低成本智能插座的设计

王勤湧

摘 要：远程可控的智能插座除硬件设计外，一般需另外开发服务器、手机APP等组成，成本较高，设计也较复杂，对此，设计利用固定电话通信方式控制的智能接插板，智能接插板使用宏晶公司出厂的高性价比芯片STC11F02作为主控芯片，在用户拨入固话时，智能接插板能自动接通并进行相应的语音提示，而后通过双音多频（DTMF）解码技术验证用户权限，用户获得权限后即可控制智能插座多路继电器的通断，实现远程操作，可用于智能家居、工业控制以及其它对成本要求敏感的场合。

【关键词】DTMF 智能插座 STC11F02

1 引言

现如今，无线智能插座被用在越来越多的场合，市场上的无线控制插座一般采用三种通信方式：蓝牙，Wi-Fi， GPRS。三种方式各有优缺点，使用蓝牙无需产生费用，但距离有限，使用Wi-Fi也可以免费，但一般需开发额外的服务器端，产品成本也相应的会增加，使用GPRS则需要另外增加sim卡并需一定的费用。而固定电话在一般的场合随处可见，因而设计利用常见的固话通信方式，只需接入电话线设备便能实现远程的控制，成本较低，在一些价格敏感场合有一定应用前景。

2 硬件设计

设备无需复杂的Wi-Fi等射频电路，控制端主要包含电话线检测电路，振铃次数检测电路，自动摘机电路及DTMF电路，语音提示电路，硬件框图如图1所示。

在电话线路未呼入电话前，电话线路上大约有 48V 的直流电压，该电压由电话交换机输出，因而使用普通三极管开关电路即可判断电话线是否正常插入。而当远程用户呼入电话时，电话交换机将发出交流振铃信号。振铃信号通常为为25±3V的正弦波，电压有效值 90±15V。振铃周期为5 秒，1秒送，4秒断，此交流振铃电路应使用电容耦合后对振铃次数进行判断。而对于自动摘机电路，交换机对电话摘机的判断是基于回路电流的判断，当电话线上的回路电流变大为30mA左右时，便判断电话已摘机。电话摘机后，单片机控制语音芯片进行语音提示，并对用户输入的密码键音进行DTMF解码。简单按键电路和存储器则允许用户对振铃次数、密码等信息进行修改。

主控芯片选用宏晶公司的STC11F02芯片，工作电压5.5V至3.8V，该芯片与传统51引脚完全兼容，但不同的是每个时钟周期即可实现一个机器周期，因而速度比普通51快6至12倍， FLASH空间2k，内置看门狗，IO口驱动最高可达20mA，价格低于2.5元，性价比极高。

较常用的DTMF解码芯片有两种，MT8870和HT9170芯片，在多次使用过程中经过对比测试，发现MT8870的可靠性稍强，因此采用MT8870作为解码芯片，图2是MT8870的接线方法。键音信号输入到VN脚后被分成高频和低频两种信号并被内部数字译码器译码按键值，译码完成后DV拉高，而后按键值以4bit二进制方式输出到单片机进行判别，输出口分别为D0，D1，D2，D3，输出电平最高为5V，因此可以与STC11F02芯片直连。

3 软件设计

单片机端的软件流程图如图3所示，开始后设备功能开始等候电话呼入，电话呼入后单片机对电话响铃次数进行检测，检测到指定次数的振铃后，单片机发出命令自动摘机，而后提示用户输入密码，同时对用户输入的按键进行DTMF解码并与存储的密码进行对比，如密码核对正常，则可对各路继电器进行操作。在操作最后单片机对线路进行自动挂机操作。

4 结束语

固话通信方式的智能插座硬件设计简单，无需相对较复杂的射频开发，器件成本低廉，相较于服务器方式，软件也几乎无运行维护成本，使用的接入方式也是随处可见的电话线接入，因而安装简便，能在最低成本的情况下实现用户的远程接入与控制，适用范围较广，可作为现今智能家居设备，智能生活的重要补充。

参考文献

[1]董爱民，DTMF技术及检测算法研究[J]，计算机与网络，2007（23）.

[2]肖宛昂等，一种由Wi-Fi智能插座构成的智能家居，单片机与嵌入式系统应用，2014（05）

[3]董宇等，基于nRF905和GPRS的智能家居用电监测系统，电子技术应用，20129（09）.

[4]陈志浩，DTMF收发器MT8880及其应用[J]，电子技术，1992（11）.

作者单位

温州大学城市学院信息工程分院 浙江省温州市 325000