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溫濕度記錄儀設計基于電話接口

在食品存儲倉庫、現代農業生產基地、電站設備機房等場所,溫濕度記錄儀是必不可少的環境檢測設備。但是記錄儀在倉庫等場所,其工作狀態或查詢數據記錄,工作人員必須到達現場,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。本文設計的溫濕度記錄儀具有有線電話接口,受電磁環境因素影響小、穩定性好,而且相比GSM方式資費便宜,具有廣闊的市場前景。

  本文設計的記錄儀不僅能在液晶屏上查詢數據,而且能使用電話遠程查詢溫濕度數據。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和溫濕度數據,數據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。還可以設置好報警電話號碼以及報警溫濕度值,當環境的溫濕度值超標時,記錄儀就會自動摘機并撥打報警電話號碼進行報警。

1 系統總體方案設計

  本系統采用雙音多頻信號(DTMF)進行通信,實現遠程控制,系統主要由溫濕度采集、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 Flash、2KB RAM、多個16位定時器、12位A/D轉換器等功能模塊,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。

 

溫濕度數據存儲選用Atmel公司的E2PROM存儲芯片AT24C256實現,它具有32KB存儲容量,I2C數據接口,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,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電話線路上的直流電流來判斷用戶的摘掛機狀態。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;當P11為高電平,V7導通,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

  待機狀態下,電話線路上只有48V饋電電壓,當有用戶呼叫本機時,交換機向話機發送振鈴信號疊加在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直流上經過電容C2后只有交流振鈴信號,經過整流二極管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1s的連續脈沖信號,單片機根據此特點,即可實現對振鈴的檢測。同時,在軟件部分進行振鈴次數的檢測,達到一定次數后再摘機,避免誤檢測,從而提高系統的穩定性。

2.3 雙音多頻信號收發電路

  電話查詢記錄儀工作狀態和溫濕度數據時,記錄儀接收到的密碼、指令都是DTMF信號,本設計選用OKI公司的芯片ML7005實現對DTMF信號的檢測解碼,見圖3。此款芯片能夠對DTMF信號、忙音信號、傳真信號進行辨識,而且可以發送這三種信號。電話線上的DTMF信號經變壓器耦合輸出的RXD進入芯片ML7005,解碼數據由ML7005的D1~D4輸出,送單片機進行識別和處理。

  若記錄儀設置了報警電話號碼和報警溫濕度值,當環境溫濕度超標時,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將數據總線D1~D4上的二進制碼鎖存,產生的DTMF信號TXD經變壓器耦合到電話線路上,實現DTMF撥號。

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