雙音多頻收發(fā)器MT8880在智能通訊預警系統(tǒng)中的技術應用
[導讀]給出一種使用公用電話網(wǎng)進行遠程控制家用電器及遠程預警的系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用電話機上的按鍵作為控制命令按鍵，通過MITEL公司的DTMF收發(fā)器MT8880作為電話雙音多頻的解碼核心，通過單片機AT89C 51作為控制核心，實現(xiàn)對遠程系統(tǒng)的控制功能和撥號報警功能。
利用公用電話網(wǎng)進行遠程控制家用電器和撥號報警，主要解決的問題是如何利用電話線傳遞控制信息以及如何對信息進行處理、加工。使用Modem與計算機的結合，可以實現(xiàn)控制信息的傳送問題，而且控制信息可以非常復雜和豐富，但必須在控制方和被控方設置一臺計算機Modem，費用較高。如果在被控制方操作簡單，只需較少命令即可實現(xiàn)控制的情況下，直接使用電話機上的雙音多頻信號或其組合，就足夠對遠程被控制方進行有效的控制。
1 系統(tǒng)原理與組成
? 電話遠程控制系統(tǒng)主要完成的功能是對電話雙音多頻(DTMF,double tone multiple frequency)信號進行解碼，并自動驅動被控電器設備進行指定操作，同時用戶可對被控設備的工作狀態(tài)進行查詢，以及當有人非法進入室內(nèi)時通過撥預置的電話號碼進行遠程預警。由于本系統(tǒng)是利用電話進行遠程控制，所以系統(tǒng)必須能識別電話線上的振鈴信號，從而實現(xiàn)自動摘機；同時，本系統(tǒng)一般在無人值守的情況下工作，所以必須能自動摘機、掛機，且在用戶操作完畢忘記掛機時，必須能自動復位及關機，為了安全起見還有必要增加密碼校驗的功能；要進行工作查詢就必須有語音的提示和反饋，這樣的系統(tǒng)才基本上合乎要求。
? 基于以上要求，此系統(tǒng)主要設置了系統(tǒng)開啟關閉模塊，系統(tǒng)模擬摘、掛機模塊，語音模塊，監(jiān)控模塊 ，DTMF收發(fā)模塊，控制模塊，被控模塊，如圖1所示。現(xiàn)對其分述如下。
1.1 系統(tǒng)開啟/關閉模塊
? 本系統(tǒng)有多種開啟方式：振鈴啟動，報警啟動，手動啟動，如圖2所示。
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本系統(tǒng)的關機由單片機控制時，單片機發(fā)出一個高電平信號后，三極管飽合，繼電器?K常開端閉合，使可控硅的K和A?短路。單片機再發(fā)出一個低電平信號，三極管截擊，繼電器常開端打開，使可控硅Q的?K和A?兩端開路，從而使可控硅進入關閉狀態(tài)，切斷電源使系統(tǒng)關閉。當由手動控制時，打開開關三極管截止，繼電器常開端打開，系統(tǒng)斷電，從而關閉系統(tǒng)。
1.2 模擬摘掛機模塊
? 當單片機發(fā)出摘機信號時三極管飽和，繼電器的常開端閉合，電話線兩端的電阻降至300 Ω左右，從而實現(xiàn)模擬摘機。當單片機發(fā)出掛機信號時三極管截止，繼電器常開端打開，從而實現(xiàn)模擬掛機。
1.3 語音模塊
? 本模塊采用美國ISD公司的新品ISD4004系列的錄放芯片，與單片機構成。該芯片聲音錄放采用了CchipCorder專利技術，即無需A/D轉換和壓縮就可以直接儲存，沒有A/D轉換誤差，在一個記錄位（BIT）可存儲250級聲音信號，相當于通常的A/D記錄的8倍。片內(nèi)集成了晶體震蕩器、麥克前置放大器、自動增益控制、抗混迭濾波器、平滑濾波器等，只需很少的外圍器件，就可以構成一個完整的聲音錄放系統(tǒng)。
1.4 監(jiān)控模塊
? (1)模塊概述
