智能電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　　　

　　1 引言

　　隨著我國(guó)信息事業(yè)的持續(xù)、快速發(fā)展,通信基礎(chǔ)設(shè)施日臻完善,固定電話、移動(dòng)電話用戶總數(shù)接近兩億。利用現(xiàn)有的個(gè)人通信終端,實(shí)現(xiàn)基于PLMN(陸基移動(dòng)通信網(wǎng))和PSTN(公用電話交換網(wǎng))的電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng),既可以節(jié)約投資,又便于推廣。電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)(ITRCS),以CCITT及我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)共同規(guī)定的部分標(biāo)準(zhǔn)程控交換信令(DTMF雙音多頻信號(hào),振鈴信號(hào),回鈴音信號(hào)等)作為系統(tǒng)控制命令,以PLMN與PSTN通信網(wǎng)作為傳輸介質(zhì),使用戶可以在遠(yuǎn)端利用固定電話或移動(dòng)電話發(fā)送DTMF雙音多頻信號(hào),實(shí)現(xiàn)對(duì)近端電器設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。

　　2　電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)
　　
　　電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)接收遠(yuǎn)端發(fā)送來(lái)的DTMF信號(hào),并對(duì)其進(jìn)行解碼,解碼后的信號(hào)再由中央處理單元采集處理;為了方便用戶使用,系統(tǒng)設(shè)計(jì)了語(yǔ)音提示界面;電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)一般工作在元人值守環(huán)境,所以應(yīng)具有自動(dòng)離線、上線、復(fù)位功能;為了符合智能化要求,系統(tǒng)采用80日作為中央處理器。同時(shí),電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)正常工作還需電源供電電路、驅(qū)動(dòng)電路等輔助電路。智能電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)如圖所示。



　　可以看出,系統(tǒng)主要由DTMF音頻解碼電路、語(yǔ)音提示電路、離線/上線/復(fù)位電路、中央處理單元、驅(qū)動(dòng)電路、電源電路等組成。

　　3　各部分電路及工作原理
　　
　　3.1　中央控制電路
　　
　　中央控制電路的主要功能是接收鈴流檢測(cè)電路和DTMF解碼電路的中斷信號(hào),發(fā)送對(duì)上線/離線/復(fù)位電路和受控設(shè)備的控制信號(hào),對(duì)語(yǔ)音錄放電路進(jìn)行尋址操作,接收DTMF解碼電路的四位二進(jìn)制數(shù)據(jù)

　　3.2　DTMF音頻解碼電路

　　DTMF(Dual Tone Multi Frequency)雙音多頻信號(hào)解碼電路是目前在按鍵電話(固定電話、移動(dòng)電話)、程控交換機(jī)及無(wú)線通信設(shè)備中廣泛應(yīng)用的集成電路。它包括DTMF發(fā)送器與DTMF接受器,前者主要應(yīng)用于按鍵電話作雙音頻信號(hào)發(fā)送器,發(fā)送一組雙音多頻信號(hào),從而實(shí)現(xiàn)音頻撥號(hào)。

　　電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)采用MITEL公司生產(chǎn)的MT8870 DTMF接受器作為DTMF信號(hào)的解碼核心器件。MT8870主要用于程控交換機(jī)、遙控、無(wú)線通信及通播系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)DTMF信號(hào)的分離濾波和譯碼功能,輸出相應(yīng)16種頻率組合的四位并行二進(jìn)制碼。MT8870具有撥號(hào)音抑制和模擬信號(hào)輸入可調(diào)功能,所以在設(shè)計(jì)MT8870 DTMF解碼電路時(shí),只需外加一些阻容元件即可。

　　遠(yuǎn)端用戶發(fā)送的DTMF信號(hào),經(jīng)搞合電容的隔直流作用后,由MT8870接收并進(jìn)行譯碼,輸出的四位并行二進(jìn)制數(shù)據(jù)直接與8051單片機(jī)的P0.0～P0.3連接,MT8870在DTMF信號(hào)碼變換完成后,由CID端發(fā)送中斷信號(hào)INT1,通知8051數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好。

　　3.3　語(yǔ)音提示電路
　　
　　電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)利用語(yǔ)音提示電路實(shí)現(xiàn)用戶和系統(tǒng)的交流。語(yǔ)音提示電路預(yù)先存儲(chǔ)若干段系統(tǒng)提示音,8051中央處理單元電路判斷用戶發(fā)送的DTMF信號(hào)后,對(duì)語(yǔ)音提示電路進(jìn)行尋址,播放相應(yīng)的提示音,從而向用戶反饋信息提示下一步該如何操作。

