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(duì)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(duì)電話按鍵的操作來控制遠(yuǎn)端的被控對(duì)象，通過可錄放語音芯片ISD1110來播放提示語音。該控制器能夠檢測(cè)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(duì)象的運(yùn)行狀態(tài)，操作電話按鍵就可以改變被控對(duì)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(duì)遠(yuǎn)端控制對(duì)象的控制操作。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(cè)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(duì)電話按鍵的操作來遠(yuǎn)程控制被控對(duì)象。本系統(tǒng)主要設(shè)置了振鈴檢測(cè)、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：

　　振鈴信號(hào)由交換機(jī)發(fā)出，為90V,25Hz,間隔為通1秒，斷4秒，依次反復(fù)，整流后的脈沖電流經(jīng)27V穩(wěn)壓管穩(wěn)壓，電容濾波，電阻限流后送到光耦；光耦輸出端經(jīng)限流電阻給三極管提供基極電流，三級(jí)管由截止變?yōu)閷?dǎo)通，輸出端C極電位由高變低。濾波電容使脈動(dòng)直流變?yōu)槠椒€(wěn)直流，容量（10μ）取決于光耦發(fā)光管電流

　　系統(tǒng)工作過程：

　　振鈴檢測(cè)電路用于檢測(cè)振鈴信號(hào)，當(dāng)檢測(cè)到有振鈴信號(hào)時(shí)，對(duì)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(duì)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(cè)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(cè)、模擬摘機(jī)電路

　　振鈴檢測(cè)、模擬摘機(jī)電路如圖2，振鈴檢測(cè)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)。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。

    3．2 DTMF信號(hào)解碼電路

　　DTMF信號(hào)是將撥號(hào)盤上的0~9、A~D及*/E、#/F共16個(gè)字符，用音頻范圍的8個(gè)頻率來表示的一種編碼方式。8個(gè)頻率分為高頻群和低頻群兩組，分別作為列頻和行頻。每個(gè)字符的信號(hào)由來自列頻和行頻的兩個(gè)頻率的正弦信號(hào)疊加而成。

　　根據(jù)CCITT Q.23建議，DTMF信號(hào)的技術(shù)指標(biāo)是：傳送/接收率為每秒10個(gè)號(hào)碼，或每個(gè)號(hào)碼100ms。每個(gè)號(hào)碼傳送過程中，信號(hào)存在時(shí)間至少45ms，且不多于55ms，100ms的其余時(shí)間是靜音。在每個(gè)頻率點(diǎn)上允許有不超過±1.5%的頻率誤差。任何超過給定頻率 ±3.5%的信號(hào)，均被認(rèn)為是無效的，拒絕承認(rèn)接收。另外，在壞的檢測(cè)條件下，信噪比不得低于15dB。

　　用軟件方式進(jìn)行DTMF解碼，首先要將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后再送入CPU處理。利用MSP430F133內(nèi)置的12位ADC加上簡(jiǎn)單的接口就可以實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換。其中應(yīng)選1%的金屬膜電阻。ADC參考電壓選內(nèi)部2.5V：

　　DTMF解碼可以通過計(jì)算所接收到的信號(hào)在8個(gè)既定頻率點(diǎn)的頻譜值來確定是否為有效的DTMF信號(hào)及接收到的是哪個(gè)號(hào)碼。另外，需要通過一系列的有效性檢驗(yàn)以防止誤判。

　　FFT可用來計(jì)算N點(diǎn)頻率處的頻譜值，但不適合于此處應(yīng)用。因?yàn)樗?jì)算了許多不需要的值，計(jì)算量太大；而且為保證頻率分辨率，F(xiàn)FT的點(diǎn)數(shù)較大。另外，它不能按逐個(gè)樣點(diǎn)的方式處理，不利于實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)。

　　　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(duì)應(yīng)一組DTMF信號(hào)，對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所示。

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(duì)應(yīng)表

　　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：

　　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(duì)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(duì)中各單音比較信號(hào)。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(duì)應(yīng)關(guān)系如表2所示。該信號(hào)通過反相后可向單片機(jī)申請(qǐng)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。

　　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。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。

　　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；

　　MIC 話筒輸入端；

　　MIC REF話筒輸入?yún)⒖级耍?/P>

　　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；

　　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(duì)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(duì)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。

　　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(duì)象不受限制，具有廣泛的實(shí)用性和推廣價(jià)值。