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摘 要

本文设计的是一种基于AT89C51单片机的家庭智能控制系统，主要实现了电话远程控制的功能。此系统是以AT89C51单片机为核心、利用现存的通信设备终端（固定电话、移动电话等），实现基于PSTN（公用电话交换网）和PLMN（移动通信网）的电话远程控制功能。电话远程控制系统(ITRCS)以CCITT（国际电报电话咨询委员会）及我国标准共同规定的部分标准程控交换信令(DTMF双音多频信号,振铃信号,回铃音信号等)作为系统控制命令,以公用电话通信网与移动通信无线网作为传输介质,使用者可以在远端利用固定电话或移动电话发送DTMF双音多频信号,实现对近端电器设备的实时远程控制，实现开关、定时等功能。该电话远程控制系统不需进行专门的布线,也不占用无线电频率资源,从而可避免电磁污染及线材的浪费；且通过此系统具有提示音,使用者可根据提示音进行操作。同时也提供密码处理功能,只有输入正确的密码才能控制家电,从而提高了安全性。该系统设计实用，功能灵活多样，可靠性高，操作方便，可以广泛地应用于家庭或者其它场所的智能控制。根据系统特点，设计了合理可靠的系统电路，并结合软件编程，实现了信号音提示和控制功能。该系统使用方便、经济、可靠，符合未来家电的智能化、网络化发展方向。

关键词：89C51远程电话控制 智能控制 DTMF

1 前言... 5

1.1 问题的提出... 5

1.2 研究的意义... 5

1.3 设计任务... 5

2 系统总体方案设计与论证... 6

2.1硬件模块... 6

2.1.1 振铃检测模块... 6

2.1.2 模拟摘机模块... 6

2.1.3 电器控制模块... 7

2.1.4 双音频解码模块... 7

2.1.5 提示音模块... 7

2.1.6 系统原理图... 8

2.2 软件模块... 8

2.2.1 信号音检测... 8

2.2.2 密码检测... 9

2.2.3 信号分析处理... 9

2.3 本章小结... 9

3 硬件设计... 9

3.1 单片机简介... 9

3.2 振铃检测电路... 12

3.3模拟摘机电路... 14

3.4 双音频解码电路... 15

3.5 提示音电路... 17

3.6 电器控制电路... 19

3.7 电路板制作、焊接、调试... 20

3.7.1 电路板制作... 20

3.7.2 电路板焊接... 21

3.7.3 电路板调试... 22

3.8 本章小结... 22

4 软件设计... 22

4.1 参数定义与初始化... 23

4.2 延时子程序函数... 24

4.3 各提示音子程序函数... 24

4.4 解码子程序函数... 27

4.5 密码验证子程序函数... 28

4.6 本章小结... 28

致谢... 29

参考文献... 30

英文摘要... 31

附录... 32

1前言

1.1 问题的提出

随着社会的发展和人们生活水平的提高，越来越多的家用电器进入了百姓的生活，给大家带来了很多的方便和享受，同时随着电话在家庭中的普及，利用电话实现家用电器遥控是未来的发展方向。二十一世纪是信息时代，各种电信新技术推动了人类文明的进步。自从1876年，AlexanderGrahamBell（贝尔）发明电话以来，世界各国的电话网络发展非常迅速。进十年来，中国的固定电话业务呈现出举世瞩目的快速增长。1997年8月局用电话交换机总容量突破1亿门，网络规模跃居世界第二位，2004年7月固定电话用户总数突破2亿户。随着通讯产业的发展，电话机已经走进了千家万户；随着现代科学技术的发展，利用电话机进行远程控制的技术也日益用于生活中。本设计就是在这样的背景之下提出的，利用该系统，用户可以通过任意移动电话或固定电话对家电进行开关定时控制，例如当用户要下班时，可以通过电话，提前打开空调、电饭锅等。

1.2 研究的意义

电话遥控和常规的遥控方式相比，不需进行专门的布线，不占用无线电频率资源，避免了电磁污染，而且由于电话线路各地联网，可以充分利用现有的电话网，随时随地手持电话即可以对家用电器的开关定时进行控制。

1.3 设计任务

设计要求：通过电话对家用电器进行遥控，主要包括开关控制及定时功能。本设计中，要求设计出电路遥控器的硬件电路和软件程序，实现使用固定电话、移动电话远程控制家居里家电的开关和定时等功能。

根据题目的要求，确定如下方案：在现在有的电话网络资源的基础上，制作系统具备振铃检测模块，检测来电振铃到达5次而无人接听时，由单片机驱动模拟摘机电路使用电话系统进入模拟摘机状态，再利用系统提示音功能模块向电话线上发送提示音，用户根据提示音进行操作，操作信号由系统的DTMF双音频解码模块解码输入到单片机，单片机处理后驱动系统的控制模块，从而实现对家电的控制。

2 系统总体方案设计与论证

根据题目的要求，确定如下方案：在现有的电话网络资源的基础上，制作家庭智能控制系统具备振铃检测模块，检测来电振铃到达5次而无人接听时，由单片机驱动模拟摘机电路使用电话系统进入模拟摘机状态，再利用系统提示音功能模块向电话线上发送提示音，用户根据提示音进行操作，操作信号由系统的DTMF双音频解码模块解码输入到单片机，单片机处理后驱动系统的控制模块，从而实现对家电的控制。

