基于DTMF技术的单片机远程通信系统研究

1、基于dtmf技术的单片机远程通信系统研究基于dtmf技术的单片机远程通信系统研究research of remote communication system based on single chip microcompurter dtmf technology基于dtmf技术的单片机远程通信系统研究摘 要在我国以电话线路为传输介质的窄带网络十分普及且成本低廉，基于dtmf(dual tone multiple frequency)双音多频技术的单片机远程通信系统在对通信带宽要求不高的环境监控，智能家居及安防系统等方面都有着广泛的应用。本设计阐述了利用dtmf技术，在现有电话网中实现智能住宅的

2、远程报警和控制的具体实现方法。着重研究了dtmf远程通信技术在远程测量和智能住宅中的应用，且将现有的普通电话来电显示服务功能应用于基于dtmf技术的智能住宅安防系统中，显著提高了该系统的反应速度并改善了其使用性能。关键字dtmf；单片机；远程通信；远程报警；智能住宅 research of remote communication system based on single chip microcompurter dtmf technologyabstract: in our country the telephone system is universally used in the na

3、rrow band environmental monitoring for its low-cost. the dtmf technique based on mcu is broadly used on the environment remote having low communication band width, smart-house and security automation system.this design describes a specific method of dtmf technology, and how to realize the remote ala

4、rm and control of intelligent residential in the existing telephone network. it focuses on the dtmf remote communication technology in the application of the remote measurement and intelligent residential, and the existing ordinary telephone caller id service function is applied to significantly imp

5、rove the speed and performance of the system based on the dtmf technology, intelligent residential security systems.key words: dual tone multiple frequency; mcu; remote communication; smart-house目 录1 引言11.1 国内外研究现状11.2 本文开展研究的意义21.3 文章主要内容及章节安排22 利用dtmf技术进行通信的原理分析22.1 设计系统分析42.2 被控端设计52.3 主控端设计63 基于

6、dtmf的远程检测系统设计73.1 系统基本原理分析83.2 系统硬件设计93.2.1 振铃检测电路93.2.2 模拟摘挂机电路103.2.3 dtmf 拨码电路103.2.4 dtmf译码电路103.3 系统软件设计113.3.1 接收dtmf程序113.3.2 发送dtmf 程序124 基于dtmf的智能住宅安防的应用设计124.1 系统组成及工作过程134.2 系统硬件电路设计与特点分析134.2.1 双音频编解码电路设计134.2.2 振铃检测及摘挂机控制电路设计154.2.3 存储电路154.2.4 自动拨号电路164.2.5 dtmf信号与单片机的接口电路164.2.6 语音控制与

7、语音录放164.3 软件设计174.4 系统使用要求19结束语20参考文献21致谢22231 引言随着科技的发展，通过电话线进行的远程通信越来越常见。起初，dtmf（双音多频）信号的目的是为了自动完成长途呼叫。目前，为了实现远程监测，监控设备就必须具有远程通信终端，而这种通信终端大多用单片机或数字信号处理器来实现。dtmf通信方式，具有接口简单，成本低廉且可靠性高的特点。与相关软件配合还可实现双向呼叫通信，正确识别通话与通信等功能，可适用多种远程通信场合，它有很强的抗干扰能力，因此被广泛用于远距离通讯。为了在考虑成本的前提下提高单片机通信的质量，对单片机远程通信的接口和通信协议进行充分的研究就

8、显得极为必要。本论文试图通过对单片机远程通信的各种实现方式的综合研究，对其进行科学合理的分类，同时试图通过对基于dtmf技术的家庭安防系统进行系统的分析，找出其存在问题并利用现有技术和新技术对其性能进行提高。1.1 国内外研究现状近年来随着我国计算机技术和信息技术的迅猛发展，具有网络通信能力就成为了单片机的一种新的发展方向。同时，曾在程控电话系统和通信设备中广泛使用的dtmf(双音多频)技术由于信号抗干扰能力强，且适合于远距离通信，在单片机远程通信中也占有重要的地位，并在通信系统、家庭自动化、通过电话线远程控制，及安全系统中有着广泛的应用，单片机远程通信仍有很多问题需要解决：现有单片机远程方式

