基于单片机的家用电器远程控制系统

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摘要 ............................................................... 1 关键词 ............................................................. 1 Abstract ........................................................... 1 Key words ......................................................... 2 引言 ............................................................... 2 第一章 系统方案论证 .............................................. 3 1.1系统整体方案比较 ........................................................................................... 3 1.2 模块方案比较 ................................................................................................ 5

1.2.1 DTMF解码 ............................................................................................. 5 1.2.2 语音芯片 .............................................................................................. 6 1.2.3 主控制器选择 ...................................................................................... 6 第二章 系统总体设计和主要芯片选择 ................................ 7 2.1 系统总体设计 .................................................................................................. 7 2.2 主要芯片介绍 .................................................................................................. 9

2.2.1 AT89C51 ................................................................................................ 9 2.2.2 DTMF芯片概述 ................................................................................... 12 2.2.3 AT24C02 ................................................................. 错误!未定义书签。 第三章 系统硬件设计 ............................. 错误!未定义书签。 3.1 振铃检测和模拟摘机 ....................................................... 错误!未定义书签。 3.2 声音监听和语音提示电路 ............................................... 错误!未定义书签。 3.3 单片机控制和密码存储电路 ........................................................................ 19 3.4 DTMF检测电路 ............................................................................................... 19 3.5 继电器控制电路 ............................................................... 错误!未定义书签。 第四章 系统软件设计 .............................. 错误!未定义书签。 4.1 系统软件设计基本思路 ................................................... 错误!未定义书签。 4.2 定时中断子程序 ............................................................... 错误!未定义书签。 4.3 MT8870中断子程序 .......................................................... 错误!未定义书签。 结论 ............................................... 错误!未定义书签。 致谢 ............................................... 错误!未定义书签。 参考文献： ......................................... 错误!未定义书签。 附录一：元器件清单 ................................. 错误!未定义书签。 附录二：电话远程控制器原理图 ...................................... 29

基于单片机的家用电器电话远程控制 电子工程专业学生 王海东

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指导教师 陈万平 曾实现

摘要: 本次毕业设计的题目是用AT89C51实现电话远程控制家用电器，该系统主要是由

AT89C51单片机、DTMF解码芯片MT8870、语音芯片ISD2560和存储芯片24C02组成。可以用电话机或手机在任何地方、任何时刻通过此系统来远程控制家里的电器。该系统可以直接开关电器、延时开关电器、监听家中声音、密码修改和存储及其状态查询，并且有自动语音提示功能。

系统具有运行可靠、成本低、操作方便、适用性强等特点，可以广泛应用于城市社区，具有较大的推广价值。

关键词：单片机,电话,远程遥控,语音提示

Based on SCM household appliances phone remote control

Student majoring in electronic engineering Wang Haidong

Tutou Chen Wanping Zeng Shixian

Abstract: The thesis of graduation designer is a remote-control system of home applicances, it

is based on AT89C51 MCU with a phone.This system is mainly consisted of the AT89C51, DTMF decoder chip MT8870, Voice chip ISD2560 and memory chip 24C02. The telephone or the cell phone can be used at any place, any time through a intelligent telephone remote control system to control home appliances. This system has a function to turn on the home applicances directly,or turn on the home applicances in a defintly time. Wiretapping , changing and storing passwords and inquirying the state of home applicances.

In fact, the system showed its great advantages in the practical application, such as a high reliability and applicability but a low cost and easy operations. Therefore, the device could be applied to communite in the city and its well worth doing so.

Key words : MCU, Telephone, Remote control, Voice sugges 引言

20世纪90年代初，美国、欧洲等经济比较发达的国家先后提出了“智能住宅”的概念。[1]基本思想是：将家庭中各种与信息相关的通信设备家用电器和家庭保安装置通过家庭总线技术连接到一个家庭智能化系统上，以进行集中的或异地的监视控制和家庭事物性管理，并保持这些家庭设备与住宅环境的和谐及协调。[3]因此，住宅智能化即是通过家庭总线这个通信网络，把住宅的安全防范系统，能源管理系统，公共服务系统，信息系统集成起来。

本文就是介绍了一种基于电话网和单片机的家用电器远程控制系统。利用该系统，用户可通过打电话方便地遥控家中的电器。例如用户下班前，可通过

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支持。 电话将家中的电饭锅、空调器和热水器提前打开。下班到家时，饭已煮好，房间温度正好合适，热水器中水已加热，既舒适又方便。

本课题的设计目的：当用户不在家时，通过随身携带的移动电话、身边的固定电话，或者其他通信设备依照事先规定的一些规则，进行不同的操作来完成对不同家电的控制和监听家里的情况，达到用户的预期目的，统筹管理，让家居生活更加舒适、安全、有效。

设计目标：

(1)控制系统能对家中电器实现远程控制；

(2)控制系统可以实现双方通信；

(3)控制系统主人的身份校验、在线密码修改及存储； (4)控制系统有语音功能提示，以方便主人操作； (5)控制系统有声音监听功能，随时了解家中情况；

(6)控制系统外加电器延时开、关的功能。

第一章 系统方案论证

随着科技的进步，远程控制家用电器逐渐在生活中应用起来，现在通信网络的发达，嵌入式单片机的应用都可以来控制家电，各个方案固然有他们的优点和缺点，下面来比较下各个方案。 1.1系统整体方案比较

方案一：采用PLC技术实现家电控制

电力线通信(Power Line Communication，PLC)，是指利用中、低压电力线作为通信介质，实现数据、语音、图像等综合业务传输的通信技术。利用PLC实现智能家居的网络化控制无需架线，不破坏住宅结构，连接方便、快捷，是智能家居网络化控制的理想选择。该系统可采用INT5200芯片作为电力载波芯片，网络数据由与家电设备相连的电力线传送，并通过HomePlug协议实现交互，采用OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)正交频分复用技术进行调制解调，从而实现家电控制、PLC上网和家庭安防。