在整个系统的设计中，系统的具体设计要求：

1.铃音检测、计数功能

2.自动摘挂机功能

3.身份验证-密码校检功能

4.双音频信号解码

5.提示音功能

6.电器开关和定时功能

2.1硬件模块

所以系统硬件部分主要分振铃检测、模拟摘机、提示音、双音频解码、控制部分模块，存在不同方案选择的主要有两个模块：提示音操作模块和DTMF解码模块。软件设计部分实现远程控制操作过程、身份验证和定时开关等功能。

2.1.1 振铃检测模块

用户不被呼叫时，电话线上有48V的直流电压，当用户呼叫时，程控电话交换机向电话机送来振铃电流信号。振铃为25±3伏的正弦波，谐铃失真不大于10%，电压有效值90±15V。振铃以5秒为周期，即1秒送，4秒断。根据振铃信号电压比较高，所以先用高压稳压二极管进行降压，电阻限流输入到光电耦合器。振铃来时，光电耦输出导通，向单片机发出信号以便单片机计数。

2.1.2 模拟摘机模块

根据国家有关标准规定：不论任何电话机，摘机状态的直流电阻应≤300Ω，在挂机状态下，其漏电流≤5uA。当用户摘机时，电话机通过叉簧接上约200 Q的负载，使整个电话线回路流过约30mA的电流。交换机检测到该电流后便停止铃流发送，并将线路电压变为十几伏的直流，完成接通。所以自动摘挂机电路可以通过单片机控制一个继电器的开关，继电器的控制端连接一个大约200Ω的电阻接入电话线两端，从而完成模拟摘挂机。

2.1.3 电器控制模块

电器控制模块主要由单片机控制继电器常开常关来控制，常用电路也已经很成熟，所以可以直接应用。

2.1.4 双音频解码模块

方案一：使用MT8888集成电路

方案二：使用MT8870集成电路

此部分是整个系统的核心，因为系统控制的准确性和可靠性都取决于它。经过翻阅大量文献资料，发现电话专用的双音频解码芯片进行双音频信号的解码是一种比较常见的方法。一般常用的双音频编解码芯片主要有MT8870、MT8880、MT8888等，使用集成电路不但外围电路简单，而且可靠性强。双音频信号经过集成电路的解码，信号转换成为四位二进制的码，可以直接被单片机读取。经过多次对比论证，考虑到系统只需要单向接收双音频码即可，所以最终选择了MT8870芯片。

远程用户通过按电话键发送电话双音频信号（DTMF），经电容耦合输入后，由MT8870译码，当MT8870接收到有效的DTMF信号并解出正确的码时，全使MT8870的STD端置为高电平，通过单片机读取数据。单片机获得数据后由程序判断具体是哪个按键，从而得到远程控制的命令。

2.1.5 提示音模块

方案一：采用录音芯片作语音提示

方案二：由单片机产生振荡信号由音频变压器耦合到电话线上作提示音

因为人耳的反应频率范围为20HZ~20 KHZ， CCITT规定的电话话音信号的频率范围是300~3400HZ。设计电路由单片机一引脚以一定频率的高低电平跳变，从而产生符合人耳的反应频率和CCITT规定的电话话音信号的频率范围的信号，再经过音频放大集成电路LM386后再耦合到电话线上。对比于使用录音芯片作语音提示，这样的方式能方便系统的使用，降低系统成本。所以最终决定使用方案二，由单片机产生提示音信号。

2.1.6 系统原理图

图1 系统原理图

2.2 软件模块

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进入系统并进行操作，电话远程控制系统开户以后，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．用户操作信号解释功能：对收到的用户信号，主要是电话的双音频信号，系统按照软件设定加解释，并决定对单片机产生的提示音函数进行调用，产生相应的系统提示音，实现用户和电话远程控制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：系统软件设定几个等级的时间，调用不同的时间延时函数产生不同时间的定时。

2.2.1 信号音检测

本单元可以使用AT89C51的某一个I/O用查询的方法进行计数，到时一定数量触发摘机信号。

2.2.2 密码检测

本单元可以在系统初始化的时候，在单片机内部的存储器的内部开辟一块空间放置密码。当用户输入密码的时候，单片机把输入的密码写入另外的一块空间，然后利用减法运算比较两者是否相等，这样就可以实现密码检测的功能。

2.2.3 信号分析处理

本单元可以利用查表方式，也可以用简单的语句，稍微长一点的语句实现，例如IF语句等。

2.3 本章小结

本章主要是对系统的总体可行性设计进行了分析和核心控制芯片单片机AT89C51进行了简要的介绍。系统的总体可行性设计包括：硬件电路和软件模块，硬件电路的分析主要是振铃检测电路、模拟摘机电路、双音解码电路、提示音电路、控制部分电路等部分的分析；软件模块的分析包括：初始化、信号音（流铃）计数、密码检测、信号分析处理。经过翻阅大量的技术资料，对具体要求实现的功能进行完整的系统分析，本设计电话遥控系统设计基本符合实际情况，可以完成设计任务所要求实现的基本功能。