? 本模塊采用EEP型熱釋電式紅外傳感器。其原理如下：鈦酸鉛陶瓷具有高熱電系數(shù)和溫度穩(wěn)定性，它能檢測紅外線。傳感器密封在TO-5殼體內(nèi)，熱釋組件和場效應管裝在一起，它能輸出與紅外輻射強度成比例的電壓。
? (2)監(jiān)控報警的實現(xiàn)
? 在家中無人時，當單片機接收到來自監(jiān)控系統(tǒng)的報警信息時。P3.0口置高電平，三極管T1飽和，繼電器J動作，實現(xiàn)模擬摘機。然后由可信音檢測電路確認為撥號音后，由P0 口發(fā)指令，撥號芯片MT8880將存儲的報警號碼變成雙音多頻（DTMF）信號，反饋入電話線。撥號后，在完成忙音、回鈴及對方摘機檢測后，啟動語音提示電路，向線路發(fā)出報警語音信號。如未撥通再次撥號。
1.5 DTMF收發(fā)模塊
? (1)模塊概述
? 本模塊由MT8880與單片機組成。
? MT8880是一個帶有呼叫處理濾波器(call progress filter)的單片DTMF收發(fā)器,它采用MITEL公司的ISO2-CMOS工藝制造,功耗低,可靠性高。MT8880中的DTMF收號器是基于單片收號器MT8870工業(yè)標準，能接收全部16個DIMF信號,DTMF發(fā)送器采用開關電容D/A變換器，信號失真小、精度高,定時精確。MT8880有兩種工作模式:DTMF模式和呼叫處理(CP)模式。當選擇了呼叫處理模式時,MT8880就用于檢測電話網(wǎng)上電話呼叫過程中表示不同進程的信號音(主要是撥號音,撥號音的標準頻率為350 Hz或440 Hz)，可以進行撥號音識別。這是目前其他DTMF芯片所不具備的，這樣便可以省去一套復雜的撥號音識別電路。
? (2)MT8880簡介(如圖3所示)
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500)this.style.width=500;" border="0" />
IN+：運放輸入;IN-：運放輸入;
? GS：Gain Select，運放輸出端。用于輸入信號的增益高速；
??Vref：參考電壓;
??Vss：電源負極;
? OSC1：DTMF時鐘/振蕩器輸入,采用3.579 545 MHz的時鐘;
? OSC2：時鐘輸出;
? R/W：讀寫控制;
? CS：片選;
? RS0：寄存器選擇;
? & 2：系統(tǒng)時鐘輸入,TTL電平;
? IRQ / CP：中斷請求/呼叫處理,向MCU的中斷申請。當選擇了呼叫處理模式時,輸入信號線上有呼叫信號時輸出與之相應的方波信號;
? DO～D3：數(shù)據(jù)線;
? Est：Early steering output,滯后前輸出。當檢測到有效音頻對時,(也稱信號條件Signal condition ),就變?yōu)楦唠娖?信號條件不滿足時又立刻返回低電平。此引腳上為高電平不一定表示有DTMF信號,話音信號也會偶然產(chǎn)生有效音頻對。
? St/Gt：Steering Output/ Guard Time output,滯后輸出/保護后輸出。當電壓高于VTST 時,(參見收發(fā)工作時序圖)時就保存檢測到的音頻對,同時更新輸出鎖存器的內(nèi)容。當電壓低于VTST時,芯片就可以重新接收新的音頻，對Gt的輸出對滯后時間常數(shù)(steering timeconstant)有影響,它的狀態(tài)是Est和加到St的電壓的函數(shù)。
??VDD：電源正極。
? (3)信號音判斷的實現(xiàn)
