電話遠程控制系統設計論文

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1引言

隨著我國信息事業的持續、快速發展,通信基礎設施日臻完善,固定電話、移動電話用戶總數接近兩億.利用現有的個人通信終端,實現基于PLMN(陸基移動通信網)和PSTN(公用電話交換網)的電話遠程控制系統,既可以節約投資,又便于推廣.電話遠程控制系統(ITRCS),以CCITT及我國標準共同規定的部分標準程控交換信令(DTMF雙音多頻信號,振鈴信號,回鈴音信號等)作為系統控制命令,以PLMN與PSTN通信網作為傳輸介質,使用戶可以在遠端利用固定電話或移動電話發送DTMF雙音多頻信號,實現對近端電器設備的遠程控制.信令傳輸示意圖如圖1所示.

2電話遠程控制系統的體系結構

電話遠程控制系統接收遠端發送來的DTMF信號,并對其進行解碼,解碼后的信號再由中央處理單元采集處理;為了方便用戶使用,系統設計了語音提示界面;電話遠程控制系統一般工作在元人值守環境,所以應具有自動離線、上線、復位功能;為了符合智能化要求,系統采用80日作為中央處理器.同時,電話遠程控制系統正常工作還需電源供電電路、驅動電路等輔助電路.智能電話遠程控制系統的體系結構如圖2所示.

可以看出,系統主要由DTMF音頻解碼電路、語音提示電路、離線/上線/復位電路、中央處理單元、驅動電路、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電路和DTMF解碼電路的中斷信號,發送對上線/離線/復位電路和受控設備的控制信號,對語音錄放電路進行尋址操作,接收DTMF解碼電路的四位二進制數據(見圖2).

3.2DTMF音頻解碼電路

DTMF(DualToneMultiFrequency)雙音多頻信號解碼電路是目前在按鍵電話(固定電話、移動電話)、程控交換機及無線通信設備中廣泛應用的集成電路.它包括DTMF發送器與DTMF接受器,前者主要應用于按鍵電話作雙音頻信號發送器,發送一組雙音多頻信號,從而實現音頻撥號.雙音多頻信號是一組由高頻信號與低頻信號疊加而成的組合信號,CCITT和我國國家標準都規定了電話鍵盤按鍵與雙音多頻信號的對應關系如表所示.

表電話撥號數字對應的高低頻率組合關系

電話遠程控制系統采用MITEL公司生產的MT8870DTMF接受器作為DTMF信號的解碼核心器件.MT8870主要用于程控交換機、遙控、無線通信及通播系統,實現DTMF信號的分離濾波和譯碼功能,輸出相應16種頻率組合的四位并行二進制碼.MT8870具有撥號音抑制和模擬信號輸入可調功能,所以在設計MT8870DTMF解碼電路時,只需外加一些阻容元件即可.DTMF解碼電路如圖3所示.

遠端用戶發送的DTMF信號,經搞合電容的隔直流作用后,由MT8870接收并進行譯碼,輸出的四位并行二進制數據直接與8051單片機的P0.0～P0.3連接,MT8870在DTMF信號碼變換完成后,由CID端發送中斷信號INT1,通知8051數據準備好.

3.3語音提示電路

電話遠程控制系統利用語音提示電路實現用戶和系統的交流.語音提示電路預先存儲若干段系統提示音,8051中央處理單元電路判斷用戶發送的DTMF信號后,對語音提示電路進行尋址,播放相應的提示音,從而向用戶反饋信息提示下一步該如何操作.

本系統選用美國ISD公司的ISD2590單片語音錄放集成電路作為語音提示電路的核心部分.ISD2590采用E2PROM存儲器,信息可永久保存,零功能存儲;它還采用了DA盯直接模擬量存儲技術,因而能較好地保留語音信息中的有效成分,提高錄放音的清晰度.ISD2590可以存儲長達90s的語音,能夠實現1～600段語音分段,每段錄放音均有一個起始端,該起始端地址選擇由A0～A9確定.ISD2590的外圍電路也非常簡單,只需少許阻容元件即可,并且它易與單片機接口,實現分段尋址功能.ISD2590的內部功能如圖4所示.