3 硬件设计

一个单片机应用系统的硬件电路设计包含有两部分内容：一是系统扩展，即单片机内部的功能单元，如ROM﹑RAM﹑I/O口﹑定时/记数器﹑中断系统等能量不能满足应用系统的要求时，必须在片外进行扩展，选择适当的芯片，设计相应的电路。二是系统配置，既按照系统功能要求配置外围设备，如键盘显示器﹑打印机﹑A/D﹑D/A转换器等，要设计合适的接口电路。

3.1 单片机简介

本系统用的核心控制单片机芯片的型号是AT89C51。单片机是把那些作为控制应用所必需的基本内容都集成在一个尺寸有限的集成电路芯片上。如果按功能划分，它由如下功能部件组成，即微处理器、数据存储器、程序存储器、并行I/O口、串行口、定时器/计数器、中断系统及特殊功能寄存器。它们都是通过片内单一总线连接而成，其基本结构依旧是CPU加上外围芯片的传统结构模式。但对各种功能部件的控制是采用特殊功能寄存器的集中控制方式。

1 微处理器

该单片机中有一个8位的微处理器，与通用的微处理器基本相同，同样包括了运算器和控制器两大部分，只是增加了面向控制的处理功能，不仅可处理数据，还可以进行位变量的处理。

2 数据存储器

片内为128个字节，片外最多可外扩至64k字节，用来存储程序在运行期间的工作变量、运算的中间结果、数据暂存和缓冲、标志位等，所以称为数据存储器。

3 程序存储器

由于受集成度限制，片内只读存储器一般容量较小，如果片内的只读存储器的容量不够，则需用扩展片外的只读存储器，片外最多可外扩至64k字节。

4 中断系统

具有5个中断源，2级中断优先权。

5 定时器/计数器

片内有2个16位的定时器/计数器， 具有四种工作方式。

6 串行口

1个全双工的串行口，具有四种工作方式。可用来进行串行通讯，扩展并行I/O口，甚至与多个单片机相连构成多机系统，从而使单片机的功能更强且应用更广。

7 P1口、P2口、P3口、P4口

为4个并行8位I/O口。

8 特殊功能寄存器

共有21个，用于对片内的个功能的部件进行管理、控制、监视。实际上是一些控制寄存器和状态寄存器，是一个具有特殊功能的RAM区。

由上可见，89C51单片机的硬件结构具有功能部件种类全，功能强等特点。特别值得一提的是该单片机CPU中的位处理器，它实际上是一个完整的1位微计算机，这个一位微计算机有自己的CPU、位寄存器、I/O口和指令集。1位机在开关决策、逻辑电路仿真、过程控制方面非常有效；而8位机在数据采集，运算处理方面有明显的长处。MCS-51单片机中8位机和1位机的硬件资源复合在一起，二者相辅相承，它是单片机技术上的一个突破，这也是MCS-51单片机在设计的精美之处。

89C51是片内有ROM/EPROM的单片机，因此，这种芯片构成的最小系统简单﹑可靠。用89C51单片机构成最小应用系统时，只要将单片机接上时钟电路和复位电路即可，如图3.189C51单片机最小系统所示。由于集成度的限制，最小应用系统只能用作一些小型的控制单元。其应用特点：

有可供用户使用的大量I/O口线。

内部存储器容量有限。

应用系统开发具有特殊性。

1、时钟电路

89C51虽然有内部振荡电路，但要形成时钟，必须外部附加电路。89C51单片机的时钟产生方法有两种。内部时钟方式和外部时钟方式。

本设计采用内部时钟方式，利用芯片内部的振荡电路，在XTAL1、XTAL2引脚上外接定时元件，内部的振荡电路便产生自激振荡。本设计采用最常用的内部时钟方式，即用外接晶体和电容组成的并联谐振回路。振荡晶体可在1.2MHZ到12MHZ之间选择。电容值无严格要求，但电容取值对振荡频率输出的稳定性、大小、振荡电路起振速度

有少许影响，CX1、CX2可在20pF到100pF之间取值，但在60pF到70pF时振荡器有较高的频率稳定性。所以本设计中，振荡晶体选择11.0592MHZ,电容选择30pF。

在设计印刷电路板时，晶体和电容应尽可能靠近单片机芯片安装，以减少寄生电容，更好的保证振荡器稳定和可靠地工作。为了提高温度稳定性，应采用NPO电容。

2、复位电路

89C51的复位是由外部的复位电路来实现的。复位引脚RST通过一个斯密特触发器用来抑制噪声，在每个机器周期的S5P2,斯密特触发器的输出电平由复位电路采样一次，然后才能得到内部复位操作所需要的信号。

复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式。

最简单的上电自动复位电路中上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。只要Vcc的上升时间不超过1ms,就可以实现自动上电复位。时钟频率用11.0592MHZ时C取10uF,R取10KΩ。

除了上电复位外，有时还需要按键手动复位。本设计就是用的按键手动复位。按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中电平复位是通过RST端经电阻与电源Vcc接通而实现的。时钟频率选用11.0592MHZ时，C取30uF。

