基于PSTN的家用电器远程控制系统设计

文若涛 郭烜博 孙双辰 白宇

摘  要：本文介绍了一种以单片机AT89C51为主控制器和双音多频解码电路芯片FM9270为核心，通过电话线路实现对家用电器的远程、多路智能控制系统。该系统实用、功能灵活多样，可以对被遥控对象的状态进行查询以及控制，可以广泛地应用于家用电器或者其他场所的各种控制设备。系统主要由主控制器、振铃检测与模拟摘机电路、DTMF解码电路、语音提示电路、集中控制器等构成。

关键词：AT89C51;ISD1420;FM9270;PSTN;远程控制

1  PSTN介绍

在通信系统和通信网络中，为保证设备间或用户间的互通和正常的维护管理，除了需要传送话音、数据等业务信息外，还必须传送专用的附加控制信号。对于程控交换系统，通常需要发送各种称之为“信铃”或“信号”（signal）的控制信号，来完成交换协调动作，实现用户呼叫的处理、接续、控制与维护管理等功能。

2  总体设计

设计此系统必须具有以下单元功能模块：

（1）铃音检测、计数;

（2）自动摘挂机;

（3）密码校验;

（4）双音频信号解码;

（5）控制电器开关;

2.1系统总体设计框图

当需要遥控家用电器时，拨打相应的电话号码，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6次，对程控电话的使用不造成影响，当振铃次数达到6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发出提示音，询问是否进入家电控制模式，按“0”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，启动语音提示電路发出提示音，提示操作者输入密码或是退出。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1～8分别表示1～8号通道，分别控制8路电器）。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“0”键表示关断该路电器，有提示音“该路电器已经关闭”，按下“*”键则可挂机退出。若超时则自动挂机（时间可由软件设定）。

2.2系统整体方案

语音控制并形成如下总体设计方案：

（1）DTMF解码电路采用FM 9270芯片接收从TEL0、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。

（2）语音提示电路采用ISD1420芯片，可以使操作者能及时了解到受控家用电器的信息，使产品达到交互式与智能化。

（3）主控制器采用AT89C51，它是一款与MCS51完全兼容且内部自带有4KB的Flash存储器及256KB RAM单元的芯片，因此可以不需另外扩展EEPROM及静态RAM就可以实现所需功能。

3  硬件设计

主要器件：AT89C51单片机、ISD1420、FM9270

3.1 AT89C51单片机

AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器FPEROM的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

3.2 语音提示电路

ISD1420是采用模拟存取技术集成的可反复录放的20秒语音芯片，掉电语音不丢失，最大可分160段，最小每段语音长度为125ms，每段语音都可由地址线控制输出，每125ms为一个地址，由A0-A7八根地址线控制。用户录制的语音每一段结束后芯片自动设有段结束标志（EOM），芯片录满后设有溢出标志（OVF）。如果用单片机等控制电路按某一段的起始地址进行放音操作，遇到段结束标志（EOM）即自动停止放音，单片机收到段结束标志（EOM）就开始触发下一段语音的起始地址，如此控制，即可以将很多、不同段的语音组合在一起成一句话放音出来，实现语音的自动组合。

用户可以先通过专用的ISD1425语音编程拷贝机将需要的语音分段编程、连续录制到芯片中，每段语音的长度不限，制成语音源片后，将源片的录音端封住不让其再做录音操作，再由单片机电路控制放音。首先，单片机将ISD1420语音芯片完整搜索一遍，自动找出每一段的起始地址，按分段顺序编号存入外置的串行存储器中;然后用户通过单片机串口发出指令，单片机即将这些段的编号、地址一一调出，依次向语音芯片发出首地址——放音该段——该段结束，单片机收到EOM标志——单片机发出下一段语音的首地址——放音该段——如此工作，直到要求的一句话合成完毕。

3.4 DTMF解码电路

本电路采用的是FM9270双音多频解码芯片，能实现双音多频信号（DTMF）的发送与接收。FM9270是一个完整的双音多频接收器电路，具有频带分离滤波器和数字解码功能。滤波器部分采用开关电容技术用于将拨号音频信号分离成高频组信号和低频组信号。在解码器中使用数字计数技术来检测所有16种双音多频音频对，并把它们编成4位码。由于片上备有差动输入放大器、时钟振荡器和三态锁存总线接口，因此外接元件数减至最少。

4  软件设计

（1）系统主控模块设计;

（2）振铃检测与模拟摘机电路模块设计;

（3）DTMF解码电路模块设计;

（4）语音提示电路模块设计;

（5）8路电器控制模块设计;

5  操作说明

将本系统的电源线接8—12伏电源，电路板上水晶头插口接至电话座机。将其中一条线接6伏电压，另一条线接发动机输入。基本的接线就已经完成。

用户拨打带有该系统的电话，等电话响铃六声后接电话，如果在响铃六声前接电话将听不到语音提示，如果六声后还没摘机则系统将自动模拟摘机，发出语音提示，用户将会听到语音提示叫输入密码并按#号键结束，本系统默认的密码为123456（用户可以自己修改密码），输完密码然后会提示选择相应家电代号，系统共可以实现八路电器控制，此时用户可以输入1-8，就代表要控制第一路到第八路家电的开关。然后系统会提示输入0或者1，0代表关闭该路电器，1代表开启该路电器，若要控制其他家电按*号键，退出按9。然后系统会提示相应家电已启动或者相应家电已关闭。

6  结论

电话线控制家电，其实质是在远程通过电话线使用的双音频信号来实现对各种家用电器的控制。利用以单片机、双音频解码芯片和语音芯片设计制作了电话线控制家电系统，可实现对多达八路的不同家电的控制，最终能实现对任意一路家电的开关。从测试结果看，与要求设计值达到了一致。

参考文献

[1]  雷晓平编著.单片计算机及其运用[M].电子科技大学出版社，1997.

[2]  于海生等编著.微型计算机控制技术[M].清华大学出版社，1999.

[3]  曾刚，贺蓉，徐成等.DTMF远程通信的软硬件实现技术[M].电子技术应用，2000.

[4]  叶敏编著.程控数字交换与交换网[M].北京邮电大学出版社，1997.