1、 1 毕业设计开题报告 电子信息工程 基于单片机和 DTMF 技术的远程遥控系统软件方案的设计 一、选题的背景、意义 随着 21世纪的到来，社会正在飞速的发展，科技和经济水平也在不断的进步。人们的生活水平不断提高，生活节奏越来越快，时间观念也越来越强，并开始逐步运用新的科技手段来改善自己的生活条件和生活质量，享受高科技给我们带来的及时、舒适的生活环境。 目前，在城市家庭中，一些家用电器如电视、空调、热水器、微波炉等几乎家家都有。公用电话线通信资源遍及千家万户，而且家庭电话与外界的联系又具有双向性和实时性的特点，因此人们 可以随时随地地与家庭取得联系。利用现有的一种网络对各种家电和机械实现远程控
2、制，将会给人们的生活带来很大的发展，人们将会有更多的精力来解决其他问题。 1 通过电话来实现家电的远程控制具有一定的先天优势，这已成为数字家庭网络的重要组成部分。因此设计一个基于单片机和 DTMF技术的远程控制系统来控制家用电器具有十分重要的现实意义。于是我们可以设计一种基于单片机和 DTMF技术的家电远程控制系统，该系统能够嵌入到家用电器中，用户可以通过电话随时随地地控制家用电器，大大的方便了人们的生活。 由于计算机技术和电信业的发展 ，通过电话线来进行的远程通信可谓越来越常见。人们通常采用 MODEN的方式进行通信，但是在通信数据量不大，且对通信速率要求不高的应用场合，我们可以考虑另一种通
3、信方式即 DTMF通信，它具有接口简单，成本低廉且可靠性高的特点。该方式实用，功能灵活多样，可以对被遥控对象的状态进行查询以及控制，可以广泛应用于家用电器或者其它场所的各种电器设备上。 随着人类社会的进步和科学技术的迅猛发展，特别是 3C 技术（ Computer Technology， Communication Technology, Control Technology）的发展，人类开始迈入以数字化和网络化为平台的智能化社会，开始出现诸如智能化家庭、智能化小区、智能化城市、智能化大厦、智能化仪表、智能化汽车、智能化高速公路、智能化飞机、智能化机器人等具有不同智能程度的产品、设备、工具，甚
4、至工作环境和生活环竟 ,并且呈现出高速发展的趋势。伴随着数字化和网络化的进程，智能化的浪潮席卷了世界的每个角落，成为一种不可阻挡的历史趋势。这些现象都反映和体现了国际社会智能化和信息化的发展要求。因此，家居智能化也是 21 世纪新概念住宅的必然趋势2。 2 智能住宅是近几年产生并迅 速崛起的一种新型住宅，而家居的智能化是其最重要最基本的内容，它是生活理念、建筑艺术与信息技术、电子技术等现代技术的完美综合。家居的智能化为住户提供了一种更舒适、更安全、更方便、更快捷和更开放的智能化、信息化的生活空间。它不仅已经成为一个国家经济实力和科学技术的综合标志之一，而且也是人类社会住宅发展的必然趋势。 二、
5、相关研究的最新成果及动态 远程控制是个很广泛的技术领域，它是通过一定的方法对被控制物体实施一定距离上的控制，常用的控制方式有无线电遥控、有线遥控、红外线和超声波遥控等。无线电遥控是利用无线电信号 对被控物体实施远距离控制，它不可避免的要占用一定的无线电频率资源，造成电磁污染；然而常规的有线遥控又需进行专门的排线和布线，增加了投入；而红外线和超声波遥控则受距离的限制，这些控制方式都不能够满足设计课题的要求。电话遥控作为一较新的课题与常规的遥控方式相比，显示出了其巨大的优越性，它不需要进行专门的排线布线，不占用无线电频率资源，避免了电磁污染。同时，电话线路各地联网，可以充分利用现有的电话网，遥控范
6、围广，距离可跨省市，甚至跨越国家，因此采用这种控制方式的优点是显而易见的。 几年前一些经济比较发达的国家提出 了“智能住宅”的概念，住宅智能化是智能家居的先导，智能家居是住宅智能化的核心。那么达到一个什么样的标准才可以称之为智能化家庭呢？智能化家庭与智能大厦概念和定义一样，至今尚没有取得一致的认同。美国电子工业协会于 1988 年编制了第 1 个适用于家庭住宅的电气设计标准，即家庭自动化系统与通讯标准，也有称之为家庭总线系标准（ HBS);我国也从 1997 年初开始制定小康住宅电气设计 (标准 )导则（讨论稿 )。在该导则中规定了小康住宅小区电气设计总体上应满足以下要求 , 高度的安全性，家
