电话远程控制系统的设计与实现

维普资讯 http://www.cqvip.com 第３５卷（２００７）第４期　计算机与数字工程　１４３　电话远程控制系统的设计与实现　汪思敏胡湘江　长沙４１００７３）　（国防科学技术大学计算机学院摘要讨论了一种电话远程控制系统（ＴＲＣＳ）的设计与实现。该系统基于单片机和双音多频信号技术（ＤＴＭＦ），具　有振铃检测、模拟摘机、ＤＴＭＦ信号解调、开关量控制等功能，并且使用ＩＳＤ４００４芯片进行语音提示。详细论述了该系统的　硬件组成以及软件设计。实际证明该系统性能稳定、操作方便，具有较高的实用价值。　’　关键词双音多频单片机ＩＳＤ４００４远程控制　中图分类号ＴＰ３６８．１　０　引言　即进入远程控制系统。振铃次数可以通过软件进　行设置。　随着社会的不断进步，人们愈来愈追求高效、　系统进入控制过程之后，系统通过语音提示与　高质的生活。人们～直设想通过一套简单易操作　用户进行交互。因此系统须提供语音提示功能和　的设备，使得即使出门在外亦能操作家用电器。随　对用户按键的信令解释功能。即系统能够播放相　着信息事业的快速发展，通信基础设施日臻完善，　应的语音提示音，用户根据提示进行按键操作。系　这种设想成为可能。在固定电话，移动电话普及的　统接收按键信息后执行相应的操作，如对外部受控　今天，利用现有的个人通信终端，实现基于路基移　设备发出相应的驱动信号。同时系统能够对按键　动通信网（ＰＬＭＮ）和公用电话交换网（ＰＳＴＮ）的电　错误进行判断处理。　话远程控制系统，既可以节约投资，又便于推广。　本系统主要针对无人环境中的电器设备进行　由于电话线路是全国连网的，所以遥控距离可以跨　控制，对安全性、可靠性的要求较高，故除了硬件设　省市。且此项产品成本不高，安装极其简单、操作　计上采用电器隔离技术之外，软件中还需设置身份　方便，其为生活带来的方便，将使我们在时间的使　认证功能，保证只有合法用户才能操作系统。即电　用上更得心应手。　话远程控制系统上线后，用户必须输入密码，待系　同时通过功能扩展，电话远程控制设备不仅可　统确认后才具有对系统的操作权限。从而防止非　用于家庭，亦可用于许多无人看守的工业现场。只　法用户进入破坏。　要将电话控制器并接在工业现场的电话线上，就可　以随时随地地对设备进行开关控制、数据采集、远　２　系统结构及原理　程设置等。　基于上述需求分析，本文所提出的电话远程控　本文提出了一种电话远程控制系统的设计与　实现方案，并对系统的应用前景进行了展望。　ｌ　需求分析　用户功能需求分为控制系统的启动、控制过　程、控制结束三个阶段。系统提供给用户的功能应　当有开启／关闭通道（通道接外部设备，如电饭煲、　电灯等）、修改密码等功能。　图１　系统结构框图　系统的启动功能要求系统能够对振铃信号进　制系统包括电话接口单元、振铃检测单元、模拟摘　行检测。当振铃次数在规定时间内达到设定值时，　机单元、ＤＴＭＦ解码单元、语音提示单元、中央控制　收到本文时间：２００６年５月２５日　作者简介：汪思敏，男，硕士研究生，主要研究方向为嵌人式系统、计算机系统结构、计算机网络。　维普资讯 http://www.cqvip.com １４４　汪思敏等：电话远程控制系统的设计与实现　第３５卷　（单片机）等功能单元以及对外部设备的控制　态。