基于PIC單片機(jī)的家用電器電話(huà)遙控裝置

隨著社會(huì)的發(fā)展和人們生活水平的提高，越來(lái)越多的家用電器進(jìn)入了人們的生活，這些家用電器給人們的生活帶來(lái)了很多的方便和享受，同時(shí)隨著電話(huà)在家庭中的普及，利用電話(huà)實(shí)現(xiàn)家用電器遙控是家用電器未來(lái)的發(fā)展方向［1］。本文介紹一種基于單片機(jī)的電話(huà)遙控裝置。利用該裝置，用戶(hù)可以通過(guò)任意一部雙音頻電話(huà)（包括手機(jī)和固定電話(huà)）遙控家中的電器。當(dāng)用戶(hù)要下班時(shí)，可以通過(guò)電話(huà)，提前打開(kāi)空調(diào)、電飯鍋，用戶(hù)回到家里時(shí)，飯煮好了，房子里溫度剛剛好。用戶(hù)也可以通過(guò)電話(huà)隨時(shí)開(kāi)關(guān)、檢查家里電器的使用情況等等?？傊?，電話(huà)通到哪里，用戶(hù)就可以從哪里遙控家中的電器。

1 遙控裝置的工作原理

基于PIC單片機(jī)控制家用電器電話(huà)遙控裝置的工作原理是：當(dāng)有電話(huà)打入時(shí)，振鈴電路檢測(cè)到電話(huà)振鈴信號(hào)，等待系統(tǒng)默認(rèn)的振鈴次數(shù)后，啟動(dòng)自動(dòng)摘機(jī)電路實(shí)現(xiàn)摘機(jī)，并送出提示音信號(hào)，用戶(hù)輸入預(yù)先設(shè)定的密碼，控制裝置通過(guò)雙音多頻解碼電路讀取輸入密碼，與預(yù)設(shè)在控制裝置中的密碼進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，如果密碼錯(cuò)誤，系統(tǒng)自動(dòng)掛機(jī)；密碼正確，則進(jìn)入遙控狀態(tài)。該裝置通過(guò)雙音多頻解碼電路獲得用戶(hù)發(fā)出的命令，并根據(jù)用戶(hù)的命令執(zhí)行開(kāi)機(jī)、關(guān)機(jī)、定時(shí)等操作；用戶(hù)還可以進(jìn)行工作狀態(tài)查詢(xún)、密碼修改操作。系統(tǒng)還具有定時(shí)時(shí)間的倒記時(shí)顯示及手動(dòng)操作等功能。當(dāng)人在默認(rèn)的振鈴次數(shù)之前接聽(tīng)電話(huà)，不進(jìn)入電話(huà)遙控狀態(tài)，因此不影響電話(huà)的正常通話(huà)使用。

2 遙控裝置的硬件組成

家用電器電話(huà)遙控裝置的硬件組成如圖1所示。主要由電話(huà)振鈴檢測(cè)電路、電話(huà)自動(dòng)摘機(jī)電路、雙音多頻解碼電路、顯示電路、輸出控制電路、電源電路和PIC單片機(jī)組成。

單片機(jī)是整個(gè)電話(huà)遙控系統(tǒng)的核心，系統(tǒng)所有電路都是在他的控制下工作，本裝置采用的單片機(jī)是Microchip公司的PIC16F84［2］，他是RISC結(jié)構(gòu)的CPU，采用精簡(jiǎn)指令集；內(nèi)含1k×14 b E2PROM型程序存儲(chǔ)器和64個(gè)8 b E2PROM 型數(shù)據(jù)寄存器；擦寫(xiě)次數(shù)可達(dá)100萬(wàn)次，數(shù)據(jù)保存時(shí)間大于40年；有13個(gè)可獨(dú)立編程的雙向I／O口，每個(gè)I／O口最大拉電流25 mA，最大灌電流20 mA；一個(gè)可帶8位預(yù)分頻器的8位定時(shí)器／計(jì)數(shù)器；具有自振式看門(mén)狗和程序保密位；PIC16F84采用CMOS工藝，功耗低，在5 V／4 MHz工作條件下，耗電小于2 mA，可以在2．0～6．0 V電壓下工作。由于他內(nèi)部含有64 b的E2PROM型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，所以可以用于在掉電狀態(tài)下保存系統(tǒng)密碼和原工作狀態(tài)。

