职能型电话远程复合控制系统

智能型电话远程复合控制系统五邑大学信息学院：陈淼森李国星彭超容刘佳指导老师：廖惜春、关小泉2004年11月摘要：本系统是基于PSTN的可实现远程智能控制及报警的综合性系统。其主要功能包括：检测用户密码、修改密码、修改电话号码、远程控制家用电器、自动退出控制系统、以及实现远程语音报警等。关键词：远程智能控制PSTNAT89C52MT8888ISD4003第一章概述21世纪是信息时代，各种电信新技术推动了人类文明的进步。自从1876年，AlexanderGrahamBell（贝尔）发明电话以来，世界各国的电话网络发展非常迅速。进十年来，中国的固定电话业务呈现出举世瞩目的快速增长。1997年8月局用电话交换机总容量突破1亿门，网络规模跃居世界第二位，1999年7月固定电话用户总数突破1亿户。现代电话网络是由交换机和电话传输线共同组成，它的性能已经有了很大的进展，而且可靠性非常高。随着科技的发展，人们对生活质量的要求越来越高，尤其是对智能化的需求，而远程控制更倍受人们的青眯。常用远程控制大概可分为以下几种方式：1、采用专用的远程控制模块。例如西门子公司专门生产的远程控制模块TC35，该模块通过GPRS（GerneralPackerRadioService通用无线分组业务）收发短信息就可以达到智能控制的目的，安全可靠，将是大势所趋。但是其成本和运营价比较昂贵。2、基于Internet的远程控制方式。这种方式可应用蓝牙等通讯模块，CAN总线等协议技术。采用这种方式的前提条件是通讯双方必须都具备能够上网的设备，且被控制方的设备要长期开放，成本较高，难以普及到普通家庭。3、基于PSTN（PublicSwitchedTelephoneNetwork）的电话控制方式。该方式是利用任何一部普通电话或手机进行远程访问与控制，随着计算机技术和通信技术的发展，依托于公用电话网络之上的远程控制技术越来越常见。而目前应用得更多的是PC和Modem的配合，它可以方便地实现远距离、大容量、高精度的数字数据传输，但是使用该技术成本较高。在一般情况下，如果被控制端是一组开关或定时器，控制命令又不复杂，就可以直接用双音多频（DTMF）电话机上的10个数字键、或者它们的组合来实现。这种基于PSTN的远程控制系统就显得方便、经济，只要能拨通家里的电话就能实现控制。因此本系统选择了第三种方案基于PSTN进行设计。它可以直接挂接在电话线上（并不影响原电话机的正常工作），用户可以通过电话或手机拨打家庭电话，只要选择相应的按键，就可以实现对电器的远程控制或其它功能；当发生防盗警情时，本系统立刻启动报警模块，通过电话线，按设定的电话号码向外拨打电话实现语音报警。本系统具有：检测用户密码、修改密码、修改电话号码、远程控制家用电器、自动退出控制系统、远程语音报警等功能。上述功能主要由：AT89C52、ISD4003、MT8888，AT24C02、MAX232六块芯片和相关电路来实现的。其中AT89C52是中央处理器（单片机），提供中央处理服务，处理各种指令以及实现中断服务；ISD4003语音芯片，记录各种语音提示，其内容参阅语音表；MT8888是DTMF芯片，接收并解出从交换局送来的DTMF信号（也就是用户输入的各种控制指令）以及当中央处理器检测到防盗警情时，向交换局发送出DTMF信号（报警电话号码）；AT24C02是串行EEPROM，提供密码保护以及报警电话号码存储功能；MAX232是电平转换芯片，实现中央处理器与RS232之间的电平转换。接口控制电路也是本系统的一项新颖的设计技术。普通的接口控制通常采用电力载波技术，该种技术的最大缺陷是工程布线复杂，给施工带了很多不便。本系统所采用的是无线数据传输控制技术，采用专用的无线数据DF发收模块实现宽范围的数据收发功能；这种技术施工简单，收发数据可靠，收发范围宽等特点。第二章系统方案选择与设计原理2.1系统方案比较方案一：采用AT89C52、ISD4003、AT24C02、MT8888以及由三极管（开关管）组成的模拟摘机电路来设计本系统。