智能电话远程控制系统的设计与实现

　　1 引言

　　随着我国信息事业的持续、快速发展,通信基础设施日臻完善,固定电话、移动电话用户总数接近两亿。利用现有的个人通信终端,实现基于PLMN(陆基移动通信网)和PSTN(公用电话交换网)的电话远程控制系统,既可以节约投资,又便于推广。电话远程控制系统(ITRCS),以CCITT及我国标准共同规定的部分标准程控交换信令(DTMF双音多频信号,振铃信号,回铃音信号等)作为系统控制命令,以PLMN与PSTN通信网作为传输介质,使用户可以在远端利用固定电话或移动电话发送DTMF双音多频信号,实现对近端电器设备的远程控制。

　　2　电话远程控制系统的体系结构
　　
　　电话远程控制系统接收远端发送来的DTMF信号,并对其进行解码,解码后的信号再由中央处理单元采集处理;为了方便用户使用,系统设计了语音提示界面;电话远程控制系统一般工作在元人值守环境,所以应具有自动离线、上线、复位功能;为了符合智能化要求,系统采用80日作为中央处理器。同时,电话远程控制系统正常工作还需电源供电电路、驱动电路等辅助电路。智能电话远程控制系统的体系结构如图所示。



　　可以看出,系统主要由DTMF音频解码电路、语音提示电路、离线/上线/复位电路、中央处理单元、驱动电路、电源电路等组成。

　　3　各部分电路及工作原理
　　
　　3.1　中央控制电路
　　
　　中央控制电路的主要功能是接收铃流检测电路和DTMF解码电路的中断信号,发送对上线/离线/复位电路和受控设备的控制信号,对语音录放电路进行寻址操作,接收DTMF解码电路的四位二进制数据

　　3.2　DTMF音频解码电路

　　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接受器,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。

　　电话远程控制系统采用MITEL公司生产的MT8870 DTMF接受器作为DTMF信号的解码核心器件。MT8870主要用于程控交换机、遥控、无线通信及通播系统,实现DTMF信号的分离滤波和译码功能,输出相应16种频率组合的四位并行二进制码。MT8870具有拨号音抑制和模拟信号输入可调功能,所以在设计MT8870 DTMF解码电路时,只需外加一些阻容元件即可。

　　远端用户发送的DTMF信号,经搞合电容的隔直流作用后,由MT8870接收并进行译码,输出的四位并行二进制数据直接与8051单片机的P0.0～P0.3连接,MT8870在DTMF信号码变换完成后,由CID端发送中断信号INT1,通知8051数据准备好。

　　3.3　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流。语音提示电路预先存储若干段系统提示音,8051中央处理单元电路判断用户发送的DTMF信号后,对语音提示电路进行寻址,播放相应的提示音,从而向用户反馈信息提示下一步该如何操作。

　　本系统选用美国ISD公司的ISD2590单片语音录放集成电路作为语音提示电路的核心部分。ISD2590采用E2PROM存储器,信息可永久保存,零功能存储;它还采用了DA盯直接模拟量存储技术,因而能较好地保留语音信息中的有效成分,提高录放音的清晰度。ISD2590可以存储长达90s的语音,能够实现1～600段语音分段,每段录放音均有一个起始端,该起始端地址选择由A0～A9确定。ISD2590的外围电路也非常简单,只需少许阻容元件即可,并且它易与单片机接口,实现分段寻址功能。IS　　3.4　系统上线／离线/复位电路

　　当DTMF信号解码电路及语音提示电路与用户电话线连通时,我们称系统处于上线(Odine)状态;反之,当DTMF信号解码电路及语音提示电路与用户电话线断开时,我们称系统处于离线(Offline)状态。只有在电话远程控制系统工作时,系统才应处于上线状态。这样做的目的是避免用户呼叫系统时的高压振铃信号(可达120VMS)及线路上其他高压噪声对DTMF信号解码电路及语音提示电路产生危害。上线/离线/复位功能的实现,也是由系统硬件电路和软件共同实现的。

