使用單片機實現(xiàn)無線控制家電報警器的資料說明

1引言

由于經濟的快速發(fā)展，人們生活水平得到較大的提高，生活節(jié)奏也越來越快，為此家電遙控和家庭安全也為人們所需要和重視。以AT89C51單片機為核心通過電話進行電器遙控和報警裝置主要解決這些問題。他的主要功能有：通過電話可以遙控16路電器通斷，遙控路數(shù)可以根據需要進行擴展；可以實現(xiàn)電器調壓調速控制，有密碼設定，保密安全性好；有語言提示，避免盲目操作；可以取消已輸入的操作命令；當單片機接收到家中天然氣泄露、溫度超限和失竊信號后會自動撥打預留電話并報告家中發(fā)生的情況。

2硬件電路設計

總體電路設計思路是：電話遙控報警器與家用電話采用并聯(lián)方式，當有振鈴信號時單片機開始記數(shù)，前10次鈴聲內若有人接電話，則遙控報警器被屏蔽，不影響正常接聽電話，若10次鈴聲后無人接聽，約定遙控報警器自動模擬掛機，并發(fā)出提示音要求用戶輸入密碼，允許3次輸入錯誤，并有2次提示輸入錯誤重新輸入，若第3次輸入錯誤則自動掛機。密碼輸入確認無 誤后，發(fā)出提示音，提示用戶輸入要求執(zhí)行任務的電器代碼，代碼為3位數(shù)字加“＃”字確認，前2位數(shù)字為電器代號，范圍為1～16（假定控制電器為16個），第3位數(shù)為調壓調速的級數(shù)，范圍為1～4（檔數(shù)根據需要確定），若電器無調壓調速，則第3位數(shù)無效。若同一任務所輸入的次數(shù)為偶數(shù)，表示取消任務。若2次按鍵的時間間隔小于100 ms，則第2次按鍵輸入無效，以防止抖動。若前次按鍵后10 s無按鍵輸入，默認為無任務輸入，自動掛機。掛機后單片機把輸入任務送對應輸出口執(zhí)行任務，并保持狀態(tài)直到有新任務輸入。

硬件電路主要包括震鈴檢測電路、模擬摘機和DTMF解調電路、調速電路、任務執(zhí)行電路、3路傳感器報警信號電路，以及語音電路部分。硬件電路框圖如圖1所示。

2．1振鈴檢測電路

電路如圖2所示。電話線振鈴信號為25 Hz，75～100 V。因此不能直接與IC電路連接，同時為了防雷擊，輸入端用1μF／160 V電容進行隔離。鈴流聲經全橋整流后再由光電耦合器4N25耦合并經40106整形后送89C51 T0計數(shù)器進行振鈴次數(shù)記數(shù)，當T0記數(shù)為10次時，按約定為有任務輸入，89C51輸出模擬摘機信號使線路接通，同時單片機控制語音提示電路送入雙音頻DTMF解碼電路。

2．2雙音頻解碼DTMF電路

DTMF電路采用典型的MF8870芯片作雙音頻解碼電路。當單片機發(fā)出模擬摘機信號后使線路接通，在提示音后輸入密碼，如MF8870，確認有信號輸入后，CIO端（15腳）為“1”，更新輸出鎖存器，并將輸入雙音頻信號解碼為4位二進制數(shù)送輸出鎖存器D1～D4端，CIO端電平送EN端（10腳）允許輸出。單片機首先進行密碼核對，然后將MF8870送入的任務信號送RAM中存儲，直到輸入任務結束。

2．3語音提示及撥號電路

語音提示電路采用美國ISD公司語音芯片ISD25120，該芯片可錄放120 s，由于采用“直接模擬量存儲”（DAST）專利技術，信號無需經D／A，A／D轉換等處理過程，失真小，音質好。片內含振蕩器、話筒前置放大器、自動增益控制、防混淆濾波器、平滑濾波器、揚聲器驅動及E2PROM陳列，外圍電路簡單，體積小，3 V單電源供電，耗電省，維持電流僅1μA。

用該芯片只播放預錄好的語句，所以電路只用了放音功能，錄／放模式P／R接高電平，節(jié)電方式為工作接地。時鐘采用外時鐘，ISD25120外時鐘頻率f＝512 kHz。ISD25120共有10條地址線，要這樣可以實現(xiàn)200 ms的信息分辨率，但由于我們只需要尋找每段錄音起始地址，所以可以降低分辨率使用，這里把A3～A0接地。A9和A8決定A7～A0的意義，當A9和 A8有一個為“0”時，A7～A0表示為當前錄放操作的起始地址，當A9和A8有一不為“0”時，A7～A0表示為不同的操作模式，在此A9和A8接地，表示A7～A0為地址數(shù)。當需要放音時，89C51使ISD25120片選端CE＝“0”，同時給出A7～A0地址數(shù)，在CE的下降沿鎖存，A9～A0具體設置如下：