由于语音信号电压和双音频信号电压远低于　电路。　振铃信号电压，因此振铃检测电路不会引起误判。　系统上电后，接收远端发送来的ＤＴＭＦ信号，　振铃检测电路如图２所示。　‘　并对其进行解码，解码后的信号再由中央控制单元　３．３模拟摘机电路　采集处理。为了方便用户使用，系统设计了语音提　本文中，系统使用继电器模拟摘机。用户电话打　示界面，具有自动离线、上线、复位功能。智能电话　人并等待默认的振铃次数后，单片机控制继电器吸合，　控制系统的整体结构如图１所示。　进入摘机状态。当密码输入错误三次或一直没有控　当用户需要通过电话进行远程控制时，拨打相　制命令信号输入时，单片机使控制信号恢复为高电平，　　应的电话号码，此时电话线上出现振铃信号。振铃　进入挂机状态。模拟摘机电路如图３所示。检测单元检测到这个铃流信号，由中央控制单元中　的单片机（ＭＣＵ）或其它微控制器进行计数。振铃　次数达到设定值后，ＭＣＵ控制继电器实现自动摘　机，并启动语音提示电路与用户交互。用户通过电　话按键与系统进行通信。系统执行命令之前首先　进行身份确认，即要求用户输入密码。密码经接收　电路接收并输入到单片机中核对，核对正确则提示　输入控制命令键。然后，ＭＣＵ对按下的命令键进　行分析判断，并根据命令要求完成相应的操作。由　于未设忙音检测，系统采用延时进行。配合语音提　示，在摘机状态下，若规定的时间之内，用户没有按　键，系统则自动挂机。另外密码输入错误多次也将　导致挂机。　３　主要功能单元　３．１　中央控制单元　系统采用ＡＴＭＥＬ公司的５１系列单片机　（ＡＴ８９Ｃ５１）做主控器…，负责铃流信号的检测计　数、对ＤＴＭＦ解码数据的处理、对自动摘机挂机以　及多个继电器进行控制，同时还负责语音提示单元　ＩＳＤ４００４的录放操作。　３．２振铃检测单元　ＶＣＣ　Ｇ　图２铃流检测电路　当有电话呼人时，振铃信号经过一个桥式整流　及滤波后，驱动光电耦合器，光电耦合器的输出经　施密特整流后形成检测信号。无振铃时，该信号为　低电平，有振铃时为高电平。该信号送入单片机中　进行计数，ＣＰＵ以此判断是否进入电话远程控制状　Ｖ　ＣＣ　图３模拟摘机电路　３．４　ＤＴＭＦ解码单元　ＤＴＭＦ（Ｄｕａｌ　Ｔｏｎｅ　Ｍｕｌｔｉ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）双音多频信　号　解码电路是目前在按键电话（固定电话，移动　电话）、程控交换机及无线通信设备中广泛应用的　集成电路。它包括ＤＴＭＦ发送器与ＤＴＭＦ接收器，　前者主要应用于按键电话作双音频信号发送器，发　送一组双音多频信号，从而实现音频拨号。双音多　频信号是一组由高频信号与低频信号叠加而成的　组合信号，国际电话与电报委员会（ＣｃＩＴｒ）和我国　国家标准都规定了电话键盘按键与双音多频信号　的对应关系。在本文的电话远程控制系统中，ＤＴ．　ＭＦ信号的解码电路是非常重要的部分。　ＭＴ８８７０　是ＤＴＭＦ信号接收处理的专用芯　片，具有功耗低、调整简单、抑制拨号音能力强等特　点。其功能是将接收到的ＤＴＭＦ信号解码为４位　的二进制码直接输出。　模拟摘机后，双音多频信号输入ＭＴ８８７０。该　双音频信号先经ＭＴ８８７０内部的拨号音滤波器滤　除拨号音信号后，再经前置放大器送人双音频滤波　器，将双音频信号按高低频信号分开，又经高低频　滤波器、幅度检测器送人译码电路，最后从ＭＴ８８７０　的数据输出端输出相应的编码。