　　本系統(tǒng)選用美國(guó)ISD公司的ISD2590單片語(yǔ)音錄放集成電路作為語(yǔ)音提示電路的核心部分。ISD2590采用E2PROM存儲(chǔ)器,信息可永久保存,零功能存儲(chǔ);它還采用了DA盯直接模擬量存儲(chǔ)技術(shù),因而能較好地保留語(yǔ)音信息中的有效成分,提高錄放音的清晰度。ISD2590可以存儲(chǔ)長(zhǎng)達(dá)90s的語(yǔ)音,能夠?qū)崿F(xiàn)1～600段語(yǔ)音分段,每段錄放音均有一個(gè)起始端,該起始端地址選擇由A0～A9確定。ISD2590的外圍電路也非常簡(jiǎn)單,只需少許阻容元件即可,并且它易與單片機(jī)接口,實(shí)現(xiàn)分段尋址功能。IS　　3.4　系統(tǒng)上線／離線/復(fù)位電路

　　當(dāng)DTMF信號(hào)解碼電路及語(yǔ)音提示電路與用戶電話線連通時(shí),我們稱系統(tǒng)處于上線(Odine)狀態(tài);反之,當(dāng)DTMF信號(hào)解碼電路及語(yǔ)音提示電路與用戶電話線斷開時(shí),我們稱系統(tǒng)處于離線(Offline)狀態(tài)。只有在電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)工作時(shí),系統(tǒng)才應(yīng)處于上線狀態(tài)。這樣做的目的是避免用戶呼叫系統(tǒng)時(shí)的高壓振鈴信號(hào)(可達(dá)120VMS)及線路上其他高壓噪聲對(duì)DTMF信號(hào)解碼電路及語(yǔ)音提示電路產(chǎn)生危害。上線/離線/復(fù)位功能的實(shí)現(xiàn),也是由系統(tǒng)硬件電路和軟件共同實(shí)現(xiàn)的。

　　系統(tǒng)在接收遠(yuǎn)端用戶發(fā)送的DTMF信號(hào)以后,根據(jù)軟件設(shè)定,對(duì)語(yǔ)音電路進(jìn)行尋址放音。例如系統(tǒng)收到用戶發(fā)出的“1234',用戶密碼信號(hào)時(shí),若密碼正確,則尋址播放語(yǔ)音提示“密碼正確",否則,尋址播放語(yǔ)音提示“密碼錯(cuò)誤"。需要提出的是,ISD2590"。只有A0～A910根地址線,顯然不能對(duì)480K模擬存儲(chǔ)陣列直接尋址,從圖4可以知道,ISD2590的地址線是先經(jīng)過(guò)解碼器解碼后再對(duì)480K模擬存儲(chǔ)陣列進(jìn)行尋址的。

　　3.4　系統(tǒng)上線／離線/復(fù)位電路

　　當(dāng)DTMF信號(hào)解碼電路及語(yǔ)音提示電路與用戶電話線連通時(shí),我們稱系統(tǒng)處于上線(Odine)狀態(tài);反之,當(dāng)DTMF信號(hào)解碼電路及語(yǔ)音提示電路與用戶電話線斷開時(shí),我們稱系統(tǒng)處于離線(Offline)狀態(tài)。只有在電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)工作時(shí),系統(tǒng)才應(yīng)處于上線狀態(tài)。這樣做的目的是避免用戶呼叫系統(tǒng)時(shí)的高壓振鈴信號(hào)(可達(dá)120VMS)及線路上其他高壓噪聲對(duì)DTMF信號(hào)解碼電路及語(yǔ)音提示電路產(chǎn)生危害。上線/離線/復(fù)位功能的實(shí)現(xiàn),也是由系統(tǒng)硬件電路和軟件共同實(shí)現(xiàn)的。

