远程多路智能家用电器控制器(编辑修改稿)

远程多路智能家用电器控制器(编辑修改稿)内容摘要：

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输入口，通过软件来完成整个振铃音检测和计数的过程。 （ 2） 振铃检测方案二：（硬件同时实现振铃检测和计数） 图 3— 4 振铃检测（方法二） 15 铃流电压经 C1 隔直， R1 降压， B1桥式整流后， 经 R3 在 C2 上充电 ，铃流停止时， C2 经 R R3 即可改变电容 C2 的充放电时间， 使电路的充电时间常数大于放电时间常数。 这样，每次铃 流停止时，电容上的电荷只放掉一部分，下一次又在此基础上充电。 调节充放电时间使得振铃 N 次时电容的电荷积累达到触发电平，使光耦管导通，达到了振铃 N 次输出检测电平的目的。 若设 N＝ 3，则电容 C2充放电波形示意图如图 35 所示。 触发电平 t1 t2 t3 图 35 C2 充放电示意图 考虑到实际调节操作的不方便，且不易改变所设定的延时时间，因此该振铃检测电路的设计仍采用软件计 数的方案，这样设置方便且定时精确。 3． 3 模拟摘挂机电路 模拟摘挂机电路：当检测到振铃信号时，单片机将 Port 端置高，同时改变三极管 Q2 的基极电压使三极管导通， c极降为低电平，使得三极管 Q1 导通，于是将一个 伏的稳压二极管再加上三极管 c～ e两极电压，使电话线路对地为 5 伏左右，控制电路向交换机发出模拟摘机的信号，交换机响应摘机信号，完成电话线路接通。 整个电路完成自动模拟摘机过程。 若要挂机，则将 Port 端置低。 根据设计原理，原器件选取如下： R10 是三极管限流电阻，取 2kΩ； Q1， Q2三极管 是起模拟开关控制作用，取 Q1为 9012，取 Q2为 9013； D1为 伏的稳压二极管； C9取。 根据有关技术指标，模拟摘挂机电路设计如图 3— 6 所示： 16 图 3— 6 模拟摘挂机 3． 4 双 音多频译码电路的设计 双音多频信号的形成 众所周知，电话机有两种拨号方式，即脉冲拨号和双音频拨号。 由于脉冲拨号方式是按一定的断 /续比和速率来断、续电话线的环路而发出脉冲信号的，它存在以下缺点： （ 1）拨号速度慢。 电话号码越长，所用的时间越长，占用交换机的时间也长，这就使程控交 换机 接续 速度快的优点得不到发挥，从而影响了交换机的接通率。 （ 2）脉冲信号在线路中传输产生波形畸变，可能产生错号。 （ 3）脉冲信号的幅度大，容易产生线间干扰。 双音拨号能克服脉冲信号的上述缺点，增加遥控器的可靠性，因此这里设计的遥控器只接收双音频信号。 数字或 f H（ HZ）功能 fL(HZ) 1209 1336 1447 1633 697 1 2 3 A 770 4 5 6 B 852 7 8 9 C 941 ＊ 0 ＃ D 表 3— 3— 1 17 由表 3— 3— 1 我们可以看出：表征双音多频信号的频率 共有八个。 我们把频率低于 1000Hz 的四个频率称为低频群，高于 1000Hz 的四个频率成为高频群。 按键盘上的每一号或一个字符都是由一个高频群的频率和一个低频群的频率组成。 如发出的号‘ 5’其对应的高频群 fH=1336Hz，对应的低频群 fL=770Hz。 所以当我们按“ 5”时，便同时产生 770Hz 和 1336Hz这两个频率，交换机收到这样的音频信号组合后，其解码器能立即解码、辨认和接续。 表中 1633Hz 是作为备用频率提出来的，用它可以扩大电话机的功能。 普通电话机上的拨号盘通常不用这一频率，而只用表中 7 个频率，我们称之为 7 中取 2 制。 如果 8 个频率全部用上，我们称之为 8 中取 2 制，也就是说每个号码的数字是从 8 个频率上取 2 个频率（高频群中取一个，比频群中取一个）来表征。 分析表 3— 3— 1 中，我们还可以得出： 表中任意两个频率都不互为谐波关系。 