曹海紅

（西安航空職業(yè)技術學院 自動化工程系，陜西 西安 710089）

自從1876年貝爾發(fā)明電話以后，電話通信變成我們日常生活中最常見、最廣泛的通信方式。目前電話網(wǎng)的地理范圍覆蓋率在我國已經達到了90%以上，并且大多數(shù)人現(xiàn)在都有手機或固定電話，如此可以利用現(xiàn)有的電話網(wǎng)傳輸控制信號，實現(xiàn)家用電器的控制。現(xiàn)有的可利用的數(shù)據(jù)傳輸方式有調制解調器（MODEM）傳輸和簡單的雙音多頻（DTMF）傳輸。本設計就采用后者作為控制信號的通信方式。本文主要介紹一種可以遠程控制傳統(tǒng)家電的電話控制系統(tǒng)的設計方案。

1 智能控制器的工作狀況

智能控制器[1]的工作過程描述如下：

1）當用戶撥通家庭電話后，智能控制器要求用戶輸入管理密碼。

2）用戶輸入密碼正確，則允許進行設置各種控制功能；如果用戶密碼錯誤，則提示重新輸入。

3）密碼確認后，智能控制器以語言提示用戶進入操作，例如“開燈請撥1；關燈請撥2；開窗戶請撥3，……”，用戶聽到語言提示后按相應的電話按鍵，例如撥“1”，智能控制器通過繼電器輸出接通相應的照明電源后，用語音向用戶提示“燈已打開。繼續(xù)操作請撥0，控制結束請掛機?！?，用戶可繼續(xù)操作；參數(shù)設置完畢后，智能控制器[2]發(fā)出控制信號，提示設置已成功，用戶退出系統(tǒng)。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。

圖1 總體系統(tǒng)框圖Fig.1 Overall system block diagram

1.1 智能控制器功能分析

根據(jù)工作描述，得到系統(tǒng)基本要求：系統(tǒng)電源；振鈴檢測；自動摘機/掛機；遠程用戶登錄管理；用戶控制功能選擇；語音操作提示；家用電器控制；工作狀態(tài)存儲；工作定時；工作故障保護；電源開關；工作指示燈等，如圖2所示。

1.2DTMF及其編碼

DTMF是英文Dual tone multiple frequency的英文縮寫，意思是雙音多頻，現(xiàn)代電話網(wǎng)中應用廣泛。一般電話機有兩種撥號方式：一種是雙音頻撥號，是指用兩個特定的單音信號的組合疊加來代表數(shù)字或字符功能。另一種是脈沖撥號，它是通過開關節(jié)點控制用戶直流回路通斷來產生一串直流脈沖信號，一串撥號對應一位數(shù)字號碼，一串脈沖內脈沖的個數(shù)對應號碼的數(shù)字。

圖2 智能控制器電路框圖Fig.2 Intelligent controller circuit diagram

2 系統(tǒng)總體分析

智能控制器由硬件和軟件兩部分組成。硬件負責信號檢測、信號調理和執(zhí)行器件驅動；軟件負責信息處理、信息存儲。智能控制器[3-5]的需求分析如下描述：

1）用戶利用固定電話或手機呼叫自己的家庭固定電話，電話振鈴5次以后，智能控制器執(zhí)行摘機，并語音提示用戶輸入操作密碼，系統(tǒng)預設密碼為“123456”。

2）用戶輸入正確的密碼以后，系統(tǒng)會發(fā)出語音提示。

3）用戶按“1+*”鍵后，系統(tǒng)會發(fā)出提示音：“請輸入新密碼”，按“#”鍵返回上一層，結束操作請掛機；如果用戶連續(xù)輸入2次錯誤后，系統(tǒng)會自動掛機。

4）用戶按“2+*”鍵后，系統(tǒng)發(fā)出相應的提示音：請輸入你選擇的功能，用戶可選擇“1+*”鍵接通電源開關或斷開電源開關。

5）用戶選擇“3+*”鍵后，系統(tǒng)會根據(jù)不同的工作狀態(tài)發(fā)出相應的提示音：相應的工作狀態(tài)分別為：①電源開關已接通；②電源開關已斷開；③電源故障已斷開。用戶在操作過程中掛機后，系統(tǒng)會在30秒后自動執(zhí)行掛機操作。如圖3所示系統(tǒng)順序交換圖。

圖3 系統(tǒng)順序交換圖Fig.3 System sequence diagram exchange

3 硬件電路設計

智能控制器的核心器件是中央處理器，它主要負責振鈴監(jiān)測，摘機/掛機、DTMF解碼、語音提示、電器開關、信息處理等各種控制功能。NXP的LPC2132是32位ARM7TDMI-SCPU，具有大容量程序存儲器，可滿足系統(tǒng)的要求。電源單元[6]主要取決于各種類型的器件對供電電壓的不同要求來設計，UC3842是專門用于單端反激式電源芯片，適合于做穩(wěn)定性較好的電源。

DTMF解碼電路用于將音頻撥號轉換為對應的二進制編碼，而 MT8870[7]是典型的一種雙音頻解碼芯片，它可將輸入的雙音頻信號轉換為對應的二進制編碼，發(fā)送給MCU。振鈴信號檢測電路用于對輸入的振鈴信號進行識別。由于振鈴信號電壓較高，所以選擇利用光電耦合器進行隔離采樣，將信號輸出到MCU的外部中斷接口實現(xiàn)振鈴信號檢測。

摘機/掛機電路根據(jù)振鈴次數(shù)執(zhí)行摘機操作，程控電話交換機對電話摘機的響應是電話線回路電流突然變大約為30 mA的電流，交換機檢測到回路電流變大就認為電話機已經摘機。當用戶摘機時，電話機通過叉簧接上約200 Ω的負載，使整個電話線回路流過約30 mA的電流。交換機檢測到該電流后便停止鈴流發(fā)送，并將線路電壓變?yōu)槭畮追闹绷鳎瓿山永m(xù)。利用繼電器和200 Ω電阻實現(xiàn)。語音提示電路用于用戶對智能控制器[8]操作時，控制器發(fā)出相應的提示音以方便用戶操作。ISD4004語音錄放芯片，可以進行錄音存儲和放音操作。AT24C04是ATMEL公司生產的用于小容量數(shù)據(jù)存儲芯片，集成IIC總線，方便與微控制器接口。執(zhí)行開關用來控制家用電器的供電電源，同時具有對用電設備的保護和市電異常檢測功能，異常發(fā)生時關閉電器開關。雙觸點電器可以同時接通和關閉交流電源具有較好的可靠性。

4 軟件設計

首先是系統(tǒng)初始化；其次是振鈴信號檢測，主要利用外部中斷功能檢測振鈴信號；摘機掛機管理是當振鈴次數(shù)達到5次以上時，MCU輸出電平信號驅動繼電器執(zhí)行掛機。典型的軟件流程圖如圖4和圖5所示。

圖4 軟件框圖Fig.4 Software block diagram

5 結束語

從系統(tǒng)設計的角度出發(fā)，首先對智能控制器的使用情況進行了簡單分析，進一步進行細致的劃分，做出了用戶與智能控制器交互的全部工作過程。其次，根據(jù)智能控制器的需求，進行器件的選型和外圍電路的設計，其中如MT8870、ISD4004等外圍均參考了廠商所給出的典型應用設計。然后簡要介紹所用的關鍵器件的特性及功能，最后，對軟件流程做了概要分析，并做出了模塊化方案。

圖5 軟件整體流程圖Fig.5 Overall flow chart software

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