基于电话接口的温湿度记录仪设计

摘要：基于有线电话接口的温湿度记录仪，能够通过电话拨号方式实现远程温湿度报警和查询。本文介绍了电话接口温湿度记录仪的总体设计及其工作过程，详细阐述了系统硬件电路设计及软件设计。整个系统具有结构简单、可靠性高、使用灵活方便的特点，具有广阔的应用前景。

　　在食品存储仓库、现代农业生产基地、电站设备机房等场所，温湿度记录仪是必不可少的环境检测设备。但是记录仪在仓库等场所，其工作状态或查询数据记录，工作人员必须到达现场，工作量大。目前市场上有GSM短信报警功能的记录仪，但是在GSM无线信号覆盖较差的场所使用效果不好，而且GSM无线信号易受干扰。本文设计的温湿度记录仪具有有线电话接口，受电磁环境因素影响小、稳定性好，而且相比GSM方式资费便宜，具有广阔的市场前景。

　　本文设计的记录仪不仅能在液晶屏上查询数据，而且能使用电话远程查询温湿度数据。本记录仪需要占用一个电话号码，检测到来电振铃信号后自动摘机，工作人员在语音提示下通过电话键盘输入密码，验证通过后可以查询记录仪的工作状态和温湿度数据，数据记录的语音通过电话线路播报。如果密码三次输入不正确，或者在语音提示后长时间没有输入密码，记录仪将强制挂机。还可以设置好报警电话号码以及报警温湿度值，当环境的温湿度值超标时，记录仪就会自动摘机并拨打报警电话号码进行报警。

1 系统总体方案设计

　　本系统采用双音多频信号(DTMF)进行通信，实现远程控制，系统主要由温湿度采集、存储电路、电话接口、振铃检测、忙音检测、DTMF接收及发送、语音模块、控制单元、电源电路及LCD显示等单元电路组成，如图1所示。本系统使用TI的MSP430F149单片机作为控制核心，它具有体积小、低功耗、能够串行在线编程等特性，具备60KB+256字节 Flash、2KB RAM、多个16位定时器、12位A/D转换器等功能模块，本机密码和报警电话号码存储在单片机的Flash中，修改方便，可靠性高。

　　温湿度数据存储选用Atmel公司的E2PROM存储芯片AT24C256实现，它具有32KB存储容量，I2C数据接口，由于单片机本身不具备I2C接口，故采用由两个普通I/O口模拟I2C总线方式。

2 硬件电路设计

2.1 电话接口电路

　　电话接口电路如图2所示。电路模拟摘挂机通过继电器控制电流源的通断来实现，继电器K1选用松下公司的双刀双掷DS2Y-S-DC5V继电器。在电话信令中交换机根据电话线路上的直流电流来判断用户的摘挂机状态。挂机时，电话线路馈电电压48V，线路上没有直流电流，摘机后，电话线路直流回路接通，电压降到8V，直流电流约30mA。单片机通过端口P11控制三极管V7的通断，从而控制继电器K1的通断来控制电路中的电流，模拟摘挂机动作。当P11为低电平时，三极管V7截止，继电器K1将电话线路与电流源断开，电流比较小，处于挂机状态;当P11为高电平，V7导通，继电器K1将电话线路与电流源接通，此时V4和V5组成的电流源将提供30mA左右的电流，相当于电话摘机，交换机会接通话路。使用恒流源可以保证电路具有较小的直流阻抗(<300Ω)和较大交流阻抗(>600Ω)。在电话线之间跨接避雷器TISP4350，以达到抗雷击保护的作用。

　　为了实现在电话线路上播报温湿度值的语音，语音模块输出的音频信号AUDIO通过电阻R1后由变压器T1将语音信号耦合到电话线路上。

2.2 振铃检测电路

　　待机状态下，电话线路上只有48V馈电电压，当有用户呼叫本机时，交换机向话机发送振铃信号叠加在48V直流上，振铃是频率为25Hz±3Hz的正弦波，电压有效值90V±15V。振铃以5s为周期，1s通、4s断。振铃检测电路见图2的N1部分，有呼叫时，振铃信号叠加在48V直流上经过电容C2后只有交流振铃信号，经过整流二极管V1、V2，光耦N1，三极管V3，检测信号输入到单片机端口P10，没有振铃时P10为高电平，有振铃时，P10为持续1s的连续脉冲信号，单片机根据此特点，即可实现对振铃的检测。同时，在软件部分进行振铃次数的检测，达到一定次数后再摘机，避免误检测，从而提高系统的稳定性。

2.3 双音多频信号收发电路

　　电话查询记录仪工作状态和温湿度数据时，记录仪接收到的密码、指令都是DTMF信号，本设计选用OKI公司的芯片ML7005实现对DTMF信号的检测解码，见图3。此款芯片能够对DTMF信号、忙音信号、传真信号进行辨识，而且可以发送这三种信号。电话线上的DTMF信号经变压器耦合输出的RXD进入芯片ML7005，解码数据由ML7005的D1~D4输出，送单片机进行识别和处理。

　　若记录仪设置了报警电话号码和报警温湿度值，当环境温湿度超标时，记录仪自动摘机并拨打报警电话，单片机读取Flash中的报警电话号码，ML7005将数据总线D1~D4上的二进制码锁存，产生的DTMF信号TXD经变压器耦合到电话线路上，实现DTMF拨号。