摘 要：利用單片機(jī)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)一種新的智能家居遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)以公共電話網(wǎng)絡(luò)為主要的信號載體，采用密碼驗(yàn)證方式識別用戶的合法身份，利用電話機(jī)上的按鍵作為控制命令鍵實(shí)現(xiàn)對家用電器的控制。在對家用電器進(jìn)行控制的過程中，采用電力載波調(diào)制解調(diào)的方式，達(dá)到在對家用電器控制時(shí)無需單獨(dú)布線的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)當(dāng)系統(tǒng)識別到用戶家里有特殊情況時(shí)，如火災(zāi)、被盜、煤氣泄漏等，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)撥號報(bào)警。系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)根據(jù)用戶預(yù)先設(shè)定的撥號號碼，發(fā)出報(bào)警信息，達(dá)到向用戶報(bào)警的目的。
關(guān)鍵詞：單片機(jī)控制；智能家居；遠(yuǎn)程控制；電力載波
中圖分類號：TP274 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-373X(2009)04-058-03
Application of Public Telephone Network for Intelligent Home
ZHOU Jiehua，PENG Xiafu
(College of Information & Technology,Xiamen University,Xiamen,361005,China)
Abstract：Single chip computer control technology is applied to design a new intelligent home remote control system which uses the public telephone network as a key signal carrier and identifies the user′s legal status with password verification method.It uses the telephone button to control the household appliances.In the control process it uses power line carrier modem to control the household appliances,so it has the advantage of no separate wiring.At the same time,if the house occurs some special circumstances such as fire,theft,gas leak,etc,it can automatically sends the alarm information to users.
Keywords：single chip computer control;intelligent home;remote control;power line carrier
隨著社會(huì)的進(jìn)步與發(fā)展，人們的生活節(jié)奏越來越快，時(shí)間觀念也越來越強(qiáng)，并逐步開始運(yùn)用新的科技手段改善自己的生活條件和環(huán)境。尤其現(xiàn)在是電信事業(yè)飛速發(fā)展和電器自動(dòng)化高度結(jié)合的時(shí)代，充分利用現(xiàn)有的條件提高人們的生活質(zhì)量，這是人們亟待解決的問題。提出一種利用現(xiàn)有的公共電話網(wǎng)絡(luò)，采用單片機(jī)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能家居的方案。
1 系統(tǒng)的工作原理
系統(tǒng)的主要工作原理是當(dāng)有電話打入時(shí)，通過振鈴檢測電路檢測到有振鈴信號，此時(shí)振鈴信號被送到51系列單片機(jī)處理。當(dāng)單片機(jī)接收到系統(tǒng)默認(rèn)的振鈴次數(shù)（次數(shù)可以通過軟件設(shè)定）后，單片機(jī)會(huì)向摘機(jī)/掛機(jī)電路發(fā)出摘機(jī)控制信號，使系統(tǒng)發(fā)出自動(dòng)摘機(jī)操作動(dòng)作。摘機(jī)后，系統(tǒng)會(huì)提示用戶輸入密碼，以此驗(yàn)證用戶的合法身份。當(dāng)通過身份驗(yàn)證后，系統(tǒng)提示用戶進(jìn)行的相應(yīng)操作。系統(tǒng)可以根據(jù)用戶的需要設(shè)置控制哪種家用電器、更改密碼以及更改預(yù)定報(bào)警號碼。當(dāng)用戶按相應(yīng)的按鍵后，系統(tǒng)通過接收MT8880C的DTMF解碼信號識別用戶的按鍵，然后向控制器發(fā)出相應(yīng)的控制信號，使得家用電器發(fā)生相應(yīng)的動(dòng)作。同時(shí)，系統(tǒng)通過讀取傳感器的信號識別用戶家里是否有特殊情況（如火災(zāi)、被盜、煤氣泄漏等）發(fā)生。如果有特殊情況發(fā)生系統(tǒng)會(huì)撥通預(yù)定的報(bào)警號碼發(fā)出報(bào)警信號。
