??? 摘? 要: 電熱水器電話遠程控制系統的工作原理及實現方法;著重描述了該系統的各模塊組成、原理及具體的電路;電力載波調制解調器芯片TDA5051在該系統中的應用及軟件流程圖。?
??? 關鍵詞: 電熱水器? 電力載波? 遠程控制? TDA5051?
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??? 隨著社會的進步與發展,人們的生活節奏越來越快,時間觀念也越來越強,并逐步開始運用新的科技手段改善自己的生活條件和質量,享受高科技給人們帶來的及時、舒適的生活環境。本文介紹了一種電話遠程控制電熱水器的實現方法。該系統適用于具有電腦控制的電熱水器的電話遠程遙控,用戶可通過任意一部雙音頻電話(包括手機、電話分機)對自己家庭安裝的電熱水器進行開機、停機、設溫等操作。?
??? 目前,在電話控制器和受控家用電器之間的通訊鏈路主要有兩種方式。第一種是直通方式:它是由電話控制器通過一對雙芯電纜直接與熱水器控制器相連進行信號傳輸,達到控制的目的。這種方式成本低,不受其它干擾的影響,但在家庭中安裝比較麻煩,需要在墻上走明線,對裝修較好的現代化家庭將破壞裝修的整體效果,難以讓居民接受。第二種方法是采用電力載波通訊技術,采用家庭內現有的交流電源線作為通訊鏈路,安裝方便,只要插入墻上的電源插座即可達到通訊控制的要求。這種方式優勢明顯,因此本系統的家內通訊鏈路采用電力載波方式,并采用電力載波調制解調器芯片TDA5051來實現控制器與熱水器之間的數據傳輸。?
1 系統結構?
??? 本系統主要由與電話連在一起的電話控制器和與熱水器連在一起的嵌入式電力載波終端組成。?
??? 電話控制器主要包括電話振鈴檢測電路、電話自動摘記和掛機電路、DTMF信號解碼電路、語音提示電路、電力載波調制解調器電路以及整個系統的控制心臟CPU電路。當有電話打入時電話振鈴檢測電路檢測到有振鈴并等待系統默認的振鈴次數后,控制器自動摘機,并在語音電路的提示下依次輸入用戶的操作密碼和操作指令。DTMF解碼電路將接收到的DTMF解碼后的數字信號送入CPU,若密碼有誤,系統自動掛斷電話。當進入正常遙控狀態后,CPU將控制命令打包后送入電力載波調制解調器芯片TDA5051,調制后由耦合電路耦合到交流220V/50Hz的電力線路。?
??? 電力載波終端主要包括電力載波調制解調器電路、電力線耦合電路、CPU電路以及與熱水器控制器的通信接口電路。當電話控制器發出命令后,由電力線傳送的被調制數字信號經耦合網絡及濾波器后,送入TDA5051,解碼后的數字信號送入CPU進行解包和糾錯處理后,送入熱水器控制器對熱水器進行開、關機以及設定溫度等操作。操作完成的確認信息再經通信接口電路返回CPU,此信息經CPU編碼和TDA5051的調制后經耦合網絡耦合到交流220V/50Hz的電力線上。電話控制器收到電力線上的返回信息后,經TDA5051解調,將解調后的數字信號送入電話控制器的CPU,CPU根據返回的確認信息控制語音接口電路,發出操作完成的語音提示,語音耦合到電話線路給用戶以提示。至此,整個操作過程已經完成。當用戶不進行設定時,可掛斷電話。電話遠程控制器檢測到對方掛機時,經過延時自動掛斷電話線路,整個系統重新進入等待狀態,準備進行下一次的操作。整個系統的結構框圖如圖1所示。?
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2 電話遠程控制部分的實現方法?
??? 電話遠程控制部分主要由電話振鈴檢測電路、電話自動摘記和掛機電路、DTMF信號解碼電路、語音提示電路和CPU組成。CPU是整個系統的控制核心,本系統采用AT89C2051,所有電路都是在它的控制之下完成各種規定的操作。下面具體介紹各單元電路的設計方案。?
2.1 電話振鈴檢測電路?
