电话智能遥控器的硬件设计

摘    要：本文主要介绍电话智能遥控器的硬件设计思路，并对其各部分工作原理进行说明。
关键词：遥控器；智能；电话机原理

概述
电话智能遥控器是一个用来控制各种家电的设备，它通过来自电话的控制信号来实现对家电的控制。当用户不在家时，通过随身携带的移动电话或者身边的固定电话，拔通家里的电话，依照事先规定的一些规则，通过在电话里的语音提示，进行不同的数字按键操作来完成对不同家电的控制，达到用户的预期目的。

电话智能遥控器的设计
电话智能遥控器的结构
单片机是该方案的主控部分，进行各种信息、信号的处理，接收外部操作指令，通过软件的辅助形成各种控制信号，并记录各种信息。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、双音多频(DTMF)识别及语音反馈电路。从而可建立密码设置与核对部分，进一步增加了装置的安全和可靠性。电话智能遥控器的结构如图1所示。
电话智能遥控器各部分工作原理
振铃检测部分的工作原理
这是一个检测电路，它的工作目的是将电话线上的振铃信号转化成脉冲方波，使单片机适时控制模拟摘机电路工作，其电路如图2所示。用户第一次拔号时，光电耦合器1、2端有电流，4端为高电平，触发计数器CD4017开始计数，同时也触发延时复位电路开始延时。即CD4017的2端为高电平，使三极管V1导通，NE555的输入端(2脚)为高电平，NE555被触发开始延时，控制用户挂断重拔，这样重复进行4次拔号，计数器的1端为高电平，其它均为低电平，这时V2被触发导通，使单片机的INT1端为高电平。此时电路就完成了一次振铃检测，将检测到的信号交给单片机，使单片机发出进行模拟摘机的信号。
在拔号过程中要特别注意，一定要在延时复位电路所设定的延时时间内完成5次拔号，否则用户拔号次数还不够，延时电路将自动使计数器复位，回到初始状态，这样振铃检测就会失败，就不能进行接下来的各种操作。当然这也是该设计保护正常通信的有利之处，因为正常的通信不可能在较短的时间内连续拔5次电话。
当有人拔打电话时，如果电话空闲，交换机就向你的电话机发送振铃信号，该信号电压较大，是75~105V的交流信号，即这时电话线上有振铃信号，此信号经过C1、R1、Z1等加在了光电耦合器的1、2端，电容C1和电阻将振铃信号耦合到光电耦合器上，另外，因为电话用户平时由程控机馈送48V直流信号，所以电容C1起隔离作用，可以使控制器不受其它信号的干扰，不会误动。而D1可去掉振铃信号的负极性，以保护光电耦合器中的二极管安全工作。
无论是正常通信还是控制电话的拔打都会产生同样的振铃信号，所以单依靠以上的电路是很难区分的，这样就有可能产生误动，影响正常的通信。因此在设计时增设了计数和延时电路，将遥控信号和其它通信信号区分开来。
该电路的设计目的是用户在进行遥控时要完成提前所设定的某项约定，例如在3分钟内用户连续拔号5次(发出5次振铃流)，才能有方波信号加到AT89C51的INT1端，使单片机产生模拟摘机信号。当然，这里的时间是由NE555构成的延时电路决定的，不同用户可根据自己的情况对电路中可变电阻PR的改变来设定不同的时间。所以通过此电路的作用，只有控制振铃信号才能在单片机INT1端输入信号，使其进行另外的工作。
在该控制器中，拔号通话次数计数电路是由电阻R2，电容C2，计数器CD4017等构成的。当光电耦器4脚有信号到CD4017的触发端14上时，由于自动复位电路的(即延时电路)作用，CD4017处于初始态，3脚为高电平，其它均输出低电平，经第一次拔号通话振铃时，CD4017将2脚翻转为高电平，其它仍为低电平。2脚高电平用于对自动复位电路的控制以达到计数与延时的同步；再拔号通话4次，CD4017将1脚转为高电平，其它为低电平，1端高电平用于控制单片机进行模拟摘机操作。在此过程中，约定拔号通话振铃必须在延时复位的时间内完成，如果5次拔号的时间超过了设定的时间，CD4017将自动复位，从而拔号作废，使单片机不能发出模拟摘机的信号，所以拔号次数必须在设定的时间内。
这里拔号通话并非是要其真正通话，而只是让被控方的电话有振铃流。但必须即时中断，以保证在约定的时间内完成5次呼叫，即有5次振铃流的产生，且在该电路中，同一次拔号里的多次间隔振铃只能算作一次拔号通话。
在该设计中，当第一次振铃时，计数器(CD4017)的2端是高电平并送到NE555的触发端，使计数和延时同步，即经过规定的时间后，NE555的输出端(3脚)输出一个高电平以控制计数器自动复位。该延时器的延时长短由电容C1和电阻R来确定 ，其关系式为：