9、方法多种多样，但没有相应的分类标准，不利于对其进行系统的研究和分析。单片机远程通信中的各种软件协议，尤其是网络通信中的各种通信协议使用较不便捷。dtmf技术在单片机远程通信中占有重要地位需要深入研究。基于dtmf技术的普通电话安防系统，依赖振铃记数来决定电话是否自动摘机，既影响用户正常使用电话，又降低了安防系统的反应速度，需要一种可行的方法来解决。1971年美国德州仪器(texaxinstrument)公司推出了第一款单片机tms-1000(4位，无通信端口)，它的发展使嵌入式计算机系统实现了单片集成，并促进了通用微处理器(cpu)向嵌入式微处理器发展。如今，嵌入式微控制器与嵌入式微处理器作为

10、嵌入式系统中两个重要组成部分、使现代电子技术进入到一个崭新的智能化时代，在这一发展过程中单片机的通信能力在不断提高，单片机开始具有了初步的通信能力。为了提高单片机有限的通信能力,国外的各大电子组织和厂商又先后制定了多种通信接口标准和通信协议如采用串行通信方式的rs-232、rs485、spi、fc、usb等接接口标准和协议。但随着分布式测控的发展，在单片机的实际应用中又提出了使其具有总线通信能力的新要求，为此各大电子组织和厂商又分别独立和联合推出了各种通信总线协议和接口，如广泛使用的can总线接口协议等。1.2 本文开展研究的意义目前，为了实现远程监测，监控设备就必须具有远程通信终端，而这种通

11、信终端大多用单片机或数字信号处理器来实现。由于监控系统的分布性及工作环境的特殊性，具有远程通信能力的单片机终端已经成为一种普遍需要，为了考虑成本，提高单片机通信的质量，对单片机远程通信的接口和通信协议进行充分的研究就显得极为必要。本论文试图通过对单片机远程通信的各种实现方式和途径的综合研究，对其进行科学合理的分类，并引入共同的通信协议分析对比模型，明析各种通信协议中不同模块的作用，同时试图通过对基于dtmf技术的家庭安防系统进行系统的分析，找出其存在问题利用现有技术和新技术对其性能进行提高。1.3 文章主要内容及章节安排本设计主要研究利用dtmf技术通过有线电话网络、无线通讯网络和家居局域网络

12、三种实现方式实现安防监测与监控设计的综合研究，上述三种实现途径分别在此论文中的三个章节中各自体现。2 利用dtmf技术进行通信的原理分析要完成dtmf对数据的监控过程，主要运用到家庭控制器、传感器、报警器、双音频编解码器，语音控制、播放电路、振铃检测及摘挂机控制电路等元器件。当家庭控制器检测到传感器上有险情信号时，启动报警器通知住户，同时控制电话机摘机，自动按用户设定的顺序拨打一组报警电话，实现远程报警。用户也可以使用自己设定的有权限的电话回传控制指令，依靠家庭控制器对住宅内设施完成一定的远程控制功能。用户信令，通常用于发送被叫号码。dtmf信号由高频群和低频群组成，高、低频群各包含4个频率。

13、一个高频信号和一个低频信号叠加组成一个组合信号，代表一个数字。dtmf信令有16个编码。双音多频的拨号键盘是44的矩阵。每按一个键就发送一个高频和低频的正弦信号组合，因为任何2个频率之间没有谐波干扰，因此其抗干扰能力很强，远程传输之后的误判率很低。下表1描述了每个dtmf信号的频率。表1 dtmf信号频率表高频功能低频1209133614771633697123a770456b852789c941*0#d在数据传输方案中，将需要传输的监控数据首先转化为dtmf信号，然后再将dtmf信号通过电话线路进行传输。这个转换过程需要用到2个芯片，一个是mt8888，另一个是atmega8。mt88881

14、是采用cmos工艺生产的dtmf信号收发一体集成电路，它的发送部分采用信号失真小、频率稳定性高的开关电容式d/a变换器，可发出16种双音多频dtmf信号。接收部分用于完成dtmf信号的接收、分离和译码，并以4位并行二进制码的方式输出。mt8888芯片集成度高、功耗低，可调整双音频模式的占空比，能自动抑制拨号音和调整信号增益，还带有标准的数据总线，可与ttl电平兼容，并可方便地进行编程控制。mt8888芯片的引脚排列如图1所示。图1 mt8888芯片的引脚图各引脚的功能如下：in+：运放同相输入端； in-：运放反相输入端；gs：运放输出端；vref：基准电压输出端，电压值为vdd/2；vss：