2 系統(tǒng)的硬件組成
系統(tǒng)的硬件主要由DTMF信號接收/發(fā)送電路、振鈴檢測電路、自動(dòng)摘機(jī)/掛機(jī)電路、語音提示電路、重要存儲(chǔ)電路、電路載波調(diào)制解調(diào)電路等幾大重要部分組成。
2.1 DTMF信號接收/發(fā)送電路
DTMF信號接收/發(fā)送電路主要是利用接收/發(fā)送芯片MT8880C實(shí)現(xiàn)DTMF信號的接收和發(fā)送。電路通過控制R/W接口的狀態(tài)實(shí)現(xiàn)DTMF信號是接收還是發(fā)送狀態(tài)，其電路原理圖如圖1所示。
2.2 振鈴檢測電路
振鈴檢測電路的作用是檢測電話線上的振鈴信號，以便為單片機(jī)提供電話鈴響的次數(shù)。系統(tǒng)的振鈴檢測電路如圖2所示:由C1，R1，D，IC5，R2組成，由于電容器C1不能通過直流電壓，因此在待機(jī)狀態(tài)下振鈴電路沒有電流通過。所以在沒有電話呼入時(shí)P3.5口是處于高電平狀態(tài)；當(dāng)有電話呼入時(shí)，P3.5口會(huì)出現(xiàn)高低電平的變化，通過檢測該電平的脈沖次數(shù)來達(dá)到檢測振鈴的次數(shù)。
2.3 自動(dòng)摘機(jī)／掛機(jī)電路
如圖3所示，自動(dòng)摘機(jī)/掛機(jī)電路其實(shí)就是一個(gè)電子開關(guān)，它的作用是完成摘機(jī)、掛機(jī)的動(dòng)作。系統(tǒng)電路和電話線之間雖然連接起來了，但是中間還必須要有一個(gè)電子開關(guān)存在，平時(shí)這個(gè)開關(guān)應(yīng)該處于斷開的狀態(tài)。當(dāng)用戶打電話回家控制家用電器時(shí)，如果出現(xiàn)了規(guī)定的振鈴次數(shù)之后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)摘機(jī)動(dòng)作。這時(shí)電話線就和控制系統(tǒng)連通了，然后才能按照系統(tǒng)的設(shè)計(jì)接收電路中的各種控制命令。
2.4 語音提示電路
語音提示電路的作用是在用戶操作過程中給與語音提示，幫助用戶根據(jù)需求正確的操作。經(jīng)過挑選和結(jié)合錄放時(shí)間的要求，系統(tǒng)選用ISD公司生產(chǎn)的2560型語音芯片。該芯片技術(shù)成熟，穩(wěn)定性好，音質(zhì)清晰，價(jià)格便宜，錄音時(shí)間為60 s，且可以分段錄放音，斷電后錄音信號不會(huì)丟失，具體電路原理圖如圖4所示。
2.5 重要信息存儲(chǔ)電路
重要信息存儲(chǔ)電路主要由E2PROM芯片2816組成，它的主要作用是用來存儲(chǔ)一些重要信息，如密碼修改后新密碼的保存、報(bào)警號碼的存儲(chǔ)等。利用該電路可以保證用戶修改了這些重要信息后，如果系統(tǒng)出現(xiàn)重啟或者斷電的情況，這些重要信息不會(huì)丟失，具體的電路如圖5所示。
2.6 電力載波調(diào)制解調(diào)電路
采用電力載波通信技術(shù)，充分利用家庭內(nèi)現(xiàn)有的交流電源線作為通訊鏈路，安裝方便，只要插入墻上的電源插座即可達(dá)到通訊控制的要求。在此采用電力載波調(diào)制解調(diào)器芯片TDA5051來實(shí)現(xiàn)控制器與家用電器之間的數(shù)據(jù)傳輸，具體的電路原理圖如圖6所示。
3 軟件設(shè)計(jì)
結(jié)合硬件電路的設(shè)計(jì)和軟件實(shí)現(xiàn)的功能，系統(tǒng)應(yīng)用程序主要由主程序、中斷服務(wù)程序、延時(shí)子程序等部分組成。主程序所要完成的主要工作包括單片機(jī)系統(tǒng)各接口芯片的初始化，設(shè)置中斷，給相應(yīng)各內(nèi)存單元賦初值，調(diào)用中斷處理程序，延時(shí)子程序等。系統(tǒng)設(shè)置的中斷服務(wù)程序有2個(gè)，其中中斷1的作用主要是識別來自于哪種傳感器的信號，按照預(yù)定的報(bào)警號碼發(fā)送報(bào)警信息。
中斷2的作用主要是識別用戶的按鍵，控制相應(yīng)控制器的工作，其中還包括驗(yàn)證密碼、判斷輸入錯(cuò)誤密碼次數(shù)、更改密碼、更改預(yù)定的報(bào)警號碼。