??? 當電話振鈴信號到來時,電話線路上的90V振鈴信號,經過一個橋式整流及濾波后,驅動光電耦合器,如圖2所示。有振鈴信號時,振鈴信號輸出端為低電平,無振鈴信號時為高電平。CPU以此判斷有無振鈴信號及振鈴次數。?
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2.2 電話自動摘機和掛機電路?
??? 電話打入并等待默認的振鈴次數后,CPU送出的摘機信號UP為低電平以驅動光耦導通使假負載接入,進入摘機狀態。當整個設定過程完成后,或輸入錯誤密碼時,CPU將使摘機信號恢復為高電平以斷開假負載,進入掛機狀態,如圖3所示。?
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2.3 DTMF信號解碼電路?
??? 在電話遠程控制電路中,DTMF信號的解碼電路是非常重要的部分。本系統采用常規的MT8870DTMF解碼芯片,該芯片具有功耗低、調整簡單、抑制撥號音能力強等特點。由電話線送來的雙音多頻(DTMF)及電話直流供電混合信號經電容耦合到MT8870的信號輸入端,當檢測到有DTMF信號輸入并已解調、鎖存到輸出寄存器后,STD端輸出高電平,CPU檢測到該信號后便可使MT8870的三態輸出鎖存器使能端TOE有效,并將代表撥號值的四位二進制代碼Q4～Q1送往CPU處理。電路如圖4所示。?
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2.4 語音提示電路?
??? 當有電話打入并且電話遠程控制器摘機后,控制者便會在語音提示電路的提示下輸入密碼,而后熱水器執行開機、設定溫度、掛機等操作。?
??? 語音電路采用美國ISD公司的語音錄放芯片ISD4003。這種錄放芯片采用了多電平直接模擬量存儲技術,將每個采樣值直接存儲在片內的快閃存儲器中,因此能夠非常真實、自然地再現語音、音樂、音調和效果聲,并且儲存的信息在斷電情況下百年不丟失。將需要提示的語音信息按段錄入到ISD4003后,在CPU的控制下將錄入的信息按順序由音頻輸出端輸出,然后經音頻功率放大器(LM386)放大后送到電話線路上。電路如圖5所示。?
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3 電力載波收發模塊的實現方法?
??? 在整個電話遠程控制熱水器的系統中,CPU是整個系統的核心,負責控制整個系統協調地工作。但要真正實現遠程控制,信號的可靠傳輸才是本系統的關鍵。?
??? 本系統采用電力線(PL)作為信號的傳輸媒介。為在電力線上傳輸數字信號,采用電力線調制解調器芯片TDA5051。該芯片是一種ASK調制方式的調制解調器,載波頻率由晶振或加到振蕩器輸入端的外部時鐘決定,如選用8.867MHz的外部晶振,則載波頻率為138.55kHz。為實現電力線與調制解調器之間的隔離,它們之間應接入諧振于載波頻率的耦合電路和濾波器,以便濾除帶外的干擾信號,提高信號傳輸的可靠性。電路如圖6所示。?
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4 軟件設計?
??? 本系統軟件的主要工作是進行各種狀態的檢測以及數據的發送和接收。為了確保對熱水器的正確操作,數據發送時需進行編碼并加入校驗碼,接收方收到數據后再進行解碼并判斷校驗碼是否正確以確定接收的數據是否正確。電話控制器部分的電力載波模塊和熱水器部分的電力載波模塊互相傳送數據時,利用單片機的串行接口并采用異步通信方式,波特率設為1200bps,數據格式為:?
??? 電話控制器下行:AA+命令碼+長度+數據+校驗碼?
??? 熱水器上行:55+命令碼+長度+狀態+校驗碼?
??? 熱水器嵌入的電力載波控制模塊CPU對熱水器的控制以及熱水器返回的狀態,需根據熱水器控制板的通信協議進行數據傳輸。在此不再贅述。軟件流程圖如圖7所示。?
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參考文獻?
1 TDA5051 Application note?
2 ISD全系列單片語音錄放電路設計與應用匯編,2000?
4 李華.MCS-51系列單片機實用接口技術.北京:北京航空航天大學出版社,1993