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1 系統工作原理 當需要遙控家用電器時(shí)，撥打相應的座機電話(huà)號碼，振鈴檢測電路檢測鈴流信號。如果有人接聽(tīng)電話(huà)或振鈴次數少于5次，對程控電話(huà)的使用不造成影響；當振鈴次數達到5次后(次數可以通過(guò)軟件任意設定)，單片機啟動(dòng)語(yǔ)音提示電路并發(fā)出提示音，詢(xún)問(wèn)是否進(jìn)入家電控制模式。按“O”鍵否，掛機退出，按“1”鍵是，摘掛機電路自動(dòng)摘機進(jìn)入控制狀態(tài)并將摘機信號輸入到單片機中。單片機接收到摘機信號后，啟動(dòng)語(yǔ)音提示電路發(fā)出提示音，提示操作者輸入密碼(系統支持在線(xiàn)修改密碼)。輸入的密碼經(jīng)DTMF接收，轉換成二進(jìn)制數并與事先存儲在單片機中的密碼比較。如果不相符，則語(yǔ)音提示密碼錯誤，可再次重新輸入，若三次密碼錯誤則發(fā)提示音并自動(dòng)掛機；如果密碼相符，則語(yǔ)音提示選擇控制通道(按鍵l、2分別表示1、2號通道)。通道選擇后，按下“1”鍵表示開(kāi)啟該路電器，并有語(yǔ)音提示“該路電器已經(jīng)開(kāi)啟”；按下“O”鍵表示關(guān)斷該路電器，有提示音“該路電器已經(jīng)關(guān)閉”；再按“O”鍵則可掛機退出。若超時(shí)則自動(dòng)掛機(超時(shí)時(shí)間由軟件設定)。 2 系統組成 本系統由5部分組成，即振鈴檢測電路、模擬摘機電路、DTMF解碼電路、通道控制電路和語(yǔ)音提示電路。其中振鈴檢測和解碼均采用外部中斷來(lái)實(shí)現，系統組成原理框圖如圖1所示。 
3 系統硬件電路設計 3．1 振鈴檢測電路 3．1．1 原理分析 公用電話(huà)網(wǎng)的傳輸線(xiàn)路為二線(xiàn)模擬線(xiàn)路，采用直流環(huán)路信號方式，能向模擬話(huà)機提供直流饋電、振鈴信號、話(huà)音數據、音頻數據、雙音頻數據等。我國規定的標準為，話(huà)機在不通話(huà)時(shí)，電話(huà)線(xiàn)中的直流電壓是48 V。當有電話(huà)呼入時(shí)，同時(shí)還有(25±15)V、25 Hz的正弦信號加在電話(huà)線(xiàn)上，所以向用戶(hù)振鈴的鈴流電壓為(75±15)V、25 Hz的交流電壓。振鈴以5 s為周期，即1 s送，4 s斷。根據振鈴信號電壓比較高的特點(diǎn)，可以先使用高壓穩壓二極管進(jìn)行降壓，然后輸入至光電耦合器。經(jīng)過(guò)光耦的隔離轉換，從光電耦合器輸出的波形是頻率較高的方波信號，然后再將該方波信號轉化成便于LPC932計數的低頻方波信號。 3．1．2 方案設計 采用穩壓管、光電耦合器和反向器(晶體管9018)，將一個(gè)周期的振鈴信號轉化成一個(gè)周期的方波信號，送入LPC932的INTO進(jìn)行計數，其電路如圖2 所示。
當有振鈴信號時(shí)，電話(huà)線(xiàn)上的鈴流信號為(75±15)V、25 Hz的交流信號。其中直流電壓為48 V左右，交流電壓為(25±15)V、25 Hz的正弦信號。當該信號進(jìn)入振鈴檢測電路后，首先用高壓電容C1進(jìn)行隔直，電阻R1起限流作用。交流信號經(jīng)過(guò)R1后通過(guò)穩壓管D1降壓，然后輸入到光電耦合器進(jìn)行轉換。轉換后的信號經(jīng)C2和R2濾波整流后，會(huì )變成標準低電平和帶紋波高電平的長(cháng)周期脈沖信號；但是輸出的波形不好，且高電平的狀態(tài)還與交換機有關(guān)，所以在后面加上了一個(gè)晶體管反向器作為整形，這樣就可以得到很完整的波形了，即電話(huà)每振鈴一次就產(chǎn)生一個(gè)周期的方波信號。