楊少帥++李欣

摘 要： 基于固定電話管理系統(tǒng)的需求，設(shè)計一種能夠及時獲取并線固話通話明細的監(jiān)測終端，作為管理考核該話機的一種信息來源。該終端以ATmega16單片機為核心，通過解碼芯片和外圍電路獲得FSK/DTMF制式來電顯示、組合按鍵及摘掛機信息，并利用低成本嵌入式UART?ETH?WiFi模塊與服務(wù)器實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信。實際應(yīng)用表明，該終端監(jiān)測準(zhǔn)確、穩(wěn)定，值得在各種固話管理系統(tǒng)中推廣，現(xiàn)已成功應(yīng)用到掛機短信系統(tǒng)中。

關(guān)鍵詞： 固定電話； ATmega16； FSK/DTMF； 掛機短信

中圖分類號： TN911?34 文獻標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2015）12?0044?03

在商用固定電話管理領(lǐng)域，電話的擁有者需要對其電話的使用進行管理，特別是能夠及時獲取并查詢主叫號碼、被叫號碼的通話明細[1]。同時使用者還可以通過組合鍵的方式，向服務(wù)器匯報通話的性質(zhì)和信息等要素。

由于服務(wù)器不能直接從固定電話上獲取所需的信息，因此基于以上需求設(shè)計了一種以ATmega16為控制器的固話監(jiān)測終端。該終端與被監(jiān)測電話并聯(lián)，其工作的同時不影響話機的正常使用，并能夠識別FSK/DTMF制式來電顯示[2]，然后通過檢測到的摘掛機動作和軟件邏輯判斷來去電和按鍵信息，最終通過網(wǎng)絡(luò)把監(jiān)測到的信息匯總到服務(wù)器，使管理者或服務(wù)器及時獲得固話信息做近一步的功能擴展。該監(jiān)測終端的出現(xiàn)極大地擴展了基于固定電話開發(fā)的商業(yè)市場，同時也使固話管理系統(tǒng)根據(jù)其用途具有更好的自主性和多樣性。

1 總體設(shè)計

此終端設(shè)備主要由MCU模塊、監(jiān)聽模塊、通信模塊三部分組成，整體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

MCU模塊采用的是AVR單片機ATmega16，其具有自動上電復(fù)位、看門狗、低電壓檢測（BOD）、低功耗等優(yōu)點，使設(shè)備運行更加穩(wěn)定可靠。監(jiān)聽模塊包括對FSK/DTMF兩種制式來電信息檢測，按鍵檢測及摘掛機檢測電路。通信模塊采用的是一種低成本嵌入式UART?ETH?WiFi（串口?以太網(wǎng)?無線網(wǎng)）模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)用戶串口、以太網(wǎng)、無線網(wǎng)3個接口之間的轉(zhuǎn)換。其具體工作方式大體分為2種：一種是當(dāng)終端檢測到來電后，先存儲來電顯示信息，再檢測是否有摘機動作判斷接通還是未接，如果接通后在判斷通話中途是否有組合按鍵，最后組成來電包通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給服務(wù)器端；另一種是當(dāng)檢測到主動摘機后，記錄按鍵信息，組成撥號包發(fā)送出去，這樣可實現(xiàn)對固話各種狀態(tài)的信息監(jiān)測。

2 硬件設(shè)計

2.1 信號解碼電路設(shè)計

在中國地區(qū)，來電顯示（CID）傳送方式主要分為2種，一種是頻移鍵控（FSK）制式；另一種是雙音多頻（DTMF）制式。不同城市和地區(qū)的來電顯示制式各不統(tǒng)一。本終端采用了雙制式解碼電路，然后根據(jù)FSK/DTMF信號方式的傳送協(xié)議[3]，通過軟件解析來電信息，其適應(yīng)性強，誤碼率低。

2.1.1 FSK信號解碼模塊

本文采用的是Holtek公司的HT9032C解碼芯片，HT9032C信號輸入端滿足1 200 b/s的FSK數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)[4]。當(dāng)檢測到振鈴到來時，其RDET引腳拉低，觸發(fā)單片機中斷。在第一次與第二次振鈴之間，邏輯“1”=（1 200+12） Hz，“2”=（2 200+12） Hz，傳輸速率為1 200 b/s的FSK來顯信號通過HT9032C解調(diào)成異步串行數(shù)據(jù)從DOUTC引腳輸出，輸出波特率為1 200 b/s。由于ATmega16只有一個串行接口，此接口要與通信模塊連接，為節(jié)約開發(fā)成本，選用I/O接口作為模擬串口[5?6]接收端，通過軟件模擬串口時序來接收HT9032C解調(diào)出來的主叫識別信息。HT9032C的外圍電路如圖2所示。