家电设备(如空调等)或安防控制没备可以通过PLC局端从电力线接收控制信息和反馈状态信息，实现与PLC主控终端的通信；通过PLC主控终端和借助Modem，就可以实现智能家电的远程监控和安防控制。计算机也可以通过这种方式实现上

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支持。 网。智能家电可以将状态信息反馈给远程用户。由于家电设备的控制系统存在差异性，不同家电设备的PLC局端实现方法略有不同，主要体现在家电设备控制单元与S3C2510A的通信接口和控制协议上。家电设备控制单元可以通过串口或其他总线与S3C2510A进行通信。目前国家还未正式出台这方面的通信标准，采用什么样的具体接口和协议必须与家电设备生产厂商保持一致。同理，安防控制设备也可以通过上述方法，将家里的安防状态信息反馈给远程用户。远程用户也可以控制安防控制设备，进行相关安防控制。

方案二：用Web服务器实现家电控制

系统的核心部分是一个嵌入式Web服务器，系统集有线和无线Web服务器于一体，用户可以利用办公室的PC或者手机登录家中的Web服务器，在通过用户名和密码验证后，便可以查看并控制家用电器；系统带有LCD和键盘，具有良好的人机界面；用户还可以通过键盘来设定系统的任务；系统留有丰富的功能扩展接口，通过这些扩展接口将来还可以实现防火防盗和智能抄表等应用。

方案三：利用电话实现家电控制

该系统利用遍及千家万户的电话线来传输信息，这是目前可以实现住宅内与住宅外信息交换最有效的方法。主要应用于电话遥控控制的家用电器，用户在户外可通过任意一部双音多频电话(包括手机、电话分机)，根据语音提示可以对各种电器（如电饭锅、微波炉等电器）进行远程控制，使人们的生活更加便捷与享受。该系统可以使用单片机配合新型的DTMF解码芯片和语音电路来实现了电话对家用电器的远程控制。

在使用时只需先将电话线的进线插入本装置，用户使用本装置时只要拨打家中的电话，装置检测到有铃流(可以设定30S以后还有铃流)，装置发出模拟摘机信号，并控制语音处理电路提示用户输入密码(预先设定)，用户听到这一提示音后就在自己所使用的双音频电话机或手机上按下密码所对应的数字键即可，密码所对应的双音频信号经电话线传给双音频接收发送电路，检测译码，传给主控单元，识别正确后，语音芯片再提示用户进行控制家用电器的操作，最后，主控单元把控制家电的信息译码，经并行通信传给智能控制器，由控制器执行控制家电的操作。

综上所述，采用PLC技术和Web服务器实现家电控制价格昂贵一般人承受不了，但用电话实现家电控制解决了电力线载波通信的可靠性较差，无线通信的价

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支持。 格偏高以及布线困难的问题。使得借助低压电力线进行数据通信成为可能。而且开发周期短。所以我选择第三个方案。 1.2 模块方案比较 1.2.1 DTMF解码

1)采用PSoC芯片的嵌入式DTMF解码

PSoC是Cypress半导体有限公司生产的的可编程片上系统芯片。它主要由8位微处理器，可编程模拟模块和数字模块，外加硬件乘法累加器，I2C，Flash，SRAM等周边外围模块组成。因此，PSoC除了能实现一般MCU的功能外，还可通过可编程模拟和数字模块灵活地实现嵌入式系统所需的模拟与数字外围功能。为了方便用户简单而快速地实现模拟数字外围功能的设计，Cypress基于可编程数字模拟模块构建了大量的用户模块，如可编程运算放大器，比较器，6至14位的模数和数模转换器，滤波器，8/16/24/32位定时器/计数器，脉宽调制器，触摸感应等模块。这些用户模块将PSoC内部的寄存器配置，数字模块和模拟模块之间的内部连线，底层API(Application Program Interface，应用程序接口)函数都已设计好了。当用户需要某个数字模拟外围功能时，只需要简单地调用相应的用户模块即可实现。利用PSoC的可编程模拟运算放大器和8位ADC用户模块，加上简单的接口就可以实现DTMF信号的模数转换。

2）采用MT8870芯片DTMF解码

8870芯片它集成了陷波滤波器和数字解码功能。在滤波器部分，使用了开关电容技术；解码部分，用数字计数的方法检测所有16种DTMF音频对，并将它们编成4bits的码。通过在芯片上放置差分输入放大器，时钟晶振和可锁存的三态输出，可以使外围元器件最少。信号经过输入放大，过滤掉噪声，再被由6阶高频组带通滤波器和8阶低频组带通滤波器组成的陷波滤波器滤出DTMF信号，然后经过平滑滤波，再由过零检测器将模拟信号转换成数字信号，进入数字部分。信号在数字部分分为两路，一路直接送到频率检测部分，分别对信号进行高频和低频检测。如果输入信号频率在预先设置的范围内，则将检测结果送到编码部分进行编码，并等待D触发器的同步输出信号；如果输入信号频率不在预先设置的范围内，检测结果维持为0不变。另一路则送到频率平均算法部分，分别经过4，8

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支持。 分频，以初步检测信号的持续时间，将诸如噪声之类的干扰消除掉；同时，进一步设置更为严格的频率检测范围。如果充电时间不够长，这就是说即使被检测信号的频率在DTMF频率范围内，但它的持续时间不足以满足DTMF的工业标准，输出同步脉冲保持为0，编码结果不输出。 1.2.2 语音芯片