7、庭智能化系统，便利的通讯方式，综 合的信息服务，舒适的生活环境。同时也对小康住宅与小区建设在安全防范、家庭设备自动化和通讯与网络配置等方面提出了三级设计标准，即：第一级为“理想目标”， 第二级为“普及目标”， 第三级为“最低目标”。 也就是说，首先，它们都要在一个家居中建立一个通讯网络，以便为家庭信息提供必要的通路，在家庭网络操作系统的控制下，通过相应的硬件和执行结构，实现对所有家庭网络上的家电和设备进行控制和监测；其次，它们都要通过一定的媒介平台，构成与外界的通讯通道，以实现与家庭以外的世界沟通信息，满足远程控制、监测和交换信息的需求；最 后，它们的最终目的都是为满足人们对安全、方便、舒适的
8、要求和符合绿色环境保护的需求。 智能家居概念的起源甚早，但一直未有具体的建筑案例出现，直到 1984 年美国联合科技公司3 （ United Technologies Building System）将建筑设备信息化、整合化概念应用于美国康乃迪克州（ Conneticut）哈特佛市 (Hartford)的 City Place Building 时，才出现了首栋的“智能型建筑”，从此也拉开了全世界争相建造智能家居的序幕。之后，美国、欧洲和东南亚等经济比较发达的国家先后提出了 “智能家居”的概念。其目标是：将家庭中各种与信息相关的家用电器、通讯设备和家庭保安装置通过家庭总线技术（ HBS）连接到
9、一个家庭智能化系统上进行集中的或异地的监视、控制和家庭事务性管理，并保持这些家庭设施与住宅环境的和谐与协调。 由此可见，智能家居是一个系统层次概念，它涵盖了在建筑环境层次上能搞影响人们生活的诸多方面。就实际应用而言往往有以下系统： 1、家电控制系统； 2、网络通讯系统； 3、家庭安防系统； 4、智能照明系统； 5、可视对讲系统。 智能家居在美国、德国、新加坡、日本等国都有了广泛的应用。早在 1998 年 5 月新加坡举办的“ 98 亚洲家庭电器与电子消费品国际展览会”上，就推出了新加坡模式的家庭智能化系统“未来之家”。它的系统功能包括三表抄送、家庭智能控制面板、电话接入、有线电视接入、安防报警
10、、监控中心、家电控制、住户信息留言、可视对讲、智能布线箱、宽带网接入和系统软件配置等 1。 由于国外在智能家居方面起步较早，再加上其计算机技术、微电子技术等较国内而言都领先很多，所以在智能家居系统的理论上，以及与之配套的产品上，尤其是智能家电、信息家电产品的生产和标准制定上都具有很多优势，普及程度和人们的认同度也比较高。如 今， Cisco、 Intel、Nortel、 Motorola、 Lucent、 3Com、 IBM、 Ericsson 和松下等公司都己建立智能信息家电和智能家居公司。 最早的遥控技术，只是简单的利用超声波、红外线、无线电波为载体，来实现对电器设备的单通道控制，但是随着
11、工业自动化水平的提高，遥控技术已不再局限于对单一设备的控制，它还应该追求多通道控制和对受控对象的信息进行反馈，再根据受控对象的相应信息，适时进行遥控和操作。而所有这一切都依赖于电子技术及微控技术的进步与提高。当前，国内外远程遥控技术的发展趋势有如下几个方 面：（ 1）基于单片机技术的远程遥控；（ 2）基于 DTMF 技术的远程遥控 ;(3)基于公众电话交换网（ PSTN）的远程遥控；（ 4）基于蓝牙（ Bluetooth） 技术的远程遥控；（ 5）基于 GSM 蜂窝系统的手机远程控制；（ 6）基于计算机网络的远程遥控。 我国和国际的智能建筑和智能住宅发展都已经经历了初始、推广从而进入了应用阶段
12、。这主要得利于计算机技术、传感器技术和网络技术的发展，使成本不再成为问题，可以进入普及阶段。 2003 年 6 月 24 日，英特尔、徽软、索尼等 IT、 AV 和通信领域的 17 家国际巨头联合成立“数字家庭工作 组 (DHWG)”，旨在推动统一的数字家庭的网络连接、信息格式的标准建设；紧接着，4 联想、 TCL 等 5 家国内企业联合成立了旨在推动终端设备之间协同作战的关联应用技术协议的“信息设备资源共享协同服务标准化工作组 (IGRS，或称为闪联 )”。有关业内分析人士认为，两大工作组的成立标志着智能家居的建设即将驶人快车道 5。 ST100IPHM 住宅智能化系统是深圳市正星特科技有限
