朱應(yīng)國(guó)

（無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院 物聯(lián)網(wǎng)學(xué)院，江蘇 無(wú)錫 214121）

1 概述

隨著科技的進(jìn)步和人們生活水平的提高，智能家電已經(jīng)得到越來(lái)越廣泛的使用，它們不僅能提供方便快捷的服務(wù)，還能帶來(lái)智能靈活的處理方式，安全可靠的居家管理，從而節(jié)省時(shí)間提高生活效率和生活質(zhì)量。伴隨著物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，智能家電的魅力將進(jìn)一步顯現(xiàn)，并將帶來(lái)蓬勃發(fā)展的機(jī)遇，智能化將成為家電發(fā)展的必然趨勢(shì)。

所謂智能家電，就是將微處理器技術(shù)、傳感器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)引入家電設(shè)備后形成的具有智能性的家電產(chǎn)品。該新產(chǎn)品具有自動(dòng)感知住宅空間狀態(tài)和家電自身狀態(tài)，能夠接收用戶(hù)利用無(wú)線或有線的方式發(fā)送來(lái)的指令，能夠與住宅內(nèi)其他家電和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備互相連接通訊組成新的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)家居智能化功能。

2 方案設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)如下功能，當(dāng)用戶(hù)出門(mén)在外時(shí)，可以通過(guò)電話(huà)機(jī)或隨身攜帶的手機(jī)，通過(guò)電信網(wǎng)對(duì)家中電熱水器進(jìn)行控制。系統(tǒng)有如下功能：能遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)熱水器，具有語(yǔ)音提示兼錄音功能，具有熱水器水位檢測(cè)功能及報(bào)警功能，具有水溫檢測(cè)及智能加溫功能，具有忙音信號(hào)檢測(cè)功能，按鍵及顯示功能等。系統(tǒng)功能框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)功能框圖

3 硬件設(shè)計(jì)

3.1 主要芯片介紹

系統(tǒng)采用的芯片主要有單片機(jī)STC89C52RC、DTMF解碼芯片 MT8870、語(yǔ)音芯片ISD4004、溫度傳感器DS18B20、掛機(jī)信號(hào)檢測(cè)芯片CR6230等。

3.1.1 單片機(jī)STC89C52RC STC89C52RC是由宏晶公司生產(chǎn)，采用Flash存儲(chǔ)器技術(shù)，其軟硬件完全與MCS－51兼容。該單片機(jī)將8位多功能CPU和閃存組合在單個(gè)芯片中，使用范圍廣泛。具有優(yōu)良的程序可擦寫(xiě)特性，開(kāi)發(fā)使用方便容易，為嵌入式控制系統(tǒng)提供一種靈活性好且性?xún)r(jià)比高的方案。

3.1.2 DTMF解碼芯片 MT8870 MT8870音調(diào)譯碼器由MITEL公司開(kāi)發(fā)生產(chǎn)，該芯片可以將接收到的DTMF信號(hào)分成高頻和低頻兩部分，傳送至數(shù)字譯碼器，解碼翻譯出對(duì)應(yīng)的按鍵值。然后將解碼值以二進(jìn)制數(shù)據(jù)通過(guò)Q1、Q2、Q3、Q4四條輸出線輸出至外部總線，同時(shí)將STD引腳由低電平置為高電平，并保持一段時(shí)間，利用此特征可檢測(cè)Q1－Q4是否有信號(hào)產(chǎn)生。

3.1.3 語(yǔ)音芯片ISD4004 ISD4004系列語(yǔ)音芯片，采用多電平直接模擬量存儲(chǔ)技術(shù)，具有8－16分鐘語(yǔ)音錄放功能，音質(zhì)真實(shí)自然。該芯片采用CMOS技術(shù)，內(nèi)含音頻放大器、防混淆濾波器、平滑濾波器、振蕩器、自動(dòng)靜噪及高密度多電平閃爍存貯陳列。片內(nèi)信息存于Flash ROM中，可長(zhǎng)時(shí)間斷電保存。

3.2 模塊電路

本系統(tǒng)主要包含以下模塊電路：振鈴檢測(cè)電路、模擬摘機(jī)電路、DTMF解碼電路、語(yǔ)音電路、水溫和水位檢測(cè)電路、漏電保護(hù)和報(bào)警電路、繼電器控制輸出和數(shù)碼管顯示電路、掛機(jī)信號(hào)檢測(cè)電路等組成。

