电热水器电话远程控制系统的实现

    摘要：电热水器电话远程控制系统的工作原理及实现方法；着重描述了该系统的各模块组成、原理及具体的电路；电力载波调制解调器芯片TDA5051在该系统中的应用及软件流程图。

    关键词：电热水器 电力载波 远程控制 TDA5051

随着社会的进步与发展，人们的生活节奏越来越快，时间观念也越来越强，并逐步开始运用新的科技手段改善自己的生活条件和质量，享受高科技给人们带来的及时、舒适的生活环境。本文介绍了一种电话远程控制电热水器的实现方法。该系统适用于具有电脑控制的电热水器的电话远程遥控，用户可通过任意一部双音频电话（包括手机、电话分机）对自己家庭安装的电热水器进行机、停机、设温等操作。

    目前，在电话控制器和受控家用电器之间的通讯链路主要有两种方式。第一种是直观方式：它是由电话控制器通过一对双芯电缆直接与热水器控制器相连进行信号传输，达到控制的目的。这种方式成本低，不受其它干扰的影响，但在家庭中安装比较麻烦同，需要在墙上走明线，对装修较好的现代化家庭将破坏装修的整体效果，难以让居民接受。第二种方法是采用电力载波通讯技术，采用家庭内现有的交流电源线作为通讯链路，安装方便，只要插入墙上的电源插座即可达到通讯控制的要求。这种方式优势明显，因此本系统的家内通讯链路采用电力载波方式，并采用电力载波调制解调器芯片TDA5051来实现控制器与热水器之间的数据传输。

1 系统结构

本系统主要由与电话连在一起的电话控制器和与热水器连在一起的嵌入式电力载波终端组成。

电话控制器主要包括电话振铃检测电路、电话自动摘记和挂机电路、DTMF信号解码电路、语音提示电路、电力载波调制解调器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，若密码有误，系统自动挂断电路。当进入正常遥控状态后，CPU将控制命令打包后送入电力载波调制解调器芯片TDA5051，调制后由耦合电路耦合到交流220V/50Hz的电力线路。

    电力载波终端主要包括电力载波调制解调器电路、电力线耦合电路、CPU电路以及与热水器控制器的通信接口电路。当电话控制器发出命令后，由电力线6传送的被调制数字信号喜爱耦合网络及滤波器后，送入TDA5051，解码后数字信号送入CPU进行解包踏它纠错处理后，送入热水器控制器对热水器进行开、关机以及设定温度等操作。操作完成的确认信息再经通信接口电路返回CPU，此信息经CPU编码和TDA5051的调制后经耦合网络耦合到交流220V/50Hz的电力线上。电话控制器收到电力线上的返回信息后，经TDA5051解调，将解调后的数字信号送入电话控制器的CPU，CPU根据返回的确认信息控制语音接口电路，发出操作完成的语音提示，语音耦合到电话线路给用户以提示。至此，整个操作过程已经完成。当用户不进行设定时，可挂断电话。电话远程控制器检测到对方挂机时，经过延时自动挂断电话线路，整个系统重新进入等待状态，准备进行下一次的操作。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式

电话远程控制部分主要由电话振铃检测电路、电话自动摘记和挂机电路、DTMF信号解码电路、语音提示电路和CPU组成。CPU是整个系统的控制核心，本系统采用AT89C2051，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 电话振铃检测电路

当电话振铃信号到来时，电话线路上的90V振铃信号，经过一个桥式整流及滤波后，驱动光电耦合器，如图2所示。有振铃信号时，振铃信号输出端为低电平，无振铃信号时为高电平。CPU以此判断有无振铃信号及振铃次数。

2.2 电话自动摘机和挂机电路

电话打入并等待默认的振铃次数后，CPU送出的摘机信号UP为低电平以驱动光耦导通使假负载接入，进入摘机状态。当整个设定过程完成后，或输入错误密码时，CPU将使摘信号恢复为高电平以断开假负载，进入挂机状态，如图3所示。

2.3 DTMF信号解码电路

在电话远程控制电路中，DTMF信号的解码电路是非常重要的部分。本系统采用常规的MT8870DTMF解码芯片，该芯片具有功耗低、调整简单、抑制拨号音能力强等特点。由电话线送来的双音多频（DTMF）及电话直流供电混合信号经电容耦合到MT8870的信号输入端，当检测到有DTMF信号输入并已解调、锁存到输出寄存器后，STD端输出高电平，CPU检测到该信号后便可使MT8870的三态输出锁存器使能端TOE有效，并将代表拨号值的四位二进制代码Q4～Q1送往CPU处理。电路如图4所示。

    2.4 语音提示电路

当有电话打入并且电话远程控制器摘机后，控制者便会在语音提示电路的提示下输入密码，而后热水器执行开机、设定温度、挂机等操作。

语音电路采用美国ISD公司的语音录放芯片ISD4003。这种录放芯片采用了多电平直接模拟量存储技术，将每个采样值直接存储在片内的快闪存储器中，因此能够非常真实、自然地再现语音、音乐、音调和效果声，并且储存的信号在断电情况下百年不丢失。将需要提示的语音信息按段录入到ISD4003后，在CPU的控制下将录入的信息按顺序由音频输出端输出，然后经音频功率放大器（LM386）放大后送到电话线路。电路如图5所示。

3 电力载波收发模块的实现方法

在整个电话远程控制热水器的系统中，CPU是整个系统的核心，负责控制整个系统协调地工作。但要真正实现远程控制，信号的可靠传输才是本系统的关系。

    本系统采用电力线（PL）作为信号的传输媒介。为在电力线上传输数字信号，采用电力线调制解调器芯片TDA5051。该芯片是一种ASK调制方式的调制解调器，载波频率由晶振或加到振荡器输入端的外部时钟决定，如选用8.867MHz的外部晶振，则载波频率为138.55kHz。为实现电力线与调制解调器之间的隔离，它们之间应接入谐振于载波频率的耦合电路和滤波器，以便滤除带外的干扰信号，提高信号传输的可靠性。电路如图6所示。

4 软件设计

本系统软件的主要工作是进行各种状态的检测以及数据的发送和接收。为了确保对热水器的正确操作，数据发送时需进行编码并加入校验码，接收方收到数据后再进行解码并判断校验码是否正确以确定接收的数据是否正确。电话控制器部分的电力载波模块和热水器部分的电力载波模块互相传送数据时，利用单片机的串行接口并采用异步通信方式，波特率设为1200bps，数据格式为：

电话控制器下行：AA+命令码+长度+数据+校验码

热水口上行：55+命令码+长度+状态+校验码

热水器嵌入的电力载波控制模块CPU对热水器的控制以及热水器返回的状态，需根据热水器控制板的通信协议进行数据传输。在此不再述。软件流程图如图7所示。