13、公司开发的基于 TCP/IP 协议，符合 IEEE802.3 标准的管理系统。该系统利用了现有的小区局域网，实现了远程抄表、家电控制和小区短波信息发布 、紧急求助、安全防范、终端互联等功能。该系统可以自动读取电表、水表、煤气表、纯水表和暖气表等读数并计算出住户应该交纳的费用；通过有线或无线两种方式连接门磁、红外、烟感、玻璃破碎以及煤气泄露等探测器，实现对门窗保护、探测未知人员、火警感知和煤气泄露等报警功能 6。 上海复瑞华信息技术有限公司自主开发了 Smart Home 智能家庭系统。该系统采用三级总线制，它由系统控制中心、家庭智能控制器、区域控制器、各种功能扩展模块（家电控制模块、访客对讲模
14、块、防盗扩展模块、远程抄表模块等）、各种探测器（门磁、窗磁、天然气 泄露模块）组成 6。 西南交通大学科技公司开发了“网络智能控制数据终端 （ Intelligent Control NetworkData Terminal,简称 NDT） ” 系统，它是一种基于计算机网络的智能住宅控制系统，可以稳定运行在多种宽带网络平台上。它包括远程家用电器控制、水电气热力多表自动抄收、贵重物品防盗报警、住宅楼宇防盗报警、电话自动报警功能、多重判断防误报功能、火灾报警、煤气泄露报警、防胁持秘密报警、小区电子公告、紧急求助、 Internet 电子短信、家用设备报警、内置 HUB 芯片提供多个信息 口等功能，
15、通过计算机网络线路来构成整个住宅小区的集中管理控制系统 6。 科龙集团研制的“智能网络家居系统”。由科龙集团研制的“智能网络家居系统”，它是由家庭网关、家电控制器、安防控制器、抄表控制器、灯控制器及家庭总线组成。通过远程互联网，可异地控制家庭设备。可以通过电视机遥控器进行就地关灯；空调、冰箱在不同的季节，其控制方法也会随时而变等自适应的特点。据鉴定委员会专家介绍，该系统按开放服务网关标准系统规范设计，与未来国际信息家电平台标准接轨，在技术上具有先进性、超前性、前瞻性。目前，科龙开发的这套现代家居 信息服务及智能集散控制系统的制造成本仅为 500 美元，而预计市场售价为 1500-2000 美元
16、（ HONEYWELL 的相似功能的产品为 3500-4000 美元套）。 海尔 U-home： U-home 是以 U-home 智能家电系统为载体，通过无线网络，实现对 3C 产品、智能家居系统的互联和管理、以及对数字媒体信息共享的系统，从实现的功能上来看会有 U-play，U-safe， U-service， U-shopping 等一系列涵盖娱乐、服务、安防等功能的数字家庭解决方案。海尔5 U-home 系统全部都是基于 e 家佳的家庭网络标准体 系进行搭建的。它不仅从技术上有强大的支持，而且在智能控制方面又有自己独特的优势，尤其是对于“多媒体娱乐、环境检测、故障反馈”等功能，是非常值
17、得关注的，而它所涵盖的网络家电智能控制也是独特的。 如今智能家居未来的发展趋势相当明朗，人类在追求高度物质文明的同时，更加追求环境绿色化、生活信息化，舒适、方便、安全、现代的家居环境已成为 21 世纪居家生活的象征。智能家居系统有以下五个发展方向 47： 向“一体化系统集成”方向发展。家居智能化需满足自动化管理、对讲呼叫、火灾报警、安全防范监控、三表计量、设备监控等 六方面内容，把六项内容的智能化功能集成，从而降低成本，是其未来发展的一个方向。 向节能环保方向发展。智能化的本质之一是提高效率和降低成本，节能是降低成本的关键技术，环保是全球的要求，智能家居如何结合现有技术降低功耗、减少对家庭和小
18、区的环境污染，提高生活环境的质量，这些也是其未来发展必须考虑的因素。 向仿人智能化、人性化、网络化方向发展。仿人智能化是智能控制发展的必然趋势，它是当代高科技技术和生物学技术的高度综合和升华。因此，家居的智能化也必然向仿人智能化方向发展。网络化是信息技术、计算机技术和通信技术发 展的必然趋势，是智能化的一个重要条件。人性化体现了“以人为本”的思想，是科学技术发展的目的和最终归宿。因此，也是智能家居未来的一个发展方向。 向规范化、标准化方向发展。我国智能家居的发展较晚，因此新技术、新产品层出不穷，标准和规范还在制定之中。产品的规范化、标准化方面仍然存在着许多问题。 WTO 的加入还需考虑和国际接