15、接地端；osc1：振荡器输入端； osc2：振荡器输出端；tone：dtmf信号输出端；wr：写控制端，低电平有效，与ttl兼容；cs：片选端，低电平有效；rso：存储器选择输入端，与ttl兼容；rd：读控制端，低电平有效，与ttl兼容；irq/cp：中断信号请求端；d0d3：数据总线，在cs=1或rd=1时，处于高阻状态，与ttl电平兼容。est：初始控制输出端；st/gt：控制输入/时间检测输出；vdd：+5v电源端。mt8888内部有两个数据寄存器，一个是只执行读操作的接收数据寄存器rdr；另一个是只执行写操作的发送数据寄存器tdr。另外，mt8888中还有两个4位的收、发控制寄存器cr

16、a和crb。对crb的操作就是通过cra中的一个特定位来操作的，因此编程中应对其进行初始化；而mt8888中的4位状态寄存器sr则用来反映收、发信号的工作状态。atmega8是一款avr高档单片机2，工作在16mhz时能达到16mips。该芯片内部集成了8k字节flash、1k字节内部sram及512字节的e2prom，运算速度达到了1mips/mhz，具有丰富强大的硬件接口电路（32个通用寄存器，23个通用可编程i/o口，三个计数器，三个pwm通道，一个i2c的总线接口，一个usart接口，一个spi接口，6通道的10位adc及2通道的8位adc），并且支持在线编程（isp）和在应用程序（i

17、ap）。由于采用了小引脚封装（pdip28和tqfp/mlf32）形式，所以其价格仅与低档单片机相当，因此atmgea8是一款性价比很高的8位单片机。在本方案中主要与mt8888配合完成监控数据的引入导出。2.1 设计系统分析系统方框图如图2所示。被监控设备计算机atmega8mt8888atmega8mt8888被控端主控端图2 系统方框图在图中，被监控设备的输出信号由atmega8负责接收，然后将采集到的数据存储在数据区(延时发送)或是直接通过mt8888调制为dtmf信号进行发送3。dtmf信号传送到主控端后，由主控端的mt8888进行解码4，解码后的数据由atmega8负责接收，然后上

18、传到计算机进行处理。处理结果以相反的路径回送到被控端，构成一个闭环控制系统5。考虑到atmega8本身具有相当强的运算能力，如果控制逻辑相对简单，也可以将控制程序固化到atmega8内部的程序存储器，而只将计算机作为一个终端显示设备，了解被控系统的运行情况。2.2 被控端设计假设被控设备输出的是一个开关量，可以通过一个光电隔离器件配合外围电路，将开关量转换为电平的高低变化，然后将此电平信号引入atmega8进行判别。如果被控设备输出的是一个模拟信号，可以借助atmega8内置的a/d功能将模拟量转化为数字量6，需要指出的是atmega8的a/d只有10位的精度，如果对量化精度要求较高，则需要外

19、扩高精度的a/d芯片。因为这个方案是采用dtmf方式进行数据传输，其传输速度较慢，因此这里不考虑a/d芯片的转换速度，如果需要高速数据采集，则不适用于本方案。被控端还有一个功能是要控制被控设备。被控端要根据被控设备的控制接口产生相应的输出信号以控制被控设备。如果要求被控端产生开关量输出，则可通过atmega8控制继电器即可实现。atmega8的带负载能力很强，小型的继电器可以直接驱动。如果要驱动大型的开关元件，可以加入适当的驱动电路，以实现功能7。如果要求被控端产生模拟量输出，一种方法是可以直接外扩d/a芯片实现，另一种方法是可以借助atmega8的pwm脉宽调制输出产生需要的模拟量。具体电路

20、可以参考与pwm有关的资料8。报警主机将信息(如故障信息和列车行驶记录信息)送至远程通讯电路中的音频信号发生电路，信号经过dtmf mt8888解码后，再通过电话线传送给中心控制器；其接收信息的过程是电话线传送来的信号经mt8888转换成数字信号，由cpu的p1口检测到后，进行读入9。被控端的软件流程如图3所示。侦测被控设备对数据进行编码建立到主控端的连接发送编码数据接收控制指令产生控制信号受到连接请求建立连接对数据进行解码 发送流程 接收流程图3 软件流程图发送流程和接收流程建议采用中断方式进行处理，以提高效率。发送程序：mov ro，#10h；mov p1，amov r1，#5：setb

21、p17mov a，#9dh；setb p14mov p1，a；clr p15mov a，#90h：setb p16mov p1，a；loop3：mova，plloop2：mov a，rojnb acc1，loop3orl a，#0f0hlcall delay5sanl a，#8fh；inc romov p1，adjnz r1，loop2mov a，#offhret2.3 主控端设计主控端主要是实现数据的接收和上报，然后根据计算机的指令将控制信号调制成dtmf信号发送到被控端10。在主控端和计算机之间采用标准的rs-232串口连接。单片机atmega8内部集成了1个通用异步串行收发接口uart，

