基于单片机的家电远程控制系统设计(共13页).doc

精选优质文档-倾情为你奉上目 录专心-专注-专业基于单片机的家电远程控制系统设计第一章 绪论随着新型科技电子产品日益发达和人们生活水平的不断提高，受到潜移默化的影响，人们对生活质量以及家居环境的要求也在与日俱增，人们开始追求家庭生活现代换，舒适化，以及安全性等问题，特别是家电的选择和使用上，智能家居的出现正好满足了人们的需求。随着电话通信网络的出现，利用电话实现远程控制已经在智能小区的管理中得到了广泛的应用，而移动通信技术的发展刚好为家电的远程控制奠定了基础。本文介绍了一种电话远程控制技术。本系统采用单片机控制家用电器的远程控制、远程电话,用户可以通过手机、电话到家用电器(如太阳能、冰箱)远程控制其工作状态,以满足用户需求为各种各样的家用电器,不仅如此,用户也可以根据你的需求和基于住宅需求不同的家用电器控制,达到了用户自己的家庭住宅最好的国家规定。本次作品所使用到元器件都选择性价比较高的，这就可以在节约电器成本的前提下创造出更大的利用价值。智能家居的优点主要体现在它不受时间和空间的限制，这就可以为人们节约大量的时间。不仅如此，我们也可以在各路终端接上传感器从而实现对周围环境的监听，这就达到了一个对家居电器进行安全性的监护作用，也避免了很多不必要的麻烦。远程监控还可以应用到企业的自动化控制的系统领域中去，可以为企业节约很多的资本，也可以应用到家庭医疗保健中，不仅降低了医疗保健成本，而且还有益于身心更加健康，我们把测量的结果直接传给医生，可以省去去医院排队等候的麻烦，也可以应用于网络家庭教育，帮助学生能够更好的学习。第二章 远程控制的内容有了这些智能家用电器，我们不难建造一个拥有智能家居的环境，有了智能家居，我们就可以节约大量的时间做更多的事情。例如，我们可以在回家的路上可以提前打开家里的电饭煲，把空调打开调到合适的温度，这样回家以后我们就可以舒适地吃上香喷喷的米饭了，但是，这在以前是不可能实现的。就目前而言，我们大多数家庭使用的还是传统的家用电器，本次课题主要设计了一款利用单片机控制家用电器的原理进行远程的电话控制系统。2.1 智能家用电器主要的特点一、网络化功能：将智能家电通过家庭局域网连接到一起,然后同互联网相连,以实现信息的共享。二、智能化：智能家电利用传感器来感知周围的环境，然后根据环境的不同自动改变参数。三、开放性：兼容性。生产智能家电平台具有相同的开放和兼容标准。四、节能化:智能家电可以根据周围环境自动调整自己的工作状态。五易用性:由于复杂的控制操作步骤在内部控制器嵌上,所以用户只需了解简单的外部操作步骤即可。2.2 智能家电具备的基本功能一、通信功能。二、消费电子产品的智能控制。三、交互式智能控制。四、安防控制功能。五、健康与医疗功能。一般来说,主要功能的家庭智能控制系统集中在家庭安全报警、电话远程控制等。组网方式主要分为两大类，其中包括有线组网和无线组网。有线电视网络家庭电话线路控制电路主要用于网络,虽然设备成本较少,但布线成本高,维护困难在未来也更大；无线组网的主要技术有家庭电话网络联盟技术、蓝牙技术等，但移动性强，设备容易，维护简单。第三章 系统设计的原理3.1 总体设计原理电话主要由单片机智能远程控制构成中央处理单元,主要的信息处理,以及各种控制信号接收外部操作指令形式,记录各种信息在同一时间,然后控制不同用户需求的设备状态。接口电路的作用是提供单片机与外围电话的接口。其中主要包括铃流检测电路、摘挂机控制电路、DTMF双音多频解码电路，以及语音提示电路。系统组成框图如图3-1所示。图3-1在控制系统中，语音提示电路将会受到AT89C51单片机的控制产生相应的提示信息，通过反馈电路将有用的信息反馈至电话外线，这样操作者能够了解受控方的工作状态，以便采取相应的措施解决。由于用户的需求不同，我们可以根据不同的用户需求进行不同设计。