其中設(shè)定按鍵9和按鍵*對應(yīng)的功能分別是修改預(yù)定報(bào)警號碼和修改舊密碼，輸入密碼錯(cuò)誤的次數(shù)上限設(shè)定為3次，當(dāng)輸入密碼錯(cuò)誤達(dá)到3次時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)掛機(jī)。當(dāng)密碼正確后，系統(tǒng)就會(huì)通過語音信號提示用戶正常的操作，系統(tǒng)的程序流程圖如圖7所示。
4 結(jié) 語
利用單片機(jī)為主要的控制器件，以公共電話網(wǎng)絡(luò)為信息載體，成功地設(shè)計(jì)了一套智能家居控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)自投入運(yùn)行以來，其工作正常，性能穩(wěn)定，通訊狀態(tài)良好，成功地滿足了實(shí)際的應(yīng)用。
參 考 文 獻(xiàn)
［1］董海峰，蔡茂國，楊淑雯.公用電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的研制與實(shí)現(xiàn)［J］.計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究,2003(3):115-117.
�。�2］黃天戍，孫東，王堅(jiān).智能電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.電工技術(shù)雜志,2001(6):28-30.
�。�3］蔡茂國，楊淑霞.公用電話網(wǎng)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用［J］.電子技術(shù)應(yīng)用,2006(6):41-43.
�。�4］胡紅,周智.DTMF收發(fā)器M8880在電路精確計(jì)費(fèi)中的應(yīng)用［J］.國外電子元器件,1998(2):2.
�。�5］吳金戌,沈慶陽.單片機(jī)實(shí)踐與應(yīng)用［M］.北京:清華大學(xué)出版社,2002.
［6］趙長德,李華,李東.單片機(jī)原理與應(yīng)用［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2001.
�。�7］童詩白,華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)［M］.北京:高等教育出版社,2003.
［8］王振紅，張凱，郝承祥.基于公共電話網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)\.控制工程,2002,9(3)：55-57.
�。�9］許本軍.淺談住宅智能化及住宅小區(qū)智能化［J］.山西建筑,2001,27(2):1-2.
［10］曹建平.家用電器的電話遙控及其發(fā)展前景［J］.信息家電,2000(6):45-47.
�。�11］TDA 5051 Application Note［S］.
關(guān)鍵詞：單片機(jī)控制；智能家居；遠(yuǎn)程控制；電力載波
中圖分類號：TP274 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-373X(2009)04-058-03
Application of Public Telephone Network for Intelligent Home
ZHOU Jiehua，PENG Xiafu
(College of Information & Technology,Xiamen University,Xiamen,361005,China)
Abstract：Single chip computer control technology is applied to design a new intelligent home remote control system which uses the public telephone network as a key signal carrier and identifies the user′s legal status with password verification method.It uses the telephone button to control the household appliances.In the control process it uses power line carrier modem to control the household appliances,so it has the advantage of no separate wiring.At the same time,if the house occurs some special circumstances such as fire,theft,gas leak,etc,it can automatically sends the alarm information to users.
