào)壓電路執(zhí)行器件選用雙向可控硅，單片機(jī)根據(jù)任務(wù)送不同脈沖個數(shù)，則BT33馳張振蕩器沖放電時(shí)間不同，使雙向可控硅導(dǎo)通角大小不同而輸出電壓不同。
3 軟件設(shè)計(jì)
根據(jù)以上分析，軟件主流程圖如圖5所示。
除主程序外，子程序包括6位密碼核對子程序、（3位數(shù)＋＃）任務(wù)輸入核對子程序、提示音子程序、報(bào)警子程序、任務(wù)排除偶次輸入子程序、對方回鈴聲和忙音區(qū)分子程序以及10 ms，10 s，60 s延時(shí)子程序，編寫程序時(shí)注意二次按鍵時(shí)間小于10 ms時(shí)第2次按鍵無效，以防止抖動。當(dāng)上次按鍵后連續(xù)10 s無按鍵輸入信號，則默認(rèn)可以自動掛機(jī)。
報(bào)警撥號后對方回鈴音和忙音的區(qū)別：按規(guī)定回鈴音為1 s高電平4 s低電平方波信號，忙音為高電平和低電平均為0．35 s方波信號，回鈴音和忙音呼叫時(shí)間60 s，60 s后自動掛機(jī)。當(dāng)有報(bào)警信號送單片機(jī)時(shí)，通過軟件模擬摘機(jī)，預(yù)留電話撥號輸出后，在接到第一聲回鈴音或忙音時(shí)，定時(shí)器開始定時(shí)，計(jì)數(shù)器開始 計(jì)輸入的回鈴音或忙音的個數(shù)。然后判別在60 s內(nèi)，若計(jì)數(shù)值＞15個脈沖（這時(shí)無論60 s定時(shí)到否）則表示對方為忙音，應(yīng)掛機(jī)，延時(shí)60 s后重?fù)芴柡艚小Ｈ粼?0 s內(nèi)計(jì)數(shù)＜14個脈沖，則表示為回鈴音。若在少于12個脈沖中間回鈴音中斷表示對方有人接聽，可以播放報(bào)警信號對應(yīng)的報(bào)警語音。若60 s內(nèi)一直有回鈴音，且定時(shí)到，表示對方無人接聽，則掛機(jī)延時(shí)后重?fù)埽钡诫娫拡?bào)警完成。
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4 結(jié) 語
該裝置是現(xiàn)代家庭中一項(xiàng)十分有用的技術(shù)，對裝有無線控制裝置的家庭，只需將執(zhí)行任務(wù)部分改為無線遙控發(fā)射即可。隨著可視電話的發(fā)展，安裝一個微型攝像頭，出差在外也可以對家中的情況一目了然。