雙音多頻收發(fā)器MT8880在智能通訊預(yù)警系統(tǒng)中的技術(shù)應(yīng)用

雙音多頻收發(fā)器MT8880在智能通訊預(yù)警系統(tǒng)中的技術(shù)應(yīng)用

利用公用電話網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制家用電器和撥號(hào)報(bào)警，主要解決的問題是如何利用電話線傳遞控制信息以及如何對(duì)信息進(jìn)行處理、加工。使用Modem與計(jì)算機(jī)的結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)控制信息的傳送問題，而且控制信息可以非常復(fù)雜和豐富，但必須在控制方和被控方設(shè)置一臺(tái)計(jì)算機(jī)Modem，費(fèi)用較高。如果在被控制方操作簡(jiǎn)單，只需較少命令即可實(shí)現(xiàn)控制的情況下，直接使用電話機(jī)上的雙音多頻信號(hào)或其組合，就足夠?qū)h(yuǎn)程被控制方進(jìn)行有效的控制。

　　1 系統(tǒng)原理與組成

　　電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)主要完成的功能是對(duì)電話雙音多頻(DTMF,double tone multiple frequency)信號(hào)進(jìn)行解碼，并自動(dòng)驅(qū)動(dòng)被控電器設(shè)備進(jìn)行指定操作，同時(shí)用戶可對(duì)被控設(shè)備的工作狀態(tài)進(jìn)行查詢，以及當(dāng)有人非法進(jìn)入室內(nèi)時(shí)通過撥預(yù)置的電話號(hào)碼進(jìn)行遠(yuǎn)程預(yù)警。由于本系統(tǒng)是利用電話進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，所以系統(tǒng)必須能識(shí)別電話線上的振鈴信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)摘機(jī)；同時(shí)，本系統(tǒng)一般在無(wú)人值守的情況下工作，所以必須能自動(dòng)摘機(jī)、掛機(jī)，且在用戶操作完畢忘記掛機(jī)時(shí)，必須能自動(dòng)復(fù)位及關(guān)機(jī)，為了安全起見還有必要增加密碼校驗(yàn)的功能；要進(jìn)行工作查詢就必須有語(yǔ)音的提示和反饋，這樣的系統(tǒng)才基本上合乎要求。

　　基于以上要求，此系統(tǒng)主要設(shè)置了系統(tǒng)開啟關(guān)閉模塊，系統(tǒng)模擬摘、掛機(jī)模塊，語(yǔ)音模塊，監(jiān)控模塊 ，DTMF收發(fā)模塊，控制模塊，被控模塊，如圖1所示。現(xiàn)對(duì)其分述如下。

　　1.1 系統(tǒng)開啟/關(guān)閉模塊

　　本系統(tǒng)有多種開啟方式：振鈴啟動(dòng)，報(bào)警啟動(dòng)，手動(dòng)啟動(dòng)，如圖2所示。

　　本系統(tǒng)的關(guān)機(jī)由單片機(jī)控制時(shí)，單片機(jī)發(fā)出一個(gè)高電平信號(hào)后，三極管飽合，繼電器?K常開端閉合，使可控硅的K和A短路。單片機(jī)再發(fā)出一個(gè)低電平信號(hào)，三極管截?fù)?，繼電器常開端打開，使可控硅Q的K和A兩端開路，從而使可控硅進(jìn)入關(guān)閉狀態(tài)，切斷電源使系統(tǒng)關(guān)閉。當(dāng)由手動(dòng)控制時(shí)，打開開關(guān)三極管截止，繼電器常開端打開，系統(tǒng)斷電，從而關(guān)閉系統(tǒng)。

　　1.2 模擬摘掛機(jī)模塊

　　當(dāng)單片機(jī)發(fā)出摘機(jī)信號(hào)時(shí)三極管飽和，繼電器的常開端閉合，電話線兩端的電阻降至300 Ω左右，從而實(shí)現(xiàn)模擬摘機(jī)。當(dāng)單片機(jī)發(fā)出掛機(jī)信號(hào)時(shí)三極管截止，繼電器常開端打開，從而實(shí)現(xiàn)模擬掛機(jī)。

　　1.3 語(yǔ)音模塊

　　本模塊采用美國(guó)ISD公司的新品ISD4004系列的錄放芯片，與單片機(jī)構(gòu)成。該芯片聲音錄放采用了CchipCorder專利技術(shù)，即無(wú)需A/D轉(zhuǎn)換和壓縮就可以直接儲(chǔ)存，沒有A/D轉(zhuǎn)換誤差，在一個(gè)記錄位（BIT）可存儲(chǔ)250級(jí)聲音信號(hào)，相當(dāng)于通常的A/D記錄的8倍。片內(nèi)集成了晶體震蕩器、麥克前置放大器、自動(dòng)增益控制、抗混迭濾波器、平滑濾波器等，只需很少的外圍器件，就可以構(gòu)成一個(gè)完整的聲音錄放系統(tǒng)。