本系统提供两种操作方式：第一种是直接操作方式，操作者在异地拨通连接本装置的外线电话，电话机通过交换机发送振铃信号到外围电路上，接收到的振铃信号送到中央处理单元，如果检测到响铃五次后扔无人接听，摘挂机电路进入自动进行摘挂环节，然后密码检测，当且仅当输入正确密码后才可以选择控制电器，完成后将给出提示，然后自动返回；二是间接的方式,一旦报警信号被检测到中央处理单元,摘机信号送入DTMF解码电路、解码电路在解码,解码后的信息将被发送到单片机I/O输入端口,然后单片机读取二进制信号与默认密码,如果两个都是一样的,用户可以发送进一步的相关操作。电话远程控制系统主要控制部分是单片机，用户发出指令解码后的内容将送入单片机的接口，记录各种信息，并对各种信息进行处理，发出不同的控制指令。本次对家电远程控制主要核心单元是AT89C51单片机。其引脚如图3-2所示。图3-2AT89C51单片机一共有40只引脚，它们的功能可大致分为4类：一、电源引脚1.VCC：接+5V的工作电源；2.VSS:接地端；二、时钟引脚1.XTAL1：作为时钟发生器电路和片内振荡器反向放大器的输入端；2.XTAL2：作为片内振荡器反向放大器的输出端；三、控制引脚四I/O口引脚在AT89C51单片机中，一共有4个8位并行的双向I/O口，它们分别是P0、P1、P2、P3。1.P1口仅做I/O口使用，并且其内部有上拉电阻。2.P3口有一些特殊功能,即第二功能，其定义如表3-3所示。 表3-3 3.2 硬件模块分析为了完成对家电进行远程控制的设计要求，我们采用模块化对系统进行设计。本次设计所用到的核心单元主要是AT89C51单片机，通过电话网络将DTMF解码后的信息送到单片机，单片机发出相应的控制动作，进而达到电话远程控制智能家电的功能。硬件系统框图如图3-4所示：图3-4单片机:进行密码校对、提供有用的信息给解码器，控制不同的数据输出。DTMF解码电路:将相应的解码DTMF信号发送的单片机,单片机控制信号对应的A,B,C,D,0-9表示二进制数。模拟摘挂机电路：实现模拟摘挂机的作用。电话接口电路:主要作用是与电话网络连接的端口，包含振铃检测电路等。输出电路:作为控制器的输出端，还可以对模拟摘挂机电路进行电话摘机。控制电路:主要起到控制操作的平台的作用，将电话输入的数据经过程控交换机传送至中央处理器。3.3 软件模块分析系统软件的部分主要分为两种不同的工作状态，即普通工作状态和电话远程控制系统工作状态。电话远程控制状态主要是远程电话输入不同数字通过DTMF将解码后的二进制数送入I/O口，以便单片机控制家里的各种智能电器。软件部分操作系统主要由以下3个模块组成：限时模块：当远程用后对家用电器发出了操作指令后，如果单片机不能自动复位，那么下一次就不能发出别的指令。又或者单片机发出了错误的操作指令，如果不对它进行限时操作，单片机发出的错误指令就会无限循环下去。密码检测模块：当我们到单片机的初始化,我们必须打开一个单片机内部存储单元的密码。当用户通过远程控制单片机来控制家用电器,我们将用户密码写入单片机的另一个存储,然后减少使用单片机发送指令比较两,如果等于继续操作,然后停止操作。信号处理模块：我们使用振铃检测电路不同信号计数、模拟接挂断为了实现函数的自动选择挂。使用查表法,采用相应的操作指示不同的信号。以上是部分软件操作的原理设计，详细的介绍我们将在后面一一表述。通过结合部分软件和部分硬件的组合，我们几乎达到了远程控制家用电器的目的。第四章 系统软件设计分析4.1 软件设计原理本次系统设计的核心部分是单片机AT89C51，我们针对要设计的智能家居环境，编写相应的语言程序，而单片机所用到的语言主要是汇编语言，所以本次编写程序所用的语言是汇编语言。