　　系统在接收远端用户发送的DTMF信号以后,根据软件设定,对语音电路进行寻址放音。例如系统收到用户发出的“1234',用户密码信号时,若密码正确,则寻址播放语音提示“密码正确",否则,寻址播放语音提示“密码错误"。需要提出的是,ISD2590"。只有A0～A910根地址线,显然不能对480K模拟存储阵列直接寻址,从图4可以知道,ISD2590的地址线是先经过解码器解码后再对480K模拟存储阵列进行寻址的。

　　3.4　系统上线／离线/复位电路

　　当DTMF信号解码电路及语音提示电路与用户电话线连通时,我们称系统处于上线(Odine)状态;反之,当DTMF信号解码电路及语音提示电路与用户电话线断开时,我们称系统处于离线(Offline)状态。只有在电话远程控制系统工作时,系统才应处于上线状态。这样做的目的是避免用户呼叫系统时的高压振铃信号(可达120VMS)及线路上其他高压噪声对DTMF信号解码电路及语音提示电路产生危害。上线/离线/复位功能的实现,也是由系统硬件电路和软件共同实现的。

　　3.4.1　系统上线电路

　　系统上线电路的功能是检测程控交换机发送的振铃铃流信号,然后通过中断方式通知8051单片机,根据软件设定,闭合系统上线/离线/复位开关电路,开启UrMF信号解码电路和语音提示电路与电话用户线的连接。上线电路的主要部分是铃流检测电路。铃流信号是当远端用户呼叫电话远程控制系统时,由程控交换机向电话远程控制系统发送的控制信令。系统采用TCA3385芯片作为铃流检测电路的核心部件。TCA3385是一种性能稳定的振铃信号转换、检测器件,常用于电话机、应答器等仪器仪表。它的PDO端(如图5)是振铃检测输出端,在振铃信号稳定后,此端会变为高电平输出。RDO端可直接与8051单片机相连,作为8051的中断信号INT0。TCA3385的内部功能及外部电路如图所示。




　　当电话远程控制系统处于离线状态时,只有铃流检测电路与用户电话线相连,而TCA3385能承受较高电压的冲击,保证了系统的完全稳定性。

　　3.4.2 离线/复位电路

　　用户对电话远程控制系统操作完成后,发出结束命令,8051单片机断开系统上线/离线/复位开关电路,系统离线。如果用户出现误操作或忘记发送结束命令时,系统根据软件设定,断开系统上线/离线/复位开关电路,使系统离线,并初始化软件设定。

　　3.5　驱动电路
　　
　　电话远程控制系统对受控设备的控制,要通过8051单片机对继电器的闭合才能实现,因此,在8051单片机与继电器之间必须设置一个继电器驱动电路。本系统采用摩托罗拉公司的MC1413,来关闭与开启继电器开关。



　　4　系统软件
　　
　　如何利用有限的16种DTMF信号实现多样的系统控制功能,是系统成功与否的关键,借助于软件编程,系统可以对16种DTMF信号的任意组合进行解释,从而大大丰富了系统功能。系统软件的流程结构并不复杂,这里只介绍系统软件主要功能要求:

　　(1)系统身份认证功能为了保证只有合法用户才能操作系统,电话远程控制系统上线以后,用户必须输入密码,待系统确认后才具有对系统的操作权限。

　　(2)用户信令解释功能对收到的用户信号,系统按照软件设定加以解释,并决定对语音提示电路寻址,播放相应的系统提示音,实现用户和电话远程控制系统间的交互操作,或者对外部受控设备发出相应的驱动信号。

　　(3)软件定时功能系统软件设定系统自动复位的软件定时器,定时器的设置值规定了系统一次上线工作的最大时间。若一次工作超时,系统自动离线,进入待机状态。

　　5　结束语
　　
　　利用智能电话远程控制系统可以实现固定电话和移动电话对空调器、电灯、电饭策等家用电器设备的远程控制,如可以提前将居室的空调打开,一进家门便享受清凉世界;用户外出旅游或出差时,通过本系统开关居室的电灯、电视,造成有人在家的假象,提高家居安全。另外,本系统也可应用于工农业中,实现对元人值守岗位的远程控制。

　　总之,智能电话远程控制系统设计采用了8051单片机作为系统的中央控制单元,并结合软件编程,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。

作者：黄天戍、孙东、王坚   来源：电工技术杂志