22、通过1个电平转换芯片max232就可以将这个接口扩展成为标准的rs-232串口，便于同计算机连接。主控端的软件流程如图4所示。收到连接请求对数据进行解码接收状态信息转发给pc机建立连接发送编码数据对数据进行编码接收pc产生的控制信号建立到被控端的连接 发送流程 接收流程图4 软件流程图接收程序：mov r1，#0；jnb acc2，loop1 mov r0，#10h；clr p14loop1：mov a，#0ffh；mov a，p1mov p1，a；anl a，#0fhsetb p17：movro，asetb p14；inc roclr p15；inc r1setb p16；cjne r1，#

23、05h，loop1mov a，p1ret这套系统的优势是可以通过无处不在的电话网进行遥测和遥控。但由于电话网不是针对数据通信设计的，因此其传输速度是本系统应用的一个瓶颈。为了能达到更快的响应时间，可以考虑充分利用被控端的atmega8这款微控制单元mcu(micro controller unit)，将控制逻辑前移，在被控端完成闭环控制。这样，只需将数据量相对较少的状态信息进行上传，就可以使系统的应用领域更宽。3 基于dtmf的远程检测系统设计在科技飞速发展的今天，简单的监控方式已经无法满足人们的需求，对生活安防监测报警系统的安全可靠性的要求也日益提高，希望拥有更加人性化和多样化的安防监控产品

24、，这一章节就试图寻找方便、高效、节能、安全、经济的系统设计。在当下的社会，网络已经成为人们生活中必不可少的一部分，而在贴近我们的就是通讯信号，优先突出的便是我国陆地蜂窝数字移动通讯网gsm11，目前gsm移动台与基站子系统的覆盖率已经相当成熟，如果我们把dtmf的传输控制方面的优越性与gsm网络相结合，便可大大提高人们当下对此的需求和接受力。鉴于电话网络覆盖范围广，可靠性高，成本低，安装方便等优点。本文设计开发一种基于公用电话网络和 gsm 网络为一体的远程设备监测系统。网路子系统是整个系统的核心，它对gsm 移动用户之间及移动用户与其它通信网用户之间通信起着交换、连接与管理的功能。如果我们把

25、dtmf的传输控制方面的优越性与gsm网络相结合，便可大大提高人们当下对此的需求和接受力。目前gsm移动台与基站子系统的覆盖率已经相当成熟主要负责完成呼叫处理、通信管理、移动管理、部分无线资源管理、安全性管理、用户数据和设备管理、计费记录处理、公共信道、信令处理和本地运行维护等。该系统主要由上位控制中心和下位检测终端两部分组成，均采用低功耗 msp430f149作为处理器，仅在控制中心处理器上安装 gsm 模块。下位控制中心负责监测设备运行状况，出现异常时，将监测信息通过电话网络发送至上位控制中心 ,上位控制中心接收监测信息并通过 gsm 将监测信息发送至管理员手机实现即时监测。gsm的典型系

26、统组成如图5所示。图5 gsm系统结构图一个gsm系统可由三个子系统组成，即操作支持子系统(oss)，基站子系统(bss)和网路子系统(nss)三部分组成。其中，基站子系统bss 是gsm 系统中与无线蜂窝方面关系最直接的基本组成部分，它通过无线接口直接与移动台相连，负责无线发送接收和无线资源的管理。网路子系统是整个系统的核心，它对gsm 移动用户之间及移动用户与其它通信网用户之间通信起着交换、连接与管理的功能。主要负责完成呼叫处理、通信管理、移动管理、部分无线资源管理、安全性管理、用户数据和设备管理、计费记录处理、公共信道、信令处理和本地运行维护等。如果我们把dtmf的传输控制方面的优越性与

27、gsm网络相结合，便可大大提高人们当下对此的需求和接受力。基站子系统bss 主要负责无线信息的发送与接收及无线资源管理；同时，它与nss 相连，实现移动用户间或移动用户与固定网路用户之间的通信连接，传送系统信息和用户信息等；当然，也要与操作支持子系统oss 之间实现互通。3.1 系统基本原理分析系统主要由上位控制中心和下位检测终端两部分组成，当下位监 测终端处理msp430f14912接收到来自传感器检测单元的异常信号时，处理器控制 ht9200a 拨打上位控制中心电话 ,控制中心在判断振铃信号次数满 6 次后，控制中心系统摘机，接着控制中心接收来自监测终端的监测信息，在收到完整的监测信息后，