19、轨的问题。规范化、标准化是智能家居快速发展、走入国际市场的必经之路。 向具有“中国特色”的家居智能化方向发展。家居智能化系统需要大量的适合中国国情的产品和运行软件，目前开发的软硬件产品的种类较 少，且水平较低。因此，这一方面的研究开发急需加强。 电话远程控制这一课题目前已有涉足者，但只是局限于实验室阶段，而距离实际应用、尤其是用于日常生活尚有一定的差距。而本设计正是针对这一点进行了较大改进，采取单片机只能控制，利用不同的提示音达到对不同操作进行提示以及完成受控方状态的信息反馈，从而使操作者能够及时了解受控方信息，使产品达到交互式与智能化。 三、课题的研究内容及拟采取的研究方法（技术路线）、难点
20、及预期达到的目标 6 研究内容包括了单片机电路选择、铃流检测电路设计、自动摘挂机电路设计、解码电路选择、语音提 示电路设计。 系统组成框图如图 1 所示，其中 ISD2560 为语音存储芯片。 图 1 系统组成框图 当用户需要控制家中电器时，可用手机或固定电话拨打家中的电话号码，振铃信号通过电话网络传到家中的话机，此时振铃检测电路开始检测铃流信号，一次铃流信号将产生一个脉冲，脉冲送到单片机 AT89C51 中计数。在有人接听或振铃次数不大于 6 次（该数值可由软件设定）时，控制系统认为是电话呼叫信号或误操作而不动作，以避免干扰正常电话业务。当振铃次数大于 6次时，系统认为是对插座和电器的控制，
21、单片机控制摘机并启动语音提示电路发出提示音 ，要求用户输入密码。 DTMF 解码芯片 MT8870 会将用户输入的按键信号转换成相应的数字信号，送到单片机中判断。如果密码不正确，则语音提示重新输入，当输入次数超过 3 次（该数值可由软件设定）时，系统将自动挂机；如果输入密码经系统确认正确后，语音提示用户各项操作所对应的数字键，确认操作完成后，系统自动挂机。用户拨打话机按键的过程中，按键时间间隔不能超过一定时间（一般设置为 5 10 秒），当超过设定时间时，系统同样会自动挂机。 软件设计 本系统的监控程序可以使用 C语言或单片机汇编语言编写。为了将监控程序编译后的代码长 度控制在 4KB以内，并
22、让程序具有较强的实时性，主控制器的监控程序采用单片机汇编语言编写。监控程序的流程图如图 2所示。7 图 2 （ 1)等待电话铃，铃响 N次后 (N可由用户自行设置 )，则自动摘机，等待用户输入密码，转到(2)。 (2)如果密码 (密码可由用户自行设置 )输入正确，等待输入命令，转到 (3)；如果密码输入 3次都错误，则自动挂机，转到 (1)。 (3)如果输入 3次都是无效的命令，则自动挂机，转到 (1)；如果等待输入的时间超时 (等待时间可由用户设置 )，则自动挂机，转到 (1)；如果输入命令格式正确，且命令为控制命令， 则执行控制命令，转到 (3)；如果命令为改变用户设置命令，则执行设置命令
23、，转到 (4)。 (4)如果输入的设置信息正确，即用户两次输入的密码相同且密码长度在 6位以内，或用户设置的电话摘机时振铃次数在 lO次以内，则保存设置，并自动挂机，转到 (1)；如果用户输入的设置信息错误，则不保存设置，并自动挂机，转到 (1)。 为了保证系统的可靠运行，在主程序之外还增设了定时中断，其程序流程图如图 3所示。如果用户在设定的时间内没有任何操作，就自动挂机，防止系统陷入死循环等。由于定时中断程序的挂机操作是从中断处理程序中直接跳转到主 程序中，没有清除中断标志位，这使得主程序不能正常执行。因此，监控程序使用了堆栈操作，将需要跳转的程序地址压人堆栈，并重新调用 RETI从8 一
24、个不存在的中断程序中退出，使单片机清除中断标志位，并从刚压人堆栈的地址开始执行。 图 3 软件实现技术： 从机发起通信程序设计 程序框图如图 4所示。9 图 4 程序功能如下：通信中断开话机可减少干扰，提高通信可靠性。摘机后不能立即拨号，可延时或检测到拨号音后再拨号。通信中不允许无限等待，可限时接收，超时应退出通信。 从机应答主机程序设计 程序框图 如图 5所示。 10 图 5 程序功能如下：判断是用户呼出摘机还是外线呼入用户接听摘机。判断是主机呼入还是他人呼入。判断是用户正常拨号还是用户完成功能设置。具有振铃检测和自动摘机功能。振铃 4次无人接听电路就会自动摘机。 数据通信程序设计： 程序框图如图 6所示。