图2 单片机最小系统

3.2 振铃检测电路

当用户未被呼叫时，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，电话交换机发来铃流信号。振铃信号为25±3伏的正弦波，谐铃失真不大于10%，电压有效值90±15V。振铃以5秒为周期，即1秒送，4秒断。在本电路检测铃流信号时，以五次铃响为准，即五次振铃后无人摘机，便由单片机控制自动模拟摘机，振铃检测电路设计如图3－1所示。

原理说明：电话振铃信号通过电容C1隔直、D2稳压二极管稳压、R1限流电阻输入至光电耦合器4N25的输入端1口，C1、R1、D2共同组成振铃信号的变换电路，将电话振铃流的信号变换成触发光电耦合器的信号，对光电耦合器起保护作用。光耦合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。又由于光耦合器的输入端属于电流型工作的低阻元件，因而具有很强的共模抑制能力。所以，它在长线传输信息中作为终端隔离元件可以大大提高信噪比。在计算机数字通信及实时控制中作为信号隔离的接口器件，可以大大增加计算机工作的可靠性。光耦合器的主要优点是：信号单向传输，输入端与输出端完全实现了电气隔离隔离，输出信号对输入端无影响，抗干扰能力强，工作稳定，无触点，使用寿命长，传输效率高。4N25引脚图如下：

图3 4N25引脚图

当1和2脚加上5V以上电源后，就能使发光管发光，驱动光控晶闸管进入通态，此时，5和4脚构成一个电阻，阻值大约为10K。当1和2不加电压时，则4和5可以看成一个无穷大的电阻。

通过光电耦输出后外接上接5V电压和限流电阻，当振铃信号来到时，向单片机P1.1口发送高低电平信号，由单片机查询计数，当计数达到5次后，由软件程序控制继电器模拟摘机。

图4 振铃检测电路

原器件选取：

1．C1为隔直电容，需要隔直，通低频信号，由于振铃信号电压高达90多伏，因此选取100V耐压型号为10UF/100V的电解电容，正负极不能接反

2．D2为稳压二极管，选取33V的稳压二极管

3．R1是光耦的限流电阻，取4.7K

4．U1选取光电耦合器4N25

5．R2选取10K作上接电阻，DS1为发光二极管作为振铃信号的信号灯，R18选取1K作为发光二极管的限流电阻

3.3模拟摘机电路

根据国家有关标准规定：不论任何电话机，摘机状态的直流电阻应≤300Ω，在挂机状态下，其漏电流≤5uA。所以模拟摘机的电路设计如图2所示，模拟摘挂机电路主要由单片机输出口导通三极管的CE极控制继电器的开关，将200Ω电阻接入电话线回路。摘挂机信号由单片机P1.5口输出，当P1.5口为低电平输出到基极使三极管CE极被导通从而开启继电器K1，使用200Ω电阻接入电话线回路。接入200Ω电阻后，使回路电流变大，控制电路交换机发出模拟摘机信号，交换机响应摘机信号，完成电话线路接通，完成自动模拟摘机过程。

图5 模拟摘机电路

根据设计原理，原器件选取如下：

1．R9为三极管基极电阻，选取大小为1K

2．Q2选取型号为9012，PNP型三极管

3．D3二极管起继电器反向保护的作用，选取4001

4．K1是继电器控制开关，选取HK 4001F DC5V

5．R6为接入电话回路的200Ω电阻

3.4 双音频解码电路

原理简介：双音多频DTMF信号解码电路采用MT8870芯片。MT8870的连线如图6所示，它的IN+、IN-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Q4~Q1连到AT89C51的P1口的P1.0~P1.3，单片机经P1口识别4位代码。MT8870芯片简介和电话按键与相应译码（Q4~Q1）输出见附录C。其中，A，B，C，D4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”。为了使单片机AT89C51获取有效数据，MT8870的CID有效端经施密特反相器后接AT89C51的INT0引脚。当MT8870获取有效双音多频信号后，CID电平由低变高，再反相为低，单片机检测后，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CID端变化的。DTMF接收器的外围电路如图6所示。其中，接在电源处的电容对抗干扰有一定的作用。在实际应用中，存在这样一个问题：MT8870的使能控制端不允许中断时，将使MT8870的CID端中断关闭。其解决办法是，将CID端接与非门的一端输入，与非门的另一输入端接一不定电平端P。对CID的有效控制（即中断开放）为，EN=1则P3.2/INT0中断允许；EN=0时则P3.2/INT0中断关闭。

DTMF技术是一种利用声音频率的不同音调来传送拨号信号以取代直接拨号脉冲的方法。DTMF是由低频组（697Hz～941Hz）和高频组（1209Hz～1633Hz）两组频率信号叠加构成的。设v(t)为DTMF信号，vl(t)和vh(t)分别代表选自低频组和高频组的两个信号，它们之间满足关系v(t)= vl(t) + vh(t) = Asinωlt + Bsinωht。