28、上位控制中心向监测终端发送校验码 ,当监测终端在规定的时间内接收到校验码后，则控制中心和监测终端均挂机，监测信息发送完毕。如果在规定的时间内监测终端没有收到正确的校验码，则在挂机几分钟后继续发送。直到收到正确的校验码时，监测中心停止发送监测信息。控制中心收到监测信息后通过 gsm 网络将监测信息发送至管理人员手机。至此，监测过程结束。系统流程图如图6所示 。手机gsm网络上位机处理器电话网络远程监控点1远程监控点2远程监控点3远程监控点n 图6 系统流程图3.2 系统硬件设计系统硬件设计部分主要由振铃检测电路、 摘挂机电路、 dtmf 拨码电路、 dtmf译码电路组成。各个部分硬件设计介绍如下

29、。3.2.1 振铃检测电路首先阐述一下电话干线上几个信号的功能及特征。拨号音：用来通知主叫用户可以拨号，拨号音采用频率为45025hz 的交流信号，是连续的信号音。回铃音：表示被叫用户处于被振铃状态，采用频率为45025hz 的交流信号，它是5s断续的信号音，即ls通，4s断。忙音：表示本次接续遇到机线忙或被叫用户忙，采用频率为45025hz 的交流信号， 它是0.7s断续的信号音，即0.35s通，0.35s断。信号检测电路对电话线路上忙音、拨号音、回铃音及对方摘机信号进行判断，反馈给检测电路，作出相应的操作。 当有振铃信号时，两端电压比待机时高 ,电流更大，为1s通，4s断的脉冲信号。信号检

30、测电路对电话线路上忙音、拨号音、回铃音及对方摘机信号进行判断。有振铃信号时，pc817导通，p10口状态由高变低，没有振铃信号时，p10口为高电平进行计数。振铃检测电路如图7所示。图7 振铃检测电路3.2.2 模拟摘挂机电路根据国家有关标准规定：无论任何电话机，摘机状态的直流电阻应 300 欧， 有 “r” 键的电子电话机的摘机状态直流电阻应 350 欧。当用户摘机时，电话机通过叉簧接上约300 欧的负载，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电流发送，并将线路电压变为十几伏的直流，完成接续。根据技术指标，模拟摘挂机电路设计如下：当电话摘机时，电话线路上两端的电压应

31、为dc7.6v。为此我们可以在电话线两端接入一个lk的精密可调电阻， 调整到适当的阻值阻值，使电话两端电压为dc7.6v。向外拨号时，单片机控制继电器把该可调电阻接入电话线，便可实现模拟摘机动作，当继电器释放时，使继电器动作，则实现模拟挂机。当振铃检测计数达到6 次时，由 msp430f14913发出摘机命令，单片机p11口输出高电平，控制继电器闭合，实现模拟摘机。当用户摘机时，电话机通过叉簧接上约300 欧的负载，使整个电话线回路流过约30ma 的电流。每次将校验码发送完毕后,系统将自动挂机，继续进行监测。模拟摘挂机电路14如图8所示。图8 模拟摘机电路3.2.3 dtmf 拨码电路当处理器

32、收到外部异常信号时,控制器ht9200a产生dtmf信号,经过音频隔离变压器将信号耦合至公用电话网络,传输至控制中心，完成整个拨码过程15。dtmf 拨码电路如图9所示。图9 ht9200a 拨码电路3.2.4 dtmf译码电路通过软件检测dv端 ,当其监测电压为高时读取 d3d0 ,所得到的值就是所对应的译码值。每读取一次译码值，必须用软件的方式对h t9170b16复位一次方可进行接收下次的译码值的操作。当执行到接收 dtmf 信号程序时,首先采用查询方式。当每接收一个有dtmf 信号时则 ht9170b的dv端将置1,否则为0。以此逐个完成dtmf译码过程，dtmf 信号译码电路如图10

33、所示。图10 ht9170b译码电路3.3 系统软件设计本系统软件主要包括 dtmf 接收和发送两部分。下面主要将这两部分程序做简要介绍。3.3.1 接收dtmf程序当执行到接收 dtmf 信号程序时,首先采用查询方式,当每接收一个有dtmf 信号时则 ht9170b的dv端将置1,否则为0。依次将dtmf信号的每一位进行处理并存放至 numberi中，当接收到预定的位数时，软件控制上位控制中心挂机17。接收dtmf软件设计如下：void receive _ shebei number (void)int k= 0x00,i = 0;while (k = 0x00) / /不断查询 if (

