基于51单片机设计的电话遥控器

进十年来，中国的固定电话业务呈现出举世瞩目的快速增长。1997年8月局用电话交换机总容量突破1亿门，网络规模跃居世界第二位，1999年7月固定电话用户总数突破1亿户。
现代电话网络是由交换机和电话传输线共同组成，它的性能已经有了很大的进展，而且可靠性非常高。
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，随着寻呼网的全国联网，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。
电话遥控器作为一较新的课题与常规的遥控方式相比，显示出一定的优越性，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。
电话属双工通信手段。因此，这可以大大体现出利用电话进行遥控的更大优越性。操作者可以通过各种提示音即时了解受控对象的有关信息，从而进行进一步的操作。电话遥控这一课题目前已有涉足者，但是只是还只限于实验室阶段，因而距离实际应用，尤其是对于日常生活尚有一定的差距，并不能完全体现出电话遥控方式的双工通信特点。本作品正是针对这一点进行了较大改进，采取单片机智能控制，利用不同的提示音达到对于不同操作的提示及对受控方状态的信息反馈，从而使操作者能够及时了解受控方信息，使产品达到交互式与智能化。而且本作品的调试都是在线调试，已经在宿舍连接电话经过真正的交换机实验并且成功。本作品的各种电器接口、各项标准都严格遵循国家有关标准，为以后的产品化提供了良好的基础。
作品为突出电话遥控的信息反馈功能，并使产品达到非常高性价比。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。在该作品的基础上进行了功能扩展是很方便的。譬如:使用语音芯片作为信号音反馈，提高本作品的实用性（此次为了保证整体电路的廉价，所以并未使用语音芯片）。加上留言电路，主人不在家时客人留言。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。本作品还可以应用于工厂企业的自动化控制等领域。

第一章 总体设计

电话遥控器由单片机构成主控部分，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；接口电路提供单片机与电话外线的接口。其中包括铃流检测、摘挂机控制、忙音检测、双音频DTMF识别，及语音提示电路。系统原理框图如图1.1所示

图1.1
语音提示电路是该作品重要组成部分。为了降低本装置的造价，作品的提示音使用程序产生。语音提示电路受单片机的控制产生相应的提示音提示，并通过反馈电路反馈至电话外线。从而使操作者对电器的操作达到交互式，并能即时了解有关的信息；显示电路用于状态设置时的显示；控制部分即受控的终端，如前所述，可通过接驳不同的终端并对电话进行必要的改动从而达到功能的扩展。这一点，可使产品达到系列化。
本系统的每一个接口电路（振铃检测、模拟摘挂机、语音反馈、双音频解码等）都已经经过实际的交换机在线实验，具有很强的实用性。本系统使用最简单的电路、最便宜的电路芯片实现了完善的功能。本系统还有许多可以添加的功能，具有很强的市场前景。
本装置并联于电话机的两端，不会影响到电话机的正常使用。用户通过异地的电话机拨通本装置所连接外线的电话号码，通过市局交换机向电话机发出振铃信号。本装置如果检测到振铃五次，即五次响铃后无人接，自动摘机，进入密码检测，输入正确后选择被控制电器，然后输入开或关进行遥控电器，完成后返回。

第二章 系统设计可行性分析

2.1 总体设计分析

根据电话遥控器的具体设计要求：

⑴ 通过电话网对异地的电器实现控制（开/关）；
⑵ 控制器可以实现自动模拟摘挂机；
⑶ 控制器设置密码校验；

我设计此系统必须具有以下单元功能模块：

⑴ 铃音检测、计数；
⑵ 自动摘挂机；
⑶ 密码校验；
⑷ 在线修改密码；
⑸ 双音频信号解码；
⑹ 输入信息分析；
⑺ 控制电器开关；
⑻ 电器状态查询；
⑼ 忙音检测；

根据电话机和交换机发出的不同信号音以及电话线各种状态的不同要求，我结合实际情况对具体的单元功能模块作出软件或硬件上的不同分工，具体如下。
理论上交换机所发出的各种信号音都可以通过软件编程而识别，即通过单片机发出的脉冲信号来检测信号音单位时间内的脉冲个数计算出其频率，从而完成信号音识别。但是从系统的可靠性和程序的结构设计上分析，我选择了硬件来解决振铃音检测、忙音检测、双音频信号解码等功能模块。
自动摘挂机和电器的控制必须使用具体硬件电路来实现。
振铃音计数、忙音计数、密码校验、在线修改密码、输入信息分析、电器状态查询等功能模块使用软件编程方式要比硬件电路简单的多，实现也很容易。
综上所述，我设计信号音检测、自动摘挂机、控制电器、双音频解码等功能模块使用硬件电路实现。而信号音计数、密码校验、在线修改密码、信息分析、电器状态查询等功能模块使用软件编程完成。
下面就硬件以及软件实现的单元电路分别进行具体分析。