低频组和高频组中均仅有4个独立的音调，这些音调的选择是依据它们之间的谐波不相关，它们的互调制信号对主信令的影响最小。DTMF信号共有16（24）种组合，其中10种组合分别代表数字0到9，其余6种组合（#、*、A、B、C、D）用做特别的信令。CCITT和我国国家标准都规定了电话键盘按键与DTMF信号的对应关系，如表1所示。

表1 电话键盘按键与DTMF信号的对应关系

MT8870芯片介绍：实现DTMF解码的芯片是MT8870，它是MITEL公司生产的,为CMOS电路,DIP封装。它具有DTMF信号分离滤波和译码功能，可直接与MCS-51系列单片机接口。图5为MT8870引脚分配图。其引脚说明如下：IN+、IN-为运放的同、反相输OSCI入,DTMF信号输入端；FB为运放输出端，通过外部接入的反馈电阻可调节其内部放大器增益；VREF为基准电压输出；IC为内部连接点,应接至VSS端；OSCI、OSCO为振荡器输入、输出可外接3.58MHZ晶振；EN为数据输出控制端，当它为高电平时允许输出数据Q1~Q4为数据输出端；CID为延迟控制输出端;CI/GTO为控制输入端/时间监测输出端;ECO为初始控制输出端；VDD、VSS为正负电源。

图6 MT8870引脚

MT8870的输出代码（Q4Q3Q2Q1）与电话键盘上按键的对应关系如表2所示：

表2 电话键盘按键与输出代码的对应关系

图7 双音频解码电路

根据原理设计，原器件选取如下：

1．C12作为双音频信号的耦合电容，将DTMF信号接入到解码芯片，选择104瓷片电容

2．R14、R15为输入平衡电阻，选取大小100K

3．Y2为MT8870芯片的工作晶振，选取3.579MHZ

4．R16为输出平衡电阻，选取100K

5．C13选取104瓷片电容

6．DS2是普通发光二极管作为双音频信号接收信号灯，R3为1K电阻为发光二极管限流

3.5 提示音电路

为了方便系统的使用，降低成本，设计了如图4所示的信号音提示电路。

因为人耳的反应频率范围为20HZ ~ 20KHZ，而CCITT规定的电话话音信号的频率范围是300HZ ~3400HZ。本功能单元的发声频率选定500HZ。信号音从单片机P3.5口输出，经音频放大集成电路LM386后输出到电话线上。

主要分为3种提示音：

(1)一声长低声：表示模拟摘机成功，请输入密码；所有操作完成且成功，结束通话；

(2)一声低声：表示提示获得密码按键信号

(3)两声低音: 表示密码已经通过或者已经选择电器成功

(4)一短一长：表示密码错误，系统将挂机

音频放大集成电路LM386的连接比较简单，本装置的使用是LM386放大增益为50dB的连接方式。利用LM386低压音频功率放大器，LM386是为低压用户设计的功率放大器，内部增益为20倍，在1脚和8脚接电阻和电容时，可使增益增加到200倍，用途广泛，使用方便，外接元件数目较少。LM386引脚图如下：

图8 LM386引脚图

经过LM386放大后，信号由耦合电容C5耦合到变压器T1上，T1是音频输出专用的音频耦合变压器。

图9 提示音放大电路

根据原理设计，原器件选取如下：

1．LM386外围电路严格选取符合其芯片的参考电路，C3选取10UF/16V电解电容；R5选取10K可调电位器，用于调节声音大小；C7选取10UF电解电容；R7选取1K电阻

2．输出端C6选取47.3nF瓷片电容；R8取10Ω电阻；C5选取250UF/16V电解电容，将放大后信号耦合到变压器上。

3．T1选取600：600的音频专用输出变压器

3.6 电器控制电路

原理说明：本单元电路比较简单，而且比较成熟。主要是每一路由一个继电器控制回路开关。接上有电线接口的元件，可以接上电源插座。方便诸如电电饭煲、热水器、空调之类的电器只需插上插头，主控单片机即可通过控制插座中各继电器来控制电器电源的通断。该方式简单且易于实现。

图10 电器控制电路

根据原理设计，原器件选取如下：

1．R17选择大小为1K的电阻

2．Q3选取PNP三极管9012

3．D5为继电器的反向保护二极管，选取型号4001

4．继电器K2选择HK 4001F DC5V

5．J1、J2选取两端强电接口

3.7 电路板制作、焊接、调试

3.7.1 电路板制作

1.使用DXP2004软件制作PCB电路原理图。制作PCB原理图过程中要细心、仔细，将总电路分成几部分的局部电路原理图画完后与proteus仿真图核对，确认无误后将PCB原理图转换成布线图。PCB板电路原理图如下图所示：

图11 硬件原理图

2.将PCB原理图转换成布线图。PCB布线是较为困难的一个环节。若采用计算机自动布线，通常会布成双层板，并且走线较为混乱，不便于制作和检错。最好的方法是采用手工布线，但需要花费较多的精力。PCB原理图一旦确定，尽量减少改动，不要再增加或改动元器件，否则PCB板需要重新布线。元器件的分布尽量紧凑、方向统一、美观；功能模块尽量集中；铜线尺寸大小要适中，过小容易造成断路；铜线之间的距离要适中，避免腐蚀或者焊接过程中两线交叉；焊盘大小要适中，方便焊接；在库里寻找元器件时，要找准元器件的封装类型，避免尺寸、形状与实际元器件不符。