　　3.4.1　系統(tǒng)上線電路

　　系統(tǒng)上線電路的功能是檢測(cè)程控交換機(jī)發(fā)送的振鈴鈴流信號(hào),然后通過(guò)中斷方式通知8051單片機(jī),根據(jù)軟件設(shè)定,閉合系統(tǒng)上線/離線/復(fù)位開關(guān)電路,開啟UrMF信號(hào)解碼電路和語(yǔ)音提示電路與電話用戶線的連接。上線電路的主要部分是鈴流檢測(cè)電路。鈴流信號(hào)是當(dāng)遠(yuǎn)端用戶呼叫電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)時(shí),由程控交換機(jī)向電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)發(fā)送的控制信令。系統(tǒng)采用TCA3385芯片作為鈴流檢測(cè)電路的核心部件。TCA3385是一種性能穩(wěn)定的振鈴信號(hào)轉(zhuǎn)換、檢測(cè)器件,常用于電話機(jī)、應(yīng)答器等儀器儀表。它的PDO端(如圖5)是振鈴檢測(cè)輸出端,在振鈴信號(hào)穩(wěn)定后,此端會(huì)變?yōu)楦唠娖捷敵�。RDO端可直接與8051單片機(jī)相連,作為8051的中斷信號(hào)INT0。TCA3385的內(nèi)部功能及外部電路如圖所示。




　　當(dāng)電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)處于離線狀態(tài)時(shí),只有鈴流檢測(cè)電路與用戶電話線相連,而TCA3385能承受較高電壓的沖擊,保證了系統(tǒng)的完全穩(wěn)定性。

　　3.4.2 離線/復(fù)位電路

　　用戶對(duì)電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)操作完成后,發(fā)出結(jié)束命令,8051單片機(jī)斷開系統(tǒng)上線/離線/復(fù)位開關(guān)電路,系統(tǒng)離線。如果用戶出現(xiàn)誤操作或忘記發(fā)送結(jié)束命令時(shí),系統(tǒng)根據(jù)軟件設(shè)定,斷開系統(tǒng)上線/離線/復(fù)位開關(guān)電路,使系統(tǒng)離線,并初始化軟件設(shè)定。

　　3.5　驅(qū)動(dòng)電路
　　
　　電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)對(duì)受控設(shè)備的控制,要通過(guò)8051單片機(jī)對(duì)繼電器的閉合才能實(shí)現(xiàn),因此,在8051單片機(jī)與繼電器之間必須設(shè)置一個(gè)繼電器驅(qū)動(dòng)電路。本系統(tǒng)采用摩托羅拉公司的MC1413,來(lái)關(guān)閉與開啟繼電器開關(guān)。



　　4　系統(tǒng)軟件
　　
　　如何利用有限的16種DTMF信號(hào)實(shí)現(xiàn)多樣的系統(tǒng)控制功能,是系統(tǒng)成功與否的關(guān)鍵,借助于軟件編程,系統(tǒng)可以對(duì)16種DTMF信號(hào)的任意組合進(jìn)行解釋,從而大大豐富了系統(tǒng)功能。系統(tǒng)軟件的流程結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜,這里只介紹系統(tǒng)軟件主要功能要求:

　　(1)系統(tǒng)身份認(rèn)證功能為了保證只有合法用戶才能操作系統(tǒng),電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)上線以后,用戶必須輸入密碼,待系統(tǒng)確認(rèn)后才具有對(duì)系統(tǒng)的操作權(quán)限。

　　(2)用戶信令解釋功能對(duì)收到的用戶信號(hào),系統(tǒng)按照軟件設(shè)定加以解釋,并決定對(duì)語(yǔ)音提示電路尋址,播放相應(yīng)的系統(tǒng)提示音,實(shí)現(xiàn)用戶和電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)間的交互操作,或者對(duì)外部受控設(shè)備發(fā)出相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

　　(3)軟件定時(shí)功能系統(tǒng)軟件設(shè)定系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位的軟件定時(shí)器,定時(shí)器的設(shè)置值規(guī)定了系統(tǒng)一次上線工作的最大時(shí)間。若一次工作超時(shí),系統(tǒng)自動(dòng)離線,進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。

　　5　結(jié)束語(yǔ)
　　
　　利用智能電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)固定電話和移動(dòng)電話對(duì)空調(diào)器、電燈、電飯策等家用電器設(shè)備的遠(yuǎn)程控制,如可以提前將居室的空調(diào)打開,一進(jìn)家門便享受清涼世界;用戶外出旅游或出差時(shí),通過(guò)本系統(tǒng)開關(guān)居室的電燈、電視,造成有人在家的假象,提高家居安全。另外,本系統(tǒng)也可應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)中,實(shí)現(xiàn)對(duì)元人值守崗位的遠(yuǎn)程控制。

　　總之,智能電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用了8051單片機(jī)作為系統(tǒng)的中央控制單元,并結(jié)合軟件編程,實(shí)現(xiàn)了語(yǔ)音界面及安全認(rèn)證機(jī)制,豐富了系統(tǒng)功能,符合未來(lái)家電的智能化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展方向。