1）ISD1720语音芯片

ISD1720是美国ISD公司新推出的语音芯片，在功能上继承1400和2500系列的所有录放功能，并增加了更人性化的提示功能及对存储地址的精确操作。录音时间为20秒。

2）ISD2560语音芯片

美国ISD公司的2500芯片，按录放时间60秒。ISD2500系列和1400系列语音电路一样，具有抗断电、音质好，使用方便等优点。它的最大特点在于片内E2PROM容量为480K(1400系列为128K)，所以录放时间长；有10个地址输入端(1400系列仅为8个)，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。

1.2.3 主控制器选择

1）单片机控制

单片机就是在一块芯片上集成了CPU、RAM、ROM(EPROM或EEPROM)、时钟、定时/计数器、多种功能的串行和并行I/O口。如Intel公司的8031系列等。除了以上基本功能外，有的还集成有A/D、D/A，如Intel公司的8098系列。概括起来说，单片机具有如下特点：具有位处理能力，强调控制和事务处理功能。价格低廉。如低档单片机价格只有人民币几元钱。开发环境完备，开发工具齐全，应用资料众多。后备人才充足。国内大多数高校都开设了单片机课程和单片机实验。

2）DSP控制

DSP器件具有较高的集成度。DSP具有更快的CPU，更大容量的存储器，内置有波特率发生器和FIFO缓冲器。提供高速、同步串口和标准异步串口。有的片内集成了A/D和采样/保持电路，可提供PWM输出。DSP器件采用改进的哈佛结构，具有独立的程序和数据空间，允许同时存取程序和数据。内置高速的硬件乘法器，

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支持。 增强的多级流水线，使DSP器件具有高速的数据运算能力。DSP器件比16位单片机单指令执行时间快8～10倍，完成一次乘加运算快16～30倍。DSP器件还提供了高度专业化的指令集，提高了FFT快速傅里叶变换和滤波器的运算速度。此外，DSP器件提供JTAG接口，具有更先进的开发手段，批量生产测试更方便，开发工具可实现全空间透明仿真，不占用用户任何资源。

DSP是单片机的一个分支。它有专门的FFT算法需要的特殊指令，流水线指令处理。能以较高的速度进行运算。我们可以根据需要选用他。如果你作一个遥控器，选用他就没优势了。因为很多其他的用于遥控的单片机比他更适合用来作遥控器。如果用89C51来作语音或图像识别就不如DSP了。一个产品的设计要考虑，在满足需求的情况下他的性价比。

综上所述，选择了用MT8870DTMF解码芯片、ISD2560、单片机来完成这个系统。 第二章 系统总体设计和主要芯片选择 2.1 系统总体设计

本系统是一个用来控制各种家电的设备，它通过来自电话的控制信号来实现对家电的控制。当用户不在家时，通过随身携带的移动电话或者身边的固定电话，拔通家里的电话，依照事先规定的一些规则，通过在电话里的语音提示，进行不同的数字按键操作来完成对不同家电的控制，达到用户的预期目的。系统的功能以确定设计具体要求如下：

(1)控制系统能通过电话终端通信设备对家中电器实现远程控制； (2)控制系统可以实现自动模拟摘挂机，以实现双方通信； (3)控制系统主人的身份校验、在线密码修改及存储； (4)控制系统有语音功能提示，以方便主人操作； (5)控制系统有声音监听功能，随时了解家中情况； (6)控制系统外加了电器延时开、关的功能。

本系统由单片机构成主控部分，进行主要的信息处理，接收外部操作指令形成各种控制信号，并完成对于各种信息的记录；接口电路提供单片机与电话外线的接口。其中包括铃流检测、摘挂机控制、双音频DTMF识别、语音提示电路及电器控制。总体电路框图如图2-1所示。

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电模拟摘机 话继电器1 机2-1 系统总体框图 DTMF解码电路 端系统主要由AT89C51单片机、DTMF解码芯片MT8870和语音芯片ISD2560组成。继电器2 口 语音提示电路 AT89C51单片机完成电话机振铃信号次数的检测、控制和加密。此系统具有以下单元功能模块： （1）铃音检测、计数； （2）自动模拟摘挂机； （3）密码校验； （4）在线修改密码； （5）双音频信号解码； （6）输入信息分析； （7）控制电器开关； （8）电器状态查询；

根据电话机和交换机发出的不同信号音以及电话线各种状态的不同要求，结合实际情况对具体的单元功能模块作出软件或硬件上的不同分工，具体如下。 理论上交换机所发出的各种信号音都可以通过软件编程而识别，即通过单片机发出的脉冲信号来检测信号音单位时间内的脉冲个数计算出其频率，从而完成信号音识别。但是从系统的可靠性和程序的结构设计上分析，我选择了硬件来解决振铃音检测、忙音检测、双音频信号解码等功能模块。自动摘挂机和电器的控制必须使用具体硬件电路来实现。振铃音计数、忙音计数、密码校验、在线修改密码、输入信息分析、电器状态查询等功能模块使用软件编程方式要比硬件电路简单的多，实现也很容易。

综上所述，本系统信号音检测、自动摘挂机、控制电器、双音频解码等功能模块使用硬件电路实现。而信号音计数、密码校验、在线修改密码、信息分析、电器状态查询等功能模块使用软件编程完成。

系统为突出电话遥控的信息反馈功能，并使产品达到非常高性价比。故未对电话装置的其他功能进行进一步的扩展，而且所有使用的集成电路和其它元器件都尽量选择廉价的。譬如:在各路终端上接上传感器即可实现对环境声响的监听；

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振铃检测电路 监听电路 单 片 机 电源电路 文档从互联网中收集，已重新修正排版，word格式支持编辑，如有帮助欢迎下载