將該信號輸入LPC932 的中斷口進(jìn)行計數，方便、可靠。 3．2 模擬摘機電路 3．2．1 原理分析 在設計該電路之前，首先介紹一下電話(huà)摘機的工作原理。用戶(hù)話(huà)機的摘掛機狀態(tài)，是通過(guò)對直流環(huán)路上電流的通斷來(lái)實(shí)現的。用戶(hù)掛機空閑時(shí)，直流環(huán)路斷開(kāi)，饋電電流為0；反之，用戶(hù)摘機后，直流環(huán)路接通，饋電電流在20mA以上。因為程控電話(huà)交換機對電話(huà)摘機的響應，會(huì )使電話(huà)線(xiàn)回路電流突然變大約30 mA，所以交換機檢測到回路電流變大就認為電話(huà)機已經(jīng)摘機。 3．2．2 電路設計 通過(guò)單片機控制晶體管9013的通斷，進(jìn)而控制繼電器的通斷來(lái)實(shí)現模擬摘機。其電路如圖3所示。
晶體管開(kāi)關(guān)電路控制繼電器的開(kāi)關(guān)，繼電器控制音頻信號輸入到解碼電路進(jìn)行解碼。當掛機時(shí)，P1．3的電平通過(guò)CPU控制為低電平，T1截止，電路無(wú)法形成回路，沒(méi)有電流(理想狀態(tài))，交換機則認為電話(huà)線(xiàn)處于掛機狀態(tài)。摘掛機信令由單片機通過(guò)使P1．3口變?yōu)楦唠娖綄?shí)現。改變晶體管T1的基極電壓，使T1處于導通狀態(tài)，從而吸合繼電器K1，使音頻信號通過(guò)K1輸入到解碼電路進(jìn)行解碼。這時(shí)電話(huà)線(xiàn)回路電流突然變大約30 mA，所以交換機檢測到回路電流變大就認為電話(huà)機已經(jīng)摘機，整個(gè)電路完成自動(dòng)模擬摘機過(guò)程。 3．3 DTMF解碼電路 3．3．1 原理分析 當用戶(hù)在電話(huà)機的鍵盤(pán)上輸入密碼或按下控制按鈕后，這些信息均采用雙音頻方式通過(guò)電話(huà)線(xiàn)發(fā)出。DTMF解碼電路的主要作用是接收從TELO、TEL1輸入的雙音多頻信號，并將其轉換成二進(jìn)制編碼，然后輸至單片機進(jìn)行數據處理，進(jìn)而實(shí)現控制功能。本方案采用雙音多頻(DTMF)解碼芯片MT8870來(lái)對雙音頻信號進(jìn)行解碼，將其轉化成二進(jìn)制數據并輸入CPU進(jìn)行數據處理。 3．3．2 電路設計 由MT8870組成的解碼電路如圖4所示。
本電路采用的是MT8870雙音多頻解碼芯片，能實(shí)現雙音多頻信號(DTMF)的解碼。當接收DTMF信號時(shí)，模擬摘機后從TEL0、TELl進(jìn)入的雙音多頻信號經(jīng)過(guò)耦合隔離變壓器耦合入MT8870的輸入腳IN一；DTMF信號經(jīng)運放、撥號音濾波器、高頻組及低頻組分離帶通濾波器送到數字算法與編碼變換器進(jìn)行確認，譯成相應的4位二進(jìn)制碼，存入接收數據寄存器，需要時(shí)通過(guò)數據總線(xiàn)Q1～Q4輸出，送入LPC932的PO口。其中輸入腳IN-和增益選擇端 GS之間的反饋電阻可以調節運放的增益。 3．4 語(yǔ)音提示電路 3．4．1 原理分析 APR9600 語(yǔ)音錄放芯片，是繼美國ISD公司以后采用模擬存儲技術(shù)的又一款音質(zhì)好、噪音低、不怕斷電、可反復錄放的新型語(yǔ)音電路。單片電路可錄放32～60 s，串行控制時(shí)可分256段以上，并行控制時(shí)最大可分8段。與ISD公司同類(lèi)芯片相比，它具有價(jià)格便宜，有多種手動(dòng)控制方式，分段管理方便，多段控制時(shí)電路簡(jiǎn)單，采樣速度及錄放音時(shí)間可調，每個(gè)單鍵均有開(kāi)始、停止、循環(huán)多種功能等特點(diǎn)。 