下面具體的介紹遙控裝置中的各部分電路的原理和功能。

2．1　電話(huà)振鈴檢測(cè)電路

振鈴檢測(cè)電路如圖2所示。二極管V1～V4有2種作用：

（1）將不確定的線(xiàn)路供電正負(fù)變?yōu)楣潭ǖ恼?fù)輸出；

（2）將交流的振鈴信號(hào)變換為脈動(dòng)直流以供檢測(cè)。

當(dāng)沒(méi)有振鈴信號(hào)時(shí)，線(xiàn)路上的供電電壓為48 V（老式交換機(jī)為60 V），經(jīng)二極管V1～V4整流后不足以使穩(wěn)壓管V5導(dǎo)通，振鈴信號(hào)輸出端電壓接近0 V，當(dāng)振鈴信號(hào)到來(lái)時(shí)，線(xiàn)路上的90 V交流振鈴信號(hào)經(jīng)過(guò)二極管V1～V4整流變換成為峰值90 V的脈動(dòng)直流電，其峰值足以擊穿穩(wěn)壓管V5，經(jīng)R1對(duì)C1充電，振鈴輸出端電壓升高，CPU可以根據(jù)振鈴信號(hào)的高低檢測(cè)有無(wú)振鈴。電路中穩(wěn)壓管V6限制振鈴信號(hào)的幅度不超過(guò)CPU端口的允許電壓，保護(hù)CPU。

2．2　電話(huà)自動(dòng)摘機(jī)電路

自動(dòng)摘機(jī)電路如圖3所示。當(dāng)CPU檢測(cè)到系統(tǒng)設(shè)定的振鈴次數(shù)之后，送出摘機(jī)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)三極管V7導(dǎo)通，電阻R2接入電路，實(shí)現(xiàn)摘機(jī)。當(dāng)CPU檢測(cè)到正確的密碼，并按照用戶(hù)設(shè)定要求工作后；或者檢測(cè)到密碼錯(cuò)誤，CPU取消摘機(jī)信號(hào)，三極管截止，系統(tǒng)掛機(jī)。

2．3　雙音多頻解碼電路

解碼電路是將用戶(hù)所按電話(huà)的密碼信號(hào)解碼后送入單片機(jī)，單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)家電的控制。雙音多頻解碼電路如圖4所示。系統(tǒng)采用常用的雙音多頻解碼芯片MT8870［3］，該芯片外圍電路簡(jiǎn)單、功耗小、抗干擾能力強(qiáng)。由電話(huà)線(xiàn)送進(jìn)來(lái)的雙音多頻（DTMF）信號(hào)經(jīng)電容隔直后送到入MT8870，由MT8870內(nèi)部放大后送入兩級(jí)濾波器，第一級(jí)為撥號(hào)音濾波器，濾除350 Hz和440 Hz的信號(hào)，防止撥號(hào)音干擾電路正確解碼，然后將信號(hào)送入高頻群和低頻群信號(hào)濾波器，取出高頻音和低頻音，送入數(shù)字計(jì)數(shù)電路解調(diào)出高頻音和低頻音的頻率，當(dāng)檢測(cè)到正確的高頻音和低頻音信號(hào)后，解調(diào)出對(duì)應(yīng)按鍵并將解調(diào)值鎖存，置STD信號(hào)為高，輸入到單片機(jī)中，單片機(jī)將TOE置高并通過(guò)Q1～Q4引腳讀入指令代碼。收到代表?yè)芴?hào)值的4位數(shù)值后對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理。
 

2．4　家用電器電源控制電路

家用電器電源控制電路如圖5所示，在該遙控裝置中有多路電源控制電路。

其工作原理是單片機(jī)根據(jù)遙控和設(shè)定開(kāi)關(guān)輸入的控制指令，控制電器的電源通斷。當(dāng)電源控制電路的輸出管腳送出的開(kāi)關(guān)控制指令為高電平，MOC3041截止，T1截止，電器被關(guān)閉；當(dāng)電源控制電路送出的開(kāi)關(guān)控制指令為低電平，MOC3041導(dǎo)通，T1導(dǎo)通，電器被打開(kāi)。通過(guò)MOC3041內(nèi)部的過(guò)零觸發(fā)電路，保證T1在電壓過(guò)零時(shí)導(dǎo)通和截止，對(duì)供電系統(tǒng)干擾最小。R4和C1是T1的保護(hù)電路。

3 遙控裝置的控制程序

本遙控裝置的控制程序的主要工作是對(duì)電話(huà)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)以及接收用戶(hù)指令控制家用電器的工作。系統(tǒng)程序主要包括管理監(jiān)控主程序和定時(shí)中斷子程序。

