电话铃音检测设计新法新型智能无人监控防盗报警器.doc

电话铃音检测设计新法 本文系2005年四川省教育厅青年基金项目（编号：2005B035）子课题周波，傅成华，宋弘（四川理工学院电信系,四川，自贡， 643000）摘要 本文介绍了一种新型的电话铃音检测方法，它使用锁相原理和可编程CPLD器件来实现。此设计具有能够检测回铃音、忙音以及智能判断对方摘机、回铃音超时响铃等功能；还具有通用性强的功能，即进行简单的程序修改就能适应各种铃音的检测。关键词: 回铃音，VHDL，CPLD，锁相 中图分类号: TN409 文献标识码：A 文章编号： 1.引言 随着人们生活水平的提高，安全意识也在不断提高，抽样调查显示，一般的家庭很少装有电子防盗报警装置，因为现有的廉价供家庭使用的电子防盗报警系统只能实现简单的报警功能，并不能在犯罪发生后给警方取证留下任何帮助；而大型的监控系统造价高，而且往往需要配备专门的监控人员，不适合家庭的应用。因此，开发基于移动和固定通信网路的无人监控防盗系统有着可观的经济价值和深远的社会意义。为此，我们研制了一款新型的智能报警器。它具有两个优点：首先，具有自动电话报警功能；其次，能够在不使用微机的情况下将犯罪现场录制下来，保证公安人员的快速出警和取证工作。该报警系统的主要框图如图一所示：入侵检测模块控制电话110报警移动报警摄 像图像存储启动和停止报警模块被控灯图一 新型报警器的原理框图 由于篇幅的原因，我们在这里主要讲述电话铃音检测设计的新方法。我们知道电话正常呼叫包括以下几个阶段： A.主叫摘机，听到拨号音。 B.主叫拨首位号，拨号音断，主叫继续拨完被叫号码。 C.被叫振铃，主叫听到回铃音或忙音。 D.被叫摘机，回铃音断，双方通话。 E.被叫先挂机，主叫听到忙音后再挂机；主叫先挂机，被叫听到拨号音后可拨号码。由于我们设计的报警器是无人监控的报警器，即如果有人非法侵入，将启动自动语音报警；因此在这几个阶段中A、C、D是三个必要进行控制的阶段（第二个阶段是主叫摘机后自动完成）。在考虑到系统控制的需要，我们还要考虑一种情况就是回铃音正常，但无人接听，这个时候我们不能进行盲目等待，因而考虑了一个回铃音超时响铃进行主叫挂机的功能。综上所述，有四个音我们是一定进行检测的，包括：回铃音信号、忙音信号、回铃音超时响铃信号、被叫摘机信号。下面我们将进行详细介绍。2.设计思路判断铃音常用的设计思路有三种：A.主要通过单片机进行计数，通过对信号进行固定时间的计数，如1.2秒。先由LM567对信号音整形；拨号完了，单片机会立即起动1.2秒的回铃音检测，若不是回铃音，则会立即挂机重拨，若是回铃音，则继续检测，第二个1.2秒回铃音检测在3.8秒后进行，以此类推直到第n个1.2秒回铃音检测到不是回铃音了就是对方摘机了，这时可播放语音。B. 主要通过可编程逻辑器件来完成，常用的思路与单片机的思路差不多，仍然通过在固定时间进行计数然后进行比较。如在摘机信号产生大约1s后，即MT8880芯片被设置为呼叫处理模式后启动该模块。在该模块的内部，设置了两个计数器。一个为对CLK时钟信号进行计数，产生5s控制信号；另一个对中断送来的脉冲进行计数。两个计数器由摘机信号启动，5s后判断第二个计数器的计数值。如果计数值大于某个固定值，则说明电话交换机系统处于可拨号的状态，“拨号”信号置为有效、“忙”信号置为无效，以触发DTMF收发时序仿真模块进行拨号操作。否则，电话处于不可拨号的状态，“拨号”信号无效、“忙”信号有效，驱动摘/挂机模块产生挂机信号。以上的两种方法有个共同的特点就是都使用了两个计数器，也都有一个共同的缺点就是在回铃音的检测上，即如果回铃音正常，但无人接听，程控交换机在发出一段时间的回铃音后会进入其它音状态，因此他们都没有考虑回铃音超时响铃的状态。C.主要通过硬件完成。原理略。它的缺点主要是回铃音的频率一定不能有偏差，否则就检测不到回铃音信号。在这里，我们使用的是锁相原理和可编程CPLD器件来完成该功能的实现。锁相原理主要完成将程控交换机传送的信号进行变换成相应的方波或者矩形波。CPLD器件通过VHDL编程，使用三个计数器（但都不对固定时间内的信号进行计数）完成对回铃音信号、忙音信号、回铃音超时响铃信号、被叫摘机信号的检测；特点是功能可靠，通用性强。3.设计原理设计主要涉及两个部分的内容：回铃音/忙音转换部分；回铃音/忙音检测部分。3.1 回铃音/忙音转换部分电路它主要完成将程控交换机传送的信号进行变换成相应的方波或者矩形波。在程控交换机NO.7信令中可闻信号包括5种，但我们只要考虑其中的两种：回铃音是450Hz正弦波，电压峰峰值Vpp0.7V，5秒周期信号，其中4秒送，1秒断；忙音是450Hz正弦波，电压峰峰值Vpp0.7V，0.7秒周期信号，其中0.35秒送，0.35秒断。 我们使用了一个LM567通用音调译码器来完成信号的变换，但是在信号传输到LM567之前要经过一个电平变换和放大电路，这里我们还是运用LM386音频放大器来完成的。我们将LM567的比较频率设置为450Hz，这样，程控交换机信号进来后，当出现450 Hz信号时，输出为低电平，否则为高电平。