在A(yíng)PR9600芯片的內部，錄音時(shí)外部音頻信號通過(guò)話(huà)筒輸入和線(xiàn)路輸入方式進(jìn)入。話(huà)筒可采用普通的駐極體話(huà)筒。在芯片內話(huà)筒放大器中帶有自動(dòng)增益調節 (AGC)，可由外接阻容件設定響應速度和增益范圍。如果信號幅度在100 mV左右即可直接進(jìn)入線(xiàn)路輸入端，音頻信號由內部濾波器、采樣電路處理后以模擬量方式存入專(zhuān)用快閃存儲器Flash中。由于Flash是非易失器件，斷電等因素不會(huì )使存儲的語(yǔ)音丟失。 放音時(shí)芯片內讀邏輯電路從Flash中取出信號，經(jīng)過(guò)一個(gè)低通濾波器送到功率放大器中，然后直接推動(dòng)外部的喇叭放音。廠(chǎng)家要求外接喇叭為16 Ω，實(shí)際實(shí)驗用8～16Ω均可。一般音量下輸出功率為12．2 mW(16 Ω)。 3.4．2 電路設計 (1) 錄音電路設計 在語(yǔ)音提示電路的設計過(guò)程中，首先要對APR9600進(jìn)行語(yǔ)音的錄入，把系統所需要的語(yǔ)音信息錄入到芯片中。根據需要，系統只需要8段語(yǔ)音提示信息，所以本電路選擇APR9600的并行工作模式。APR9600芯片的并行工作模式十分簡(jiǎn)單，每段都有對應的鍵控制，按哪一鍵就錄／放哪一段，可以方便地對任意一段重新錄音而不影響其他段，而且可對任意一段循環(huán)放音等。每段錄音的最長(cháng)時(shí)間是等分的，最多可以分8段，剛好可以滿(mǎn)足本系統的需要。其錄音電路原理如圖 5所示。
并行8段控制需要將芯片的MSEL1端置1(高電平)、MSEL2端置1(高電平)、M8端置1。模式置好后開(kāi)始錄音，置RE端為O，按住M1即聽(tīng)到 “嘀”一聲，BUSY指示燈亮即開(kāi)始錄音第l段，松開(kāi)鍵時(shí)又聽(tīng)到“嘀”一聲，BUSY指示燈熄滅即錄音停止。M2～M8分別錄其他7段。錄音時(shí)可以不按順序，先錄任意一段均可，不滿(mǎn)意可重新錄音。每段的最長(cháng)時(shí)間為7．5 s(以全片60 s錄音計)，錄滿(mǎn)時(shí)指示燈熄滅并響“嘀嘀”兩聲。當然，實(shí)際每段錄音可以長(cháng)短不一。置RE端為1即是放音狀態(tài)，按一下M1即放音第1段，放音期間再按一下 M1即停止放音，如果壓住M1鍵不放即循環(huán)放音第1段直到松開(kāi)鍵。M2～M8分別控制另外7段。CE鍵為停止鍵，放音期間按一下該鍵也能停止放音。 (2)放音電路設計 在語(yǔ)音芯片APR9600的錄音工作完成之后，接下來(lái)的任務(wù)就是把語(yǔ)音芯片接入系統中，通過(guò)CPU控制它的放音，根據需要適時(shí)地將提示音經(jīng)過(guò)功率放大器 LM324放大后反饋到電話(huà)線(xiàn)上，最終到達用戶(hù)的話(huà)機，起到語(yǔ)音提示的作用。其電路原理如圖6所示。
因為系統總共有8段提示音，而單片機LPC932并沒(méi)有8個(gè)多余的I／O口，所以本單元電路使用LPC932的3個(gè)I／O口來(lái)實(shí)現語(yǔ)音提示功能。筆者選用 3-8譯碼器74LSl38將現有的3個(gè)I／0口擴展成8個(gè)I／O口，用來(lái)控制8段提示音的放音，即P1．4、P1．5、P1．6分別連接3—8譯碼器的 A、B、C，根據需要選通系統所需要發(fā)出的那段提示音(控制M1～M8中的某一個(gè)為低)，被選通的提示音信號從SP+和SP一發(fā)出。