在音频范围内，表中任意一个频率都不等于其他任意两个频率之和或者之差，也不等于任意两个频率谐波的和或者差。 这样安排频率的目的在于保证在拨号时不发生传输的差错，防止因非线性失真或者其它原因产生不需要的频率，以提高对语言或杂音引起的虚假信号的防护能力。 双音多频拨号电路较脉冲拨号电路有如下优点： (1)接续速度快。 几乎是在用户一压按钮，多频信号即送出，交换机的解码器立即解码辨认，完成接续，而脉冲式则要先储存，在将脉冲一个一个地送出，然后由交换机辨认，需要很长时间。 (2)效率高。 由于接续快，交换机可在相同时间内完成更多的接续。 提高了可靠性。 DTMF 信号送出的是两个正弦信号的复合波形，交换机只有同时收到两个规定的频率组合才有效，否则无效，这就大大提高了可靠性。 (3)传输距离远。 脉冲信号会因传输距离远而失真并错号。 DTMF 信号不易失真，它只要求有一定的信噪比，所以可传得更远。 (4)能完成更多的任务。 DTMF 信号常用于存储程控式交换机，利用DTMF 信号可组成 16 种组合，能完成比脉冲拨号更多的用户服务。 18 双音多频解码电路的设计 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。 MT8870 是一种常用的双音多频信号译码器，也是一种大规模 CMOS 集成电路，主要由滤波器、译码器和控制电路三部分组成，引脚如图 37 所示。 MT8870 芯片具有低功耗 (电源电压 5V时，消耗电流 3mA)；使用外围元件少，外接 的晶振；采用运算放大器，输出放大倍数调整方便且可提高增益及输入阻抗高等特点。 图 3— 7 MT8870引脚图 引脚端说明： IN+ 、 IN 运放同、反相输入，模拟信号或 DTMF 信号从此端输 入。 Q0— Q3 数据输出，它是相应于 16种 DTMF 信号（高、低单音组合）的４位二进制并行码，为三态缓冲输出。 GS 运放输出，外接反馈电阻可调节输入放大器的增益。 STD 控制输入延迟，当一有效单音对被接收， ST 超过 VTST，输出锁存器被更新，则 STD 为高电平，若 ST低于 VTST，则 STD 返至低电平。 19 VREF 基准电压输出。 EST 初始控制输出，若电路检测出一可识别的单音对，则此端即变为高电平，若无输入信号或连续失真，则返回低电平。 INH PWDN 内部连接端，应接地。 ST/GT 控制输入／时间监测输出。 控制输入，若此输入电压高于门限 VTS则电路将接收 DTMF 单音对，并锁存相应码子于输出，若输入电压低于 VTST，则电路不接收新的单音对。 OSC OSC2 振荡器输入、输出。 两端外接 晶体。 VDD 正电源，通常接 +5V。 TOE 数据输出允许端，若为高电平输入，即允许 D01D04 输出，若为低电平输入，则禁止 D01D04输出。 VSS 接负电源，通常接地。 MT8870 在常规使用时 ,其电路连接如图 38所示： 图 3— 8 MT8870常规使用时接线方式 用户音频电话机发出的双音多频（ DTMF）信号通过电容（ ）及电阻 (100KΩ )耦合到芯片的第２脚，２脚是芯片内部运算放大器的反向输入端，３脚是运放的输出端，输入输出之间接一个 100KΩ 的比例放大电阻。 芯片的 11 脚至 14脚是 DTMF 信号的二进制代码的输出数据通道。 它们与单片微处理机的数据总线相连。 芯片内部的DTMF 信号代码可通过此通道进入控制电路的 RAM 中。 芯片的 18 脚接电源＋ 5V， 117脚与 18脚之间所接 的电阻（ 100KΩ ） 及电容（ ）是识别 DTMF 信号时所需的时间常数电路。 ５、６、９脚接地，１脚与４脚相连，７、８脚之间接一个３ .5795ＭＨ z 的晶振，分频产生芯片内部所需的 DTMF 信号双音对中的各单音比较信号。 芯片 20 的１５脚是 DTMF 信号检测输出，当芯片接收到双音多频信号时，１５脚输出高电平，平时１５脚为低电平。 