3．1　管理監(jiān)控主程序

管理監(jiān)控主程序流程圖如圖6所示。

CPU檢測(cè)振鈴信號(hào)狀態(tài)和按鍵狀態(tài)，當(dāng)檢測(cè)到有效振鈴信號(hào)后，啟動(dòng)計(jì)數(shù)程序，計(jì)數(shù)到設(shè)定振鈴次數(shù)后，CPU送出摘機(jī)信號(hào)控制電路自動(dòng)摘機(jī)并送出摘機(jī)提示音信號(hào)，提示用戶(hù)輸入密碼。當(dāng)檢測(cè)到有＊鍵按下時(shí)，也同樣送出摘機(jī)提示音信號(hào)，提示用戶(hù)輸入密碼（對(duì)＊鍵的檢測(cè)是為了方便用戶(hù)在家中控制電器，用戶(hù)直接操作接在線(xiàn)路上的電話(huà)機(jī)即可）。單片機(jī)檢測(cè)MT8870送出的STD信號(hào)，當(dāng) STD信號(hào)有效時(shí)，從MT8870讀入指令代碼并與預(yù)設(shè)密碼比較，如果兩者不一致，則送出警告提示音信號(hào)，用戶(hù)可以重新輸入密碼，若連續(xù)3次密碼錯(cuò)誤，系統(tǒng)自動(dòng)掛機(jī)，不能進(jìn)行遙控設(shè)定，如果輸入密碼與預(yù)設(shè)密碼一致，則送出確認(rèn)提示音信號(hào)，用戶(hù)可以輸入開(kāi)機(jī)、關(guān)機(jī)、定時(shí)工作等指令，也可以輸入查詢(xún)指令查詢(xún)系統(tǒng)工作狀態(tài)或輸入更改密碼指令、更改設(shè)定密碼。設(shè)定或查詢(xún)完成后，按＃鍵則系統(tǒng)掛機(jī)，連續(xù)一定時(shí)間不輸入任何指令信號(hào)，系統(tǒng)也會(huì)自動(dòng)掛機(jī)，讓出電話(huà)線(xiàn)路。

3．2　定時(shí)中斷程序

定時(shí)中斷程序完成定時(shí)工作方式下的計(jì)時(shí)和本地按鍵設(shè)定狀態(tài)的查詢(xún)和執(zhí)行（流程圖略）。

4 結(jié)　語(yǔ)

所介紹的基于PIC單片機(jī)的家用電器電話(huà)遙控裝置已經(jīng)投入應(yīng)用，證明該裝置性能穩(wěn)定、工作可靠，而且不影響電話(huà)的正常使用。但不足的是，利用該裝置控制家用電器，必須將電器的電源和本裝置相連接，因此線(xiàn)路顯得雜亂，并且每種電器各種功能設(shè)定都不相同，使用本系統(tǒng)無(wú)法具體控制器詳細(xì)設(shè)定，只能控制其電源開(kāi)關(guān)。解決的方法有2種：

（1）將本系統(tǒng)和家用電器結(jié)合起來(lái)，將本裝置嵌入在家用電器的控制器中，成為家用電器的一個(gè)功能，也能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電器各項(xiàng)設(shè)定的完全控制，但這種方式需要與家用電器的生產(chǎn)廠家相結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)，這也是將來(lái)的發(fā)展方向。

（2）所介紹的控制器不直接用于控制家用電器，而是在該控制器上設(shè)計(jì)一個(gè)無(wú)線(xiàn)發(fā)射和接收裝置，在每一個(gè)家用電器的電源端設(shè)置一個(gè)具有無(wú)線(xiàn)接收和發(fā)射的控制器。主控制器將用戶(hù)的命令直接發(fā)射給家用電器控制器，同時(shí)還可將家電的工作狀態(tài)反饋給用戶(hù)。該方案適用于對(duì)現(xiàn)有的家用電器控制，筆者目前已將該裝置開(kāi)發(fā)成功。<--→參考文獻(xiàn)CH(開(kāi)始)-->

參考文獻(xiàn)
［1］　王興昆．家庭智能控制器技術(shù)及應(yīng)用［J］．工程設(shè)計(jì)CAD與智能建筑，2002，（2）．
［2］　Microchip公司．PIC16CXX系列單片機(jī)應(yīng)用手冊(cè)［M］，1996．
［3］　潘兆群．雙音多頻信號(hào)接收芯片MT8870的高效使用方法［J］．電信技術(shù)，1998，（8）：49-51.