2.1.2 DTMF信號解碼模塊

DTMF是指通過2個特定的單音頻信號組合來代表數(shù)字信號和功能的一種編碼技術(shù)[7]。2個不同頻率的單音頻信號代表不同數(shù)字和功能。8種不同頻率的單音頻組合出16種數(shù)字信號。

DTMF信號解碼模塊采用的是Holtek公司的HT9172芯片。HT9172通過濾波和解碼電路將16種DTMF輸入信號轉(zhuǎn)換成代表不同數(shù)字的4位BCD碼輸出。電話往外撥號也采用的是DTMF編碼，與DTMF制式的來電顯示相同。該設(shè)備與電話并聯(lián)，能夠同時檢測到按鍵信息和DTMF制式的主叫信息。 HT9172解碼電路如圖3所示。當(dāng)檢測到有效的輸入信號時，其DV引腳置為高電平，同時將DTMF信號送至內(nèi)部電路進行解碼，將OE引腳置為高電平后，D0～D3輸出解碼信號并將其鎖存。因此單片機可通過外部中斷讀取D0～D3電平來識別解碼信息。

2.2 摘掛機狀態(tài)檢測模塊

摘掛機狀態(tài)的檢測由電話線路兩端的電壓高低變化來確定。正常情況下，電話線路的饋電電壓為48 V直流電壓，當(dāng)為摘機狀態(tài)時話機線端電壓為9 V左右，但當(dāng)來振鈴時，交換機送出的振鈴信號是75 Vrms，25 Hz的正弦交流信號[8]，振鈴波形如圖4（a）所示。為了消除振鈴信號對檢測線路兩端直流電壓的影響，采用整流濾波電路，先通過整流橋整流，再利用電解電容充放電作用，經(jīng)過電阻電容配比，使電容兩端電壓趨于平滑，振鈴整流后電壓波形如圖4（b）所示。電容兩端電壓再通過光耦隔離加反相器，把模擬信號轉(zhuǎn)變成單片機可識別的數(shù)字信號，實現(xiàn)了對摘掛機狀態(tài)的檢測。檢測電路如圖5所示，當(dāng)電話為掛機狀態(tài)時，線路電壓為高電壓，光耦導(dǎo)通，I/O端為高電平，即使有振鈴到來，正弦信號通過整流穩(wěn)壓電路后電容兩端電壓浮動也不會影響光耦的導(dǎo)通，I/O端仍為高電平；當(dāng)為摘機狀態(tài)時，光耦不導(dǎo)通，I/O端為低電平。再通過軟件消抖，查詢I/O引腳電平，可以準(zhǔn)確地檢測到電話的摘掛機狀態(tài)。

2.3 通信模塊

單片機通過RS 232串口與其通信。它是基于通用串行接口的符合網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式模塊，內(nèi)置TCP/IP協(xié)議棧，有4種工作模式可供配置：默認模式、串口轉(zhuǎn)以太網(wǎng)、串口轉(zhuǎn)WiFi CLINT、串口轉(zhuǎn)WiFi AP。通過Web頁面對其進行參數(shù)配置，包括工作模式、串口波特率、IP地址等。由于要求服務(wù)器可以同時與一個或多個電話監(jiān)測終端通信，每個終端都應(yīng)設(shè)置為客戶端，并選用UDP協(xié)議通信[9]。該終端通過網(wǎng)絡(luò)通信，使信息傳輸更加實時、穩(wěn)定、可靠。

3 軟件設(shè)計

話機振鈴間隔為4～5 s，來電后振鈴標(biāo)志置1，當(dāng)超過5 s后標(biāo)志清零，振鈴后5 s內(nèi)如果沒有摘機判斷為未接。摘機后按鍵間隔如果超過3 s就不在接受按鍵信息，檢測掛機后發(fā)送數(shù)據(jù)包。根據(jù)監(jiān)測終端的兩種工作方式，程序流程圖如圖6所示。為了增強軟件運行以及和服務(wù)器通信的穩(wěn)定性，在程序中增加了看門狗和心跳機制，每隔固定時間段發(fā)送心跳包，以便服務(wù)器能夠統(tǒng)計當(dāng)前掛載量和掛載的每個監(jiān)測終端網(wǎng)絡(luò)通信是否正常，增加了設(shè)備與服務(wù)器之間通信的可靠性。