系統在接收遠端用戶發送的DTMF信號以后,根據軟件設定,對語音電路進行尋址放音.例如系統收到用戶發出的"1234'''',用戶密碼信號時,若密碼正確,則尋址播放語音提示"密碼正確",否則,尋址播放語音提示"密碼錯誤".需要提出的是,ISD2590".只有A0～A910根地址線,顯然不能對480K模擬存儲陣列直接尋址,從圖4可以知道,ISD2590的地址線是先經過解碼器解碼后再對480K模擬存儲陣列進行尋址的.

3.4系統上線／離線/復位電路

當DTMF信號解碼電路及語音提示電路與用戶電話線連通時,我們稱系統處于上線(Odine)狀態;反之,當DTMF信號解碼電路及語音提示電路與用戶電話線斷開時,我們稱系統處于離線(Offline)狀態.只有在電話遠程控制系統工作時,系統才應處于上線狀態.這樣做的目的是避免用戶呼叫系統時的高壓振鈴信號(可達120VMS)及線路上其他高壓噪聲對DTMF信號解碼電路及語音提示電路產生危害.上線/離線/復位功能的實現,也是由系統硬件電路和軟件共同實現的.

3.4.1系統上線電路

系統上線電路的功能是檢測程控交換機發送的振鈴鈴流信號,然后通過中斷方式通知8051單片機,根據軟件設定,閉合系統上線/離線/復位開關電路,開啟UrMF信號解碼電路和語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電路.鈴流信號是當遠端用戶呼叫電話遠程控制系統時,由程控交換機向電話遠程控制系統發送的控制信令.系統采用TCA3385芯片作為鈴流檢測電路的核心部件.TCA3385是一種性能穩定的振鈴信號轉換、檢測器件,常用于電話機、應答器等儀器儀表.它的PDO端(如圖5)是振鈴檢測輸出端,在振鈴信號穩定后,此端會變為高電平輸出.RDO端可直接與8051單片機相連,作為8051的中斷信號INT0.TCA3385的內部功能及外部電路如圖5所示.

當電話遠程控制系統處于離線狀態時,只有鈴流檢測電路與用戶電話線相連,而TCA3385能承受較高電壓的沖擊,保證了系統的完全穩定性.

3.4.2離線/復位電路

用戶對電話遠程控制系統操作完成后,發出結束命令,8051單片機斷開系統上線/離線/復位開關電路,系統離線.如果用戶出現誤操作或忘記發送結束命令時,系統根據軟件設定,斷開系統上線/離線/復位開關電路,使系統離線,并初始化軟件設定.

3.5驅動電路

電話遠程控制系統對受控設備的控制,要通過8051單片機對繼電器的閉合才能實現,因此,在8051單片機與繼電器之間必須設置一個繼電器驅動電路.本系統采用摩托羅拉公司的MC1413,來關閉與開啟繼電器開關(圖6).

4系統軟件

如何利用有限的16種DTMF信號實現多樣的系統控制功能,是系統成功與否的關鍵,借助于軟件編程,系統可以對16種DTMF信號的任意組合進行解釋,從而大大豐富了系統功能.系統軟件的流程結構并不復雜,這里只介紹系統軟件主要功能要求:

(1)系統身份認證功能為了保證只有合法用戶才能操作系統,電話遠程控制系統上線以后,用戶必須輸入密碼,待系統確認后才具有對系統的操作權限.

(2)用戶信令解釋功能對收到的用戶信號,系統按照軟件設定加以解釋,并決定對語音提示電路尋址,播放相應的系統提示音,實現用戶和電話遠程控制系統間的交互操作,或者對外部受控設備發出相應的驅動信號.

(3)軟件定時功能系統軟件設定系統自動復位的軟件定時器,定時器的設置值規定了系統一次上線工作的最大時間.若一次工作超時,系統自動離線,進入待機狀態.

5結束語

利用智能電話遠程控制系統可以實現固定電話和移動電話對空調器、電燈、電飯策等家用電器設備的遠程控制,如可以提前將居室的空調打開,一進家門便享受清涼世界;用戶外出旅游或出差時,通過本系統開關居室的電燈、電視,造成有人在家的假象,提高家居安全.另外,本系統也可應用于工農業中,實現對元人值守崗位的遠程控制.

總之,智能電話遠程控制系統設計采用了8051單片機作為系統的中央控制單元,并結合軟件編程,實現了語音界面及安全認證機制,豐富了系統功能,符合未來家電的智能化、網絡化發展方向.