为了获取有效数　据，ＭＴ８８７０的ＳＴＤ经一极施密特反向器接　ＡＴ８９Ｃ５１的ＩＮＴ０。当检测到有效的ＤＴＭＦ信号并　产生编码后，ＳＴＤ电平由低变高，经ＡＴ８９Ｃ５１检测　维普资讯 http://www.cqvip.com 第３５卷（２００７）第４期　计算机与数字工程　１４５　后通过Ｐ０口接收有效拨号键值码。ＭＴ８８７０具有　相连并进行信号传输，达到控制的目的。这种方式　拨号音抑制和模拟信号输入可调功能，所以在设计　成本低，不受其他干扰的影响，但在家庭中安装比　需要在墙上走明线，对装修较好的现代化　ＭＴ８８７０　ＤＴＭＦ解码电路时，只需外加一些阻容元　较麻烦，件即可，如图４所示。　ＶＣＣ　家庭将破坏装修的整体效果，难以让居民接受。　Ａ　图４双音多频信号解码译码电路　３．５语音提示电路　电话远程控制系统利用语音提示电路实现用　户和系统的交互。语音提示电路预先存储若干系　统提示音，单片机判断用户发送的ＤＴＭＦ信号后，　对语音提示电路进行寻址，播放相应的提示音，向　用户反馈信息提示下一步该如何操作。　ＶＣＣ　ＶＣＣ　Ｔ　Ｔ　／ＳＳ　１　／ＳＳ　Ｍ０ＳＩ２　ＭＯＳＩ　ＭＴＳ０３　１ＧＮＤ　４　ＶＳＳＤ　ＮＣ　直　ＮＣ　—ＳＣＬＫ　２８　ＳＣＩ　Ｋ　ＶＣＣＤ　ＥＬ－　ＸＣＬＫ　２５　／ＩＮＴ　２４　ＲＡＣ　２３　ＶＳＳＡ　Ｔ　ｒ１厂　］　厂　］　Ｊ　Ｊ　／１Ｎ　ｉＲＡ（　ＩＳＤ　ＰＯＷ　Ｊ　Ｊ　图６系统软件整体结构　考虑到系统的实用性，本文采用控制若干开关　＿上　ＮＣ　．丑　ＮＣ　ＩＳＤ４００４　ＮＣ　旦　丑——ＧＮＤ　－ｊ＿　ｃ．二ｌ１７　ｌｌｌＮＤＩｌ　ｌ　ｌｌ　ｌ　ＩＮ＋１　１　８ＩＮ一１　量的方式实现对家用电器等的控制。使用带有继　电器的电源插座即可。诸如电灯、电饭煲、充电器　之类的电器只需插上插头，主控单片机即可通过控　制插座中各继电器来控制这些电器电源的通断，从　而实现对家用电器的控制。该方式极其简单且易　于实现。　ＧＮＤ　如　１１　—昔只　１７　１６　ＧＮＤ　１＇９　Ｓｐ　ｌ　１　ＡＵＤ　ＯＵＴ　Ａ　ＡＮＡＩＮ　ＡＭ　ＣＡＰ　ＮＣ一　上＿Ｌ　ＣＩ１Ｉ９　４软件系统　图５语音提示电路　本文采用ＩＳＤ４００４—８Ｍ单片语音录放集成电　智能电话远程控制系统其所有的功能由一个　路　４　作为语音提示电路的核心部分，支持录放时间　单片机控制，故软件系统的好坏直接影响到系统功　达８分钟。该芯片采用了多电平直接模拟量存储　能的实现。由于系统处于长期运行的状态，故对其　技术，将每个采样值直接存储在片内的快闪存储器　稳定性、可靠性的要求都较高，因此系统软件除了　语音提示单元和外部设备的控制　中，因此能够非常真实、自然地再现语音、乐音、音　实现对电话接口、还需具备一定的抗干扰能力和纠错能力。如何　调和效果声，并且存储的信号在掉电的情况下百年　外，不丢失。将需要的语音提示信息按段录入到　利用有限的１６种ＤＴＭＦ信号实现多样的系统控制　ＳＤ４００４芯片进行语音录　ＩＳＤ４００４后，在单片机的控制下将录入的语音信息　功能，以及如何正确使用Ｉ按顺序由音频输出端输出，然后经音频功率放大器　放是系统功能实现的关键。借助于软件编程，系统　放大后送到电话线路，如图５所示。　３．