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基于PSTN的家用电器远程控制系统设计

1 系统工作原理


  当需要遥控家用电器时,拨打相应的座机电话号码,振铃检测电路检测铃流信号。如果有人接听电话或振铃次数少于5次,对程控电话的使用不造成影响;当振铃次数达到5次后(次数可以通过软件任意设定),单片机启动语音提示电路并发出提示音,询问是否进入家电控制模式。按“O”键否,挂机退出,按“1”键是,摘挂机电路自动摘机进入控制状态并将摘机信号输入到单片机中。单片机接收到摘机信号后,启动语音提示电路发出提示音,提示操作者输入密码(系统支持在线修改密码)。输入的密码经DTMF接收,转换成二进制数并与事先存储在单片机中的密码比较。如果不相符,则语音提示密码错误,可再次重新输入,若三次密码错误则发提示音并自动挂机;如果密码相符,则语音提示选择控制通道(按键l、2分别表示1、2号通道)。通道选择后,按下“1”键表示开启该路电器,并有语音提示“该路电器已经开启”;按下“O”键表示关断该路电器,有提示音“该路电器已经关闭”;再按“O”键则可挂机退出。若超时则自动挂机(超时时间由软件设定)。


  2 系统组成


  本系统由5部分组成,即振铃检测电路、模拟摘机电路、DTMF解码电路、通道控制电路和语音提示电路。其中振铃检测和解码均采用外部中断来实现,系统组成原理框图如图1所示。


系统组成原理框图


  3 系统硬件电路设计


  3.1 振铃检测电路


  3.1.1 原理分析


  公用电话网的传输线路为二线模拟线路,采用直流环路信号方式,能向模拟话机提供直流馈电、振铃信号、话音数据、音频数据、双音频数据等。我国规定的标准为,话机在不通话时,电话线中的直流电压是48 V。当有电话呼入时,同时还有(25±15)V、25 Hz的正弦信号加在电话线上,所以向用户振铃的铃流电压为(75±15)V、25 Hz的交流电压。振铃以5 s为周期,即1 s送,4 s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频率较高的方波信号,然后再将该方波信号转化成便于LPC932计数的低频方波信号。


  3.1.2 方案设计


  采用稳压管、光电耦合器和反向器(晶体管9018),将一个周期的振铃信号转化成一个周期的方波信号,送入LPC932的INTO进行计数,其电路如图2所示。


方案设计


  当有振铃信号时,电话线上的铃流信号为(75±15)V、25 Hz的交流信号。其中直流电压为48 V左右,交流电压为(25±15)V、25 Hz的正弦信号。当该信号进入振铃检测电路后,首先用高压电容C1进行隔直,电阻R1起限流作用。交流信号经过R1后通过稳压管D1降压,然后输入到光电耦合器进行转换。转换后的信号经C2和R2滤波整流后,会变成标准低电平和带纹波高电平的长周期脉冲信号;但是输出的波形不好,且高电平的状态还与交换机有关,所以在后面加上了一个晶体管反向器作为整形,这样就可以得到很完整的波形了,即电话每振铃一次就产生一个周期的方波信号。将该信号输入LPC932 的中断口进行计数,方便、可靠。


  3.2 模拟摘机电路


  3.2.1 原理分析


  在设计该电路之前,首先介绍一下电话摘机的工作原理。用户话机的摘挂机状态,是通过对直流环路上电流的通断来实现的。用户挂机空闲时,直流环路断开,馈电电流为0;反之,用户摘机后,直流环路接通,馈电电流在20mA以上。因为程控电话交换机对电话摘机的响应,会使电话线回路电流突然变大约30 mA,所以交换机检测到回路电流变大就认为电话机已经摘机。


  3.2.2 电路设计


  通过单片机控制晶体管9013的通断,进而控制继电器的通断来实现模拟摘机。其电路如图3所示。


模拟摘机电路


  晶体管开关电路控制继电器的开关,继电器控制音频信号输入到解码电路进行解码。当挂机时,P1.3的电平通过CPU控制为低电平,T1截止,电路无法形成回路,没有电流(理想状态),交换机则认为电话线处于挂机状态。摘挂机信令由单片机通过使P1.3口变为高电平实现。改变晶体管T1的基极电压,使T1处于导通状态,从而吸合继电器K1,使音频信号通过K1输入到解码电路进行解码。这时电话线回路电流突然变大约30 mA,所以交换机检测到回路电流变大就认为电话机已经摘机,整个电路完成自动模拟摘机过程。


  3.3 DTMF解码电路


  3.3.1 原理分析


  当用户在电话机的键盘上输入密码或按下控制按钮后,这些信息均采用双音频方式通过电话线发出。DTMF解码电路的主要作用是接收从TELO、TEL1输入的双音多频信号,并将其转换成二进制编码,然后输至单片机进行数据处理,进而实现控制功能。本方案采用双音多频(DTMF)解码芯片MT8870来对双音频信号进行解码,将其转化成二进制数据并输入CPU进行数据处理。



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