此方案的最大特点就是工作可靠性高、便于操作，存储的用户数据在掉电的情况下可以保留100年，不用担心用户的数据丢失；MT8888是基于ATMEL系列单片机接口电路而设计的芯片，只要把MT8888的读写端与单片机的WR、RD脚对应连接起来，芯片初始化后就可以正常工作了，使用很简单；模拟摘机电路采用开关管设计，这样的设计的好处是：驱动电流比较少干扰也比较少（相对继电器而言）。方案二：采用AT89C52、ISD4003、MT8880以及由继电器组成的模拟摘机电路来设计本系统。此方案的最大优点是电路简单（省去AT24C02），用户的数据可以存储在中央处理器的内部RAM中，但是，当掉电的时候，内部RAM的数据就会丢失。当用户下次进入系统的时候，要重新输入用户的数据，这就存在极大的不便；MT8880也是DTMF收发码芯片，但是它是基于MOTOROLA系列单片机接口电路而设计的芯片，应用于ATMEL系列单片机需要外加一定的电路，或者使用软件进行时序的较正，使用起来比较麻烦；继电器具有易于控制的特点，但是，它的驱动电流比较大（相对三极管开关电路而言），而且触点容易氧化，导致接触不良，影响正常工作，还有它的干扰比较大，会影响通话的质量。方案三：采用AT89C52、ISD4003、AT24C32、MT8870+HT9200A以及振铃检测电路、模拟摘机电路来设计本系统。此方案的最大特点是不用MT8888而是用DTMF译码器MT8870和发码器HT9200A，9200A串行发码，外围元件少，独立工作，时序简单，价钱比MT8888便宜，但没有电话信号检测功能，另外要设计电话信号检测电路，硬件复杂。根据以上的分析，本系统采用方案一。2.2系统设计原理请参看系统框图（图1）与流程图（图2）。当远程用户拨打家庭电话（已安装本系统）时，通过振铃检测电路，中央处理器检测到振铃声音，进入中断处理，开始计数，当振铃五次没有人接听时，系统则进入模拟摘机，进入远程控制模式。图1系统方框图当远程用户进入控制模式时后，本系统要求用户输入事先设定的密码，以确认是否是合法用户。远程用户通过电话机的键盘输入密码，MT8888接收从交换MCUAT89c52传感器电路DTMF编/解码及摘/挂机电路振铃检测电路语音提示电路无线收发模块受控电器PC机通信和控制局送到的DTMF信号，并解出相应的号码值，中央处理器再把该号码值与事先存储在AT24C01中的密码值相比较，如果数值相等，则输入密码正确，允许用户进入功能控制；如果用户三次输入密码不正确，则自动挂机，退出本系统，系统重新进入待命状态。当用户进入功能控制后，中央处理器发出指令，令ISD4003播出相应的语音，如：“修改密码请按1，修改电话号码请按2，进入电器控制模式请按3，退出请按4”。此时系统则进入一个功能循环选择模式，用户可以选择功能输入相应号码。例如，用户输入1，通过DTMF编/解码电路进行译码和中央处理器校验，进入修改密码子功能，用户两次输入正确密码则密码修改成功，否则修改不成功，执行完修改密码子功能后，系统重新返回到功能循环选择模式，直到用户选择退出或用户操作超时，则退出该系统。YESNONOYES图2系统流程图开始警讯?控制?语音提示模块密码校验模块控制功能选择语音提示模块修改密码模块返回语音提示模块返回DTMF报警模块语音报警提示反馈控制结束密码功能选择电器控制模块电话号码修改功能选择语音提示修改号码模块返回退出功能选择结束第三章系统的硬件组成3.1.1自动摘挂机电路（图3）因为程控电话交换机对电话摘机的响应是电话线回路电流突然变大为约30mA的电流，交换机检测到回路电流变大就认为电话机已经摘机。本系统的自动摘挂机电路由极性变换电路、开关三极管、保护管（12V）、R1（470Ω）和R2（240Ω）组成，其中开关管的通断是通过单片机控制的，当单片机的P1.7(ON)口输出高电平时，三极管导通，从而完成摘挂机。