一種電話(huà)語(yǔ)音查詢(xún)與控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

關(guān)鍵詞：電話(huà)，語(yǔ)音，控制，多線(xiàn)程，ADO

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1 引言

具有PC機(jī)的監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在諸多領(lǐng)域。由于我們只能在監(jiān)控中心才能夠查詢(xún)和控制整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)情況，所以，在工作中，特別是在檢修被控制的設(shè)備時(shí)，常常需要幾個(gè)人在相距較遠(yuǎn)的監(jiān)控中心和被控設(shè)備之間來(lái)回忙碌，當(dāng)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題時(shí)不能盡快采取有效措施予以解決，從而導(dǎo)致不必要的經(jīng)濟(jì)損失。應(yīng)某單位的要求，本文設(shè)計(jì)了交互式電話(huà)語(yǔ)音查詢(xún)和控制系統(tǒng)。它既能對(duì)該單位所有可訪(fǎng)問(wèn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢(xún)，又能對(duì)幾個(gè)大型電機(jī)進(jìn)行重點(diǎn)的溫度監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程控制，以此優(yōu)化管理，提高工作效率。它還能夠根據(jù)用戶(hù)需求擴(kuò)展出一些個(gè)性化功能，是一種新型的具有市場(chǎng)前景的系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2．1 系統(tǒng)工作原理

電話(huà)語(yǔ)音查詢(xún)和控制系統(tǒng)的硬件部分主要由上位機(jī)（PC機(jī)）、下位機(jī)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電話(huà)語(yǔ)音卡、外線(xiàn)（普通市話(huà)線(xiàn)路）和內(nèi)線(xiàn)等組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。用戶(hù)可以在任何地方使用雙音頻電話(huà)或手機(jī)等通訊工具撥打監(jiān)控中心的系統(tǒng)電話(huà)，振鈴信號(hào)通過(guò)電話(huà)網(wǎng)，經(jīng)語(yǔ)音卡接口傳人上位機(jī)，系統(tǒng)感知振鈴后接通電話(huà)，并播放提示音。當(dāng)用戶(hù)按下電話(huà)鍵盤(pán)后，上位機(jī)將傳送來(lái)的雙音多頻碼DTMF進(jìn)行分析處理后轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)命令。若收到的是查詢(xún)命令，則對(duì)相應(yīng)的測(cè)控?cái)?shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行查詢(xún)，上位機(jī)將查詢(xún)后的結(jié)果轉(zhuǎn)換合成為語(yǔ)音信息，再經(jīng)語(yǔ)音卡接口和電信網(wǎng)播放給用戶(hù)收聽(tīng)；若收到的是控制命令，則由控制算法計(jì)算出控制量，上位機(jī)通過(guò)通訊將此信息下傳到下位機(jī)中，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，然后上傳控制命令的執(zhí)行情況，上位機(jī)將其轉(zhuǎn)換合成為語(yǔ)音信息播放給用戶(hù)，并顯示狀態(tài)信息參數(shù)，將控制日志記錄到數(shù)據(jù)庫(kù)中，以便今后的統(tǒng)計(jì)和分析。如果系統(tǒng)檢測(cè)到掛機(jī)信號(hào)或等待雙音頻信息的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，系統(tǒng)將掛斷電話(huà)機(jī)。

下位機(jī)在上位機(jī)的非控制狀態(tài)下，不斷地將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)上傳到上位機(jī)，并將有效數(shù)據(jù)記錄到數(shù)據(jù)庫(kù)中，當(dāng)被監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)超出預(yù)定值時(shí)則產(chǎn)生預(yù)警信息。

2．2 電話(huà)語(yǔ)音卡簡(jiǎn)介

電話(huà)語(yǔ)音卡，即“電腦與電話(huà)語(yǔ)音處理卡”，是CTI（Computer Telecommunication Integration）技術(shù)的產(chǎn)品。它包含有模擬電話(huà)語(yǔ)音處理卡和數(shù)字中繼接口語(yǔ)音處理卡。本系統(tǒng)使用的是模擬語(yǔ)音卡。作為公共電話(huà)網(wǎng)與電腦的關(guān)鍵接口設(shè)備，它負(fù)責(zé)檢測(cè)和執(zhí)行各種電話(huà)信息。國(guó)產(chǎn)電話(huà)語(yǔ)音卡的開(kāi)發(fā)在技術(shù)上（除PC接口技術(shù)外）主要是利用了時(shí)分交換技術(shù)，這是從程控交換機(jī)的思路演化而來(lái)的。目前，時(shí)分交換、語(yǔ)音壓縮、專(zhuān)用或通用DSP（Digital Signal Processing）技術(shù)及PC接口等方面的技術(shù)已很成熟。每塊卡具有相互獨(dú)立的多個(gè)通道，根據(jù)各個(gè)通道的不同需求，可選用不同的功能模塊。語(yǔ)音卡一般具有以下幾種主要的模塊：接口、放音、錄音、搭線(xiàn)、傳真、聲控錄音等。接口模塊分為用戶(hù)模塊（內(nèi)線(xiàn)模塊）和中繼模塊（外線(xiàn)模塊）兩種。用戶(hù)模塊可以直接驅(qū)動(dòng)電話(huà)，將電話(huà)連接到此模塊上，摘機(jī)即可工作。中繼模塊連接電信網(wǎng)的電話(huà)中繼線(xiàn)或小型程控交換機(jī)的用戶(hù)線(xiàn)，相當(dāng)于一部電話(huà)機(jī)。