? 信號音判斷的原理是：由于電話系統(tǒng)信號音的撥號音?；剽徱艉兔σ舻念l率均為425～475 Hz的正弦波，只是斷續(xù)比不同且在時間上有明顯的差異（撥號音連續(xù)信號：忙音為0.35 s通，0.35 s斷，回鈴聲為1 s通，4 s斷）。要判斷信號音，首先應將處理DTMF信號的MT8880芯片設置為呼叫處理模式，當選擇呼叫處理模式時,MT8880就不能用于檢測DTMF信號了。MT8880的呼叫處理濾波器是一個帶通濾波器,通頻帶為300 ~510 Hz，當信號輸入端有信號音輸入時,如果MT8880工作在CP模式,在IRQ/CP就輸出一高電平。使電話呼叫過程中的各種信號音經(jīng)MT8880濾波，限幅后得到方波，并由MT8880的IRQ輸出。然后對MT8880輸出的IRQ信號計數(shù)5 s，撥號音的計數(shù)上限為（450+25）*5=2375，撥號音的計數(shù)下限為（450-25）*5=2175。同理，忙音的計數(shù)范圍為1041~1212，回鈴音的計數(shù)范圍為425～475，無信號的計數(shù)應為0。
? 在實際編程中，考慮到計數(shù)的誤差，以及簡化程序，因此采用不同信號音相鄰計數(shù)界限的中間值來區(qū)分不同的信號音，計數(shù)值選用2n最后設定計數(shù)值大于1792為撥號音，在1024～1791之間為忙音，在256～1023之間為無信號音。
1.6 控制模塊
? 本系統(tǒng)為了提高可靠性，降低成本，采用了現(xiàn)在已廣泛使用的AT89C51單片機。其片內(nèi)集成了8 kB的FLASH，無需外接存儲器，使用方便。該芯片兼容8051的指令，易于編程，且功能強大。在硬件及程序設計上，利用P0端口控制MT8880芯片，其中P0.0～P0.3為數(shù)據(jù)輸入輸出位，P0.4～P0.7為MT8880的命令字輸入位；利用P1端口中的5位來控制ISD4004芯片；利用P2端口控制家電設備；利用P3端口中的3位來控制系統(tǒng)的開啟，摘掛電話及標志位的設定。
1.7 被控模塊
? 家電大多使用220 V交流電，屬于強電電路。所以使用繼電器來開關家電。芯片不能直接驅動繼電器，因此在集成電路芯片與繼電器之間必須設置一個驅動繼電器的電路。本系統(tǒng)的所有繼電器都利用三極管的截止與飽和兩個狀態(tài)，來關閉或打開繼電器開關。
2 系統(tǒng)軟件設計
? 本系統(tǒng)的軟件設計采用模塊化設計思想，其程序流程如圖4所示。
系統(tǒng)的DTMF收發(fā)程序說明如下：
接收程序：MOVR1,#0
? MOVR0,#10H
?LOOP1：MOVA,#0FFH
? MOVP0,A
? SETBP0.7
? SETBP0.4
? CLRP0.5
? SETBP0.6
? MOVA,P0; 讀 8880 狀態(tài)寄存器
? JNBACC.2, LOOP1
? CLRP0.4
? MOVA,P0; 讀 8880 接收數(shù)據(jù)寄存器
? ANLA,#0FH; 屏蔽高四位
? MOV@R0,A
? INCR0
? INCR1
? CJNER1,#07H,LOOP1
發(fā)碼程序：MOVR0,#10H
? MOVR1,#7
? MOVA,#9DH;寫 8880CRA
? MOVP0,A
? MOVA,#90H
? MOVP0,A;寫 8880CRB,8880模式2為TONE,DTMF,IRQ,BURST
LOOP2：MOVA,@R0
? ORLA,#0F0H
? ANLA,#8FH
? MOVP0,A; 發(fā)送數(shù)據(jù)
? MOVA,#0FFH
?MOVP0,A
? SETBP0.7
? SETBP0.4
? CLRP0.5
? SETBP0.6
?LOOP3：MOVA,P0;讀8880狀態(tài)寄存器
? JNBACC.1,LOOP3
? INCR0
? DJNZR1,LOOP2?
3 結語
? MT8880構成的智能通訊系統(tǒng)，具有通訊速度快，可靠性高和誤碼率低的優(yōu)點。該系統(tǒng)自運行以來，其工作正常，性能穩(wěn)定，通訊可靠。
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