利用雙音多頻編解碼技術(shù)實(shí)現(xiàn)了電話遠(yuǎn)程控制家用電器的智能控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用S3C2410芯片作為核心控制模塊，利用其強(qiáng)大的音頻處理和大容量存儲(chǔ)能力，不僅可實(shí)現(xiàn)經(jīng)電話通過網(wǎng)關(guān)直接訪問控制家用電器的功能，而且網(wǎng)關(guān)還能將家庭內(nèi)部出現(xiàn)的緊急情況通過電話及時(shí)通知用戶，提高了用戶訪問系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和靈活性，系統(tǒng)更具普遍性，使用也更方便，實(shí)現(xiàn)了個(gè)人通信終端通過家庭網(wǎng)關(guān)對(duì)家用電器的遠(yuǎn)程控制。
關(guān) 鍵 詞 智能控制; 嵌入式系統(tǒng); 雙音多頻; 電話遠(yuǎn)程控制

豐富多彩的家用電器走進(jìn)了千家萬戶，隨著人們對(duì)生活品質(zhì)的追求，每個(gè)家庭都越來越需要一個(gè)集控中心把家庭中的各種家電連接起來，并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程訪問和控制。在遠(yuǎn)程家電智能控制系統(tǒng)中，網(wǎng)關(guān)起關(guān)鍵作用，它的實(shí)現(xiàn)手段一般為對(duì)內(nèi)在家庭內(nèi)部組成無線局域網(wǎng)絡(luò)與家電通信；對(duì)外作為家庭設(shè)備和電器的集控中心，為遠(yuǎn)在異地的家庭成員提供服務(wù)[1]。目前，大多數(shù)研究人員把目光放在網(wǎng)絡(luò)上。雖然網(wǎng)絡(luò)在現(xiàn)代社會(huì)廣泛存在，網(wǎng)絡(luò)作為一種遠(yuǎn)程訪問手段也確實(shí)有很多優(yōu)勢，但是這種單一的訪問手段也有它的不足之處，在某些情況下無法或者不便獲得網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。例如，通過網(wǎng)絡(luò)訪問必須使用電腦，即使是筆記本電腦也不如一部手機(jī)攜帶方便。隨著我國信息產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，電話已經(jīng)成為最方便的通信手段之一，電話的實(shí)時(shí)性是網(wǎng)絡(luò)所無法比擬的，其普及程度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過網(wǎng)絡(luò)。但是，電話由于自身的硬件限制，目前主要用于提供傳統(tǒng)的語音服務(wù)，在信息的獲取和控制方面也略顯不足。為了彌補(bǔ)此方面的缺憾，本文設(shè)計(jì)了一種電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，利用一部雙音多頻(Dual Tone Multi Frequency，DTMF)電話通過家庭網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)對(duì)家庭各種設(shè)備狀態(tài)的查詢和設(shè)置，以及電話留言和對(duì)留言的提取。另外，網(wǎng)關(guān)還能夠?qū)⒕o急情況通過電話及時(shí)通知家庭成員，在提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的同時(shí)，為家庭成員提供一條方便、可靠、實(shí)時(shí)性強(qiáng)的信息通道。
1 電話遠(yuǎn)程家電智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
電話遠(yuǎn)程家電智能控制系統(tǒng)由基于S3C2410的網(wǎng)關(guān)、鈴流檢測模塊、電話接口模塊、音頻處理模塊、DTMF編解碼模塊和無線通信模塊組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.1 網(wǎng)關(guān)
目前，基于8位單片機(jī)的智能電話遠(yuǎn)程控制技術(shù)相對(duì)成熟，這類控制系統(tǒng)通常采用兩種提示功能，一種是根據(jù)蜂鳴聲次數(shù)的不同提示用戶操作；另一種是使用外部語音錄放芯片實(shí)現(xiàn)語音提示功能。由于芯片的錄音時(shí)間非常有限，因此只能實(shí)現(xiàn)簡單的語音提示功能，與用戶的交互界面不友好；此外這類系統(tǒng)的語音信息無法在線修改和添加，缺乏靈活性，適用面窄，很難實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)量多、種類多、更換較頻繁的家用電器設(shè)備的控制。