６外部设备控制电路　可以对１６种ＤＴＭＦ信号的任意组合进行解释，从　而大大丰富系统功能。　系统软件主要包括电话接口控制、语音录放控　目前，在电话控制器与受控家用电器或其它电　器设备之间的通讯链路有多种方式。比如直观的　制和外部设备控制三个主要部分，如图６所示。　　电话接口控制　有电话控制器通过一对双芯电缆直接与受控家电　４．１维普资讯 http://www.cqvip.com ｌ４６　电话远程控制系统的设计与实现　第３５卷　电话接口部分主要负责振铃检测、模拟摘机以　协调工作，并通过相应的控制电路控制外部设备，　　及对用户按键指令（双音频解码器ＭＴ８８７０译码数　从而实现人们通过电话远程控制家电的设想。据）的接收，其软件流程如图７所示。铃流检测：即　本系统具有很强的适应性，可以远程对各类家　振铃检测，主要用来判断是否进入远程控制状态，并　用电器或对工业现场的设备进行控制，并且在安装　启动系统；模拟摘机：控制继电器实现模拟摘机；按　时不需对已有的工业现场或住宅的布线做任何改　键接收：实时接收用户通过按键发送的各项指令。　４．２语音录放控制　动，安装和维护方便，成本低，具有较高的实用价　值。除此之外，本系统操作简单方便，用户通过电　系统通过单片机对　话机（无论是固定电话还是移动电话），就根据语　ＩＳＤ４００４进行录放操作（该　音提示输入精简的指令进行操作，所以该系统具有　款芯片支持分段寻址功　能）。ＩＳＤ４００４工作于ＳＰＩ　串行接口。ＳＰＩ协议是一个　同步串行数据传输协议。协　议要求在时钟上升沿移人，　在下降沿移出，即在时钟上　升沿锁存ＭＯＳＩ引脚的数　据，写人命令字；在下降沿将　数据送至ＭＩＳＯ引脚，读取　状态字。本系统中写人命令　字和读取状态字都采用模拟　串口的方法。当然通过单片　图７铃流检测及模拟　机的串口也是完全可行的。　摘机子程序流程图　语音录放子程序的软件　流程如图８所示。其中　ＥＯＭ是在每段录音结束时，ＩＳＤ自动加入的段结束　标志，放音时遇该标志则暂停；ＶＯＦ是溢出标志，放　音时遇该标志则从头开始。　４．３外部设备控制　该系统采用继电器实现对外部设备（诸如电　灯、充电器、电饭煲）的控制，其控制量是可扩展的。　由于这里是基于对开关量的控制，只有两种状态，　因此控制起来很简单，位操作即可。　５　总结　电话远程控制系统包括电话接口单元、振铃检　测单元、自动摘机单元、ＤＴＭＦ解码单元、语音提示　单元等功能单元，这些功能单元在单片机的控制下　较高的推广应用价值。　设置放音地址　一Ｎ　　一Ｙ　返回　图８录／放音子程序流程图　总之，本文所实现的电话远程控制系统设计实　现了语音界面及安全认证机制，丰富了系统功能，　符合未来家电的智能化、网络化发展方向。　参考文献　［１］陈光东．单片微型计算机原理与接口技术［Ｍ］．武汉：　华中理工大学出版社，１９９９　［２］曾刚贺　蓉．ＤＴＭＦ远程通信的软硬件实现技术　［Ｊ］．电子技术应用，２０００（５）：４４—４６．　『３］ＭＴ８８７０　ｄａｔａｓｈｅｅｔ［＇ＥＢ／ＯＬ］．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｍｉｔｅｌｓｅｍｉ．ｅｏｍ　［４］梁子伊．ＩＳＤ４００４系列语音芯片的单片机控制技术　［Ｊ］．单片机与嵌入式系统应用，２００２（５）：３７～３９