支持。 加上留言电路，主人不在家时客人留言。利用遥控方式可使主人很方便地在异地提取留言信息；在各路终端上接上传感器即可实现对环境声响的监听；接上自动 拨码电路可定时将预定信息转至主人传呼机或特定电话，从而达到定时提醒主人的目的。本系统还可以应用于工厂企业的自动化控制等领域。 2.2 主要芯片介绍 2.2.1 AT89C51

AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS8位单片机，片内含4K bytes的可反复擦写的Flash只读程序内存和128bytes的随机存取数据存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的AT89C51单片机可以提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用各种控制领域。其引脚如图2.2所示。

AT89C51主要性能参数：

1、与MCS-51产品指令系统完全兼容； 2、4K字节可反复擦写Flash闪速内存； 3、1000次擦写周期； 4、全静态操作：0Hz～24Hz； 5、三级加密程序内存； 6、128×8字节内部RAM； 7、32个可编程I/O口线； 8、2个16位定时、计数器； 9、6个中断源；

10、低功耗空闲和掉电模式。

图2.2 AT89C51单片机引脚

AT89C51是标准的40引脚双列直插式集成电路芯片。它具有32个外部双向输入/输出（I/O）端口，2个外部中断口，2个16位可编程定时计数器，1个全双工串行通信口。按其功能可分为电源、时钟、控制和I/O接口四大部分：

1、电源引脚

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VCC：芯片主电源，外接+5V。 GND：电源地线。 2、时钟引脚

XTAL1：振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。 XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。 3、控制引脚

（1）ALE/PROG：地址锁存控制信号。当访问外部内存时，地址锁存允许输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。

（2）PSEN：外部程序内存读选信号。在由外部程序内存取指期间，每个机器周期两次PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的PSEN信号将不出现。

（3）EA/VPP：访问程序内存控制信号。当EA信号为低电平时，只访问片外程序内存；而当EA为高电平时，则对ROM的读操作是从内部程序内存开始，并可延续至外部程序内存。

（4）RST/VPD：复位/掉电保护信号输入。当输入的复位信号延续2个机器周期以上高电平即为有效，用以完成单片机的复位操作。

4、I/O引脚

P0口（P0.0～P0.7）：8位双向并行I/O接口。扩展片外内存或I/O口时，作为低8位地址和8位数据总线的分时复用接口，它为双向三态。P0口可带8个TTL负载电流。P0口作为I/O输出口使用时，由于P0口为开漏输出，必须外接上拉电阻才能有高电平输出。

P1口（P1.0～P1.7）：8位准双向并行I/O接口。P1口每一位都可以独立设置成输入输出位，P1口可以驱动4个TTL电路。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。

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P2口（P2.0～P2.7）：8位准双向并行I/O接口。扩展外部数据、程序内存时，作为高8位地址输出端口。P2口可以驱动4个TTL电路。

P3口（P3.0～P3.7）：8位准双向接口并行I/O。除了与P1口有一样的I/O功能外，每一个引脚还兼有第二功能。如表2-1所示。P3口的第二功能信号都是单片机的重要控制信号，因此，在实际使用时，先按需要选用第二功能信号，剩下的才以第一功能的身份作为数据位的I/O使用。

表2-1 P3口各引脚对应的第二功能

P3.0 RXD P3.1 RXD P3.2 P3.3 P3.4 T0 P3.5 T1 P3.6 P3.7 P1、P2、P3口片内均含有固定的上拉电阻，故称为准双向并行I/O接口。P0口片内无固定的上拉电阻，由两个MOS管串接，既可开路输出，又可处于高阻的“悬空”状态，故称为双向三态并行I/O接口。 2.2.2 DTMF芯片概述

MT8870是一个完整的DTMF接收解码电路和其它电路，如LCD驱动电路一起，可实现CALLERID功能。它集成了陷波滤波器和数字解码功能。在滤波器部分，使用了开关电容技术；解码部分，用数字计数的方法检测所有16种DTMF音频对，并将它们编成4bits的码。通过在芯片上放置差分输入放大器，时钟晶振和可锁存的三态输出，可以使外围元件最少。

信号经过输入放大，过滤掉噪声，再被由6阶高频组带通滤波器和8阶低频组带通滤波器组成的陷波滤波器滤出DTMF信号，然后经过平滑滤波，再由过零检测器将模拟信号转换成数字信号，进入数字部分。信号在数字部分分为两路，一路直接送到频率检测部分，分别对信号进行高频和低频检测。如果输入信号频率在预先设置的范围内，则将检测结果送到编码部分进行编码，并等待D触发器的同步输出信号；如果输入信号频率不在预先设置的范围内，检测结果维持为0不变。另一路则送到频率平均算法部分，分别经过4，8分频，以初步检测信号的持续时间，将诸如噪声之类的干扰消除掉；同时，进一步设置更为严格的频率检测范围。如果信号通过了检测，就使ESt端输出高电平，通过外围RC回路对St端充电(R，C的值可以根据不同的工业标准进行选择)，如果ESt端高电平持续时间足够长，使充电后Vc>=Vtst(2．35V，这是通过比较器比较)，这就意味着所检

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支持。 测的信号满足DTMF的工作标准，则使引导逻辑部分的输出同步脉冲到编码部分，使4位编码输出，经过延迟单元，锁存进三态输出单元，输出正确的码；同时，引导逻辑部分产生StD端高电平信号，同时使GT维持高电压。如果充电时间不够长，这就是说即使被检测信号的频率在DTMF频率范围内，但它的持续时间不足以满足DTMF的工业标准，输出同步脉冲保持为0，编码结果不输出。 2.2.3 AT24C02

AT24C02是美国ATMEL公司的低功耗CMOS串行EEPROM，它是内含256×8位存储空间，具有工作电压宽（2.5～5.5V）、擦写次数多（大于10000次）、写入速度快（小于10ms）等特点。