值得注意的是，该输出信号用于铃音检测时需要进行反相处理。如图二所示：图二 回铃音/忙音转换部分电路3.2 回铃音/忙音信号检测部分CPLD器件是基于PROM工艺的可编程器件，使用时一方面不用配置eeprom，一方面可以进行芯片加密，另一方面不需要研究人员懂硬件，实现在线编程。因此这个部分我们采用CPLD来完成，它的原理框图如图三所示。完成的设计模块如图四所示。回铃音/忙音计数1中断busy忙音rep2回铃音超时计数2时检测超时Rep4回铃音Rep1摘机计数器3摘机rep3清零clrna信号图三 回铃音/忙音信号检测原理框图图四 模块框图 在这个原理中，我们使用了三计数器。第一个计数器用于判断回铃音和忙音，根据计数值的范围来判断；在我们的设计中，时钟clk频率设置为1ms，那么回铃音的计数范围设置为35004200，而忙音的计数范围是300600。第二个计数器用于计算回铃音的个数，超过四个就产生超时信号rep4。第三个计数器是在回铃音不超时的情况下，计算铃音的间隙时间，计数超过1200，就表示电话已被摘机，产生摘机信号rep3，通知系统可以进行语音报警出事地点。一次电话报警结束，由系统发出clrn低电平信号进行CPLD的输出清零，这样将为下一个电话的拨打做好准备。仿真结果如图五所示摘机信号检测，如图六所示的忙音检测，图七所示的回铃音超时信号检测。其中的中断信号busy用于提醒系统程控交换机已经有响应。图五 摘机检测在图五中a给的是回铃音信号，rep1产生高电平，说明检测到这是回铃音信号；同时由于回铃音信号只出现了三个，因此判断被叫已经摘机，出现了rep3高电平。图六 忙音检测 在图六中，输入的是忙音信号，而 rep2出现高电平，表示检测到了忙音信号，可以通知系统让主叫方进行挂机处理。图七 回铃音超时检测 图七所示的图中可以看见，回铃音a出现了四次，rep4出现了高电平，说明回铃音超时检测完成。 在这里由于篇幅的原因，我们只给出回铃音/忙音的检测程序：PROCESS (clk, clrn,a) variablecount1: INTEGER RANGE 0 TO 4500; BEGINIF clrn = 0 THEN b1=0;b2=0;busy=0;count1:=0; ELSIF (clkEVENT AND clk = 1) THENIF a = 1 THENbusy3000 then b1=1;b2300 and count1600 then b1=0;b2=1; else b1=0;b2=0; end if; if b1=1 or b2=1 then count1:=0; end if; END IF;end if;END PROCESS;process(b1) begin IF clrn = 0 THEN rep1=0; ELSIF (b1=1) THEN rep1=1; end if;end process;process(b2) begin IF clrn = 0 THEN rep2=0 ; ELSIF (b2=1) THEN rep2=1; end if;4.结束语 可见，本次设计不仅修改了以往设计的不足，而且对于当电话音的载波频率在一个较宽的范围内变化及铃声的通断时间也在一个比较宽的范围变化都可以进行铃音检测。因此该设计不仅新颖，而且通用性好，具有较高的使用和推广价值。作者简介：周波（1972），女，四川人，四川理工学院，讲师，硕士，主要从事电子技术研究。傅成华（1957），男，四川人，四川理工学院，教授，硕导，主要从事人工智能控制研究参考文献1 程控交换原理实验指导书M.杭州：天煌教仪2 松潘. VHDL实用教程M. 成都：电子科技大学出版社，20043 杜建国. Veilog-HDL硬件描述语言M.北京：国防工业出版社，20044 樊昌信，通信原理M，北京，国防工业出版社，20015 叶敏，程控数字交换与现代通信网M，北京，北京邮电大学出版社，1998A New detection Method of The Telephone Ring (ZHOUBo，FUChengHua,SONGHong) (Sichuan University of Sciences and Engineering , Sichuan， Zigong ， 643000)Abstract: The article is introduced a new detection method of the telephone ring, which uses the principle of locking phase and the programmable device of the CPLD. On the one hand it can detect the returning telephone ring, busy ring, plunking signal by itself and the overtime of the