基于電話網(wǎng)的嵌入式遠(yuǎn)程控制器的設(shè)計(jì)

1 引言
隨著工業(yè)自動(dòng)化水平的提高，遠(yuǎn)程控制成了應(yīng)用越來越多的控制手段，常用的遠(yuǎn)程控制方式有基于以太網(wǎng)、GPRS、GSM短消息、電話網(wǎng)等。電話網(wǎng)絡(luò)是覆蓋面最廣的網(wǎng)絡(luò)，且電話通信的費(fèi)用低廉，這就為利用電話網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制提供了可能。本控制器采用性價(jià)比較高的單片機(jī)AT89C51作為中控CPU控制MT8870對電話按鍵的雙音多頻信號(hào)進(jìn)行解碼，來實(shí)現(xiàn)通過對電話按鍵的操作來控制遠(yuǎn)端的被控對象，通過可錄放語音芯片ISD1110來播放提示語音。設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了操作簡單、安裝方便，低成本的嵌入式遠(yuǎn)程控制器。該控制器能夠檢測電話振鈴信號(hào)，自動(dòng)模擬摘機(jī)，操作者根據(jù)語音提示就可以很方便的查詢被控對象的運(yùn)行狀態(tài)，操作電話按鍵就可以改變被控對象的運(yùn)行狀態(tài)。
2 系統(tǒng)功能和結(jié)構(gòu)
    本系統(tǒng)主要解決的問題是如何利用電話線傳遞控制信息。電話線上所傳輸?shù)氖请p音多頻信號(hào)（DTMF信號(hào)），這里直接利用電話線傳遞的DTMF信號(hào)來傳遞控制信息實(shí)現(xiàn)對遠(yuǎn)端控制對象的控制操作。系統(tǒng)主要完成的功能是對DTMF信號(hào)的解碼，通過單片機(jī)對解碼結(jié)果進(jìn)行譯碼，根據(jù)譯碼結(jié)果發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)控制電路進(jìn)行指定的控制操作。系統(tǒng)還必須能夠識(shí)別電話振鈴信號(hào)，在指定的時(shí)間內(nèi)檢測到規(guī)定的振鈴次數(shù)（5次）則接通電話，播放提示語音。通過對電話按鍵的操作來遠(yuǎn)程控制被控對象。本系統(tǒng)主要設(shè)置了振鈴檢測、模擬摘機(jī)、模擬掛機(jī)、DTMF解碼、語音、繼電器驅(qū)動(dòng)等電路。
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1：
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系統(tǒng)工作過程：
振鈴檢測電路用于檢測振鈴信號(hào)，當(dāng)檢測到有振鈴信號(hào)時(shí)，對振鈴進(jìn)行記數(shù)如果振鈴次數(shù)小于5次該控制器不動(dòng)作，若振鈴次數(shù)大于5次表示要進(jìn)行控制，單片機(jī)輸出信號(hào)給模擬摘/掛機(jī)電路模擬摘機(jī)，此時(shí)控制器就和控制中心的電話接通。該控制器為防止誤操作設(shè)置了密碼保護(hù)功能，當(dāng)控制中心通過撥打電話與控制器接通后，單片機(jī)輸出信號(hào)給語音電路播放密碼提示語音，控制者可以通過電話按鍵輸入密碼，控制系統(tǒng)接收由電話線傳送來的DTMF信號(hào)，由MT8870對電話按鍵的DTMF信號(hào)進(jìn)行解碼，如果密碼正確操作者就可以根據(jù)語音提示完成狀態(tài)查詢或是控制動(dòng)作。
3．硬件電路組成
系統(tǒng)硬件主要由振鈴檢測電路、模擬摘掛機(jī)電路、DTMF信號(hào)解碼電路、語音電路和輸出驅(qū)動(dòng)電路等幾部分組成。
3．1振鈴檢測、模擬摘機(jī)電路
振鈴檢測、模擬摘機(jī)電路如圖2，振鈴檢測電路是由光耦TLP521-1和74LS123構(gòu)成。當(dāng)有電話呼入時(shí)，電話線上傳輸?shù)?5HZ、90V的交流振鈴信號(hào)由C1、C2隔離直流后由整流橋整流，整流后的直流電壓值較高，經(jīng)光電隔離器U1后輸出TTL脈沖信號(hào)，該脈沖經(jīng)74LS123整形成大方波信號(hào)，該方波信號(hào)送至單片機(jī)的P3.5引腳進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)值達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)，單片機(jī)P1.0引腳輸出高電平，三極管Q1導(dǎo)通則繼電器K1動(dòng)作，將負(fù)載電阻R5（330Ω）接入電路實(shí)現(xiàn)模擬摘機(jī)。這里所說的模擬摘機(jī)是指將R5接入電路后，電話線上就會(huì)出現(xiàn)大于10mA的電流，交換中心檢測到這一電流后就不再輸出振鈴信號(hào)而是轉(zhuǎn)為接通電話。人們手動(dòng)摘機(jī)接通電話時(shí)的工作過程與此一致，因此稱為模擬摘機(jī)。如果振鈴信號(hào)沒有達(dá)到預(yù)設(shè)值就消失，則單片機(jī)的計(jì)數(shù)值清零，控制器不動(dòng)作。
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3．2 DTMF信號(hào)解碼電路
頻率（HZ） 1209 1336 1477 1633
697                1        2       3      A
770                4        5       6      B
652                7        8       9      C
941                *        0       #      D
DTMF(Dural Tone Multiple Frequency)    