AT24C02的1、2、3脚是三条地址线，用于确定芯片的硬件地址。在AT89C51试验开发板上它们都接地，第8脚和第4脚分别为正、负电源。第5脚SDA为串行数据输入/输出，数据通过这条双向I2C总线串行传送，在AT89C51试验开发板上和单片机的P3.5连接。第6脚SCL为串行时钟输入线，在AT89C51试验开发板上和单片机的P3.6连接。SDA和SCL都需要和正电源间各接一个5.1K的电阻上拉。第7脚需要接地。

24C02中带有片内地址寄存器。每写入或读出一个数据字节后，该地址寄存器自动加1，以实现对下一个存储单元的读写。所有字节均以单一操作方式读取。为降低总的写入时间，一次操作可写入多达8个字节的数据。

I2C总线是一种用于IC器件之间连接的二线制总线。它通过SDA（串行数据线）及SCL（串行时钟线)两根线在连到总线上的器件之间传送信息，并根据地址识别每个器件：不管是单片机、存储器、LCD驱动器还是键盘接口。

1．I2C总线的基本结构 采用I2C总线标准的单片机或IC器件，其内部不仅有I2C接口电路，而且将内部各单元电路按功能划分为若干相对独立的模块，通过软件寻址实现片选，减少了器件片选线的连接。CPU不仅能通过指令将某个功能单元电路挂靠或摘离总线，还可对该单元的工作状况进行检测，从而实现对硬件系统的既简单又灵活的扩展与控制。

2．双向传输的接口特性 传统的单片机串行接口的发送和接收一般都各用一条线，如MCS51系列的TXD和RXD，而I2C总线则根据器件的功能通过软件程序使其可工作于发送或接收方式。当某个器件向总线上发送信息时，它就是发送器(也叫主器件)，而当其从总线上接收信息时，又成为接收器(也叫从器件)。主器件用于

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支持。 启动总线上传送数据并产生时钟以开放传送的器件，此时任何被寻址的器件均被认为是从器件。I2C总线的控制完全由挂接在总线上的主器件送出的地址和数据决定。在总线上，既没有中心机，也没有优先机。

总线上主和从(即发送和接收)的关系不是一成不变的，而是取决于此时数据传送的方向。SDA和SCL均为双向I/O线，通过上拉电阻接正电源。当总线空闲时，两根线都是高电平。连接总线的器件的输出级必须是集电极或漏极开路，以具有线“与”功能。I2C总线的数据传送速率在标准工作方式下为100kbit/s，在快速方式下，最高传送速率可达400kbit/s。

3．I2C总线上的时钟信号 在I2C总线上传送信息时的时钟同步信号是由挂接在SCL时钟线上的所有器件的逻辑“与”完成的。SCL线上由高电平到低电平的跳变将影响到这些器件，一旦某个器件的时钟信号下跳为低电平，将使SCL线一直保持低电平，使SCL线上的所有器件开始低电平期。此时，低电平周期短的器件的时钟由低至高的跳变并不能影响SCL线的状态，于是这些器件将进入高电平等待的状态。

当所有器件的时钟信号都上跳为高电平时，低电平期结束，SCL线被释放返回高电平，即所有的器件都同时开始它们的高电平期。其后，第一个结束高电平期的器件又将SCL线拉成低电平。这样就在SCL线上产生一个同步时钟。可见，时钟低电平时间由时钟低电平期最长的器件确定，而时钟高电平时间由时钟高电平期最短的器件确定。

4．数据的传送 在数据传送过程中，必须确认数据传送的开始和结束。在I2C总线技术规范中，开始和结束信号（也称启动和停止信号）的定义。当时钟线SCL为高电平时，数据线SDA由高电平跳变为低电平定义为“开始”信号；当SCL线为高电平时，SDA线发生低电平到高电平的跳变为“结束”信号。开始和结束信号都是由主器件产生。在开始信号以后，总线即被认为处于忙状态；在结束信号以后的一段时间内，总线被认为是空闲的。

I2C总线的数据传送格式是：在I2C总线开始信号后，送出的第一个字节数据是用来选择从器件地址的，其中前7位为地址码，第8位为方向位(R/W)。方向位为“0”表示发送，即主器件把信息写到所选择的从器件；方向位为“1”表示主器件将从从器件读信息。开始信号后，系统中的各个器件将自己的地址和主器件送到总线上的地址进行比较，如果与主器件发送到总线上的地址一致，则该器件即

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支持。 为被主器件寻址的器件，其接收信息还是发送信息则由第8位(R/W)确定。 在I2C总线上每次传送的数据字节数不限，但每一个字节必须为8位，而且每个传送的字节后面必须跟一个认可位（第9位），也叫应答位（ACK）。送过程如每次都是先传最高位，通常从器件在接收到每个字节后都会作出响应，即释放SCL线返回高电平，准备接收下一个数据字节，主器件可继续传送。如果从器件正在处理一个实时事件而不能接收数据时，（例如正在处理一个内部中断，在这个中断处理完之前就不能接收I2C总线上的数据字节）可以使时钟SCL线保持低电平，从器件必须使SDA保持高电平，此时主器件产生1个结束信号，使传送异常结束，迫使主器件处于等待状态。当从器件处理完毕时将释放SCL线，主器件继续传送。 当主器件发送完一个字节的数据后，接着发出对应于SCL线上的一个时钟（ACK）认可位，在此时钟内主器件释放SDA线，一个字节传送结束，而从器件的响应信号将SDA线拉成低电平，使SDA在该时钟的高电平期间为稳定的低电平。从器件的响应信号结束后，SDA线返回高电平，进入下一个传送周期。