3.2.1 振鈴檢測(cè)電路與模擬摘機(jī)電路 振鈴檢測(cè)電路通過(guò)P3.0口檢測(cè)電話(huà)交換機(jī)是否有從電話(huà)交換機(jī)發(fā)來(lái)的鈴流信號(hào)，振鈴信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波轉(zhuǎn)換電路，輸出標(biāo)準(zhǔn)的方波，可直接送至單片機(jī)。

當(dāng)電話(huà)振鈴信號(hào)達(dá)到一定的次數(shù)，則讓單片機(jī)P3.1口輸出低電平，使U4導(dǎo)通，Q1和Q3也導(dǎo)通，從而實(shí)現(xiàn)模擬摘機(jī)，即由模擬摘機(jī)電路接通電話(huà)。摘機(jī)后，電話(huà)線兩端電壓下降為10V左右，同時(shí)DW1截止，被自身的上拉電阻上拉成高電平，從而由單片機(jī)判斷出摘機(jī)成功。

3.2.2 DTMF解碼電路 此模塊電路主要采用MT8870芯片實(shí)現(xiàn)DTMF的編碼解碼功能，具有抗干擾能力強(qiáng)、性能穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，易于實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)的連接。其電路如圖2所示。

圖2 MT8870解碼電路

3.2.3 語(yǔ)音電路（OK） 語(yǔ)音提示電路是本系統(tǒng)的一個(gè)重點(diǎn)也是難點(diǎn)，能提供給用戶(hù)直觀的反饋信息，為了使系統(tǒng)更加人性化，語(yǔ)音提示直接采用了語(yǔ)音芯片，將一些操作規(guī)則事先存于芯片中，根據(jù)不同的DTMF信號(hào)產(chǎn)生不同的提示信息，語(yǔ)音錄放電路如圖3所示。

本電路包括錄音和放音兩個(gè)部分?？紤]到音質(zhì)清晰，還要保證芯片有足夠的錄音時(shí)長(zhǎng)，最后就是要解決如何將語(yǔ)音信號(hào)加到電話(huà)線上的問(wèn)題，我們選擇了ISD4004芯片，經(jīng)過(guò)實(shí)踐比較，相比ISD2560芯片，本芯片更經(jīng)濟(jì)，錄放時(shí)間更長(zhǎng)，音質(zhì)更好。

3.2.4 水溫及水位檢測(cè)電路 水位檢測(cè)電路是為了防止熱水器干燒，通過(guò)在加熱管表面加裝熱電阻，檢測(cè)加熱管表面溫度，如果檢測(cè)到加熱管表面溫度大于某限制值是，控制系統(tǒng)立即切斷加熱管電源，并蜂鳴器報(bào)警。本系統(tǒng)中，采用單線式數(shù)字傳感器DS18B20探頭，既經(jīng)濟(jì)又節(jié)能，外圍電路簡(jiǎn)單。

圖3 ISD4004語(yǔ)音錄放電路

4 軟件設(shè)計(jì)

軟件編程利用KeilμVision2開(kāi)發(fā)平臺(tái)，主要功能包括單片機(jī)模塊、溫度檢測(cè)模塊、延時(shí)模塊、語(yǔ)音模塊、解碼電路模塊、報(bào)警模塊、輸出模塊以及數(shù)碼管模塊共八個(gè)部分構(gòu)成，軟件系統(tǒng)的流程圖如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)軟件流程圖

5 結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)不需要專(zhuān)門(mén)布線，不占用無(wú)線電頻率資源，不受距離和環(huán)境影響，具有操作方便、運(yùn)行可靠、成本低、適用性強(qiáng)等特點(diǎn)。經(jīng)擴(kuò)展后可以實(shí)現(xiàn)對(duì)其他家電，如空調(diào)、電燈、電飯煲、電視機(jī)等進(jìn)行控制。同時(shí)隨著智能手機(jī)的普及，實(shí)現(xiàn)上述操作方便快捷，從而讓我們的家電變得更加智能化。

［1］ 王海寧.基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)的研究［D］.合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2008.

［2］ 何小艇.電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)［M］.杭州：浙江大學(xué)出版社，2000：65.

［3］ 胡漢才.單片機(jī)原理及其接口技術(shù)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2004：89.