设计主要思路：根据国家有关标准规定：不论任何电话机，摘机状态的直流电阻应≤300Ω，有“R”键的电子电话机的摘机状态直流电阻应≤350Ω。在挂机状态下，其漏电流≤5μA。当用户摘机时，电话机通过叉簧接上约300Ω的负载，使整个电话线回路流过约30mA的电流。交换机检测到该电流后便停止铃流发送，并将线路电压变为十几伏的直流，完成接续。根据有关技术指标，模拟摘挂机电路设计如图3自动摘挂机电路所示；R1470Q4555112VQ55551R2240VCCMT8888TONON+++Q2A1013LED2MT8888IN4002SOUT12JACK1CON2RU1图3自动摘挂机电路（也包括DTMF和语音电路与电话线的接口电路）模拟摘挂机电路主要由极性变换电路、两个三极管Q2、Q4组成的开关电路、电话线的负载R1（470Ω）和R2（240Ω）电阻、保护电路（12V）稳压管所组成。摘挂机信令由单片机通过使P1.7（ON）口变为高电平实现。当P1.7（ON）为高电平时，改变三极管Q4的基极电压，使Q4处于导通状态，从而使Q2也处于导通状态，同时，驱动发光二极管D2指示摘机，此时电阻R1和R2接入电话线两端。因为R1和R2的电阻为710Ω，使回路电流变大，控制电路向交换机发出模拟摘机的信号，交换机响应摘机信号，完成电话线路接通。整个电路完成自动模拟摘机过程。根据设计原理，原器件选取如下：1、LED2是摘机指示灯，取5mm红色发光二极管；2、LED2上边的电阻是三极管限流电阻，取3.3kΩ；3、Q2、Q4三极管是起模拟开关作用，且要求耐高压，故取1013、5551；4、整流桥起极性变换作用，取4004；5、R1和R2是摘机电阻，分别取470Ω和240Ω；6、稳压管是起过压保护作用，取12V；7．RU1为压敏电阻,可防雷击,取耐压值为270V。3.1.2振铃音的检测电路（图4）在分析电路之前，首先介绍一下公用电话网线路上的信号音及其检测方法。公用电话网的传输线路为二线模拟线路，采用直流环路信号方式，能向模拟话机提供直流馈电、振铃信号、话音数据、音频数据、双音频数据等。我国规定的标准为，平时挂机时的馈电电压一般为-48V，向用户振铃的铃流电压为75±15V，25Hz的交流电压，用户话机的摘挂机状态是通过对直流环路上电流的通断来实现的，用户挂机空闲时，直流环路断开，馈电电流为0；反之，用户摘机后，直流环路接通，馈电电流在20mA左右。当用户被呼叫时，电话交换机发来铃流信号。振铃为25±3Hz的正弦波，谐波失真不大于10%，电压有效值90±15V。振铃以5秒为周期，即1秒送，4秒断。根据振铃信号的特点振铃的数目可用过零检测法对振荡铃信号进行判断。由于电压比较高的要先降压，应用LM339作过零检测，可将正弦波整形成方波信号就可以直接输出至单片机的对外计数器T0输入口，完成整个振铃音检测和计数的过程。LM339的过零检测原理：LM339四运放常用作电压比较器，将基准电压输入端（反相输入端）设为0V，另一输入端信号大于0V时输出为高电平，低于0V时输出为低电平，在一定的时间内通过计算输出脉冲的频率和周期从而可知输入信号的频率和周期。所以过零检测法常用于通信中信号频率和周期的检测和计数及相位的同步等。另外可以通过改变基准电压来实现输出过零脉宽可变。工作原理：25Hz的电话振铃信号通过电容C1降压隔直、R1限流，整流桥DBR1整流后、得到50Hz的正半波，D1为12V稳压二极管，防止瞬间电压过高而烧坏LM339比较器、R4和R54共同组成分压电路，将输入的振铃信号采样送入LM339作比较。C2作滤高频波抗干扰，LM339为集电极开路输出，所以要外接10K的上拉电阻。矩形波的跳变沿很陡，有时希望它的上升沿和下降沿变得缓慢些，以消除方波沿的脉尖，这时应用输出端R9和C3组成积分抗干扰电路，电容C3要小于1000PF，否则τ=RC系数太大使波形失真严重。单片机中断方式采用外部计数中断，为了调试方便，设成响铃3次计数器计数超过