摘要：通過分析智能控制器的工作狀況以及功能，在此基礎(chǔ)上提出一種智能家居控制的方案，該智能家居控制利用移動電話或固定電話通過公用電話網(wǎng)對家用電器設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，根據(jù)功能需求，從硬件設(shè)計入手，選擇以ARM7系列的微控制器LPC2132為核心微處理器，以MT8870為雙音多頻接收器，配合語音錄放芯片ISD4004和執(zhí)行繼電器，以及相應(yīng)的高效率開關(guān)電源構(gòu)成整個硬件電路，然后對其軟件進(jìn)行了分析，給出了整體軟件流程圖，完成了對智能控制器系統(tǒng)的設(shè)計。
關(guān)鍵詞：智能控制器；CPU；家用電器；LPC2132
自從1876年貝爾發(fā)明電話以后，電話通信變成我們?nèi)粘Ｉ钪凶畛Ｒ?、最廣泛的通信方式。目前電話網(wǎng)的地理范圍覆蓋率在我國已經(jīng)達(dá)到了90％以上，并且大多數(shù)人現(xiàn)在都有手機或固定電話，如此可以利用現(xiàn)有的電話網(wǎng)傳輸控制信號，實現(xiàn)家用電器的控制?，F(xiàn)有的可利用的數(shù)據(jù)傳輸方式有調(diào)制解調(diào)器(MODEM)傳輸和簡單的雙音多頻(DTMF)傳輸。
本設(shè)計就采用后者作為控制信號的通信方式。本文主要介紹一種可以遠(yuǎn)程控制傳統(tǒng)家電的電話控制系統(tǒng)的設(shè)計方案。
1 智能控制器的工作狀況
智能控制器的工作過程描述如下：
1)當(dāng)用戶撥通家庭電話后，智能控制器要求用戶輸入管理密碼。
2)用戶輸入密碼正確，則允許進(jìn)行設(shè)置各種控制功能；如果用戶密碼錯誤，則提示重新輸入。
3)密碼確認(rèn)后，智能控制器以語言提示用戶進(jìn)入操作，例如“開燈請撥1；關(guān)燈請撥2；開窗戶請撥3，……”，用戶聽到語言提示后按相應(yīng)的電話按鍵，例如撥“1”，智能控制器通過繼電器輸出接通相應(yīng)的照明電源后，用語音向用戶提示“燈已打開。繼續(xù)操作請撥0，控制結(jié)束請掛機。”，用戶可繼續(xù)操作；參數(shù)設(shè)置完畢后，智能控制器發(fā)出控制信號，提示設(shè)置已成功，用戶退出系統(tǒng)。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。
1．1 智能控制器功能分析
根據(jù)工作描述，得到系統(tǒng)基本要求：系統(tǒng)電源；振鈴檢測；自動摘機／掛機；遠(yuǎn)程用戶登錄管理；用戶控制功能選擇；語音操作提示；家用電器控制；工作狀態(tài)存儲；工作定時；工作故障保護；電源開關(guān)；工作指示燈等，如圖2所示。
1．2 DTMF及其編碼
DTMF是英文Dual tone multiple frequency的英文縮寫，意思是雙音多頻，現(xiàn)代電話網(wǎng)中應(yīng)用廣泛。一般電話機有兩種撥號方式：一種是雙音頻撥號，是指用兩個特定的單音信號的組合疊加來代表數(shù)字或字符功能。另一種是脈沖撥號，它是通過開關(guān)節(jié)點控制用戶直流回路通斷來產(chǎn)生一串直流脈沖信號，一串撥號對應(yīng)一位數(shù)字號碼，一串脈沖內(nèi)脈沖的個數(shù)對應(yīng)號碼的數(shù)字。
2 系統(tǒng)總體分析
智能控制器由硬件和軟件兩部分組成。硬件負(fù)責(zé)信號檢測、信號調(diào)理和執(zhí)行器件驅(qū)動；軟件負(fù)責(zé)信息處理、信息存儲。智能控制器的需求分析如下描述：
1)用戶利用固定電話或手機呼叫自己的家庭固定電話，電話振鈴5次以后，智能控制器執(zhí)行摘機，并語音提示用戶輸入操作密碼，系統(tǒng)預(yù)設(shè)密碼為“123456”。
2)用戶輸入正確的密碼以后，系統(tǒng)會發(fā)出語音提示。