I2C总线还具有广播呼叫地址用于寻址总线上所有器件的功能。若一个器件不需要广播呼叫寻址中所提供的任何数据，则可以忽略该地址不作响应。如果该器件需要广播呼叫寻址中提供的数据，则应对地址作出响应，其表现为一个接收器。 5．总线竞争的仲裁 总线上可能挂接有多个器件，有时会发生两个或多个主器件同时想占用总线的情况。例如，多单片机系统中，可能在某一时刻有两个单片机要同时向总线发送数据，这种情况叫做总线竞争。I2C总线具有多主控能力，可以对发生在SDA线上的总线竞争进行仲裁，其仲裁原则是这样的：当多个主器件同时想占用总线时，如果某个主器件发送高电平，而另一个主器件发送低电平，则发送电平与此时SDA总线电平不符的那个器件将自动关闭其输出级。总线竞争的仲裁是在两个层次上进行的。首先是地址位的比较，如果主器件寻址同一个从器件，则进入数据位的比较，从而确保了竞争仲裁的可靠性。由于是利用I2C总线上的信息进行仲裁，因此不会造成信息的丢失。

6. I2C总线接口器件 目前在视频处理、移动通信等领域采用I2C总线接口器件已经比较普遍。另外，通用的I2C总线接口器件，如带I2C总线的单片机、RAM、ROM、A/D、D/A、LCD驱动器等器件，也越来越多地应用于计算机及自动控制系统。

第三章 系统硬件设计

本系统使用了大量的硬件电路完成部分功能模块，其目的就是充分利用硬件

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支持。 电路的可靠性、稳定性，使整体电路达到比较高的稳定性。此电路主要包括电话线路摘机检测和线路振铃信号的检测电路，语音提示电路，单片机控制和密码存储电路,DTMF检测电路及电器驱动电路。 3.1 振铃检测和模拟摘机

振铃检测的功能是检测有无铃流，当用户被呼叫时，电话交换机发来铃流信号。振铃为25±3HZ的正弦波，谐铃失真不大于10%，电压有效值90±15V。振铃信号以5秒为周期，即1秒送，4秒断。振铃检测电路如图3-1所示。

图3-1 振铃检测与模拟摘机电路

P3.7是振铃信号检测端，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RC回路进行滤波，输入给光电耦合器的波形，经过光电耦合器的隔离转换输出很标准的方波。方波信号就可以直接输出至单片机的端口，完成整个振铃音检测和计数的过程。

模拟摘机电路的功能是当电话振铃到一定时间后接通电话，其电路如图3-1所示。

如果电话线路上出现了振铃信号，90VPP的振铃电压使得光电耦合器U2输出端按振铃频率导通和截止，单片机在每次振铃信号结束后进行振铃次数计数，并将单片机振铃次数计数器中的数据与已经设定的振铃摘机数据比较，两者相等P3.1下拉，光电耦合器U1导通，则Q1和Q2也导通，从而实现模拟摘机。

监测电路是为了监测电话机是否模拟摘机，电路如图3-1所示。

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支持。

电路中的DW1、R2、R13、C6、Q3组成电话线路摘机检测，平时电话线路电压使得DW1击穿，使Q3的基极电位为高，三极管导通，P3.0脚被下拉成低电平，此时单片机主要任务是监测P3.0脚的电压升高变化。当该系统接收到振铃信号，且达到规定的振铃次数后模拟摘机，电话线路上电压均由原来的48V下降到7-8V，此时DW1截止，P3.0被本身的上拉电阻上拉成高电平。单片机测试到P3.0脚的高电平后，开启外部中断0，单片机随时接收MT8870发出的选通信号，单片机根据选通信号的到来及时接收MT8870数据端11-14脚上的双音多频信号数据。 3.2 声音监听和语音提示电路

语音提示电路是此系统的重要组成部分，能提供给用户直观的反馈信息，为了使系统更加人性化，语音提示直接采用了语音芯片，将一些操作规则事先存于芯片中，根据不同的DTMF信号产生不同的提示信息，从而来完成控制整个系统的目的，由于需要存储的信息容量比较大，电路采用了ISD2560，此芯片可录一分钟的语音信息，对本系统以足够使用，电路如图3-2所示。

图3-2 语音提示电路

声音监听和语音提示都由P3.6控制，声音信号是由MIC话筒产生的，而语音信号是由ISD2560语音芯片输出的。当P3.6为高电平时，三极管Q6截止，因此对声音信号和语音信号没有放大功能；当P3.6为低电平时，三极管Q6导通，对信号有放大作用，此时可以监听声音或者自动语音提示。

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支持。

语音提示电路包括语音芯片及外围电路，语音放大反馈回路，反馈信息由单片机控制，2500系列最多可分为600段，只要在分段录/放音操作前(不少于300纳秒)，给地址A0~A9赋值，录音及放音功能均从设定的起始地址开始，录音结束由停止键操作决定，芯片内部自动在该段的结束位置插入结束标志（EOM）；而放音时芯片遇到EOM标志即自动停止放音。 使用操作模式时需要注意两点：

1、所有操作模式下的操作都是从0地址开始，以后的操作根据模式的不同，而从相应的地址开始工作。当电路中录音转放音或进入省电状态时，地址计数器复位为0。

2、操作模式位不加锁定，可以在MSB（A8、A9）地址位为高电平时，CE电平变低的任何时间执行操作模式操作。如果下一片选周期MSB（A8、A9）地址位中有一个(或两个)变为低电平，则执行信息地址，即从该地址录音或放音，原来设定的操作模式状态丢失。 3.3 单片机控制和密码存储电路

本电路单片机采用了AT89C51作为控制芯片，并采用EEPROM作为密码的存储。为了减小电路的体积及单片机I/O口，存储器采用了24C02，有2K的存储空间，当系统掉电后密码也不会丢失。密码存储电路如图3-3所示。