34、p5in &bit4) / /判断是不是收到有效的dtmf信号 ht9170_oe_h; / /读取d0d3 / /译码 txbuf0=number i; while ( (u tctl0 &0x01) = = 0); delayms (1000); ht9170_oe_l; while (p5in &bit4); i + +; 3.3.2 发送dtmf 程序当执行到dtmf 信号发送程序时，将调用以下子程序进行 dtmf 信号传输。每一个 dtmf 信号包括五位，应将这五位按照从低到高的次序依次发送。在每发送一个有效的dtmf 信号后需要对 ht9200a 软件复位一次。发送dtmf 软件设

35、计如下:void ht9200sndbyte (char num) / /将 num的低5位发送出去,先发低,后发高 char i ; for(i=0;i=1 ; / /右移 1 位 该设备已经应用在变压器防盗报警系统中，运行效果良好。对该设备进行微小改动也可以应用在工业现场、小区管理、遥控家电等领域。与其他的报警系统相比较，具有低功耗、可靠性高、安装方便、维护方便等优点，具有广泛的市场发展前景。 4 基于dtmf的智能住宅安防的应用设计随着人们生活水平的提高，以及微电子、自动控制和计算机等技术的飞速发展和广泛应用，人们对住宅智能化的要求也越来越高，智能住宅在日渐强化的巨大需求下得到了迅速的发

36、展。智能住宅是将家庭中各种与信息相关的通讯设备、家用电器和家庭保安装置，通过家庭总线技术连接到一个家庭智能化系统上进行集中监视或异地的监视，控制家庭事务性管理，并保持各类家庭设施与住宅环境的和谐与协调。对该设备进行微小改动也可以应用在工业现场、小区管理、遥控家电等领域。与其他的报警系统相比较，具有低功耗、可靠性高、安装方便、维护方便等优点，具有广泛的市场发展前景。安防系统在智能住宅中主要实现防火灾、防煤气(可燃气体)泄漏和防盗报警的功能，是智能住宅的一个重要子系统。由于dtmf技术日趋成熟，实现低成本和高可靠性使它能适用于智能住宅的安防系统成为现实。4.1 系统组成及工作过程本系统主要由家庭控

37、制器、传感器、报警器、双音频编解码器，语音控制、播放电路、振铃检测及摘挂机控制电路等组成。智能住宅通过家庭总线技术连接到一个家庭智能化系统上进行集中监视或异地的监视，控制家庭事务性管理，并保持各类家庭设施与住宅环境的和谐与协调。其结构如图11所示。传感器传感器红外发射电路双音频编解码电路报警器语音播放语音控制振铃控制及摘挂机控制电路家 庭 控 制 器图11 安防系统结构原理图工作过程：当家庭控制器检测到传感器上有险情信号时，启动报警器通知住户，同时控制电话机摘机，自动按用户设定的顺序拨打一组报警电话，实现远程报警。用户也可以使用自己设定的有权限的电话回传控制指令，系统通过判断来电号码是否为有控

38、制权限的电话号码来决定系统是否模拟摘机，并依靠家庭控制器对住宅内设施完成一定的远程控制功能。4.2 系统硬件电路设计与特点分析4.2.1 双音频编解码电路设计在本系统使用的双音频编解码芯片是敏迪公司(mitel)生产的dtmf编译码器mt8880，该编译码器具有以下特点：(1) mt8880为cmos大规模集成电路，片内集成了完整的dtmf收发电路，功耗很低。 (2) 功能强，具有多种工作模式，可编程选择。(3) 与微机接口简单，可与motorola器件直接接口。mt8880提供了与微处理器相连的接口，以对其发送、接收和工作模式进行控制。mt8880为cmos大规模集成电路，片内集成了完整的d

39、tmf收发电路，功耗很低。且功能很强大，具有多种工作模式，可编程选择。可与motorola器件直接接口。接口电路的简洁增加了系统工作的可靠性。它的接收部分采用单端输入，由r27、r28和c16组成，其输入电压增益为1，通过改变r28可调节输入信号的增益。它的发送部分由r29、c17、c18和xtal2构成。它的控制部分由r30和c19构成。irq/cp与单片机p35脚相连。当mt8880接收到有效的双音多频信号时，单片机进行中断处理。mt8880的in一端和通话电路teal062的qr端相连，mt8880的tone端和teal062的dtmf端相连。其内部结构图如图12所示。图12 内部结构图