Keywords：single chip computer control;intelligent home;remote control;power line carrier
隨著社會(huì)的進(jìn)步與發(fā)展，人們的生活節(jié)奏越來越快，時(shí)間觀念也越來越強(qiáng)，并逐步開始運(yùn)用新的科技手段改善自己的生活條件和環(huán)境。尤其現(xiàn)在是電信事業(yè)飛速發(fā)展和電器自動(dòng)化高度結(jié)合的時(shí)代，充分利用現(xiàn)有的條件提高人們的生活質(zhì)量，這是人們亟待解決的問題。提出一種利用現(xiàn)有的公共電話網(wǎng)絡(luò)，采用單片機(jī)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能家居的方案。
1 系統(tǒng)的工作原理
系統(tǒng)的主要工作原理是當(dāng)有電話打入時(shí)，通過振鈴檢測電路檢測到有振鈴信號，此時(shí)振鈴信號被送到51系列單片機(jī)處理。當(dāng)單片機(jī)接收到系統(tǒng)默認(rèn)的振鈴次數(shù)（次數(shù)可以通過軟件設(shè)定）后，單片機(jī)會(huì)向摘機(jī)/掛機(jī)電路發(fā)出摘機(jī)控制信號，使系統(tǒng)發(fā)出自動(dòng)摘機(jī)操作動(dòng)作。摘機(jī)后，系統(tǒng)會(huì)提示用戶輸入密碼，以此驗(yàn)證用戶的合法身份。當(dāng)通過身份驗(yàn)證后，系統(tǒng)提示用戶進(jìn)行的相應(yīng)操作。系統(tǒng)可以根據(jù)用戶的需要設(shè)置控制哪種家用電器、更改密碼以及更改預(yù)定報(bào)警號碼。當(dāng)用戶按相應(yīng)的按鍵后，系統(tǒng)通過接收MT8880C的DTMF解碼信號識別用戶的按鍵，然后向控制器發(fā)出相應(yīng)的控制信號，使得家用電器發(fā)生相應(yīng)的動(dòng)作。同時(shí)，系統(tǒng)通過讀取傳感器的信號識別用戶家里是否有特殊情況（如火災(zāi)、被盜、煤氣泄漏等）發(fā)生。如果有特殊情況發(fā)生系統(tǒng)會(huì)撥通預(yù)定的報(bào)警號碼發(fā)出報(bào)警信號。
2 系統(tǒng)的硬件組成
系統(tǒng)的硬件主要由DTMF信號接收/發(fā)送電路、振鈴檢測電路、自動(dòng)摘機(jī)/掛機(jī)電路、語音提示電路、重要存儲(chǔ)電路、電路載波調(diào)制解調(diào)電路等幾大重要部分組成。
2.1 DTMF信號接收/發(fā)送電路
DTMF信號接收/發(fā)送電路主要是利用接收/發(fā)送芯片MT8880C實(shí)現(xiàn)DTMF信號的接收和發(fā)送。電路通過控制R/W接口的狀態(tài)實(shí)現(xiàn)DTMF信號是接收還是發(fā)送狀態(tài)，其電路原理圖如圖1所示。
2.2 振鈴檢測電路
振鈴檢測電路的作用是檢測電話線上的振鈴信號，以便為單片機(jī)提供電話鈴響的次數(shù)。系統(tǒng)的振鈴檢測電路如圖2所示:由C1，R1，D，IC5，R2組成，由于電容器C1不能通過直流電壓，因此在待機(jī)狀態(tài)下振鈴電路沒有電流通過。所以在沒有電話呼入時(shí)P3.5口是處于高電平狀態(tài)；當(dāng)有電話呼入時(shí)，P3.5口會(huì)出現(xiàn)高低電平的變化，通過檢測該電平的脈沖次數(shù)來達(dá)到檢測振鈴的次數(shù)。
2.3 自動(dòng)摘機(jī)／掛機(jī)電路
如圖3所示，自動(dòng)摘機(jī)/掛機(jī)電路其實(shí)就是一個(gè)電子開關(guān)，它的作用是完成摘機(jī)、掛機(jī)的動(dòng)作。系統(tǒng)電路和電話線之間雖然連接起來了，但是中間還必須要有一個(gè)電子開關(guān)存在，平時(shí)這個(gè)開關(guān)應(yīng)該處于斷開的狀態(tài)。當(dāng)用戶打電話回家控制家用電器時(shí)，如果出現(xiàn)了規(guī)定的振鈴次數(shù)之后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)摘機(jī)動(dòng)作。這時(shí)電話線就和控制系統(tǒng)連通了，然后才能按照系統(tǒng)的設(shè)計(jì)接收電路中的各種控制命令。
2.4 語音提示電路
語音提示電路的作用是在用戶操作過程中給與語音提示，幫助用戶根據(jù)需求正確的操作。經(jīng)過挑選和結(jié)合錄放時(shí)間的要求，系統(tǒng)選用ISD公司生產(chǎn)的2560型語音芯片。該芯片技術(shù)成熟，穩(wěn)定性好，音質(zhì)清晰，價(jià)格便宜，錄音時(shí)間為60 s，且可以分段錄放音，斷電后錄音信號不會(huì)丟失，具體電路原理圖如圖4所示。