　　1.4 監(jiān)控模塊

　　(1)模塊概述

　　本模塊采用EEP型熱釋電式紅外傳感器。其原理如下：鈦酸鉛陶瓷具有高熱電系數(shù)和溫度穩(wěn)定性，它能檢測(cè)紅外線。傳感器密封在TO-5殼體內(nèi)，熱釋組件和場(chǎng)效應(yīng)管裝在一起，它能輸出與紅外輻射強(qiáng)度成比例的電壓。

　　(2)監(jiān)控報(bào)警的實(shí)現(xiàn)

　　在家中無(wú)人時(shí)，當(dāng)單片機(jī)接收到來(lái)自監(jiān)控系統(tǒng)的報(bào)警信息時(shí)。P3.0口置高電平，三極管T1飽和，繼電器J動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)模擬摘機(jī)。然后由可信音檢測(cè)電路確認(rèn)為撥號(hào)音后，由P0 口發(fā)指令，撥號(hào)芯片MT8880將存儲(chǔ)的報(bào)警號(hào)碼變成雙音多頻（DTMF）信號(hào)，反饋入電話線。撥號(hào)后，在完成忙音、回鈴及對(duì)方摘機(jī)檢測(cè)后，啟動(dòng)語(yǔ)音提示電路，向線路發(fā)出報(bào)警語(yǔ)音信號(hào)。如未撥通再次撥號(hào)。

　　1.5 DTMF收發(fā)模塊

　　(1)模塊概述

　　本模塊由MT8880與單片機(jī)組成。

　　MT8880 是一個(gè)帶有呼叫處理濾波器(call progress filter)的單片DTMF收發(fā)器,它采用MITEL公司的ISO2-CMOS工藝制造,功耗低,可靠性高。MT8880中的DTMF收號(hào)器是基于單片收號(hào)器MT8870工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，能接收全部16個(gè)DIMF信號(hào),DTMF發(fā)送器采用開關(guān)電容D/A變換器，信號(hào)失真小、精度高,定時(shí)精確。MT8880有兩種工作模式:DTMF模式和呼叫處理(CP)模式。當(dāng)選擇了呼叫處理模式時(shí),MT8880就用于檢測(cè)電話網(wǎng)上電話呼叫過程中表示不同進(jìn)程的信號(hào)音(主要是撥號(hào)音,撥號(hào)音的標(biāo)準(zhǔn)頻率為350 Hz或440 Hz)，可以進(jìn)行撥號(hào)音識(shí)別。這是目前其他DTMF芯片所不具備的，這樣便可以省去一套復(fù)雜的撥號(hào)音識(shí)別電路。

　　(2)MT8880簡(jiǎn)介(如圖3所示)

IN+：運(yùn)放輸入;IN-：運(yùn)放輸入;

　　GS：Gain Select，運(yùn)放輸出端。用于輸入信號(hào)的增益高速；

　　Vref：參考電壓;

　　Vss：電源負(fù)極;

　　OSC1：DTMF時(shí)鐘/振蕩器輸入,采用3.579 545 MHz的時(shí)鐘;

　　OSC2：時(shí)鐘輸出;

　　R/W：讀寫控制;

　　CS：片選;

　　RS0：寄存器選擇;

　　& 2：系統(tǒng)時(shí)鐘輸入,TTL電平;

　　IRQ / CP：中斷請(qǐng)求/呼叫處理,向MCU的中斷申請(qǐng)。當(dāng)選擇了呼叫處理模式時(shí),輸入信號(hào)線上有呼叫信號(hào)時(shí)輸出與之相應(yīng)的方波信號(hào);

　　DO～D3：數(shù)據(jù)線;

　　Est：Early steering output,滯后前輸出。當(dāng)檢測(cè)到有效音頻對(duì)時(shí),(也稱信號(hào)條件Signal condition ),就變?yōu)楦唠娖?信號(hào)條件不滿足時(shí)又立刻返回低電平。此引腳上為高電平不一定表示有DTMF信號(hào),話音信號(hào)也會(huì)偶然產(chǎn)生有效音頻對(duì)。

　　St/Gt：Steering Output/ Guard Time output,滯后輸出/保護(hù)后輸出。當(dāng)電壓高于VTST 時(shí),(參見收發(fā)工作時(shí)序圖)時(shí)就保存檢測(cè)到的音頻對(duì),同時(shí)更新輸出鎖存器的內(nèi)容。當(dāng)電壓低于VTST時(shí),芯片就可以重新接收新的音頻，對(duì)Gt的輸出對(duì)滯后時(shí)間常數(shù)(steering timeconstant)有影響,它的狀態(tài)是Est和加到St的電壓的函數(shù)。

　　VDD：電源正極。

　　(3)信號(hào)音判斷的實(shí)現(xiàn)