芯片的１０脚为数据允许输出端，允许芯片接收到的 DTMF 二进制代码从１１－１４脚上输出，高电平有效。 平时１０脚保持低电平，１１－１４脚为高阻态。 这种接线方式是常规使用时的接线方式。 一块芯片在同一 时刻只能接收一个用户终端送来的 DTMF 信号。 MT8870 译码如表 表 341 MT8870译码表 元器件列表： R1 和 R2 是输入平衡电阻，取 100KΩ,C1 隔直电容，取 ； 芯片外部晶振选择 ； IC1 是双音频解码芯片，选取 MT8870； C2 选取 ； R3 是输出平衡电阻，选取 100KΩ。 3． 5 信号音提示电路 原理说明：为了方便本系统的使用者，本人设计了信号音提示音电路，如图 39信号音提示电路。 21 图 3— 9 信号音提示音电路 信号音从单片机 AT89C51 的 RXD/ 口输出，先经过一组反向器进行整流、隔离，从反向器输出的是频率一定，时通时断的方波，提示信号经过隔直电容 C7 输入到音频放大集成电路 LM386N1的输入端。 经过 LM386N1 的放大，信号音经耦合电容C4 至变压器 T1，它是音频输出专用的耦合变压器，正好符合阻抗匹配的要求。 音频放大集成电路 LM386 的连接比较简单，本装置的使用是 LM386 放大增益为 50dB 的连接方式。 LM386N1放大增益为 50dB 的连接方式 ,其电路连接如图 310 所示： 图 3— 10 LM386N1 放大增益为 50dB 的连接方式 3． 6 电器控制电路 当 AT89C51 的应用系统对某一电器进行开头控制时，输出一高电平或低电平至此电路，通过固态继电器的吸合或释放，控制电器开头，驱动电 22 器。 固态继电器的特点及工作原理 继电器是我们生活中常用的一种控制设备，通俗的意义上来说就是开关，在条件满足的情况下关闭或者开启。 继电器的开关特性在很多的控制系统尤其是离散的控制系统中得到广泛的应用。 从另一个角度来说，由于为某一个用途设计使用的电子电路，最终或多或少都需要和某一些机械设备相交互，所以 继电器也起到电子设备和机械设备的接口作用。 SSR 成功地实现了弱信号对强电 (输出端负载电压 )的控制。 由于光耦合器的应用，使控制信号所需的功率极低 (约十余毫瓦就可正常工作 )，而且所需的工作电平与 TTL、HTL、 CMOS 等常用集成电路兼容，可以实现直接联接。 这使 SSR 在数控和自控设备等方面得到广泛应用。 在相当程度上取代传统的 “ 线圈 — 簧片触点式 ” 继电器 (简称“MER”)。 SSR 由于是全固态电子元件组成，与 MER 相比，它没有任何可动的机械部件，工作中也没有任何机械动作； SSR由电路的工作状态变换实现 “ 通 ” 和 “ 断 ” 的开关功能，没有电接触点，所以它有一系列 MER 不具备的优点，即工作高可靠、长寿命 (有资料表明 SSR 的开关次数可达 108109 次，比一般 MER的 106 高几百倍 )；无动作噪声；耐振耐机械冲击；安装位置无限制；很容易用绝缘防水材料灌封做成全密封形式，而且具有良好的防潮防霉防腐性能；在防爆和防止臭氧污染方面的性能也极佳。 耦 合 电 路 触 发 电 路 开 关 电 路AB负 载CD交 流~ 2 2 0 v 图 3— 11 固态继电器示意图 继电器的结构如图 311 所示。 从整体上看， SSR 只有两个输入端 (A 和 B)及两个输出端 (C 和 D)， 是一种四端器件。 工作时只要在 A、 B 上加上一定的控制信号，就可以控制 C、 D 两端之间的 “通 ”和 “断 ”，实现 “开关 ”的功能，其中耦合电路的功能是为 A、 B 端输入的控制信号提供一个输入 /输出端之间的通道，但又在电气上断开 SSR 中输入端和输出端之间的 (电 )联系，以防止输出端对输入端的影响，耦合电路用的元件是 “光耦合器 ”，它动作灵敏、。