我们采用模块换的设计理念，将要实现的功能逐一用不同的模块实现，其中软件部分的模块设计又主要可以分为:振铃信号的检测计数主要检查响铃的次数、控制摘挂机的模拟电路主要是对振铃信号进行一个模拟的摘挂过程、双音多频解码电路主要是对信号进行解码、信号音提示电路则是对用户进行一个提醒的作用、控制家用电器电路等。由于这个系统是由各个模块结合而成，所以每个部分的功能对整个电路的设计都很重要，要想实现远程控制家用电器，我们必须确保每一个模块都能实现它的功能而且都能正常进行工作，只有这样，我们才能保证整个系统能够正常运行，我们才能够实现用户远端控制智能家电的想法。并且当MT8870芯片检测到STD引脚有信号输出时，即STD引脚的信号由低到高的变化过程，将会提示用户“请输入密码”，并将操作者输入的密码与用户之前设定的密码进行比对，如果两个密码一致，系统将会继续进行下一步的语音提示，即“请输入需要控制的智能电器号码”，然后操作者在远端进行一个需要控制的智能家电的号码的输入，然后MT8870将会对接收到的电话按键的信息进行解码，并将解码后的内容直接发送给单片机，单片机然后控制智能家电，也就是单片机将会对智能家电进行相应的处理，打开或者关闭某一部分的功能。但是，但单片机检测到用户输出的密码与用户之前在单片机中设定的密码不一致时，我们不会立马关闭，系统将会提示用户重新输入新的密码，如果输入正确，和之前一样，单片机将会继续要求用户输入所要控制的智能家用电器，但是如果操作者连续3次都输入错误的密码，系统将会进行自动挂机的操作。定时中断子程序，顾名思义，它是一个定时计数的作用，在本次设计的课题中主要是完成对振铃信号进行一个定时计数的功能，我们要合理的设置它的每一次的计数时间，振铃信号每隔多长时间进行一个响铃，每次响铃时间控制在多久，不同工作模式上不同的响铃时间等等问题，都是在这个过程中实现，它的作用不仅仅是这些，我们还要考虑用户和智能家电之间的连接问题，它们都是在这个过程中实现，因为远端的用户不能及时的了解家用电器处于何种工作状态，所以我们必须使用中断子程序构建一个双方联系的桥梁，也就是提供用户对单片机处于何种状态进行查询的工作，通过这样一个桥梁，用户就可以在远端了解家用电器处于何种状态最佳，以及能够及时地根据环境改变家用电器的各种状态。密码检测环节的设计也是本次软件设计的一个值得注意的地方，而且也是整个操作系统中必不可缺的地方。操作者在远端对家用电器的控制主要通过这一环节，只有在用户通过手机发出正确的密码后，单片机才会提示用户进一步的操作，即要求用户发出想要控制的智能家电号码的指令，然后单片机接受指令并且分配工作，也就是对某种智能家电开关状态的控制，已达到用户想要控制电器的状态。最后，限时模块的设计业比较重要，如果不采取限时模块，当单片机发出错误的指令后，将会一直循环下去，这样不仅浪费时间，而且还会干扰用户，也就造成了不必要的麻烦。而限时模块的设计主要是根据用户的需求，方便用户对智能家电的控制，而且也可以让用户合理的利用时间去做更多的事情。4.2 系统程序设计流程图本次系统的软件设计主要分为以下几个模块：系统初始化、振铃检测计数、模拟摘挂机的摘、挂机处理、双音频信号解码以及分析处理、密码比对环节、语音提示、以及远程控制家用电器等。如图4-1所示:图4-1第五章 系统的应用5.1 系统的应用前景自从我国改革开放以来，电子生产行业以突飞猛进的速度迅速的崛起。就中国的发展建设来看，物联网已经不仅仅是一个概念，它已经正式地走入了我们的生活，变成了我们生活中必不可少的一部分，它有着广阔的前景和蕴含着巨大的市场潜力。其实，从上世纪末智能家居进入中国以来，该行业应经在中国发展了数十年，已经从一个枯燥的名词变成身边的各种安防系统、对讲系统、信息家电等，看似好像已经在逐渐成熟，但是还没有发展到一定的规模，似有闭门造车之嫌，其实内部有不少的问题，因而阻碍了市场的进一步的发展。目前智能家居在市场上存在的主要问题有：缺乏规范的、统一的行业标准；而且产品的核心技术有待突破；应用模式也有待创新；产品的稳定性和可靠性也有待进一步的提高；最后，市场推广力度也不够。