基于AT89C51单片机和DTMF通信实现电话远程控制家用电器的设计

引言

随着计算机技术和电信业的发展，通过电话线进行的远程通信越来越常见。人们通常采用MODEM进行通信，但是在通信数据量不大，对通信速率要求不高的应用场合，我们可以考虑一种DTMF通信方式，它具有接口简单，成本低廉且可靠性高的特点。本文介绍了一种电话远程控制家用电器的实现方法。用户可通过任意一部双音频电话（包括手机、电话分机）对自己家庭安装的家用电器进行开机、停机、设定等操作。

1、系统结构

本系统主要包括电话振铃检测电路、电话自动摘挂机电路、DTMF信号解码电路、语音提示电路以及整个系统的控制心脏CPU电路。当有电话打入时，电话振铃检测电路检测到有振铃并等待至系统默认的振铃次数后，控制器自动摘机，并在语音电路的提示下依次输入用户的操作密码和操作指令。DTMF解码电路将接收到的DTMF解码后的数字信号送入CPU，若输入密码错误达3次以上，系统自动挂断电话。当进入正常遥控状态后，CPU用控制命令来开启家用电器接口电路。整个系统的结构框图如图1所示。

2、电话远程控制部分的实现方法

电话远程控制部分主要由电话振铃检测电路、自动摘挂机电路、DTMF信号解码电路、语音提示电路、实时时钟电路和CPU组成。CPU是整个系统的控制核心，本系统采用AT89C51，所有电路都是在它的控制之下完成各种规定的操作。下面具体介绍各单元电路的设计方案。

2.1振铃检测电路设计

当电话线路上没有振铃信号时，电话线路由电话交换机提供大约48V的直流电压。当用户被呼叫时，电话交换机发出的约为70V的交流信号，经全桥BRIDGE1极性校正后，使用高压稳压二极管进行降压，然后输入至光耦4N35的输入端，输出的脉冲方波信号再经放大、整形后送至AT89Ｃ51的T0端，CPU对振铃信号计数，完成整个振铃音检测和计数的过程。

2.2 DTMF解码电路设计

远程用户通过电话按键发送的DTMF信号，经耦合电容的隔直、滤波后，由MT8870接收并进行硬件译码，输出的四位二进制数据直接与AT89C51单片机的P1.0～P1.3口连接， MT8870接收到有效的DTMF信号并解出正确的BCD数据时，会使STD端置高电平，通知CPU取走数据。CPU从P1口读入数据，去掉高四位后将数据保存于内部R7寄存器单元，并对读入的数值进行判断，从而得到远程控制者的输入命令。

2.3实时时钟电路设计

DS12887为DALLAS公司生产的实时时钟芯片，除具有实时钟功能外，它还具有114字节的通用RAM，内藏锂电池。在本系统中，巧妙的应用DS12887实现了以下功能：（1）多功能日历、时钟。（2）掉电保存各路家用电器开关状态。（3）保存系统密码，且密码可在线更改。（4）结合软件实现看门狗，增强了系统的可靠性与稳定性。

AT89C51为INTEL系列总线，所以DS12887的MOT脚接地，AS，DS，RW分别与AT89C51 ALE，RD，WR管脚相连。为尽量节省I/O口线，对DS12887的读写不采用MOVX A，@DPTR 指令，而采用P3.5作为片选信号，对DS12887的读写全部采用MOVX A，@R0来完成。这样可充分利用CPU的P2口，避免读写时影响电器状态。

2.4语音提示电路设计

电话远程控制系统利用语音提示电路实现用户和系统的交流。语音提示电路预先存储若干段系统提示音，AT89C51中央处理单元电路判断用户发送的DTMF信号后，对语音提示电路进行寻址，播放相应的提示音，从而向用户反馈信息提示下一步该如何操作。

本系统语音存储采用了美国ISD公司的ISD2590芯片，该芯片具有抗断电、音质好，使用方便等优点。有10个地址输入端，寻址能力可达1024位；最多能分600段；设有OVF（溢出）端，便于多个器件级联。与CPU接口电路如图4 所示。

ISD2590的最高地址位A8（脚9），A9（脚10）置为高电平时，芯片即进入操作模式状态。操作模式根据引脚A1～A8的高低电平不同组合总共分为6种不同的模式，实现不同的功能。

为尽量节省I/O口线，采用了M1和M6相结合的方法实现对ISD2590操作，将所需的语音通过开始/暂停按钮一段一段从话筒录入芯片，只需记住各段的序号即可。

ISD2590的信息检索模式的使用方法：首先将芯片的录放控制P/R端置高，地址位A4，A0置高，现在芯片即处于信息检索模式的信息读取状态。要播放第N段的语音，先给PD端一高电平脉冲，使地址指针复位为0。因为所有的序号都以存储器起始处为基准，除第一段外，只需要CE端发送N-1个不大于10us低脉冲，即可使地址指针到达第N段的开始处，然后拉高A0，在CE端加一个低脉冲即可播放第N段的语音信息，直到此段后的EOM标志出现为止。

由此可知准确检索的关键在于正确检测到每一段的EOM结束标志。因为在快进状态下，EOM脉冲的宽度只有10us左右，对于速度不高的单片机不易检测到，此时可用外部中断来检测EOM标志位。

3、软件设计

如何利用有限的16种DTMF信号实现多样的系统控制功能，是系统成功与否的关键，借助于软件编程，系统可以对16种DTMF信号的任意组合进行解释，从而丰富了系统功能。系统软件主要功能如下：

（1）系统身份认证功能 为了保证只有合法用户才能操作系统，电话远程控制系统上线以后，用户必须输入密码，待系统确认后才具有对系统的操作权限。

（2）用户信令解释功能 对收到的用户信号，系统按照软件设定加以解释，并决定对语音提示电路寻址，播放相应的系统提示音，实现用户和电话远程控制系统间的交互操作，或者对外部受控设备发出相应的驱动信号。

（3）软件定时功能 系统软件设定系统自动复位的软件定时器，定时器的设置值规定了系统一次上线工作的最大时间。若一次工作超时，系统自动离线，进入待机状态。

4、结语

利用智能电话远程控制系统可以实现固定电话和移动电话对空调器、电灯、电饭煲等家用电器设备的远程控制，如可以提前将居室的空调打开，一进家门便享受清凉世界；用户外出旅游或出差时，通过本系统开关居室的电灯、电视，造成有人在家的假象，提高家居安全。本系统可以扩展用于数据通信量不大，速率要求不高的远程通信场合。可应用于自动防盗报警装置、公话集中管理系统以及远程分布式数据采集系统等，实现对无人值守岗位的远程控制。该系统软硬件实现技术具有接口电路简单、可靠性高、成本低、灵活性强等优点。