基于電話接口的溫濕度記錄儀設(shè)計

摘要：基于有線電話接口的溫濕度記錄儀，能夠通過電話撥號方式實現(xiàn)遠程溫濕度報警和查詢。本文介紹了電話接口溫濕度記錄儀的總體設(shè)計及其工作過程，詳細(xì)闡述了系統(tǒng)硬件電路設(shè)計及軟件設(shè)計。整個系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、使用靈活方便的特點，具有廣闊的應(yīng)用前景。

　　在食品存儲倉庫、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地、電站設(shè)備機房等場所，溫濕度記錄儀是必不可少的環(huán)境檢測設(shè)備。但是記錄儀在倉庫等場所，其工作狀態(tài)或查詢數(shù)據(jù)記錄，工作人員必須到達現(xiàn)場，工作量大。目前市場上有GSM短信報警功能的記錄儀，但是在GSM無線信號覆蓋較差的場所使用效果不好，而且GSM無線信號易受干擾。本文設(shè)計的溫濕度記錄儀具有有線電話接口，受電磁環(huán)境因素影響小、穩(wěn)定性好，而且相比GSM方式資費便宜，具有廣闊的市場前景。

　　本文設(shè)計的記錄儀不僅能在液晶屏上查詢數(shù)據(jù)，而且能使用電話遠程查詢溫濕度數(shù)據(jù)。本記錄儀需要占用一個電話號碼，檢測到來電振鈴信號后自動摘機，工作人員在語音提示下通過電話鍵盤輸入密碼，驗證通過后可以查詢記錄儀的工作狀態(tài)和溫濕度數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)記錄的語音通過電話線路播報。如果密碼三次輸入不正確，或者在語音提示后長時間沒有輸入密碼，記錄儀將強制掛機。還可以設(shè)置好報警電話號碼以及報警溫濕度值，當(dāng)環(huán)境的溫濕度值超標(biāo)時，記錄儀就會自動摘機并撥打報警電話號碼進行報警。

1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計

　　本系統(tǒng)采用雙音多頻信號(DTMF)進行通信，實現(xiàn)遠程控制，系統(tǒng)主要由溫濕度采集、存儲電路、電話接口、振鈴檢測、忙音檢測、DTMF接收及發(fā)送、語音模塊、控制單元、電源電路及LCD顯示等單元電路組成，如圖1所示。本系統(tǒng)使用TI的MSP430F149單片機作為控制核心，它具有體積小、低功耗、能夠串行在線編程等特性，具備60KB+256字節(jié) Flash、2KB RAM、多個16位定時器、12位A/D轉(zhuǎn)換器等功能模塊，本機密碼和報警電話號碼存儲在單片機的Flash中，修改方便，可靠性高。

　　溫濕度數(shù)據(jù)存儲選用Atmel公司的E2PROM存儲芯片AT24C256實現(xiàn)，它具有32KB存儲容量，I2C數(shù)據(jù)接口，由于單片機本身不具備I2C接口，故采用由兩個普通I/O口模擬I2C總線方式。

2 硬件電路設(shè)計

2.1 電話接口電路

　　電話接口電路如圖2所示。電路模擬摘掛機通過繼電器控制電流源的通斷來實現(xiàn)，繼電器K1選用松下公司的雙刀雙擲DS2Y-S-DC5V繼電器。在電話信令中交換機根據(jù)電話線路上的直流電流來判斷用戶的摘掛機狀態(tài)。掛機時，電話線路饋電電壓48V，線路上沒有直流電流，摘機后，電話線路直流回路接通，電壓降到8V，直流電流約30mA。單片機通過端口P11控制三極管V7的通斷，從而控制繼電器K1的通斷來控制電路中的電流，模擬摘掛機動作。當(dāng)P11為低電平時，三極管V7截止，繼電器K1將電話線路與電流源斷開，電流比較小，處于掛機狀態(tài);當(dāng)P11為高電平，V7導(dǎo)通，繼電器K1將電話線路與電流源接通，此時V4和V5組成的電流源將提供30mA左右的電流，相當(dāng)于電話摘機，交換機會接通話路。使用恒流源可以保證電路具有較小的直流阻抗(<300Ω)和較大交流阻抗(>600Ω)。在電話線之間跨接避雷器TISP4350，以達到抗雷擊保護的作用。

　　為了實現(xiàn)在電話線路上播報溫濕度值的語音，語音模塊輸出的音頻信號AUDIO通過電阻R1后由變壓器T1將語音信號耦合到電話線路上。

2.2 振鈴檢測電路

　　待機狀態(tài)下，電話線路上只有48V饋電電壓，當(dāng)有用戶呼叫本機時，交換機向話機發(fā)送振鈴信號疊加在48V直流上，振鈴是頻率為25Hz±3Hz的正弦波，電壓有效值90V±15V。振鈴以5s為周期，1s通、4s斷。振鈴檢測電路見圖2的N1部分，有呼叫時，振鈴信號疊加在48V直流上經(jīng)過電容C2后只有交流振鈴信號，經(jīng)過整流二極管V1、V2，光耦N1，三極管V3，檢測信號輸入到單片機端口P10，沒有振鈴時P10為高電平，有振鈴時，P10為持續(xù)1s的連續(xù)脈沖信號，單片機根據(jù)此特點，即可實現(xiàn)對振鈴的檢測。同時，在軟件部分進行振鈴次數(shù)的檢測，達到一定次數(shù)后再摘機，避免誤檢測，從而提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.3 雙音多頻信號收發(fā)電路

　　電話查詢記錄儀工作狀態(tài)和溫濕度數(shù)據(jù)時，記錄儀接收到的密碼、指令都是DTMF信號，本設(shè)計選用OKI公司的芯片ML7005實現(xiàn)對DTMF信號的檢測解碼，見圖3。此款芯片能夠?qū)TMF信號、忙音信號、傳真信號進行辨識，而且可以發(fā)送這三種信號。電話線上的DTMF信號經(jīng)變壓器耦合輸出的RXD進入芯片ML7005，解碼數(shù)據(jù)由ML7005的D1~D4輸出，送單片機進行識別和處理。

　　若記錄儀設(shè)置了報警電話號碼和報警溫濕度值，當(dāng)環(huán)境溫濕度超標(biāo)時，記錄儀自動摘機并撥打報警電話，單片機讀取Flash中的報警電話號碼，ML7005將數(shù)據(jù)總線D1~D4上的二進制碼鎖存，產(chǎn)生的DTMF信號TXD經(jīng)變壓器耦合到電話線路上，實現(xiàn)DTMF撥號。