2.5 重要信息存儲(chǔ)電路
重要信息存儲(chǔ)電路主要由E2PROM芯片2816組成，它的主要作用是用來存儲(chǔ)一些重要信息，如密碼修改后新密碼的保存、報(bào)警號碼的存儲(chǔ)等。利用該電路可以保證用戶修改了這些重要信息后，如果系統(tǒng)出現(xiàn)重啟或者斷電的情況，這些重要信息不會(huì)丟失，具體的電路如圖5所示。
2.6 電力載波調(diào)制解調(diào)電路
采用電力載波通信技術(shù)，充分利用家庭內(nèi)現(xiàn)有的交流電源線作為通訊鏈路，安裝方便，只要插入墻上的電源插座即可達(dá)到通訊控制的要求。在此采用電力載波調(diào)制解調(diào)器芯片TDA5051來實(shí)現(xiàn)控制器與家用電器之間的數(shù)據(jù)傳輸，具體的電路原理圖如圖6所示。
3 軟件設(shè)計(jì)
結(jié)合硬件電路的設(shè)計(jì)和軟件實(shí)現(xiàn)的功能，系統(tǒng)應(yīng)用程序主要由主程序、中斷服務(wù)程序、延時(shí)子程序等部分組成。主程序所要完成的主要工作包括單片機(jī)系統(tǒng)各接口芯片的初始化，設(shè)置中斷，給相應(yīng)各內(nèi)存單元賦初值，調(diào)用中斷處理程序，延時(shí)子程序等。系統(tǒng)設(shè)置的中斷服務(wù)程序有2個(gè)，其中中斷1的作用主要是識別來自于哪種傳感器的信號，按照預(yù)定的報(bào)警號碼發(fā)送報(bào)警信息。
中斷2的作用主要是識別用戶的按鍵，控制相應(yīng)控制器的工作，其中還包括驗(yàn)證密碼、判斷輸入錯(cuò)誤密碼次數(shù)、更改密碼、更改預(yù)定的報(bào)警號碼。
其中設(shè)定按鍵9和按鍵*對應(yīng)的功能分別是修改預(yù)定報(bào)警號碼和修改舊密碼，輸入密碼錯(cuò)誤的次數(shù)上限設(shè)定為3次，當(dāng)輸入密碼錯(cuò)誤達(dá)到3次時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)掛機(jī)。當(dāng)密碼正確后，系統(tǒng)就會(huì)通過語音信號提示用戶正常的操作，系統(tǒng)的程序流程圖如圖7所示。
4 結(jié) 語
利用單片機(jī)為主要的控制器件，以公共電話網(wǎng)絡(luò)為信息載體，成功地設(shè)計(jì)了一套智能家居控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)自投入運(yùn)行以來，其工作正常，性能穩(wěn)定，通訊狀態(tài)良好，成功地滿足了實(shí)際的應(yīng)用。
參 考 文 獻(xiàn)
［1］董海峰，蔡茂國，楊淑雯.公用電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的研制與實(shí)現(xiàn)［J］.計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究,2003(3):115-117.
�。�2］黃天戍，孫東，王堅(jiān).智能電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.電工技術(shù)雜志,2001(6):28-30.
�。�3］蔡茂國，楊淑霞.公用電話網(wǎng)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用［J］.電子技術(shù)應(yīng)用,2006(6):41-43.
�。�4］胡紅,周智.DTMF收發(fā)器M8880在電路精確計(jì)費(fèi)中的應(yīng)用［J］.國外電子元器件,1998(2):2.
�。�5］吳金戌,沈慶陽.單片機(jī)實(shí)踐與應(yīng)用［M］.北京:清華大學(xué)出版社,2002.
［6］趙長德,李華,李東.單片機(jī)原理與應(yīng)用［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2001.
�。�7］童詩白,華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)［M］.北京:高等教育出版社,2003.
［8］王振紅，張凱，郝承祥.基于公共電話網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)\.控制工程,2002,9(3)：55-57.
�。�9］許本軍.淺談住宅智能化及住宅小區(qū)智能化［J］.山西建筑,2001,27(2):1-2.
［10］曹建平.家用電器的電話遙控及其發(fā)展前景［J］.信息家電,2000(6):45-47.
�。�11］TDA 5051 Application Note［S］.