t=1.1RC=1.1(R1+PR)C1
根据用户的需要，可改变PR的值来设定不同的延时时间。总之，设定了时间后，计数器就复位，在这段时间内用户应有足够的时间去完成4次拔号。否则不能使计数器CD4017对单片机的INT1端输入信号，即不能完成模拟摘机，遥控将失败。因此要实现遥控电器就要从第一次拔号通话开始，在延时电路设定时间内完成4次拔号通话，使单片机起动。第一次拔号的完成，也就是延时电路的起动。
模拟摘机部分的工作原理
该电路是通过单片机发出模拟摘机信号，使三极管V3、V4分别导通，使振铃流通过电阻R形成回路，从而达到模拟摘机的目的，使控制用户能与智能控制器进行通话，达到在远距离对电器的控制，电路如图3所示。
根据国家标准的规定：电话机摘机状态的直流电阻应<300W，有“R”键的电子电话机的摘机状态电阻应<350W，在挂机状态下。根据这一规定，在该电路中选定R1+R2=250W。
RXD为高电平时，V4和V3分别导通和关断，使电话线通过极性保护电路与电阻R连接，从而实现模拟摘机。而当RXD为低电平时，V4不导通，V3导通，电话线上的振铃流不能形成回路，不能达到模拟摘机的目的。
该电路的开关器件V3、V4是由单片机来控制通断的，所以其智能性能极高，与人去摘下电话没有什么区别，因此，基本上不会出现误动，进而保证该设计的可行性。
不过要注意，该部分电路的工作电源是由程控交换机提供的48V直流电压，所以要注意各种元器件的参数选取，以保证该电路能安全工作。
双音多频解调部分的工作原理
双音多频解调是由集成电路MT8870来完成的，其电路如图4所示。它将电话线上的双音多频信号转换成单片机能识别的BCD码交给单片机进行信号处理和操作。
MT8870的2、3脚接收来自电话线上的双音多频脉冲信号，其中，电容C用于隔离48V的直流电压。该双音多频信号先经其内部的拔号滤波器，滤除拔号信号，然后经前置放大后送入滤波器，将双音多频信号按其高、低音频信号分开，再经高、低群滤波器，幅度检测器送入输出译码电路，经过数字运算，在其数据输出端(11~14脚)输出相对应的8421码，最后送入单片机AT89C51中。
MT8870的数据输出端Q4~Q1连到AT89C51的P1口的P1.0~P1.3上，CPU经P1识别4位代码，电话按键与相应译码(Q4~Q1)的输出相对应。其中A、B、C、D 4个按键常被当作R/P、REDIAL、HOLD和HANDSFREE等功能使用，需要特别注意的是：对于“0”字号码，MT8870输出的8421码并非是“0000”，而是“1010”，另外“*”、“#”字号码，MT8870输出的8421码分别为“1011”和“1100”。
为了使单片机AT89C51获取有效的数据，MT8870的STD有效端经反相后接CPU的INT0引脚。当MT8870获取有效双音多频信号后，STD电阻低变高，再反相为低，CPU检测后，指示P1口接收有效二进制代码，而无效的双音多频信号(电话线杂音，人们的语音信号等)是不会引起MT8870的STD端变化的。
在实际应用中，存在着这样一个问题：MT8870使能控制端不允许中断时，将使MT8870的STD端中断关闭。其解决办法是，将STD端接与非门一输入端，当STD有效(即中断开放)时，P=1，则INT0中断关闭；P=0，则INT0中断允许。
单片机工作原理
在该设计中，利用AT89C51的特点，用它对外界的各种信号进行处理和操作，并且根据其工作原理和各种工作要求增设外部的设备，以致能保持AT89C51单片机正常工作，使其对各种信号进行分析处理并发出控制家用电器的信号。

结语
本设计是通过通信设备实现对家用电器的控制，在安装测试过程中，整个硬件组成单元基本已经能按设计目的实现。在硬件测试时要特别注意元器件的焊接良好，同时要注意对静电的防止，以免对集成电路的损伤。另外选择单片机要特别注意，不同类型的单片机将出现不同的软件程序，所以一定要使用比较熟悉而且简单好用的单片机，以免出现程序混乱造成安装失败。■

参考文献
1.谢宋和 主编.  Motorola单片机原理及应用系统开发技术. 北京航空航天大学出版社, 1999
2.樊昌信 编著. 程控交换机原理.人民邮电出版社, 1993
3.柯南 主编. 非常电路图设计Protel 99之Schematic.中国铁道出版社, 1998
4.侯光华 主编. 世界最新集成电路.大连出版社, 2000