40、在这种直连的方式下，接口电路的简洁增加了系统工作的可靠性。由mt8880与mcu构成的信号传输与远程控制接口电路如图13所示18。图13 mt8880与控制器电路图电路的工作过程：电话线上传来的dtmf信号由mt8880的in-脚引入mt8880，mt8880将其解调成对应的842l码，后经d0-d3口送入mcu的p1.0-pl.3口，再由mcu对其进行处理。同时，mcu发出的8421码信号则经过相反的过程由mt8880转化为dtmf信号送入电话线进行远程传输。4.2.2 振铃检测及摘挂机控制电路设计电路主要由光电转换器817、双向再触发单稳多谐振荡器74lsl23、fsk解调器fx602和继

41、电器组成19。引入来电显示解码芯片的振铃检测及摘挂机控制其电路结构图如图14所示。图14 振铃检测及摘挂机控制电路图电路的工作过程：当电话线上有振铃信号时，该信号先经过极性保护电路再经光电转换后送入74lsl23转化为大方波信号进入mcu，mcu用to对其进行计数，同时由fsk解调器解调电话线上的fsk来电号码信号送入mcu，mcu判断该号码是否为用户设定的权限号码，是则将t1置为高电平使pnp管导通，继电器吸合，控制电话机自动摘机，否则不实现自动摘机。在这一部分电路中通过使用电话网的来电显示功能，由系统先判断来电是否为有权限的号码，然后再决定是否自动摘机的设计模式，解决了以往电话远程控制系统

42、中，当有振铃信号传入系统就自动摘机的问题，保证了用户电话机的正常使用。同时，由于当系统判断出来电为有控制权限的电话就能马上进行模拟摘机，不需要等待就能做出反应，因而提高了系统的反应速度，这是本系统中的一个创新之处。4.2.3 存储电路单片机接受从双音频信号检测模块传来的码值，放入缓存器中，与从24cl6中取出的值进行比较，若相同，则通过检测，若不同，则提示再输密码.当要修改密码时， 单片机接受从双音频信号检测模块传来的码值，放入缓存器中，再送往24cl6 中存储。不仅存储了密码，也存储了自动拨号的电话号码。4.2.4 自动拨号电路拨号的号码与密码一样，由89c51通过存储电路存放在24c16中

43、，拨号电路由模拟拨号开关阵列及双音频拨号集成电路mt5087组成，并在89c51的模拟控制下工作。当要留言转发、自动拨号时由单片机从24c16中取出数据，存放在一缓冲区内，拨号子程序根据这些数据对模拟开关阵列进行有序的操作，以模拟键盘的手工拨号过程。4.2.5 dtmf信号与单片机的接口电路在硬件电路中，mt8870、mt5087的外围电路与通常的应用电路基本相同， 接收电路中mt8870的10脚en与15脚dv接在一起， 当一个有效双音频信号被接收后， dv输出高电平.在脚en为高电平时允许数据输出，同时送给89c51中断输入口int1，以执行中断程序并接收处理。mt8870、mt5087与

44、单片机进行接口以实现dtmf信号传输控制的硬件电路如图15所示。图15 dtmf信号与89c51单片机的接口电路图4.2.6 语音控制与语音录放系统采用主要芯片为语音芯片t6668作为数字录音器件。t6668芯片录放时间可达90s，可以连续录放， 也可以通过地址线选择分段录放，语音芯片t6668相应的语音段的播放由软件来实现。信号送至音频放大电路进行放大，再经隔离变压器耦合至电话回路，用户可以从电话里听到系统控制语音芯片发出的提示进行相应的操作。t6668为60脚扁平封装，内部由adm分解合成电路、d/a变换电路、时钟控制电路、dram接口，cpu接口和电压跟随及带通滤波电路组成，可完成语音信

45、号的录入和输出功能。电路的工作过程：当用户需要对住宅内的设备进行远程控制时，首先用设定好的电话拨打住宅内的座机，当mcu确定出其是事先设定好的远程控制号码时，由mcu对语音芯片t6668发出读取语音存贮器内对应地址中语音提示数据的指令，t6668接到指令后读出相应信息并由filout口发送到电话线上，以语音的方式询问用户是否要对住宅内的设备进行控制，当用户回应要进行控制时，再由mcu控制t6668发出相应提示语音，提示用户如何进行控制，用户按提示完成远程控制。相反，当用户要录入信息时，则由mcu对t6668发出写指令，t6668接到指令后读入mic中输入的语音信号，并由内部电路将其转化为数字信