2.2 硬件模块

本作品使用了大量的硬件电路完成部分功能模块，其目的就是充分利用硬件电路的可靠性、稳定性，使整体电路达到比较高的稳定性。

2.2.1自动摘挂机

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。自动摘挂机电路可以通过单片机控制一个继电器的开关，继电器的控制端连接一个大约300Ω的电阻接入电话线两端，从而完成模拟摘挂机。

2.2.2振铃音的检测

当用户被呼叫时，电话交换机发来铃流信号。振铃为25±3伏的正弦波，谐铃失真不大于10%，电压有效值90±15V。振铃以5秒为周期，即1秒送，4秒断。根据振铃信号电压比较高的特点，可以先使用高压稳压二极管进行降压，然后输入至光电耦合器。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正弦波，经过RC回路进行滤波输出很标准的方波。方波信号就可以直接输出至单片机的中断计数器输入口，完成整个振铃音检测和计数的过程。

2.2.3控制电器

此部分比较简单，通过单片机控制多路继电器的开关即可，常用的电路已经很成熟，在此就不累述了。

2.2.4双音频解码

此部分是整个系统的关键，它的工作情况直接决定了系统的可靠性。经过翻阅大量的文献资料，我发现使用电话专用的双音频编解码芯片进行输入双音频信号的解码，是比较常用的一种方法。使用集成电路不但外围电路简单，而且可靠性强。经过专用集成电路的解码，信号转换成为不同的码制信号，可以直接被单片机读取。一般常用的电话双音频编解码集成电路有8870、8880、8888等，经过反复论证比较，我决定使用双音频解码集成片MT8870来完成此功能模块。有关MT8870的详细介绍请参阅本报告的附录部分。

2.3 软件模块

经过比较，我决定使用AT89C51作为控制的单片机芯片，具体有关AT89C51的介绍不在这里累述，其详细资料请参阅本报告的附录部分。

2.3.1信号音计数

本单元可以使用AT89C51的两个计数器的外部中断方式来实现对不同信号音的计数。

2.3.2密码检测

本单元可以在系统初始化的时候，在单片机内部的存储器的内部开辟一块空间放置密码。当用户输入密码的时候，单片机把输入的密码写入另外的一块空间，然后利用减法运算比较两者是否相等。这样就可以实现密码检测的功能。

2.3.3 信号分析处理

本单元可以利用查表方式，也可以用简单的语句，稍微长一点的语句实现，例如CASE语句等。

经过翻阅大量的技术资料，对具体要求实现的功能进行完整的系统分析，我认为我的电话遥控系统设计基本符合实际情况，可以完成设计任务所要求实现的基本功能。 第三章 硬件单元电路设计

3.1 振铃检测电路

在电话线路未来铃流前，电话线路由电话交换机提供大约48V的直流电压。当用户被呼叫时，电话交换机发来铃流信号。振铃信号为25±3伏的正弦波，谐铃失真不大于10%，电压有效值90±15V。振铃以5秒为周期，即1秒送，4秒断。
在本电路检测铃流信号时，以五次铃响为准，即五次振铃后无人摘机，便由单片机控制自动模拟摘机。

图3.1
原理说明：

电话振铃信号通过电容C1隔直、D1稳压二极管、R1限流电阻输入至光电耦合器4N25的输入端1口，C1、D1和R1共同组成振铃信号变换电路，它们使输入电压和电流不会太大，对后面的光电耦合器起保护作用。光电耦合器4N25起的是隔离作用，光电耦合器是一种电信号的耦合器件，它一般是将发光二极管和光敏三极管的光路耦合在一起，输入和输出之间不可共地，输入电信号加于发光二极管上，输出信号由光敏三极管取出。
光电耦合器以光电转换原理传输信息，它不仅使信息发出端（一次侧）与信息接收并输出端（二次侧）是绝缘的，从而对地电位差干扰有很强的抑制能力，而且有很强的抑制电磁干扰能力。速度高、价格低、接口简单。
振铃信号通过光耦4N25的4脚输出振铃正弦波，R2和C2共同组成滤波电路，信号到了开关三极管T1的基极就变成了方波。经过三个反向器的整形输出到单片机AT89C51的T0/P3.4口，中断方式采用外部中断，计数5次产生T0中断，控制继电器模拟摘机，完成振铃音检测。