图3-3密码存储电路

AT24C02的1、2、3脚是三条地址线，用于确定芯片的硬件地址。在与AT89C51连接时它们都接地，第8脚和第4脚分别为正、负电源。第5脚SDA为串行数据输入/输出，数据通过这条双向I2C总线串行传送，和单片机的P1.7连接。第6脚SCL为串行时钟输入线，和单片机的P1.6连接。SDA和SCL都需要和正电源间各接一个10K的电阻上拉。可以通过软件编程对密码进行修改和存储。 3.4 DTMF检测电路

此部分是整个系统的关键，它的工作情况直接决定了系统的可靠性。DTMF编、解码方式在电话拨号系统中应用非常广泛，其突出的优点是抗干扰能力很强。经过翻阅大量的文献资料，发现使用电话专用的双音频编解码芯片进行输入双音频

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支持。 信号的解码，是比较常用的一种方法。使用集成电路不但外围电路简单，而且可靠性强。经过专用集成电路的解码，信号转换成为不同的码制信号，可以直接被单片机读取。一般常用的电话双音频编解码集成电路有8870、8880、8888等，经过反复论证比较，决定使用双音频解码集成片MT8870来完成此功能模块。DTMF检测电路如图3-4所示。

图3-4 DTMF检测电路

P3.2为单片机的中断引脚，当MT8870接收来自电话线的双音多频信号并准备好输出时，产生中断信号。

MT8870的2、3脚接收来自电话机的双音多频脉冲信号，该双音多频信号先经其内部的拨号音滤波器，滤除拨号音信号，然后经前置放大后送入双音频滤波器，将双音频信号按高、低音频信号分开，再经高、低群滤波器，幅度检测器送入输出译码电路，经过数字运算后，在其数据输出端（11~14脚）输出相对应的8421码。MT8870的数据输出端Q1 ~ Q4连到AT89C51的P1口的P1.0 ~ P1.3，CPU经P1口识别4位代码。电话按键与相应译码（Q4~Q1）输出见表3-1。其中，A，B，C，D 4个按键常被当作R/P，REDIAL，HOLD，HANDSFREE等功能使用。注意，需要特别指出的是，对于“0”号码，MT8870输出的8421码并非是“0000”，而是“1010”；另外，“*”，“#”字号码，MT8870输出的8421码分别为“1011”和“1100”。有些技术资料会出现错误，包括比较权威的手册，所以在实验中，记录下测量的每一组数据后，才把这些数据应用于程序当中。为了使单片机AT89C51获取有效数据，MT8870的STD有效端经反相后接CPU的/INT0引脚。当MT8870获取有效双音多频信号后，STD电平由低变高，再反相为低，CPU检测后，指示P1口接收有效二进制代码。而无效的双音频信号（电话线路杂音、人们的语音信号等）是不会引起MT8870的STD端变化的。DTMF数据输出如表3-1所示。

表3-1DTMF数据输出表

低通（HZ) 697 697 697 770 770 770 高通（HZ) 1209 1336 1477 1209 1336 1477 数字 OE 1 2 3 4 5 6 H H H H H H D4 L L L L L L D3 L L L H H H D2 L H H L L H D1 H L H L H L 17word格式支持编辑，如有帮助欢迎下载支持。

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852 852 852 941 941 941 697 770 852 941 - 1209 1336 1477 1336 1209 1477 1633 1633 1633 1633 - 7 8 9 0 * # A B C D ANY H H H H H H H H H H L L H H H H H H H H L Z H L L L L H H H H L Z H L L H H L L H H L Z H L H L H L H L H L Z 3.5 继电器控制电路

电器控制可采用继电器，可控硅等来控制强电的通与断，为了达到电话机能控制家用电器的开关作用，此设计采用了继电器，一共设定了两路继电器开关，电器控制电路如图3-5所示。

图3-5 电器控制电路

继电器的开关由单片机控制，并可设定延时开延时关的功能。在系统中还设置了三个当地按键，其中两个控制两路继电器的开和关，另一个用于复位初始密码的，当用户忘记自己设定的密码时，可以用此按键进行密码的复位，初始密码为123456。

第四章 系统软件设计

4.1 系统软件设计基本思路

软件设计过程中采用模块化设计方法，便于程序的阅读、调试和改进。程序的基本流程如图4.1所示。

Y 振铃检测 18word格式支持编辑，如有帮助欢迎下载支持。

5次正常振铃 开始 N 文档从互联网中收集，已重新修正排版，word格式支持编辑，如有帮助欢迎下载

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N Y N 功能操作 Y 图4-1 系统软件流程图

为提高控制系统的可靠性、可维护性和编程的效率性，控制系统的软件采用模块化结构，用C语言编写，简洁、明了。在硬件的基础上，智能型电话遥控器的所有功能都是由软件实行的，通过软件编程可以控制电器的开关、延时开关、声音监听、密码修改和语音提示等等。因此，电路的设计中，软件编程也起到了关键性的作用。软件设计包括振铃检测、模拟摘机、语音提示、密码存储、各功能操作、8870中断作这些模块。

在图4-1系统软件流程图中，功能操作包括了很多的功能，如图4-2所示。

图4-2系统功能图 功能操作 4.2 定时中断子程序

状无无开修延 在软件编程中，需要考虑到电路中中断的使用。智能型电话遥控器系统里用态延延关改时查时到了一个定时中断。定时中断是用于两路电器延时开和关时间的计时，50ms中断时监密开 询 开开 听 码 关一次，电器的延时时间最小单位是分，延时开和关都有计数值，当计数值减为0