將該語(yǔ)音信號輸入到 LM324進(jìn)行功率放大，再將放大后的語(yǔ)音信號輸入到電橋電路，通過(guò)橋堆反饋到電話(huà)線(xiàn)上，并最終到達用戶(hù)的話(huà)機上，從而實(shí)現語(yǔ)音提示的功能。 3．5 通道控制電路 3．5．1 原理分析 電話(huà)遠程控制系統對受控設備的控制，要通過(guò)單片機對繼電器的閉合才能實(shí)現。在繼電器驅動(dòng)時(shí)，繼電器控制端線(xiàn)圈工作電流比較大，不能直接用CPU的I／0口驅動(dòng)繼電器，因此，在CPU與繼電器之間必須設置一個(gè)繼電器驅動(dòng)電路。 3．5．2 方案設計 本方案采用晶體管9013作為開(kāi)關(guān)電路來(lái)控制繼電器的關(guān)閉與開(kāi)啟，從而實(shí)現對通道的控制，電路如圖7所示。
當CPU的P1．5腳輸出高電平時(shí)，晶體管導通，繼電器吸合，通道開(kāi)啟；當P1．5腳輸出低電平時(shí)，晶體管截止，繼電器斷開(kāi)，該路通道關(guān)閉。這樣就實(shí)現了對通道的控制，其中二極管D1的作用是保護晶體管9013，避免被繼電器吸合、關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的瞬時(shí)高壓擊穿。 其工作原理為：繼電器K在晶體管T導通時(shí)，上面電壓為上正下負，電流方向由上向下。在T關(guān)斷時(shí)，K中線(xiàn)圈電流突然中斷，線(xiàn)圈會(huì )產(chǎn)生感應電勢，其方向是力圖保持電流不變，即總想保持K電流方向為由上至下。這個(gè)感應電勢與電源電壓迭加后加在T兩端，容易使T擊穿。為此加上D1，將K產(chǎn)生的感應電勢短路掉，讓電流沿順時(shí)針?lè )较蛟诙䴓O管和繼電器的小回路里面流動(dòng)，從而保護T和繼電器本身。 4 系統軟件設計 系統包括振鈴檢測電路、模擬摘掛機電路、雙音頻信號(DTMF)解碼電路、語(yǔ)音提示電路及通道控制電路等多個(gè)模塊。這些模塊都是通過(guò)中央控制器 LPC932來(lái)協(xié)調控制的，這使得各個(gè)模塊的聯(lián)系非常緊密，它們之間是相互聯(lián)系、影響的，而不是完全獨立互不影響的獨立模塊。所以L(fǎng)PC932的功能引腳要合理的安排，才能使各個(gè)模塊之間相互協(xié)調的工作。系統主要模塊的軟件設計如下： 該系統軟件主程序的內容主要包括：對中斷方式和中斷優(yōu)先級的設置，對LPC932的控制I／O口的初始化，各種標志的初始化，以及解碼芯片MT8870的初始化，原始密碼設置，密碼接收存儲區清零，模擬摘機之前振鈴次數的初始化等。其程序流程如圖8所示。
5 結論 本系統是將公眾電話(huà)網(wǎng)與單片機系統有機結合的綜合設計，有效地利用了現有的電信網(wǎng)絡(luò )資源，通過(guò)單片機LPC932實(shí)現了遠程控制，突破了傳統的無(wú)線(xiàn)遙控技術(shù)。電話(huà)遙控作為一個(gè)較新的課題與常規的遙控方式相比，顯示出一定的優(yōu)越性，不需進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的布線(xiàn)，不占用無(wú)線(xiàn)電頻率資源，避免了電磁污染。 參考文獻 1. 周立功 LPC900 系列Flash單片機應用技術(shù) 2004 2. 李傳南.王劍剛.李寶華 單片機與DTMF信號收發(fā)芯片MT8870的直接接口設計 1999(2) 3. Pearce G J Telecommunication Switching 1981 作者：桂林電子科技大學(xué) 李君懿 來(lái)源：?jiǎn)纹瑱C與嵌入式系統應用 2008 (12) |