4 在商業(yè)掛機短信系統(tǒng)中的應(yīng)用

掛機短信系統(tǒng)是一款能夠幫商家在固定電話上開發(fā)新業(yè)務(wù)的來電管理系統(tǒng)。當(dāng)手機客戶撥打商家固定電話，通話結(jié)束后，將收到商家在Web頁面預(yù)先設(shè)置好的短信內(nèi)容，其內(nèi)容可以是企業(yè)介紹、節(jié)日祝福、產(chǎn)品活動等信息[10]。目前各運營商都有推廣，但都僅限于自己網(wǎng)絡(luò)下的固話用戶，具有局限性、且實時性不高。而該終端的應(yīng)用可以不受各運營商的限制，針對不同制式、不同網(wǎng)絡(luò)下的電話機都能成功實時監(jiān)測其話機信息。整個掛機短信系統(tǒng)工作流程大體為當(dāng)檢測終端檢測到話機信息后，通過網(wǎng)絡(luò)組包發(fā)送給服務(wù)器后臺，然后由后臺存入數(shù)據(jù)庫并觸發(fā)短信平臺，發(fā)送商家在Web頁面設(shè)定好的短信內(nèi)容。此終端的應(yīng)用使該系統(tǒng)更具有商業(yè)性，其客戶應(yīng)用面更加廣泛，易于統(tǒng)一管理。該終端可擴展性強，應(yīng)用面廣，不僅可以應(yīng)用到掛機短信系統(tǒng)中，也可應(yīng)用到電話營銷及客戶服務(wù)行業(yè)中，通過把監(jiān)測信息存入數(shù)據(jù)庫能夠讓管理者很方便的知道每個業(yè)務(wù)員的通話明細；同時還可應(yīng)用到電話預(yù)定服務(wù)行業(yè)，前臺人員接通電話后通過組合鍵的方式告知上位機系統(tǒng)預(yù)定內(nèi)容等。

5 結(jié) 語

本文基于商業(yè)需求設(shè)計了一款實用的固話監(jiān)測終端，介紹了其硬件組成以及軟件設(shè)計等，通過監(jiān)測并聯(lián)電話的來電信息及按鍵和摘掛機動作，能夠成功獲得服務(wù)器所需的各種話機狀態(tài)，為后一步的固定電話業(yè)務(wù)擴展奠定了基礎(chǔ)，并已在商業(yè)掛機短信系統(tǒng)中得到了很好的應(yīng)用。該終端成本低，體積小，安裝方便，可靠性強，具有很好的應(yīng)用前景。

參考文獻

[1] 韓璞，姚國清.電話管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].電腦知識與技術(shù)，2009（7）：1642?1643.

[2] 許祥濱.來電顯示的原理與應(yīng)用[J].廈門大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2003，42（1）：48?51.

[3] 郵電部.YD/T 1277.1?2003 固定電話網(wǎng)主叫識別信息傳送技術(shù)要求及測試方法 第一部分：技術(shù)要求[S].北京：人民郵電出版社，2003.

[4] 高萬兵，王忠慶，任一峰.基于H9032C的新型來電顯示器設(shè)計[J].單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2010，10（3）：49?51.

[5] 劉亞平，邢濟收，劉相權(quán).AVR單片機串行口的軟件擴展技術(shù)[J].北京信息科技大學(xué)學(xué)報，2010，25（4）：53?56.

[6] 周龍甫，呼永河，范泉水，等.模擬串口技術(shù)在多傳感器數(shù)據(jù)采集中的應(yīng)用[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2013，34（10）：4?5.

[7] 王乙斐，游舟浩，王穎，等.DTMF信號的合成與識別[J].電子設(shè)計工程，2011，19（7）：71?73.

[8] 桂海源，張碧玲.現(xiàn)代交換原理[M].北京：人民郵電出版社，2013.

[9] 謝希人，謝鈞.計算機網(wǎng)絡(luò)教程[M].北京：人民郵電出版社，2012.

[10] 韓立輝.基于J2EE的重慶電信掛機短信業(yè)務(wù)平臺設(shè)計與實現(xiàn)[D].廈門：廈門大學(xué)，2014.