電話遠程控制智能家用電熱水器控制器設計

朱應國

（無錫職業技術學院 物聯網學院，江蘇 無錫 214121）

1 概述

隨著科技的進步和人們生活水平的提高，智能家電已經得到越來越廣泛的使用，它們不僅能提供方便快捷的服務，還能帶來智能靈活的處理方式，安全可靠的居家管理，從而節省時間提高生活效率和生活質量。伴隨著物聯網產業的發展，智能家電的魅力將進一步顯現，并將帶來蓬勃發展的機遇，智能化將成為家電發展的必然趨勢。

所謂智能家電，就是將微處理器技術、傳感器技術、網絡通信技術引入家電設備后形成的具有智能性的家電產品。該新產品具有自動感知住宅空間狀態和家電自身狀態，能夠接收用戶利用無線或有線的方式發送來的指令，能夠與住宅內其他家電和物聯網設備互相連接通訊組成新的網絡系統，從而實現家居智能化功能。

2 方案設計

本系統可以實現如下功能，當用戶出門在外時，可以通過電話機或隨身攜帶的手機，通過電信網對家中電熱水器進行控制。系統有如下功能：能遠程開關熱水器，具有語音提示兼錄音功能，具有熱水器水位檢測功能及報警功能，具有水溫檢測及智能加溫功能，具有忙音信號檢測功能，按鍵及顯示功能等。系統功能框圖如圖1所示。

圖1 系統功能框圖

3 硬件設計

3.1 主要芯片介紹

系統采用的芯片主要有單片機STC89C52RC、DTMF解碼芯片 MT8870、語音芯片ISD4004、溫度傳感器DS18B20、掛機信號檢測芯片CR6230等。

3.1.1 單片機STC89C52RC STC89C52RC是由宏晶公司生產，采用Flash存儲器技術，其軟硬件完全與MCS－51兼容。該單片機將8位多功能CPU和閃存組合在單個芯片中，使用范圍廣泛。具有優良的程序可擦寫特性，開發使用方便容易，為嵌入式控制系統提供一種靈活性好且性價比高的方案。

3.1.2 DTMF解碼芯片 MT8870 MT8870音調譯碼器由MITEL公司開發生產，該芯片可以將接收到的DTMF信號分成高頻和低頻兩部分，傳送至數字譯碼器，解碼翻譯出對應的按鍵值。然后將解碼值以二進制數據通過Q1、Q2、Q3、Q4四條輸出線輸出至外部總線，同時將STD引腳由低電平置為高電平，并保持一段時間，利用此特征可檢測Q1－Q4是否有信號產生。

3.1.3 語音芯片ISD4004 ISD4004系列語音芯片，采用多電平直接模擬量存儲技術，具有8－16分鐘語音錄放功能，音質真實自然。該芯片采用CMOS技術，內含音頻放大器、防混淆濾波器、平滑濾波器、振蕩器、自動靜噪及高密度多電平閃爍存貯陳列。片內信息存于Flash ROM中，可長時間斷電保存。

3.2 模塊電路

本系統主要包含以下模塊電路：振鈴檢測電路、模擬摘機電路、DTMF解碼電路、語音電路、水溫和水位檢測電路、漏電保護和報警電路、繼電器控制輸出和數碼管顯示電路、掛機信號檢測電路等組成。

3.2.1 振鈴檢測電路與模擬摘機電路 振鈴檢測電路通過P3.0口檢測電話交換機是否有從電話交換機發來的鈴流信號，振鈴信號經過濾波轉換電路，輸出標準的方波，可直接送至單片機。

當電話振鈴信號達到一定的次數，則讓單片機P3.1口輸出低電平，使U4導通，Q1和Q3也導通，從而實現模擬摘機，即由模擬摘機電路接通電話。摘機后，電話線兩端電壓下降為10V左右，同時DW1截止，被自身的上拉電阻上拉成高電平，從而由單片機判斷出摘機成功。

3.2.2 DTMF解碼電路 此模塊電路主要采用MT8870芯片實現DTMF的編碼解碼功能，具有抗干擾能力強、性能穩定的優點，易于實現與單片機的連接。其電路如圖2所示。

圖2 MT8870解碼電路

3.2.3 語音電路（OK） 語音提示電路是本系統的一個重點也是難點，能提供給用戶直觀的反饋信息，為了使系統更加人性化，語音提示直接采用了語音芯片，將一些操作規則事先存于芯片中，根據不同的DTMF信號產生不同的提示信息，語音錄放電路如圖3所示。

本電路包括錄音和放音兩個部分。考慮到音質清晰，還要保證芯片有足夠的錄音時長，最后就是要解決如何將語音信號加到電話線上的問題，我們選擇了ISD4004芯片，經過實踐比較，相比ISD2560芯片，本芯片更經濟，錄放時間更長，音質更好。

3.2.4 水溫及水位檢測電路 水位檢測電路是為了防止熱水器干燒，通過在加熱管表面加裝熱電阻，檢測加熱管表面溫度，如果檢測到加熱管表面溫度大于某限制值是，控制系統立即切斷加熱管電源，并蜂鳴器報警。本系統中，采用單線式數字傳感器DS18B20探頭，既經濟又節能，外圍電路簡單。

圖3 ISD4004語音錄放電路

4 軟件設計

軟件編程利用KeilμVision2開發平臺，主要功能包括單片機模塊、溫度檢測模塊、延時模塊、語音模塊、解碼電路模塊、報警模塊、輸出模塊以及數碼管模塊共八個部分構成，軟件系統的流程圖如圖4所示。

圖4 系統軟件流程圖

5 結束語

本系統不需要專門布線，不占用無線電頻率資源，不受距離和環境影響，具有操作方便、運行可靠、成本低、適用性強等特點。經擴展后可以實現對其他家電，如空調、電燈、電飯煲、電視機等進行控制。同時隨著智能手機的普及，實現上述操作方便快捷，從而讓我們的家電變得更加智能化。

［1］ 王海寧.基于單片機的溫度控制系統的研究［D］.合肥：合肥工業大學，2008.

［2］ 何小艇.電子系統設計［M］.杭州：浙江大學出版社，2000：65.

［3］ 胡漢才.單片機原理及其接口技術［M］.北京：清華大學出版社，2004：89.