布线图如下所示：

图12 硬件布线图

3.将布线图转印到印制板上，腐蚀，钻孔。

光感板转印，首先要将布线图转印在硫酸纸上，然后将硫酸纸盖着感光板进行曝光；曝光是比较重要的环节，曝光时间一般在十到十五分钟，用日光灯照射就可以了；跟着进行显像，将曝光好的感光板放入显像液中，显像液的调配不能太浓，防止把布线也洗掉了。

腐蚀。使用三氯化铁进行腐蚀，使用热水加速腐蚀速度。

钻孔。钻孔要细心，保持光线充足、视线范围清晰，避免机器损伤铜板或者造成身体伤害。

3.7.2 电路板焊接

电路板焊接过程中应避免出现甩丝、虚焊等状况，确保电路稳定性；焊接时注意电阻、电容等有序排列；对于比较重要的器件（液晶显示屏），尽量避免直接焊接，可先焊接插槽；焊接过程中要保护好芯片、液晶屏，焊电路时要把它们拔出来，避免被烧坏；焊接过程中要严格按照原理图来焊接，避免将元器件焊错位置以致无法实现电路功能甚至烧坏芯片。

3.7.3 电路板调试

接通5V电源，检查电路功能是否实现。当电路功能出现故障时，要运用严谨的思维分析，逐个排查，找出问题所在，切忌心浮气躁。一般根据原理图核查电路的焊接是否出错，再者检查线路的通断，再者检查元器件好坏、接法是否有误，再者修改电路。通常都是一些小错误，用心检查便可很快发觉。调试过程中，如果出现较为严重的异常现象（如芯片发烫等），应尽快断电停止系统工作。

3.8 本章小结

本章主要是对系统所涉及到的五部分硬件模块进行了详细的功能介绍、工作原理、设计实现方法、硬件品质选择及参数要求等。硬件单元电路设计包括的五部分是：振铃检测电路、模拟摘挂机电路、双音频解码、提示音音频放大电路、电器控制电路。此外还给出了用Protel2004 DXP设计的各部分电路结构图和硬件电路板的制作过程及其注意要点。

4 软件设计

系统软件设计说明

在进行微机控制系统设计时，除了系统硬件设计外，大量的工作就是如何根据每个生产对象的实际需要设计应用程序。因此，软件设计在微机控制系统设计中占重要地位。对于本系统，软件更为重要。

在单片机控制系统中，大体上可分为数据处理、过程控制两个基本类型。数据处理包括：数据的采集计数等。过程控制程序主要是使单片机按一定的时序进行处理，然后再输出，以便控制生产。

本系统软件采用模块化结构，由主程序﹑定时子程序、避障子程序﹑中断子程序显示子程序﹑调速子程序﹑算法子程序构成。

本系统的软件设计主要分为系统初始化、振铃检测计数、控制摘挂机、双音频信号分析处理、语音提示、密码处理、控制电器等部分组成。每个功能模块对于整体设计都是非常重要的，单片机AT89C51通过软件程序才能很好的对外部的信息进行采集、分析、决策和执行。下面就整体设计以及每个单元功能模块分别进行说明。整体流程图如下：

图13 程序流程图

4.1 参数定义与初始化

程序一开头，需要定义许多变量，变量名最好要清晰明白，易于日后查看修改，本程序开头定义如下：

#include<reg52.h>

#define uint unsigned int

#define uchar unsigned char

int table[]={0,0,0,0,0,0};

int mima[]={3,3,8,3,3,8};//定义密码的值

void delay(uint z);//声明延时程序

sbit linecome=P1^1;//查询振铃信号的引脚P1.1脚

sbit DDaudio=P3^5;//定义产生提示音的引脚

sbit lineON=P1^5;//控制模拟摘机的功能引脚

sbit STD=P0^6;

sbit Q4=P0^5;

sbit Q3=P0^4;

sbit Q2=P0^3;

sbit Q1=P0^2;

sbit KEY22=P2^2;//控制家电继电器1的引脚

sbit KEY26=P2^6; //控制家电继电器2的引脚

int portselected;

4.2 延时子程序函数

void delay(uint z)

{

uintx,y;

for(x=z;x>0;x--)

for(y=110;y>0;y--);

}；//此程序根据计算，使用11.0592MHZ的晶振，参数为1时，延时为1毫秒。

4.3 各提示音子程序函数

提示音由单片机P3.5引脚产生高低电平的跳变从而产生一定频率的信号，所以在程序里面，只需把P3.5引脚位进行高低位的转换即可。

void DDlongON()

{

int a,b;

a=0;

b=0;

while(a!=2000)

{

DDaudio=0;

delay(1);

DDaudio=1;

a++;

};

}

void DD1ON()

{

int a,b;

a=0;

b=0;

while(a!=400)

{

DDaudio=0;

delay(1);

DDaudio=1;

a++;

};

}

void DD2ON()

{

int a,b;

a=0;

b=0;

while(a!=400)

{

DDaudio=0;

delay(1);

