随着社会经济技术的发展和人民生活水平的提高，人们对居家生活的舒适、安全、智能 化、 便捷的要求也越来越高。 对家用电器从简单的功能要求转向追求更好的操控性和更高的 智能化。 信息技术的发展和嵌入式技术的日趋成熟， 已经为家电产品的集中控制和远程遥控 做好准备。将信息技术与家电控制结合起来在很大程度上提高家庭生活的信息化和自动化， 满足新时代人们舒适，快节奏的生活需要有重大实际意义[1]。 目前，在智能家电方面的研究和应用主要集中在连个方面。一方面是家电自身的智能化 程度。 这方面主要有一些智能理论来支撑。 在嵌入式家电领域应用比较广泛的有启发式搜索、 模糊逻辑理论和人工神经网络等等。另一方面是便捷、安全的远程控制。这方面目前的主要 技术有电话网数据传输， 以太网数据传输和GPRS数据传输。 三种数据传输方式各有优缺点， 适合不同的应用。 本文主要讨论如何发挥电话网数据传输的优点设计功能灵活多变的电话网 远程智能家电嵌入式控制系统[2]。

　　本课题得到教育部博士点基金“无线传感网络在结构健康监测中的数据同步和融合技术研 究”()资助。

　　硬件系统的整体设计如图 1 所示[3]。 本系统从整体上来看可作为智能家电远程控制终端。 它应该具有完全独立的通过电话线信号接收命令和执行相应家电控制的功能。 同时， 为了实 现家电控制的人性化和便捷性， 它应该还具备一定的交互能力， 真正满足智能化控制终端的 要求。根据以上功能描述，要实现电话线上的信息传递，振铃检测模块、摘机模块和DTMF 信号接收模块显得必不可少。同时，为了实现交互，忙音检测模块和DTMF信号发送模块也 显得很重要。当然还少不了必要的家电控制模块了。

　　发送 DTMF 信号是控制终端智能化的重要体现。 一方面， 在用户提出的家电操作完成之 后，可以与用户联系，向用户反馈操作结果。另一方面，当室内出现紧急情况时，也可及时 与用户取得联系。 语音信号则是整个交互过程中终端提示用户的主要方式。 各项操作都在语 音提示下完成，才显示出系统的便捷性和人性化。本系统选用的 DTMF 信号发生芯片是 Holtek 公司的 HT9200。这主要是因为接收 IC 选的也是 Holtek 公司的产品。当然，Mitel 公 司的 MT8880 也是一个不错的选择。它是将 DTMF 发送与接收集成在一起的传送 IC。语音 芯片选用的是 ISD 公司的 ISD1700。这主要考虑到 1700 有最大 120s 的录音时间，还可以分 段录放功能。这些都是本系统应用的需要。当然，这一选择也不是唯一的，按应用的不同也 可作出适当调整。发送 IC 与单片机的部分接口电路如图 5 所示。ISD1700 与单片机的接口 采用 SPI 标准。 语音信号从 17 脚输出到电话线 主要通过 CLK 和 DATA 脚与 MCU 通信。单片机通过串行方式向 9200 发送数据控制它产生相应频率的 DTMF 信号。analog 端 可与图 3 中的 analog 端直接相连。语音信号和 DTMF 信号都可通过图 3 中三极管 Q5 耦合 到电话线 脚输出是 DTMF 信号叠加在 2.5V 左右的 DC 电压上。 被这一 DC Q5 电压和电线V 偏置在饱和工作区，完全具备交流小信号传输能力。 因此，语音信号和 DTMF 信号都可通过它耦合到电话线上传给用户。 为了保证整个系统的完整性，硬件组成上当然少不了家电控制电路这一块了。但是由于

　　这一块的电路比较通用， 主要涉及到继电器控制和红外控制等常用模块， 在这里就不展开介 绍了。

　　摘 要：随着人们生活水平的不断提高，人们生活节奏的加快，非凡体育下载家电产品的智能化不断提升 的同时， 远程控制技术也有空前的需要与发展空间。 本文主要讨论了一种基于电话网的嵌入 式远程控制终端系统的设计。系统采用电话网作为通信媒介，实现了远程呼叫，远程控制和 操控结果反馈等功能。 文中主要从硬件和软件两方面论述了整个系统的设计。 硬件部分首先 谈到了系统整体设计，然后分别从系统 MCU、振铃检测、摘机、忙音侦测、按键识别、DTMF 信号发送等功能模块电路出发论述了保证系统设计高性能、 稳定的设计要点和设计思路。 系 统稳定性和性能作为衡量系统设计好坏的重要标准是文章大篇幅论述的重点。 软件系统的设 计主要给出了针对应用的设计框架，给出了软件系统的通用结构。最后，对系统功能的继续 扩展，和系统走向实际应用和产业化提出了一些设想和展望。 关键词：远程控制，DTMF，忙音检测 中图分类号：TN192.203

　　系统核心 MCU 采用的是 STC 公司的 89C51 系列单片机， 其内部有 4k 的 flash 和 512 字 节的 RAM。这主要是考虑到电话线数据的低带宽和控制数据量较小的特点，在保证完成各 种控制任务的前提下， 完全可以采用最低成本的系统组建方案。 在家电控制任务不太复杂的 情况下，甚至可以采用体积更小的 20pin STC12C2052 单片机。这样组建的系统体积更小， 代价是资源相对较少（2k 的 flash 和 256 字节的 RAM） 。