46、号再存入相应的存贮器地址内，完成整个语音录入过程。语音控制与录放电路如图16所示20。图16 语音电路图综上所述，本系统硬件电路中由于采用了光电隔离电路有效地消除了来自电话线上的干扰，同时又在接口电路的设计中力求简洁，所以整个硬件电路具有抗干扰性强和可靠性高的特点。4.3 软件设计系统的软件21共分为3部分：系统初始化，报警信号检测及远程报警，远程智能控制等组成。在编写过程中采用了模块化设计的方法，系统中的各个功能模块相对独立且相较其它语言而言可读性较强，便于系统根据用户住宅的实际情况和具体要求做出相应的调整，从而强化了整个系统的柔性。具有很强的适应性和扩展性，不仅可以作为安全防盗系统，还可以

47、远程对家庭的各类电器进行控制，并且安装和维护方便且成本低。当检测电路测到有人闯入时，即发出触发信号，该信号作为报警信号，送入 cpu延时，若是主人进入，则可在这10s内利用复位电路使cpu初始化，即解除警报；否则准备报警。报警时,cpu指示模拟摘机电路摘机，发送dtmf电话号码，呼叫预设受话方。 这时就会有两种情况出现：受话方占线和受话方振铃，若出现前一种情况，则进行模拟挂机、延时后再接机拨号；如果受话方振铃、 摘机， 即开始送录制在isd2590中的提示音，提示用户操作，当用户输入密码正确，便交与用户操作，直到用户挂机。当密码不正确时重新输入密码，如果连续三次不正确则挂机。当用户不在家时，可

48、通过电话对家中电器实行远程控制。当用户拨打家中电话时，以六次铃响为准，即六次振铃后无人摘机，便由单片机控制自动模拟摘机，随后由提示音电路提示用户操作，直到用户挂机。软件编程流程框图如图17所示。是否初始化模拟摘机拨通报警电话2语音报警检测报警拨通报警电话1检测振铃检测号码接通接通模拟摘机提示输入密码密码正确控制提示控制键值读入关闭红外脉冲输出挂机开始是否否否否否是是是是图17 软件编程流程框图本系统软件在编写过程中采用了模块化设计的方法，系统中的各个功能模块相对独立且相较其它语言而言可读性较强，便于系统根据用户住宅的实际情况和具体要求做出相应的调整，从而强化了整个系统的柔性。在用户的操作界面的

49、设计上力求尽量减少硬件的投入，以键盘配合语音提示的方式为用户提供了一个简洁的操作界面，用户只需按语音的提示输入相应的键值就可方便的设置和修改远程控制电话号码和报警电话号码及其优先权，具有很强的适应性和扩展性，不仅可以作为安全防盗系统，还可以远程对家庭的各类电器进行控制，并且安装和维护方便且成本低，具有较高的使用价值. 除此以外，本系统操作方便简单，用户通过电话机，就可以输入精简的指令和修改密码。还可以根据语音提示进行操作，所以该系统具有较高的推广应用价值。综合上述，本系统软件具有适用性强，人机界面友好的特点。4.4 系统使用要求本系统在研究和分析以往远程报警系统的基础上，充分利用现有电话网提供

50、的来电显示功能，通过硬件和软件的配合使用克服了以往相似系统中一有来电就自动摘机，干扰用户电话机正常使用的问题。同时本系统针对安防系统的特点，简化了部分接口电路提高系统的可靠性，加入了光电隔离电路强化系统的抗干扰性。在系统软件的设计中也充分考虑了我国家庭住宅的多样性，以模块化的方法设计整个软件，使得系统可以根据住宅的具体情况和用户的具体要求对系统的软件进行调整，提高了系统的柔性。在操作界面的设计上采用键盘和语音提示相结合的方式为用户提供了一个简洁的操作界面。总之，和以往的远程报警系统相比，本系统的整体性能有了较大提高，但在使用中需要用户开通电信部门提供的来电显示服务功能。总之，本系统通过克服以往同类系统中存在的干扰用户电话机正常使用的问题、简化接口电路、提高硬件电路的可靠性和抗干扰性、增强软件的柔性等提高了系统的整体性能。整个系统具有成本低、可靠性强和适用性广的特点，在我国现阶段的智能化住宅建设和旧信宅智能化改造中都有着较大的发展空间和良好的市场前景。结束语本文描述由单片机作为终端控制器的远程监控系统中，合理的实现单片机的远程通信功能，在我国以电话线路为传输介质的窄带网络十分普及且成本低廉，基于dtmf双音多频技术的单片机远程通信系统