DDaudio=1;

a++;

};

delay(400);

while(b!=400)

{

DDaudio=0;

delay(1);

DDaudio=1;

b++;

};

}

void DDOVERON()

{

int a,b;

a=0;

b=0;

while(a!=100)

{

DDaudio=0;

delay(1);

DDaudio=1;

a++;

};

delay(400);

while(b!=800)

{

DDaudio=0;

delay(1);

DDaudio=1;

b++;

};

}

4.4 解码子程序函数

int getcode()

{

if(Q4==0&&Q3==0&&Q2==0&&Q1==1)

return 1;//返回值为整型值1

if(Q4==0&&Q3==0&&Q2==1&&Q1==0)

return 2; //返回值为整型值2

if( Q4==0&&Q3==0&&Q2==1&&Q1==1)

return 3; //返回值为整型值3

if(Q4==0&&Q3==1&&Q2==0&&Q1==0)

return 4; //返回值为整型值4

if(Q4==0&&Q3==1&&Q2==0&&Q1==1)

return 5; //返回值为整型值5

if(Q4==0&&Q3==1&&Q2==1&&Q1==0)

return 6; //返回值为整型值6

if(Q4==0&&Q3==1&&Q2==1&&Q1==1)

return 7; //返回值为整型值7

if(Q4==1&&Q3==0&&Q2==0&&Q1==0)

return 8; //返回值为整型值8

if(Q4==1&&Q3==0&&Q2==0&&Q1==1)

return 9; //返回值为整型值9

if(Q4==1&&Q3==0&&Q2==1&&Q1==0)

return 0; //返回值为整型值0

if(Q4==1&&Q3==0&&Q2==1&&Q1==1)

return 11;//*

if(Q4==1&&Q3==1&&Q2==0&&Q1==0)

return 12;//#

}

4.5 密码验证子程序函数

for(i=0;i<6;i++)

{

while(STD==0);//等待密码输入

table[i]=getcode();

DD1ON();//每输入密码一位提示一声

delay(200);

}；//6位的密码

delay(500);

for(i=0;i<6;i++)

{

if(table[i]==mima[i])

j++;

}；//验证密码是否正确，函数结束后j参量为6即为密码正确

4.6 本章小结

本章主要是对系统所涉及到的软件设计中比较主要的几个部分(参数定义、初始化、延时程序、提示音子函数、密码验证子程序函数)作了简要的解释。完整的程序将在后面附录里附上。

致谢

历时三个月的毕业设计已经告一段落。经过自己不断的搜索努力以及白老师的耐心指导和热情帮助，本设计已经基本完成。在这段时间里，XXXX老师严谨的治学态度和热忱的工作作风令我十分钦佩，他的指导使我受益非浅。同时本系实验室的开放也为我的设计提供了实习场地。在此对XXXX老师表示深深的感谢。

通过这次毕业设计，使我深刻地认识到学好专业知识的重要性，也理解了理论联系实际的含义，并且检验了大学四年的学习成果。虽然在这次设计中对于知识的运用和衔接还不够熟练。但是我将在以后的工作和学习中继续努力、不断完善。这三个月的设计是对过去所学知识的系统提高和扩充的过程，为今后的发展打下了良好的基础。

由于自身水平有限，设计中一定存在很多不足之处，敬请各位老师批评指正。

参考文献

1 李朝青,单片机原理及接口技术,北京：北京航空航天大学出版社,2005.9

2 谭浩强,C程序设计,北京：清华大学出版社,2005.7

3 何希才,新型实用电子电路400例,电子工业出版社,2000年,60～65

4 杨欣，电路设计与仿真——基于Multisim 8 与 Protel 2004 ，北京：清华大学出版社，2006

5 王亚晓，基于电话网的家用电器远程控制系统的设计

Smart Family ControlSystem

Zhang XXXXXX

(College of Science,South China AgriculturalUniversity Guangzhou 510642,China)

Abstract：
In this paper, the design is based on AT89C51 microcontrollerfamily of intelligent control systems, the main telephone remotecontrol functions. The system is based on AT89C51 single-chipmicrocomputer as the core, the use of existing communicationsequipment terminals (fixed telephone, mobile phone, etc.), based onPSTN (public switched telephone network) and PLMN (MobileCommunications Network) telephone remote control functions.Telephone remote control system (ITRCS) by CCITT (InternationalTelegraph and Telephone Consultative Committee) and my standardpart of the common provisions of the standard program-controlledexchange of signaling (DTMF DTMF signal, ring signal, ring-backsignal, etc.) as a system control commands to the public telephonecommunications network and a wireless mobile communications networkas a transmission medium, the user can use the remote fixedtelephone or mobile phone to send DTMF dual tone multi-frequencysignal, to achieve real-time electrical equipment proximal remotecontrol, the realization of switch, from time to time functions.The telephone remote control system without special wiring, oroccupied by the radio frequency resources, to avoid electromagneticpollution and waste of wire; and prompted the adoption of thissystem is sound, the user can be prompted to operate the sound. Italso provides password processing functions, only to enter thecorrect password to control home appliances, resulting in improvedsecurity. The design of the system practical, flexible and diversefunctions, high reliability and easy to operate, can be widely usedin home or other place of intelligent control. Characteristics ofthe system, design a sound system circuit, combined with softwareprogramming, the sound signal to achieve prompt and controlfunctions. The system is easy to use, economical, reliable,consistent with the future of intelligent home appliances,network-based development.