关关电时，对电器进行操作。 电电器 void timer0() interrupt 1 using 1 器器 {TL0=0xb0; 2 1 TH0=0x3c; dlycount1--; if(dlycount1==0) {dlycount1=1200; if(opencount1!=0) {opencount1--; if(opencount1==0) {p24=0;} }

if(opencount2!=0) {opencount2--; if(opencount2==0) {p25=0;} }

if(closecount1!=0)

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{closecount1--; if(closecount1==0) {p24=1;} }

if(closecount2!=0) {closecount2--; if(closecount2==0) {p25=1;} }

if(!(opencount1|opencount2|closecount1|closecount2)) {TR0=0;} } }

4.3 MT8870中断子程序

在软件编程中还用到一个外中断，外中断是用于MT8870DTMF解码芯片的，当DTMF信号解码成功后，解码芯片会产生一个高电平，提示单片机已经解码成功。 void int0() interrupt 0 using 1 {uchar i,j,k; k=0; dat=P1;

dat=dat&0x0f; if(allow==1) {function();} if(allow==0) {count1++; if(count1<7) {if(dat==10)

{data1[count1-1]=0;} else

{data1[count1-1]=dat;} } else

{if(dat==0x0c) {for(i=0;i<6;i++)

{if(passward[i]==data1[i]) {k++;_nop_();} }

if(k==6)

{allow=1;count1=0;i=0;j=0;k=0; //密码输入正确 play(5);

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} else

{allow=0; j++; i=0; k=0;

count1=0; if(j==1) {play(1);} if(j>=2)

{p31=1;j=0;} //密码输入错误两次则挂机 } } } } }

结论

本课题是围绕单片机控制技术在生产和生活中的应用而开展的，重点着重于“智能化”和“开放性”。在研究课题开始时，我对远程控制技术、单片机原理、语音提示和DTMF技术等方面的资料进行了系统的学习和研究。由于本系统的设计是在平时常用的实验设备仪器的基础上进行研究的，所以我对这些实验设备的硬件和软件环境比较熟悉，从而便于对本设计进行彻底的研究和剖析。本系统设计的中央处理部分采用单片机AT89C51，语音提示芯片是ISD2590，TDMF双音频解码芯片是MT8870等芯片，还采用了其他可靠元器件，如光控三极管、D触发器、74SL04反相器、二极管等。本设计能够满足在家庭或其他无人坚守岗位的实际应用，并且具有以下的优势：

1、 采用硬件电路实现部分功能，从而是整个系统的性能更可靠。

2、 使用灵活和操作方便。本系统既可作为嵌入部分，亦可作为独立部分使用。 3、 可扩展性强，升级方便。

4、 适应性强，不仅可以完成一定范围内的实时控制，而且经过改进可以完成长距离的控制应用。

但在本课题的设计中，由于课题时间有限，以及本人知识和实际设计经验不足，本系统在硬件和软件方面有很多不足之处，从而整个系统还有很多需要改进和完

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支持。

善的地方，下一步的工作需要对其进行深度优化和细节处理。我想应该从以下几个方面：

1、 优化单片机的端口分配，使整个系统的运行更协调。 2、 对软件进一步的完善和细化，使系统的功能更稳定、可靠。 3、 完善系统的对外扩展端口，增强系统的可扩展性。

4、 改善系统的硬件电路模块的设计方式和换用功能强大的芯片，从而提高系统的实际功能，满足更加复杂的工作条件的应用。

致谢

在此，大学生活即将结束之际，感谢母校对我四年的培养，是她让我成长、学

有所成。

此外，诚挚的感谢指导老师曾实现在整个设计过程中给予的细心指导和热情帮助，还要真诚地感谢在设计期间所有给我帮助的老师和同学。

还要感谢我的同学，他们在系统的硬件和软件方面都给予我很大的帮助，使我能顺利完成毕业设计。

参考文献：

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[4] 周良权，傅恩锡，李世馨。 模拟电子技术基础[M] 北京:高等教育出版社，2005.6

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[6] 张建辉．基于单片机的家电远程控制系统设计[J]．苏州科技学院学报(工程技术版．2006，（02）：14～17。

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支持。 [8] 谢孝良．用AT89C2051实现电话远程控制家用电器[J]．单片机与嵌入式系统应用．2003，（01）：24～27。

[9] 杨为理．现代通讯集成电路应用技术手册[M]．电子工业出版社，2002，(1)：25～28。

[10] 李广地, 朱月秀,王秀山．单片机基础[M]．北京航空航天大学出版社，2005，（02）：23～27。

[11] 张志柏．基于单片机的家用电器远程电话控制系统的实现[J]．常州信息职业技术学院学报．2006，（01）：30～32。

附录一：元器件清单

名称 单片机 DTMF芯片 光耦 发光二极管 驻级话筒 二极管 三极管 三极管 电阻 电阻 电阻 电阻 电阻 电阻 电阻 电阻 电容 瓷片电容 规格 AT89C51 CM8870 P521 LED HX034P 4148 9014 5401 100K 120 4.7K 220K 5.1K 470K 39K 1K 0.1u 30p 数量 1 1 2 4 1 2 4 1 名称 语音芯片 存储芯片 继电器 二极管 开关 三极管 三极管 电阻 规格 ISD2560 AT24C02 HK4100F 4002 5551 9012 3K 470 68 220K 12K 10K 39K 62K 1u 0.01u 10u 数量 1 1 2 4 4 1 3 1 1 1 1 1 3 1 1 4 2 1 3 电阻 1 2 1 1 2 1 1 5 2 电阻 电阻 电阻 电阻 电阻 电阻 电容 电容 电解电容 23word格式支持编辑，如有帮助欢迎下载支持。

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支持。 电解电容 底座 底座 1u 8p 28p 4 1 1 底座 底座 40p 18p 1 1 附录二：电话远程控制器原理图

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