本文采用基于S3C2410的32位嵌入式網(wǎng)關(guān)作為核心控制芯片[2]，利用S3C2410本身所具有的數(shù)字音頻總線(Inter-IC Sound bus，IIS)接口，通過擴(kuò)展UDA1341構(gòu)成音頻處理模塊，可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)通道的音頻輸入和一個(gè)通道的音頻輸出。網(wǎng)關(guān)可通過IIS接口交換音頻數(shù)據(jù)，采用ARM Linux作為操作系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)文件系統(tǒng)和多任務(wù)調(diào)度，大量的音頻數(shù)據(jù)存放于大容量的閃存，閃存上建立的文件系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在線修改，使得系統(tǒng)的人機(jī)界面更加友好，靈活性增強(qiáng)。音頻信號(hào)經(jīng)過音頻功率放大后由音頻變壓器耦合輸入電話線路，可盡可能減小對(duì)DTMF信號(hào)的影響。
1.2 鈴流檢測模塊
沒有振鈴信號(hào)時(shí)，電話線上承載直流信號(hào)；有振鈴信號(hào)時(shí)，電話線上會(huì)出現(xiàn)±90 V、425 Hz的交流信號(hào)。振鈴音不同，振鈴的通斷時(shí)間就不同，如普通振鈴信號(hào)是通1 s斷4 s，忙音信號(hào)是通0.35 s斷0.35 s。
鈴流檢測模塊就是要對(duì)電話線上的各種鈴音信號(hào)進(jìn)行處理并檢測[3]。系統(tǒng)中，鈴流檢測電路首先將電話線上的信號(hào)通過整流濾波，再通過施密特觸發(fā)器整形得到通1 s斷4 s或者通0.35 s斷0.35 s的方波信號(hào)，然后送入S3C2410的外部中斷輸入端，S3C2410根據(jù)不同的鈴音信號(hào)控制電話接口電路以實(shí)現(xiàn)不同的操作，同時(shí)將識(shí)別的信號(hào)類型和次數(shù)提供給上層應(yīng)用程序。
1.3 電話接口模塊
根據(jù)國標(biāo)，電話摘機(jī)時(shí)相當(dāng)于在電話線兩端接入一個(gè)300 Ω左右的電阻負(fù)載。該系統(tǒng)中，當(dāng)電話接口模塊接收到網(wǎng)關(guān)發(fā)出的摘掛機(jī)控制信號(hào)時(shí)，就控制該模塊中的繼電器接入或斷開一個(gè)電阻從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)摘掛機(jī)。同時(shí)，電話接口電路還為音頻輸入、輸出和DTMF信號(hào)提供信道。
1.4 DTMF編解碼模塊
DTMF編解碼電路是按鍵電話(固定電話、移動(dòng)電話)、程控交換機(jī)及無線通信設(shè)備中廣泛運(yùn)用的集成電路，主要包括DTMF發(fā)送器與DTMF接收器。DTMF發(fā)送器根據(jù)按鍵電話的按鍵生成雙音頻信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)雙音多頻撥號(hào)；DTMF接收器用于識(shí)別電話線上的DTMF信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的鍵值以實(shí)現(xiàn)某些控制功能[3]。
該系統(tǒng)中，DTMF編解碼電路采用MT88L89作為DTMF信號(hào)的編解碼核心器件。遠(yuǎn)端用戶通過電話按鍵發(fā)送的DTMF信號(hào)經(jīng)耦合電容的隔直流作用后，由MT88L89譯碼輸出4位并行二進(jìn)制數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)通過本地總線(local bus)送入網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)可獲取鍵值信息；同時(shí)，網(wǎng)關(guān)通過本地總線向MT88L89依次發(fā)送要撥打的電話號(hào)碼，經(jīng)其轉(zhuǎn)換后實(shí)現(xiàn)撥號(hào)功能。
1.5 無線通信模塊
網(wǎng)關(guān)和家電通過無線通信模塊組成家庭內(nèi)部的無線局域網(wǎng)，通過無線網(wǎng)絡(luò)查詢各種家電的狀態(tài)，并實(shí)現(xiàn)對(duì)它們控制。