　　信號(hào)音判斷的原理是：由于電話系統(tǒng)信號(hào)音的撥號(hào)音。回鈴音和忙音的頻率均為425～475 Hz的正弦波，只是斷續(xù)比不同且在時(shí)間上有明顯的差異（撥號(hào)音連續(xù)信號(hào)：忙音為0.35 s通，0.35 s斷，回鈴聲為1 s通，4 s斷）。要判斷信號(hào)音，首先應(yīng)將處理DTMF信號(hào)的MT8880芯片設(shè)置為呼叫處理模式，當(dāng)選擇呼叫處理模式時(shí),MT8880就不能用于檢測(cè)DTMF信號(hào)了。MT8880的呼叫處理濾波器是一個(gè)帶通濾波器,通頻帶為300 ~510 Hz，當(dāng)信號(hào)輸入端有信號(hào)音輸入時(shí),如果MT8880工作在CP模式,在IRQ/CP就輸出一高電平。使電話呼叫過程中的各種信號(hào)音經(jīng)MT8880濾波，限幅后得到方波，并由MT8880的IRQ輸出。然后對(duì)MT8880輸出的IRQ信號(hào)計(jì)數(shù)5 s，撥號(hào)音的計(jì)數(shù)上限為（450+25）*5=2375，撥號(hào)音的計(jì)數(shù)下限為（450-25）*5=2175。同理，忙音的計(jì)數(shù)范圍為 1041~1212，回鈴音的計(jì)數(shù)范圍為425～475，無(wú)信號(hào)的計(jì)數(shù)應(yīng)為0。

　　在實(shí)際編程中，考慮到計(jì)數(shù)的誤差，以及簡(jiǎn)化程序，因此采用不同信號(hào)音相鄰計(jì)數(shù)界限的中間值來(lái)區(qū)分不同的信號(hào)音，計(jì)數(shù)值選用2n最后設(shè)定計(jì)數(shù)值大于1792為撥號(hào)音，在1024～1791之間為忙音，在256～1023之間為無(wú)信號(hào)音。

　　1.6 控制模塊

　　本系統(tǒng)為了提高可靠性，降低成本，采用了現(xiàn)在已廣泛使用的AT89C51單片機(jī)。其片內(nèi)集成了8 kB的FLASH，無(wú)需外接存儲(chǔ)器，使用方便。該芯片兼容8051的指令，易于編程，且功能強(qiáng)大。在硬件及程序設(shè)計(jì)上，利用P0端口控制MT8880芯片，其中P0.0～P0.3為數(shù)據(jù)輸入輸出位，P0.4～P0.7為MT8880的命令字輸入位；利用P1端口中的5位來(lái)控制ISD4004芯片；利用 P2端口控制家電設(shè)備；利用P3端口中的3位來(lái)控制系統(tǒng)的開啟，摘掛電話及標(biāo)志位的設(shè)定。

　　1.7 被控模塊

　　家電大多使用220 V交流電，屬于強(qiáng)電電路。所以使用繼電器來(lái)開關(guān)家電。芯片不能直接驅(qū)動(dòng)繼電器，因此在集成電路芯片與繼電器之間必須設(shè)置一個(gè)驅(qū)動(dòng)繼電器的電路。本系統(tǒng)的所有繼電器都利用三極管的截止與飽和兩個(gè)狀態(tài)，來(lái)關(guān)閉或打開繼電器開關(guān)。

　　2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)思想，其程序流程如圖4所示。

　　系統(tǒng)的DTMF收發(fā)程序說明如下：

　　接收程序：MOVR1,#0

　　MOVR0,#10H

　　LOOP1：MOVA,#0FFH

　　MOVP0,A

　　SETBP0.7

　　SETBP0.4

　　CLRP0.5

　　SETBP0.6

　　MOVA,P0; 讀 8880 狀態(tài)寄存器

　　JNBACC.2, LOOP1

　　CLRP0.4

　　MOVA,P0; 讀 8880 接收數(shù)據(jù)寄存器

　　ANLA,#0FH; 屏蔽高四位

　　MOV@R0,A

　　INCR0

　　INCR1

　　CJNER1,#07H,LOOP1

發(fā)碼程序：MOVR0,#10H

　　MOVR1,#7

　　MOVA,#9DH;寫 8880CRA

　　MOVP0,A

　　MOVA,#90H

　　MOVP0,A;寫 8880CRB,8880模式2為TONE,DTMF,IRQ,BURST

　　LOOP2：MOVA,@R0

　　ORLA,#0F0H

　　ANLA,#8FH

　　MOVP0,A; 發(fā)送數(shù)據(jù)

　　MOVA,#0FFH

　　MOVP0,A

　　SETBP0.7

　　SETBP0.4

　　CLRP0.5

　　SETBP0.6

　　LOOP3：MOVA,P0;讀8880狀態(tài)寄存器

　　JNBACC.1,LOOP3

　　INCR0

　　DJNZR1,LOOP2?

　　3 結(jié)語(yǔ)

　　MT8880構(gòu)成的智能通訊系統(tǒng)，具有通訊速度快，可靠性高和誤碼率低的優(yōu)點(diǎn)。該系統(tǒng)自運(yùn)行以來(lái)，其工作正常，性能穩(wěn)定，通訊可靠。