智能电话远程控制系统的设计与实现

  摘要 利用个人通信终端实现对电器设备的远程控制是许多电器设备制造商关心的技术。提出了智能电话远程控制系统(ITRCS)的概念,并对其系统结构、各部分功能实现和系统软件进行了论述。

  关键词 智能电话 远程控制系统 DTMF 铃流检测

  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。信令传输示意图如图1所示。

  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2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(见图2)。

  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。双音多频信号是一组由高频信号与低频信号叠加而成的组合信号,CCITT和我国国家标准都规定了电话键盘按键与双音多频信号的对应关系如表所示。
表 电话拨号数字对应的高低频率组合关系
 

数字键盘 高频组/Hz
  1209 1336 1477 1633
低频组/Hz 697 1 2 3 A
770 4 5 6 B
852 7 8 9 C
941     D

  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。DTMF解码电路如图3所示。  

  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。ISD2590的内部功能如图4所示。

  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5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(图6)。

  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。

                 摘自《电工技术杂志》