低成本智能插座的設計

王勤湧

摘 要：遠程可控的智能插座除硬件設計外，一般需另外開發服務器、手機APP等組成，成本較高，設計也較復雜，對此，設計利用固定電話通信方式控制的智能接插板，智能接插板使用宏晶公司出廠的高性價比芯片STC11F02作為主控芯片，在用戶撥入固話時，智能接插板能自動接通并進行相應的語音提示，而后通過雙音多頻（DTMF）解碼技術驗證用戶權限，用戶獲得權限后即可控制智能插座多路繼電器的通斷，實現遠程操作，可用于智能家居、工業控制以及其它對成本要求敏感的場合。

【關鍵詞】DTMF 智能插座 STC11F02

1 引言

現如今，無線智能插座被用在越來越多的場合，市場上的無線控制插座一般采用三種通信方式：藍牙，Wi-Fi， GPRS。三種方式各有優缺點，使用藍牙無需產生費用，但距離有限，使用Wi-Fi也可以免費，但一般需開發額外的服務器端，產品成本也相應的會增加，使用GPRS則需要另外增加sim卡并需一定的費用。而固定電話在一般的場合隨處可見，因而設計利用常見的固話通信方式，只需接入電話線設備便能實現遠程的控制，成本較低，在一些價格敏感場合有一定應用前景。

2 硬件設計

設備無需復雜的Wi-Fi等射頻電路，控制端主要包含電話線檢測電路，振鈴次數檢測電路，自動摘機電路及DTMF電路，語音提示電路，硬件框圖如圖1所示。

在電話線路未呼入電話前，電話線路上大約有 48V 的直流電壓，該電壓由電話交換機輸出，因而使用普通三極管開關電路即可判斷電話線是否正常插入。而當遠程用戶呼入電話時，電話交換機將發出交流振鈴信號。振鈴信號通常為為25±3V的正弦波，電壓有效值 90±15V。振鈴周期為5 秒，1秒送，4秒斷，此交流振鈴電路應使用電容耦合后對振鈴次數進行判斷。而對于自動摘機電路，交換機對電話摘機的判斷是基于回路電流的判斷，當電話線上的回路電流變大為30mA左右時，便判斷電話已摘機。電話摘機后，單片機控制語音芯片進行語音提示，并對用戶輸入的密碼鍵音進行DTMF解碼。簡單按鍵電路和存儲器則允許用戶對振鈴次數、密碼等信息進行修改。

主控芯片選用宏晶公司的STC11F02芯片，工作電壓5.5V至3.8V，該芯片與傳統51引腳完全兼容，但不同的是每個時鐘周期即可實現一個機器周期，因而速度比普通51快6至12倍， FLASH空間2k，內置看門狗，IO口驅動最高可達20mA，價格低于2.5元，性價比極高。

較常用的DTMF解碼芯片有兩種，MT8870和HT9170芯片，在多次使用過程中經過對比測試，發現MT8870的可靠性稍強，因此采用MT8870作為解碼芯片，圖2是MT8870的接線方法。鍵音信號輸入到VN腳后被分成高頻和低頻兩種信號并被內部數字譯碼器譯碼按鍵值，譯碼完成后DV拉高，而后按鍵值以4bit二進制方式輸出到單片機進行判別，輸出口分別為D0，D1，D2，D3，輸出電平最高為5V，因此可以與STC11F02芯片直連。

3 軟件設計

單片機端的軟件流程圖如圖3所示，開始后設備功能開始等候電話呼入，電話呼入后單片機對電話響鈴次數進行檢測，檢測到指定次數的振鈴后，單片機發出命令自動摘機，而后提示用戶輸入密碼，同時對用戶輸入的按鍵進行DTMF解碼并與存儲的密碼進行對比，如密碼核對正常，則可對各路繼電器進行操作。在操作最后單片機對線路進行自動掛機操作。

4 結束語

固話通信方式的智能插座硬件設計簡單，無需相對較復雜的射頻開發，器件成本低廉，相較于服務器方式，軟件也幾乎無運行維護成本，使用的接入方式也是隨處可見的電話線接入，因而安裝簡便，能在最低成本的情況下實現用戶的遠程接入與控制，適用范圍較廣，可作為現今智能家居設備，智能生活的重要補充。

參考文獻

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作者單位

溫州大學城市學院信息工程分院 浙江省溫州市 325000