电话远程控制智能家用电热水器控制器设计

朱应国

（无锡职业技术学院 物联网学院，江苏 无锡 214121）

1 概述

随着科技的进步和人们生活水平的提高，智能家电已经得到越来越广泛的使用，它们不仅能提供方便快捷的服务，还能带来智能灵活的处理方式，安全可靠的居家管理，从而节省时间提高生活效率和生活质量。伴随着物联网产业的发展，智能家电的魅力将进一步显现，并将带来蓬勃发展的机遇，智能化将成为家电发展的必然趋势。

所谓智能家电，就是将微处理器技术、传感器技术、网络通信技术引入家电设备后形成的具有智能性的家电产品。该新产品具有自动感知住宅空间状态和家电自身状态，能够接收用户利用无线或有线的方式发送来的指令，能够与住宅内其他家电和物联网设备互相连接通讯组成新的网络系统，从而实现家居智能化功能。

2 方案设计

本系统可以实现如下功能，当用户出门在外时，可以通过电话机或随身携带的手机，通过电信网对家中电热水器进行控制。系统有如下功能：能远程开关热水器，具有语音提示兼录音功能，具有热水器水位检测功能及报警功能，具有水温检测及智能加温功能，具有忙音信号检测功能，按键及显示功能等。系统功能框图如图1所示。

图1 系统功能框图

3 硬件设计

3.1 主要芯片介绍

系统采用的芯片主要有单片机STC89C52RC、DTMF解码芯片 MT8870、语音芯片ISD4004、温度传感器DS18B20、挂机信号检测芯片CR6230等。

3.1.1 单片机STC89C52RC STC89C52RC是由宏晶公司生产，采用Flash存储器技术，其软硬件完全与MCS－51兼容。该单片机将8位多功能CPU和闪存组合在单个芯片中，使用范围广泛。具有优良的程序可擦写特性，开发使用方便容易，为嵌入式控制系统提供一种灵活性好且性价比高的方案。

3.1.2 DTMF解码芯片 MT8870 MT8870音调译码器由MITEL公司开发生产，该芯片可以将接收到的DTMF信号分成高频和低频两部分，传送至数字译码器，解码翻译出对应的按键值。然后将解码值以二进制数据通过Q1、Q2、Q3、Q4四条输出线输出至外部总线，同时将STD引脚由低电平置为高电平，并保持一段时间，利用此特征可检测Q1－Q4是否有信号产生。

3.1.3 语音芯片ISD4004 ISD4004系列语音芯片，采用多电平直接模拟量存储技术，具有8－16分钟语音录放功能，音质真实自然。该芯片采用CMOS技术，内含音频放大器、防混淆滤波器、平滑滤波器、振荡器、自动静噪及高密度多电平闪烁存贮陈列。片内信息存于Flash ROM中，可长时间断电保存。

3.2 模块电路

本系统主要包含以下模块电路：振铃检测电路、模拟摘机电路、DTMF解码电路、语音电路、水温和水位检测电路、漏电保护和报警电路、继电器控制输出和数码管显示电路、挂机信号检测电路等组成。

3.2.1 振铃检测电路与模拟摘机电路 振铃检测电路通过P3.0口检测电话交换机是否有从电话交换机发来的铃流信号，振铃信号经过滤波转换电路，输出标准的方波，可直接送至单片机。

当电话振铃信号达到一定的次数，则让单片机P3.1口输出低电平，使U4导通，Q1和Q3也导通，从而实现模拟摘机，即由模拟摘机电路接通电话。摘机后，电话线两端电压下降为10V左右，同时DW1截止，被自身的上拉电阻上拉成高电平，从而由单片机判断出摘机成功。

3.2.2 DTMF解码电路 此模块电路主要采用MT8870芯片实现DTMF的编码解码功能，具有抗干扰能力强、性能稳定的优点，易于实现与单片机的连接。其电路如图2所示。

图2 MT8870解码电路

3.2.3 语音电路（OK） 语音提示电路是本系统的一个重点也是难点，能提供给用户直观的反馈信息，为了使系统更加人性化，语音提示直接采用了语音芯片，将一些操作规则事先存于芯片中，根据不同的DTMF信号产生不同的提示信息，语音录放电路如图3所示。

本电路包括录音和放音两个部分。考虑到音质清晰，还要保证芯片有足够的录音时长，最后就是要解决如何将语音信号加到电话线上的问题，我们选择了ISD4004芯片，经过实践比较，相比ISD2560芯片，本芯片更经济，录放时间更长，音质更好。

3.2.4 水温及水位检测电路 水位检测电路是为了防止热水器干烧，通过在加热管表面加装热电阻，检测加热管表面温度，如果检测到加热管表面温度大于某限制值是，控制系统立即切断加热管电源，并蜂鸣器报警。本系统中，采用单线式数字传感器DS18B20探头，既经济又节能，外围电路简单。

图3 ISD4004语音录放电路

4 软件设计

软件编程利用KeilμVision2开发平台，主要功能包括单片机模块、温度检测模块、延时模块、语音模块、解码电路模块、报警模块、输出模块以及数码管模块共八个部分构成，软件系统的流程图如图4所示。

图4 系统软件流程图

5 结束语

本系统不需要专门布线，不占用无线电频率资源，不受距离和环境影响，具有操作方便、运行可靠、成本低、适用性强等特点。经扩展后可以实现对其他家电，如空调、电灯、电饭煲、电视机等进行控制。同时随着智能手机的普及，实现上述操作方便快捷，从而让我们的家电变得更加智能化。

［1］ 王海宁.基于单片机的温度控制系统的研究［D］.合肥：合肥工业大学，2008.

［2］ 何小艇.电子系统设计［M］.杭州：浙江大学出版社，2000：65.

［3］ 胡汉才.单片机原理及其接口技术［M］.北京：清华大学出版社，2004：89.