本次设计的远程家电控制系统装置不仅性能稳定、而且可靠性也很高。当用户在远端进行拨号后，振铃检测电路对接收到的信号进行一个振铃的提示，当系统默认的振铃次数响过后，单片机将会启动模拟摘机电路进行相应的自动摘机操作，摘机操作完成后，系统将会送出提示音信号，提示用户输入密码，当用户输入密码后，控制装置将会利用双音多频解码电路进行相应的解码，单片机将解码后的信息进行读取，并与之前设定的密码进行对比，一旦发现密码错误，将会提示用户重新输入，超过3次密码输入错误，系统自动执行挂机操作；而密码输入正确，则进入远程遥控状态。还是利用双音多频解码电路将用户发出的按键命令进行相应的解码，单片机读取解码后的信息，并根据用户的操作命令执行开机、关机等操作。而如果家里有人时，只要在系统默认的振铃次数（5次）之前接听电话，系统就不会进入远程电话遥控状态，通过这种智能化的设计，不会影响到电话的正常使用。智能家电能够让用户更加方便的管理家庭设备，例如，通过家庭触摸、无线遥控器、电话、互联网或者语音识别控制家用电器设备，也可以设定为场景操作模式，以便多个设备联动工作；另外一方面，智能家居内的各种设备能够根据周围环境的影响自动采取相应的措施，很大程度上给用户带来了高效、便利、舒适与安全的居住环境。5.2 系统的使用说明由于本次系统设计比较简单，所以使用起来非常方便，下面简单介绍以下本次系统的使用方法：首先用户在电话线的两端并联本装置的信号线，然后将本装置电源线给插上，并且打开电源的开关，本装置就会自动复位，然后进行正常的工作状态。一旦用户从远端打来电话，本装置就会启动振铃检测电路进行振铃反应，同时中断引脚开始计数。当电话铃声想过5声后，摘挂机模拟电路将进行自动摘机操作，然后将提示音“请输入密码”反馈给用户，如果用户连续三次将密码输错，将进行自动挂机的处理，而如果用户在三次之内就输入了正确的密码，我们就通过MT8870芯片组成的电路进行相对应的解码，将解码后的信息直接反馈给单片机，并与之前设定的密码进行比对，如果两者一样，单片机将进行下一步的操作，即提示用户对本装置所连接的电器进行一个选择，单片机将根据用户的需要对其进行开、关状态的控制。当然，用户在一次“通话”中也可以同时控制多个电器，只需要将不同电器的控制序号逐个输入即可。如果用户控制完毕，只需要在手机上按一个“#”键，将信息反馈给本装置然后自动挂机，也就是“操作完毕”。但是已经开启的电器将会一直保持它的开启状态，除非人为的进行关闭，否则，将要等到下一次的“通话”控制其进入关闭状态。由于本次设计系统不仅装置使用起来简单，而且由于电路不是很复杂，所以还很实惠，另外，如果我们想要更得多功能，还可以进行接口的扩展。另外，还有一些我们需要注意的地方。为了增强系统的抗电磁干扰能力，我们可以采取以下几个方面进行改进：元器件在电路板上的布置也要合理的排列，因为它会对电路造成电磁干扰问题。为了抗电磁干扰，首先连接各个元器件的铜膜线要尽量的短，另外，在布局上，我们要把模拟电路和数字电路和大功率器件分开，再把他们汇聚到电源和接地端，使它们之间的信号耦合度达到最小。第六章 小结本次课题的设计综合应用了电子技术各方面的专业知识，主要是为了单片机控制技术能够融入到日常生活的过程中的应用而进行设计的，其突出亮点就是“智能化”。本次设计过程中主要用到了模拟电子技术（模拟摘挂机），单片机的原理和各个接口的功能，以及双音多频解码电路、语音提示电路、振铃检测电路和控制电路。为了能够更好地研究本课题，在课题开始之前，我对各个模块进行简单的学习。由于本次课题研究涉及到的专业知识较广，技术要求也比较高，通过学习我更好地了解了自己的专业知识，为以后的工作和学习奠定了基础。