　　本系统的软件部分主要包括一个小型语音提示操作系统、控制命令接收系统和接口控制 软件。由于系统功能灵活多变，具体软件系统构建应该根据实际情况灵活搭建。当然，一些 接口芯片的驱动软件是固定不变的。比方说，DTMF发生器HT9200 的控制程序等。软件的 灵活性主要是在交互性上， 在这里主要体现在语音提示系统上。 下面简单介绍一种比较合理 可行的软件系统。系统控制对象包括电视机、热水器和空调器。首先，用户拨打室内电话。 控制终端和室内话机同时侦测到振铃信号。并且，按照用户期望的合理情况自动摘机，比方 说设定一个自动摘机等待时间。摘机完成之后，通信链路已经建立，接下来就是语音提示系 统工作了。语音提示系统会通过语音向用户发送一段语音菜单[4]。例如： “1# 开电视、非凡体育下载2# 开 空调、3# 开热水器”在用户选择之后还会有一系列的子菜单操作。例如：用户选择 3#打开 热水器烧水方便回家洗澡，可能，接下来的子菜单 1# 50℃、2#60℃、3#70℃,直到完成用户 希望的操作为止。这些控制功能完全取决于应用需要。这种比较通用的软件系统流程如图 6 所示。

　　忙音检测功能在整个系统中起到结束通信连接的作用，是系统交互性的重要组成部分。 用户通过拨号与室内控制终端建立连接以完成对家电的远程操作。在完成一系列操作之后， 用户挂机结束控制。 控制终端则可检测交换机送来的忙音信号结束本次通信。 按键识别是用 户向控制终端发送控制命令的为一手段。 在通信连接已经建立的前提下， 用户可以在控制终 端的语音提示下向终端发送 DTMF 控制信号，完成家电控制。 忙音检测电路如图 4 所示。完成电话通信过程中各种信号音检测功能的 IC 有很多种， 像 Holtek 公司的 HT9020 和 Teltone 公司的 M-982 等。虽然它们的检测机制可能不同，但最 后都根据各种信号音的发送频率不同，把它们转换成相应频率的方波信号，送单片机检测。 在这个系统中，我选用了现在用的比较多的 Teltone 公司的 M-982 来完成忙音检测工作。当 然，这不是必要的。M-982 的工作电路如图 4 所示。运放 741 接成差分形式以将 Tip/Ring 两端的信号转换成单端信号送 SIGIN 脚。值得注意的是根据差分放大电路原理，要实现差 分放大功能，需要满足以下条件：⑴R1 = R2; ⑵R3 = R4//R5;同时，为了输入阻抗更大，R1 和 R2 应选择比较大的值。由于各种信号音都是 450Hz 的低频信号，运放在这里没有特殊要 求，选最通用的 741 就可以完成任务了。M-982 的 DET1~5 脚在 SIGIN 脚有对应频率信号

　　输入并且信号增益足够大时,会被置为高电平。本系统测试交换机的忙音信号频率在 425Hz， 是 DET5 脚的侦测频率因。因此，用户结束操作挂机以后，交换机向控制终端送忙音。忙音 信号会转换成 0V~5V 的方波信号从 DET5 脚送给单片机处理并适时的执行挂机操作。

　　完成按键识别功能的芯片有很多，典型的有 Mitel 公司的 MT8870。我在这里选用的是 Holtek 公司的 HT9170。它的用法和 MT8870 基本相同，在应用电路方面和 M-982 的基本一 致， 无须重复介绍。 不同点在于 M-982 没有片内集成运放而 HT9170 片内集成了运放。 因此， HT9170 不用外接运放。这样更有利于降低复杂度，提高系统稳定性。HT9170 的工作机制 是将电话线传来的 DTMF 信号解码成 4 位二进制数，在 Q3~Q0 脚输出。每个四位组表示线 个按键中的一个。

　　振铃检测电路如图 2 所示。振铃信号是峰峰值约为 150V 频率 50Hz 的标准正弦信号，大 约 1 秒送 4 秒断的发送周期。 本设计采用的方案是将这一正弦信号转换成标准方波信号交由 MCU 处理判断振铃和适时采取相应的摘机操作。因此，电路前段采用的是一个非线性电平移 位电路，由对接的电容和二极管组成。它的作用主要是将 Tip/Ring 端的-75V～75V 信号转 换成 0V～150V 的正弦信号。接下来通过标准光偶 TLP521 将这一信号转换成标准 0V～5V 方 波信号。30k 电阻在这里主要起到限流作用，保证 Tip/Ring 回路电流不会超过 5mA，以免程 控交换机误判为摘机状态， 停止送铃流。 单片机程序可以通过检测 MCU 脚的方波信号频率识 别振铃信号。

　　摘机控制电路如图 3 所示。电话交换机判断电话摘机和关机状态是通过直流电流大小来 判断的。 话机处于挂机状态时， Tip/Ring 两端直流电流小于 10mA， 并且有 40V 左右的压降。 摘机状态下，Tip/Ring 两端直流电流约为 18mA~50mA，两端电压会随负载阻抗的不同相应 变化。随交换机的不同，这些参数也略有变化。由于振铃信号是叠加在直流电压之上的，当 电话线上有铃流时，电话线V 左右。这种高压很容易直接击穿不受保 护三极管 Q3 的 CE 极，使交换机判断控制终端进入摘机状态。三极管 Q1 和 Q2 在这里起到 保护 Q3 的作用。Q1 的 CE 极会和 Q3 分压， 保证了 Q3 的安全。 同时， 的基极电流较小， Q1 R1 保证了 Q1 和 Q2 不会击穿。三个三极管都稳定工作在截止区。摘机电流主要由三极管 Q3 控制。本系统测试用的交换机摘机电流约为 30mA,电阻 R4 保证摘机后直流工作电压在 5V～6V。调节 R4 可直接控制终端摘机后的直流工作电压。这样，针对不同交换机的摘机 工作电流不同可以作出相应调整。单片机侦测到振铃信号之后，按照应用需求给 pickup 脚 送低电平完成摘机操作。非凡体育下载