基于电话网的嵌入式远程控制器的设计

1 引言
随着工业自动化水平的提高，远程控制成了应用越来越多的控制手段，常用的远程控制方式有基于以太网、GPRS、GSM短消息、电话网等。电话网络是覆盖面最广的网络，且电话通信的费用低廉，这就为利用电话网进行远程控制提供了可能。本控制器采用性价比较高的单片机AT89C51作为中控CPU控制MT8870对电话按键的双音多频信号进行解码，来实现通过对电话按键的操作来控制远端的被控对象，通过可录放语音芯片ISD1110来播放提示语音。设计实现了操作简单、安装方便，低成本的嵌入式远程控制器。该控制器能够检测电话振铃信号，自动模拟摘机，操作者根据语音提示就可以很方便的查询被控对象的运行状态，操作电话按键就可以改变被控对象的运行状态。
2 系统功能和结构
    本系统主要解决的问题是如何利用电话线传递控制信息。电话线上所传输的是双音多频信号（DTMF信号），这里直接利用电话线传递的DTMF信号来传递控制信息实现对远端控制对象的控制操作。系统主要完成的功能是对DTMF信号的解码，通过单片机对解码结果进行译码，根据译码结果发出相应的控制信号，驱动控制电路进行指定的控制操作。系统还必须能够识别电话振铃信号，在指定的时间内检测到规定的振铃次数（5次）则接通电话，播放提示语音。通过对电话按键的操作来远程控制被控对象。本系统主要设置了振铃检测、模拟摘机、模拟挂机、DTMF解码、语音、继电器驱动等电路。
系统结构框图如图1：
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系统工作过程：
振铃检测电路用于检测振铃信号，当检测到有振铃信号时，对振铃进行记数如果振铃次数小于5次该控制器不动作，若振铃次数大于5次表示要进行控制，单片机输出信号给模拟摘/挂机电路模拟摘机，此时控制器就和控制中心的电话接通。该控制器为防止误操作设置了密码保护功能，当控制中心通过拨打电话与控制器接通后，单片机输出信号给语音电路播放密码提示语音，控制者可以通过电话按键输入密码，控制系统接收由电话线传送来的DTMF信号，由MT8870对电话按键的DTMF信号进行解码，如果密码正确操作者就可以根据语音提示完成状态查询或是控制动作。
3．硬件电路组成
系统硬件主要由振铃检测电路、模拟摘挂机电路、DTMF信号解码电路、语音电路和输出驱动电路等几部分组成。
3．1振铃检测、模拟摘机电路
振铃检测、模拟摘机电路如图2，振铃检测电路是由光耦TLP521-1和74LS123构成。当有电话呼入时，电话线上传输的25HZ、90V的交流振铃信号由C1、C2隔离直流后由整流桥整流，整流后的直流电压值较高，经光电隔离器U1后输出TTL脉冲信号，该脉冲经74LS123整形成大方波信号，该方波信号送至单片机的P3.5引脚进行计数，当计数值达到预设值时，单片机P1.0引脚输出高电平，三极管Q1导通则继电器K1动作，将负载电阻R5（330Ω）接入电路实现模拟摘机。这里所说的模拟摘机是指将R5接入电路后，电话线上就会出现大于10mA的电流，交换中心检测到这一电流后就不再输出振铃信号而是转为接通电话。人们手动摘机接通电话时的工作过程与此一致，因此称为模拟摘机。如果振铃信号没有达到预设值就消失，则单片机的计数值清零，控制器不动作。
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3．2 DTMF信号解码电路
频率（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 电话按键DTMF频率对应表
主要用于电话交换系统，它是由两个不同频率的音频信号叠加而成的复合信号，这些音频信号不存在任何谐波关系，分为高音组和低音组，电话机每个按键对应一组DTMF信号，对应关系如表1所示。
本系统采用MT8870作为DTMF信号的解码芯片，MT8870的结构如图3：
MT8870是加拿大Mitel公司生产的一种集成度高，应用普遍的通信类集成电路芯片，MT8870可以方便的和单片机接口，其主要功能是完成双音多频（DTMF）信号的接收和识别，它可用于有线   
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电话网，无线移动通信网和计算机通信网的终端设备。DTMF信号通过IN－端输入MT8870,GS引脚接反馈电阻对输入的DTMF信号进行放大，OSC1和OSC2引脚之间接一个3.5795MHZ的晶振，产生DTMF信号双音对中各单音比较信号。信号在MT8870内经过滤波、放大、高低频分离，再经过数字处理转化为与DTMF信号相对应的二 进制编码。DTMF信号解码为4位二进制码，由Q1~Q4直接输出， 如按下电话“1”号键,则电话线上就有高频1209 HZ和低频697 HZ的DTMF信号    表 2  MT8870解码表传播，此信号进入MT8870进行解码，解码的结果由Q1、Q2，Q3、Q4，输出，MT8870输出结果与电话按键的对应关系如表2所示。芯片STD引脚提供DTMF信号检测输出，当MT8870接收到DTMF信号并解码完成后该引脚为高电平，平时该引脚为低电平，该信号通过反相后可向单片机申请中断，TOE引脚为输出使能端，当TOE为高电平时解码结果可以从Q1~Q4输出。TOE为低电平时Q1~Q4引脚为高阻态。MT8870与单片机的接口电路如图4。  

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3．3 语音电路
在语音控制与语音录放电路中采用ISD1110芯片制作数字录音器件，该语音芯片是美国ISD公司的ISD系列单片语音录放集成电路的一种。它采用直接模拟量存储技术，将每个采样值直接存储在片内的快速闪存中，能较好的保留模拟量中的有效成分，音质较好，该器件采用CMOS工艺制造，片内含时钟、话筒运放、自动增益控制、噪声滤波、平滑滤波和扬声器放大器。最小的语音录放系统仅由一个话筒、喇叭和几个电阻电容、按键组成。目前在语音录放设计中应用十分广泛。
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ISD1110引脚排列如图5所示。各引脚功能如下：
A0~A7 地址输入/模式控制；
VSSA、VSSD 模拟地和数字地；
SP+、SP- 扬声器输出的正负端；
VCCA、VCCD 模拟和数字电源正端；
MIC 话筒输入端；
MIC REF话筒输入参考端；
AGC 自动增益控制；
ANA IN、ANA OUT 模拟输入输出；
/REC 录音低电平有效；
/PLAYL 电平触发放音；
/PLAYE边沿触发放音；
XCLK 外部时钟；
/RECLED 录音指示。
4软件设计
系统程序采用C51编写，用高级语言开发单片机系统，具有开发周期短，软件可移植性强等优点。系统程序设计主要分两部分，一部分是系统对振铃信号进行计数，当计数值达到预设值时输出控制信号模拟接通电话；另一部分就是对电话按键的解码，实现相应的操作。系统程序流程图如图6
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5结语
嵌入式电话遥控作为一种较新的课题与常规的遥控方式相比，显示出很大的优越性，它不需要专门的布线，不占用无线电频率资源，同时可以利用现有的成熟的电话网络实现跨省市的远程控制。
本文所介绍的基于电话网的嵌入式远程控制器，工作可靠，制造成本低，应用对象不受限制，具有广泛的实用性和推广价值。