在本次系统的设计中，我们采用了一些结构简单并且性能也比较可靠的硬件电路来实现它的部分软件的功能，同时也采用了一些性价比较高的芯片来辅助完成其功能，经过对相关的知识强化学习后，初步制定了系统的总体实施方案，并且完成了软件部分程序的编写。本次系统设计采用了AT89C51作为中央处理器，MT8870芯片作为双音解码单元的核心部分，同时还采用了其他的一些元器件。本次设计能够满足在任何无人坚守环境下的的实际应用，而且具有下面的优点：一、系统操作简单方便并且可以灵活使用。既可以最为独立单元使用，也可以作为嵌入式应用。二、我们利用硬件电路来实现它的部分功能，从而提高了系统的可靠性。三、可扩展性强，根据用户自己的要求，我们可以通过拓展接口电路来实现更多的功能，已达到多功能化的标准。除此之外，这次设计过程中也有很多不足的地方，首先，在硬件电路上，电路板的可靠性还没有达到标准的要求，所以会产生一些电磁干扰。另外，在降噪方面元器件还存在一些缺陷，故而没能很好地降噪。而在软件方面，由于本人对汇编语言进行编程存在不足，所以有些功能尚存在一定的缺陷。主要是本人对系统知识掌握的不够全面，还有就是实际设计经验尚且不足，所以整个系统还有很多地方需要进一步改进和完善，可以从以下几个方面进行改进：一、对软件部分的编程进一步的完善，使系统的功能更加稳定和可靠。二、进一步优化单片机的端口分配问题，以便整个系统的运行更加协调。三、通过完善系统对外扩展的端口，从而增强系统的可扩展性。后 记本次设计主要分为两大部分：第一是硬件电路设计；第二是软件部分设计，即用汇编语言编写的单片机程序。硬件电路设计方面为了使设计思路和条理更清晰明了，我把整个硬件电路分成四个部分进行了剖析，首先是振铃检测电路；其次是摘挂机控制电路；再其次是双音频DTMF解码电路；最后是家用电器控制电路。软件设计部分则是按照程序设计流程图中的流程一步步的编写程序，设计本遥控装臵的控制程序的主要工作是对电话信号进行检测以及接收用户指令控制家用电器的工作。系统程序主要包括管理监控主程序和定时中断子程序。设计中技术要求很高，特别是硬件电路的实际制作和汇编程序的调试。该装臵在调试过程中需要连入电话网，所以在调试过程中遇到的困难很多难度也很大。本设计的目的是希望通过对电话远程控制的研究使这一技术能早日应用于老百姓的日常生活中。本设计在很大程度上也只是从理论方面给出电话远程控制的可行性。许多技术性问题可能还要在实际运用中加以解决。由于设计者水平有限论文中可能有一定的纰漏，希望各位老师能给出更好的指导性意见和建议。参考文献1 罗厚军.魏敏敏.经典集成电路应用手册M.福州：福建科学技术出版社.20062 杨旭东.刘行景.杨兴瑶.实用电子电路精选M.合肥：化学工业出版社.20003 何书森.何华斌.实用电子线路设计速成M.福州：福建科学技术出版社.20064 王琳.夏怡.电子与通信专业英语M.北京：北京理工大学出版社.20075 何立民.单片机高级教程M.北京：北京航空航天大学出版社.20006 王宇.智能电话远程控制器M.长沙：湖南大学出版社.20037 李朝青.单片机原理与接口技术M.北京：北京航空航天大学出版社.19918 刘润生.语音识别在电话遥控中的应用M.北京：人民邮电出版社.20029 周永峰.近距离体验智能家居M.北京：机械工业出版社.200310 康华光.模拟电子技术基础M.北京：高等教育出版社.200411 高小平中国智能家居的现状及发展趋势J低压电器.200512 姚洁莹.电话网的信号系统M.北京：人民邮电出版社.199113 王亚晓.基于电话网的家用电器远程控制系统的设计J.自动化技术.200714 李华.MCS系列单片机实用接口技术M.北京：北京航空航天大学出版社.199115 赵坤.王可崇.基于DTMF技术的电力线载波通信系统的设计.北京：机械工业出版社.200516 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