 表1 電話按鍵DTMF頻率對應(yīng)表
主要用于電話交換系統(tǒng)，它是由兩個(gè)不同頻率的音頻信號(hào)疊加而成的復(fù)合信號(hào)，這些音頻信號(hào)不存在任何諧波關(guān)系，分為高音組和低音組，電話機(jī)每個(gè)按鍵對應(yīng)一組DTMF信號(hào)，對應(yīng)關(guān)系如表1所示。
本系統(tǒng)采用MT8870作為DTMF信號(hào)的解碼芯片，MT8870的結(jié)構(gòu)如圖3：
MT8870是加拿大Mitel公司生產(chǎn)的一種集成度高，應(yīng)用普遍的通信類集成電路芯片，MT8870可以方便的和單片機(jī)接口，其主要功能是完成雙音多頻（DTMF）信號(hào)的接收和識(shí)別，它可用于有線   
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電話網(wǎng)，無線移動(dòng)通信網(wǎng)和計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)的終端設(shè)備。DTMF信號(hào)通過IN－端輸入MT8870,GS引腳接反饋電阻對輸入的DTMF信號(hào)進(jìn)行放大，OSC1和OSC2引腳之間接一個(gè)3.5795MHZ的晶振，產(chǎn)生DTMF信號(hào)雙音對中各單音比較信號(hào)。信號(hào)在MT8870內(nèi)經(jīng)過濾波、放大、高低頻分離，再經(jīng)過數(shù)字處理轉(zhuǎn)化為與DTMF信號(hào)相對應(yīng)的二 進(jìn)制編碼。DTMF信號(hào)解碼為4位二進(jìn)制碼，由Q1~Q4直接輸出， 如按下電話“1”號(hào)鍵,則電話線上就有高頻1209 HZ和低頻697 HZ的DTMF信號(hào)    表 2  MT8870解碼表傳播，此信號(hào)進(jìn)入MT8870進(jìn)行解碼，解碼的結(jié)果由Q1、Q2，Q3、Q4，輸出，MT8870輸出結(jié)果與電話按鍵的對應(yīng)關(guān)系如表2所示。芯片STD引腳提供DTMF信號(hào)檢測輸出，當(dāng)MT8870接收到DTMF信號(hào)并解碼完成后該引腳為高電平，平時(shí)該引腳為低電平，該信號(hào)通過反相后可向單片機(jī)申請中斷，TOE引腳為輸出使能端，當(dāng)TOE為高電平時(shí)解碼結(jié)果可以從Q1~Q4輸出。TOE為低電平時(shí)Q1~Q4引腳為高阻態(tài)。MT8870與單片機(jī)的接口電路如圖4。  

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3．3 語音電路
在語音控制與語音錄放電路中采用ISD1110芯片制作數(shù)字錄音器件，該語音芯片是美國ISD公司的ISD系列單片語音錄放集成電路的一種。它采用直接模擬量存儲(chǔ)技術(shù)，將每個(gè)采樣值直接存儲(chǔ)在片內(nèi)的快速閃存中，能較好的保留模擬量中的有效成分，音質(zhì)較好，該器件采用CMOS工藝制造，片內(nèi)含時(shí)鐘、話筒運(yùn)放、自動(dòng)增益控制、噪聲濾波、平滑濾波和揚(yáng)聲器放大器。最小的語音錄放系統(tǒng)僅由一個(gè)話筒、喇叭和幾個(gè)電阻電容、按鍵組成。目前在語音錄放設(shè)計(jì)中應(yīng)用十分廣泛。
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ISD1110引腳排列如圖5所示。各引腳功能如下：
A0~A7 地址輸入/模式控制；
VSSA、VSSD 模擬地和數(shù)字地；
SP+、SP- 揚(yáng)聲器輸出的正負(fù)端；
VCCA、VCCD 模擬和數(shù)字電源正端；
MIC 話筒輸入端；
MIC REF話筒輸入?yún)⒖级耍?br />AGC 自動(dòng)增益控制；
ANA IN、ANA OUT 模擬輸入輸出；
/REC 錄音低電平有效；
/PLAYL 電平觸發(fā)放音；
/PLAYE邊沿觸發(fā)放音；
XCLK 外部時(shí)鐘；
/RECLED 錄音指示。
4軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)程序采用C51編寫，用高級(jí)語言開發(fā)單片機(jī)系統(tǒng)，具有開發(fā)周期短，軟件可移植性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)主要分兩部分，一部分是系統(tǒng)對振鈴信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)值達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)輸出控制信號(hào)模擬接通電話；另一部分就是對電話按鍵的解碼，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的操作。系統(tǒng)程序流程圖如圖6
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5結(jié)語
嵌入式電話遙控作為一種較新的課題與常規(guī)的遙控方式相比，顯示出很大的優(yōu)越性，它不需要專門的布線，不占用無線電頻率資源，同時(shí)可以利用現(xiàn)有的成熟的電話網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)跨省市的遠(yuǎn)程控制。
本文所介紹的基于電話網(wǎng)的嵌入式遠(yuǎn)程控制器，工作可靠，制造成本低，應(yīng)用對象不受限制，具有廣泛的實(shí)用性和推廣價(jià)值。