3)用戶按“1+*”鍵后，系統(tǒng)會發(fā)出提示音：“請輸入新密碼”，按“#”鍵返回上一層，結(jié)束操作請掛機；如果用戶連續(xù)輸入2次錯誤后，系統(tǒng)會自動掛機。
4)用戶按“2+*”鍵后，系統(tǒng)發(fā)出相應(yīng)的提示音：請輸入你選擇的功能，用戶可選擇“1+*”鍵接通電源開關(guān)或斷開電源開關(guān)。
5)用戶選擇“3+*”鍵后，系統(tǒng)會根據(jù)不同的工作狀態(tài)發(fā)出相應(yīng)的提示音：相應(yīng)的工作狀態(tài)分別為：①電源開關(guān)已接通；②電源開關(guān)已斷開；③電源故障已斷開。用戶在操作過程中掛機后，系統(tǒng)會在30秒后自動執(zhí)行掛機操作。如圖3所示系統(tǒng)順序交換圖。
3 硬件電路設(shè)計
智能控制器的核心器件是中央處理器，它主要負(fù)責(zé)振鈴監(jiān)測，摘機／掛機、DTMF解碼、語音提示、電器開關(guān)、信息處理等各種控制功能。NXP的LPC2132是32位ARM7TDMI-SCPU，具有大容量程序存儲器，可滿足系統(tǒng)的要求。電源單元主要取決于各種類型的器件對供電電壓的不同要求來設(shè)計，UC3842是專門用于單端反激式電源芯片，適合于做穩(wěn)定性較好的電源。
DTMF解碼電路用于將音頻撥號轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的二進(jìn)制編碼，而MT8870是典型的一種雙音頻解碼芯片，它可將輸入的雙音頻信號轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的二進(jìn)制編碼，發(fā)送給MCU。振鈴信號檢測電路用于對輸入的振鈴信號進(jìn)行識別。由于振鈴信號電壓較高，所以選擇利用光電耦合器進(jìn)行隔離采樣，將信號輸出到MCU的外部中斷接口實現(xiàn)振鈴信號檢測。
摘機／掛機電路根據(jù)振鈴次數(shù)執(zhí)行摘機操作，程控電話交換機對電話摘機的響應(yīng)是電話線回路電流突然變大約為30 mA的電流，交換機檢測到回路電流變大就認(rèn)為電話機已經(jīng)摘機。當(dāng)用戶摘機時，電話機通過叉簧接上約200 Ω的負(fù)載，使整個電話線回路流過約30 mA的電流。交換機檢測到該電流后便停止鈴流發(fā)送，并將線路電壓變?yōu)槭畮追闹绷鳎瓿山永m(xù)。利用繼電器和200 Ω電阻實現(xiàn)。語音提示電路用于用戶對智能控制器操作時，控制器發(fā)出相應(yīng)的提示音以方便用戶操作。ISD4004語音錄放芯片，可以進(jìn)行錄音存儲和放音操作。AT24C04是ATMEL公司生產(chǎn)的用于小容量數(shù)據(jù)存儲芯片，集成IIC總線，方便與微控制器接口。執(zhí)行開關(guān)用來控制家用電器的供電電源，同時具有對用電設(shè)備的保護和市電異常檢測功能，異常發(fā)生時關(guān)閉電器開關(guān)。雙觸點電器可以同時接通和關(guān)閉交流電源具有較好的可靠性。
4 軟件設(shè)計
首先是系統(tǒng)初始化：其次是振鈴信號檢測，主要利用外部中斷功能檢測振鈴信號；摘機掛機管理是當(dāng)振鈴次數(shù)達(dá)到5次以上時，MCU輸出電平信號驅(qū)動繼電器執(zhí)行掛機。典型的軟件流程圖如圖4和圖5所示。
5 結(jié)束語
從系統(tǒng)設(shè)計的角度出發(fā)，首先對智能控制器的使用情況進(jìn)行了簡單分析，進(jìn)一步進(jìn)行細(xì)致的劃分，做出了用戶與智能控制器交互的全部工作過程。其次，根據(jù)智能控制器的需求，進(jìn)行器件的選型和外圍電路的設(shè)計，其中如MT8870、ISD4004等外圍均參考了廠商所給出的典型應(yīng)用設(shè)計。然后簡要介紹所用的關(guān)鍵器件的特性及功能，最后，對軟件流程做了概要分析，并做出了模塊化方案。
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