Keywords: 89C51DTMF remote telephone control intelligentcontrol

附录A 程序清单

#include<reg52.h>

#define uint unsigned int

#define uchar unsigned char

int table[]={0,0,0,0,0,0};

int mima[]={3,3,8,3,3,8};

void delay(uint z);

sbit linecome=P1^1;

sbit DDaudio=P3^5;

sbit lineON=P1^5;

sbit STD=P0^6;

sbit Q4=P0^5;

sbit Q3=P0^4;

sbit Q2=P0^3;

sbit Q1=P0^2;

sbit KEY22=P2^2;

sbit KEY26=P2^6;

int portselected;

void delay(uint z)

{

uint x,y;

for(x=z;x>0;x--)

for(y=110;y>0;y--);

}

void DDlongON()

{

int a,b;

a=0;

b=0;

while(a!=2000)

{

DDaudio=0;

delay(1);

DDaudio=1;

a++;

};

}

void DD1ON()

{

int a,b;

a=0;

b=0;

while(a!=400)

{

DDaudio=0;

delay(1);

DDaudio=1;

a++;

};

}

void DD2ON()

{

int a,b;

a=0;

b=0;

while(a!=400)

{

DDaudio=0;

delay(1);

DDaudio=1;

a++;

};

delay(400);

while(b!=400)

{

DDaudio=0;

delay(1);

DDaudio=1;

b++;

};

}

void DDOVERON()

{

int a,b;

a=0;

b=0;

while(a!=100)

{

DDaudio=0;

delay(1);

DDaudio=1;

a++;

};

delay(400);

while(b!=800)

{

DDaudio=0;

delay(1);

DDaudio=1;

b++;

};

}

int getcode()

{

if(Q4==0&&Q3==0&&Q2==0&&Q1==1)

return 1;

if(Q4==0&&Q3==0&&Q2==1&&Q1==0)

return 2;

if(Q4==0&&Q3==0&&Q2==1&&Q1==1)

return 3;

if(Q4==0&&Q3==1&&Q2==0&&Q1==0)

return 4;

if(Q4==0&&Q3==1&&Q2==0&&Q1==1)

return 5;

if(Q4==0&&Q3==1&&Q2==1&&Q1==0)

return 6;

if(Q4==0&&Q3==1&&Q2==1&&Q1==1)

return 7;

if(Q4==1&&Q3==0&&Q2==0&&Q1==0)

return 8;

if(Q4==1&&Q3==0&&Q2==0&&Q1==1)

return 9;

if(Q4==1&&Q3==0&&Q2==1&&Q1==0)

return 0;

if(Q4==1&&Q3==0&&Q2==1&&Q1==1)

return 11;//*

if(Q4==1&&Q3==1&&Q2==0&&Q1==0)

return 12;//#

}

int selectport()

{

while(STD==0);

portselected=getcode();

delay(100);

DD2ON();

}

void main()

{

while(1)

{

int linecount,a,i,j;

a=0;

j=0;

linecount=0;

P0=0xff;

P1=0xff;

while(1)

{

if(linecome==0)

{

linecount++;

delay(3000);

}

if(linecount==5)

{

lineON=0;

linecount=0;

delay(1000);

DDlongON();

for(i=0;i<6;i++)

{

while(STD==0);

table[i]=getcode();

DD1ON();

delay(200);

}

delay(500);

for(i=0;i<6;i++)

{

if(table[i]==mima[i])

j++;

}

if(j==6)

{

j=0;

linecount=0;

DD2ON();

selectport();

while(portselected==1)

{

DD2ON();

while(STD==0);

if(getcode()==1)

{

KEY22=0;

DDlongON();

lineON=1;

for(i=0;i<60;i++)

{

delay(1000);

}

KEY22=1;

}

if(getcode()==2)

{

KEY22=0;

DDlongON();

lineON=1;

for(i=0;i<120;i++)

{

delay(1000);

}

KEY22=1;

}

if(getcode()==3)

{

KEY22=0;

DDlongON();

lineON=1;

for(i=0;i<300;i++)

{

delay(1000);

}

KEY22=1;

}

break;

}

while(portselected==2)

{

DD2ON();

while(STD==0);

if(getcode()==1)

{

KEY26=0;

DDlongON();

lineON=1;

for(i=0;i<60;i++)

{

delay(1000);

}

KEY26=1;

}

if(getcode()==2)

{

KEY26=0;

DDlongON();

lineON=1;

for(i=0;i<120;i++)

{

delay(1000);

}

KEY26=1;

}

if(getcode()==3)

{

KEY26=0;

DDlongON();

lineON=1;

for(i=0;i<300;i++)

{

delay(1000);

}

KEY26=1;

}

break;

}

}

else

{

DDOVERON();

lineON=1;

j=0;

linecount=0;

}

}

}

}

}

附录B 硬件原理图

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