這樣由A7～A4四條地址線可以最大尋址數(shù)為16個，每段時間長短可以由設計者根據需要決定。錄音段起始時間和此段起始地址數(shù)關系如下：

時間＝某段起始地址數(shù)（十進制）×分辨率

不同芯片分辨率不同，具體可查閱有關手冊。 ISD25120分辨率為200 ms，本裝置1～7段為6 s，輸入有關的提示語。第8段為預留電話號碼，9～11段為15 s，用于撥號報警，12～16段共27 s備用。語音提示及撥號電路圖如圖3所示。

當89C51收到由天然氣、溫度和失竊報警器送來信號后，89C51采用將預錄在ISD25120語音芯片中的雙音頻電話號碼及報警語音播出的方式進行報警。由于DTMF雙音多頻數(shù)字信號和ISD語音芯片在電話和無線網絡傳輸?shù)恼Z音信號頻率范圍相同，所以此方案可行。但要注意以下問題：貝爾電話DTMF信號標稱誤差是±1．5％，當電話晶體為3．579 45 MHz時，產生的音調誤差范圍為＋0．74％～－0．54％。而大部分ISD器件內部振蕩器在全電壓和全溫度范圍內誤差為2．25％，即：ISD器件誤差大于DTMF標準誤差，如圖4所示。所以不能用ISD內部振蕩器，而必須用外部晶體振蕩輸入信號。從圖4可以看出，最壞錄放音情況時，提供給ISD器件的外部時鐘要求誤差小于0．75％，他可以是TTL或CMOS電平。對于ISD25120采樣速率為4 kHz，提供的時鐘頻率為512 kHz，單片機為626 MHz晶體，工作頻率為1 MHz，外加二分頻電路提供給ISD25120的頻率為5 kHz，與要求的512 kHz很接近，使用中不會造成任何問題。這里要求頻率變化誤差要小，而并不要求非常準確的頻率值。

2．4電器控制電路

任務輸入后首先存放在存儲器中，當任務輸入結束后，軟件首先刪除輸入偶次數(shù)的任務項，然后將任務送相應口線。若單片機口線夠用，則可以直接由口線送外電路執(zhí)行，軟件只需進行任務口線狀態(tài)取反即可。若單片口線不夠用，則可以外加CD4514芯片進行4～16線解碼的擴展，但每路需加雙穩(wěn)態(tài)電路保持，并進行電流放大，執(zhí)行的器件一般采用繼電器，繼電器觸頭容量應根據用電器的功率大小決定，并留一定的余量。

2．5調速調壓電路

調速調壓電路執(zhí)行器件選用雙向可控硅，單片機根據任務送不同脈沖個數(shù)，則BT33馳張振蕩器沖放電時間不同，使雙向可控硅導通角大小不同而輸出電壓不同。

3軟件設計

根據以上分析，軟件主流程圖如圖5所示。

除主程序外，子程序包括6位密碼核對子程序、（3位數(shù)＋＃）任務輸入核對子程序、提示音子程序、報警子程序、任務排除偶次輸入子程序、對方回鈴聲和忙音區(qū)分子程序以及10 ms，10 s，60 s延時子程序，編寫程序時注意二次按鍵時間小于10 ms時第2次按鍵無效，以防止抖動。當上次按鍵后連續(xù)10 s無按鍵輸入信號，則默認可以自動掛機。

報警撥號后對方回鈴音和忙音的區(qū)別：按規(guī)定回鈴音為1 s高電平4 s低電平方波信號，忙音為高電平和低電平均為0．35 s方波信號，回鈴音和忙音呼叫時間60 s，60 s后自動掛機。當有報警信號送單片機時，通過軟件模擬摘機，預留電話撥號輸出后，在接到第一聲回鈴音或忙音時，定時器開始定時，計數(shù)器開始 計輸入的回鈴音或忙音的個數(shù)。然后判別在60 s內，若計數(shù)值＞15個脈沖（這時無論60 s定時到否）則表示對方為忙音，應掛機，延時60 s后重撥號呼叫。若在60 s內計數(shù)＜14個脈沖，則表示為回鈴音。若在少于12個脈沖中間回鈴音中斷表示對方有人接聽，可以播放報警信號對應的報警語音。若60 s內一直有回鈴音，且定時到，表示對方無人接聽，則掛機延時后重撥，直到電話報警完成。

結語

該裝置是現(xiàn)代家庭中一項十分有用的技術，對裝有無線控制裝置的家庭，只需將執(zhí)行任務部分改為無線遙控發(fā)射即可。隨著可視電話的發(fā)展，安裝一個微型攝像頭，出差在外也可以對家中的情況一目了然。