智能家居远程控制仪的设计与实现

0 引言

　　随着我国信息事业的快速发展，通信基础设施日益完善，利用现有的个人通信终端，可以实现基于PLMN (陆基移动通信网)和PSTN (公共电话交换网)的智能家用远程测控系统，既可以节约投资，又对方便人们生活、防灾减灾具有积极意义。智能家用远程测控仪基于电话网络工作，以中国标准规定的标准程控交换信令(DTMF双音多频信号、振铃信号、回铃音信号等)作为系统控制命令，以PLMN与PSTN通信网作为传输介质，使用户可以在远端利用固定电话或移动电话发送DTMF双音多频信号对家用电器设备进行远程控制；同时系统可对家居环境进行监测，自动语音拨号报警。

　　1 智能家用远程控制仪的构成与工作原理

　　系统可实现个人用户通过手机或固定电话等信息终端，对家用电器、可燃性气体浓度参数、火情、盗情等进行远程检测和控制，可同普通家用电话并线工作。其中硬件部分的SPCE061A单片机是控制器的核心部分，它可以接收用户拨号指令，对家用电器进行控制；也可根据红外传感器及烟雾传感器的检测电路的采样值实现自动语音拨号报警功能。原理图如图1所示，系统由振铃检测、摘挂机控制、MT8880芯片、语音播放、家用电器控制、红外传感器和烟雾传感器等电路构成；采用220V交流供电，蓄电池作为后备电源，并预留了功能扩展接口。

图1 智能家用远程控制仪结构原理图

　　当需要遥控家用电器时，用户进行拨号，此时交换机向电话线路发出铃流信号，振铃检测电路开始进行振铃检测，系统设置对电话的正常使用不造成任何影响，如果振铃次数超过设定值，单片机则实现自动模拟摘机，然后启动语音提示模块，允许用户输入控制密码，MT8880对输入信号进行解码，将解码输出比特码送给单片机与设定密码比较，如果密码校验无误(密码由用户设定)，单片机播放提示音，由用户进行家用电器控制键的选择，在输入控制键之后，单片机根据控制键的解码输出来选择家用电器进行控制，从而实现远程遥控的目的。

　　单片机实时扫描红外传感器和烟雾传感器的采样信号，不断的与预设报警值进行比较，当达到预设报警值时，设置MT8880为发送模式，将TONE信号耦合至电话线路，并播放预定的语音资源文件，实现单片机的自动拨号报警功能。

　　2 DTMF编解码的实现

　　MT8880DTMF收发专用芯片。利用SPCE061A单片机发送控制时序可方便地对MT8880进行操作。

　　MT8880作为DTMF接收器时，将电话线传送来的信号经MT8880 转换成数字信号,由MCU检测到后,进行读入。DTMF信号经由IN+和IN-输入，经过运算放大滤除信号中的拨号音频率，然后发送到双音频滤波器，分离出低频组和高频组信号，通过数字计数的方式检出DTMF信号的频率，通过译码器译成4位二进制码。4位二进制编码被锁存在接收数据寄存器RDR中，此时状态寄存器中的延时控制识别位复位，状态寄存器中的接收数据寄存器满标识位置位。用IRQ／CP作为单片机的中断信号，当IRQ由高电平变为低电平，向CPU发出中断请求，当MCU响应中断，读出寄存器中的数据后，IRQ返回高电平。

　　MT8880作为DTMF发送器时， MT8880工作在突发模式下，MCU将需发送电话码,送到MT8880数据寄存器, 利用TONE输出双音频信号并通过电话线送出。并对回铃信号进行判断，以确定何时发送语音提示。收发数据的电路如图2所示：

　　2 DTMF-MT8880数据收发电路图

　　3 SPCE061A单片机的资源配置

　　凌阳SPCE061A是片上型16位单片机，具有较高的处理速度，内置的语音录放功能 ，非常适合智能家用远程控制仪，代替了传统的MCU+语音芯片的方案，提高了可靠性。SPCE061A单片机作为具有32位可编程I/O口，资源丰富。利用SPCE061A的DAC1或DAC2两个音频输出通道，外加音频放大电路即可实现自动语音播放。表1是智能家居控制仪的资源配置。

表 1单片机控制端口设置

　　4 智能家用远程控制仪软件设计

　　系统控制器SPCE061A的系统开发环境为IDE1.8.4，利用C语言与汇编混合编程，主程序采用C语言编写，子程序采用汇编编写。软件流程如图3：

图3 程序流程图

　　5．测试与结果分析

　　将智能家用远程控制仪并接在家用固定电话线路上，利用手机拨打该固定电话号码，人工接听固定电话，通讯正常，说明家用远程控制仪对电话机日常通话无干扰；若振铃次数超过6次无人接听，智能家用远程控制仪自动模拟摘机，并正确发送语音提示信息，输入正确密码，可以进入遥控状态；在人工偏置烟雾传感器造成火情警报时，智能家用远程控制仪可模拟摘机，在得到450Hz连续音后自动拨打手机号码，手机可正确接听报警信息。在测试中发现，若智能家用远程控制仪工作在自动拨号模式时，应关闭语音输出，否则可能造成误码，另外该控制仪无法识别彩铃的回铃音信号，解决方案是一些紧急号码不设置彩铃功能。

　　6 结束语

　　设计并实现了具有家用电器控制、家用安防实时检测、报警处理功能的智能家用远程控制仪，调试试用表明，该装置性能稳定，反应迅速，可以满足家庭的需要。SPCE061A的使用提高性能，降低了成本，并可方便的嫁接其他功能模块，安装使用都十分方便，对防灾减灾具有积极意义。

　　本文作者创新点是充分利用了的片上型（SOC）16位单片机SPCE061A的资源，改变了以往控制芯片加语音芯片的模式，提高了可靠性，同时智能家用远程控制仪不同与以往设计仅能单向遥控的产品，该控制仪可双向通讯具有很强的应用价值，系统的柔性大，可扩展性好。