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語(yǔ)音卡支持兩種總線(xiàn)，即安裝時(shí)要設(shè)置I/O與IRQ的ISA（Industry Standard Architecture）和能即插即用的PCI（Peripheral Component Interconnect）。

電話(huà)語(yǔ)音卡生產(chǎn)廠(chǎng)家隨卡提供的軟件包括底層驅(qū)動(dòng)程序（動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)DLL）和二次開(kāi)發(fā)接口程序。每個(gè)通道都可以由軟件（如VC++、VB、Delphi、C/C++、VFp等）編程完成以下基本功能：

·自動(dòng)檢測(cè)外線(xiàn)振鈴信號(hào)和內(nèi)線(xiàn)的摘掛機(jī)動(dòng)作；

·控制外線(xiàn)的摘掛機(jī)，內(nèi)線(xiàn)的饋電或鈴流；

·將數(shù)字化電腦語(yǔ)音文件播放到電話(huà)線(xiàn)上；

·將電話(huà)語(yǔ)音錄制成數(shù)字化電腦語(yǔ)音文件；

·接收用戶(hù)的電話(huà)機(jī)按鍵碼，即雙音多頻碼；

·檢測(cè)電話(huà)線(xiàn)路返回的各種信號(hào)音狀態(tài)，如撥號(hào)音、忙音、回鈴音等；

·電話(huà)卡上任意兩通道可連接相互通話(huà)。當(dāng)卡上同時(shí)配有內(nèi)外線(xiàn)時(shí)，內(nèi)外線(xiàn)之間也可連接通話(huà)；

·軟件可調(diào)語(yǔ)音壓縮比。

2．3 下位機(jī)的設(shè)計(jì)

通過(guò)比較，本文選用PIC16C57單片機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)。它是采用精簡(jiǎn)指令集RISC，全靜態(tài)CMOS工藝的8位機(jī)；它性?xún)r(jià)比高，有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力；具有20個(gè)I/O口，可分別作為監(jiān)測(cè)口和控制口，每個(gè)I/O口最大拉電流為20mA，最大灌電流為25mA，可直接驅(qū)動(dòng)LED。溫度傳感器采用AD590，測(cè)溫范圍為-55℃～150℃，它的輸出電流公式為

??????? Iout=CT×(273.15+t)

式中，CT=1μA/K是標(biāo)稱(chēng)溫度系數(shù)；t表示攝氏度。其電流再經(jīng)運(yùn)算放大器LM324放大后輸出。系統(tǒng)采用MAX232電路通過(guò)RS232C接口與上位機(jī)串行通信。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)電路由MOC3081和雙向晶閘管等器件組成。MOC3081的輸入控制電流15mA，過(guò)零檢測(cè)電壓值為20V，輸出額定電壓是600V，最大重復(fù)浪涌電流為1A，輸出輸入隔離電壓大于7500V。驅(qū)動(dòng)電路的觸發(fā)部分如圖2所示。

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2．4 電話(huà)通信線(xiàn)路的改善

電話(huà)通信線(xiàn)路的質(zhì)量是系統(tǒng)可靠工作的重要保障之一。電話(huà)機(jī)的傳輸頻帶為300Hz～3400Hz。若電話(huà)中有干擾聲，則首先檢查電話(huà)線(xiàn)是否遠(yuǎn)離干擾源。如果電話(huà)線(xiàn)過(guò)于陳舊，線(xiàn)里有銹蝕現(xiàn)象，電話(huà)線(xiàn)絕緣性不良或電話(huà)線(xiàn)芯接觸到其它導(dǎo)體（如鋁合金門(mén)窗等）上都會(huì)造成其電氣性能的下降、傳輸誤碼率的上升和嚴(yán)重的交流或廣播等噪聲。應(yīng)將其更換成新線(xiàn)，并將接線(xiàn)處連接好。若此后電話(huà)中仍有干擾噪聲，則可在電話(huà)線(xiàn)接入電話(huà)和系統(tǒng)之前，接上一個(gè)簡(jiǎn)易的抗干擾濾波電路（如圖3），元件參數(shù)可由公式

取得，最終經(jīng)實(shí)驗(yàn)確定。式中f是需要過(guò)濾的干擾頻率，XC是容抗，XL是感抗；電路中的地線(xiàn)一定要可靠，否則電路可能無(wú)效，甚至適得其反。

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3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3．1 軟件的組成

本系統(tǒng)的下位機(jī)程序主要包含啟動(dòng)自檢模塊、AD轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理模塊、通訊模塊、輸入輸出模塊等。為了解決程序受干擾后跳飛的問(wèn)題，在每個(gè)存儲(chǔ)器頁(yè)面最后放置一條SLEEP指令，在小于18ms的延時(shí)等待程序中不使用清看門(mén)狗指令，在大于18ms的延時(shí)等待程序中必須使用CLRWDT指令。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，由于阻容、放大器等元器件的特性會(huì)造成參數(shù)的誤差，直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的性能，因此，在數(shù)據(jù)處理模塊中必須具有誤差的修正算法。

上位機(jī)軟件主要由電話(huà)語(yǔ)音處理、數(shù)據(jù)庫(kù)處理、通訊處理和系統(tǒng)維護(hù)等程序模塊組成。電話(huà)語(yǔ)音處理程序是通過(guò)調(diào)用底層驅(qū)動(dòng)軟件，對(duì)每個(gè)電話(huà)通道進(jìn)行摘機(jī)掛機(jī)控制、錄制播放語(yǔ)音控制、接收發(fā)送DTMF碼、檢測(cè)各種信號(hào)音、檢測(cè)電話(huà)通道忙/閑狀態(tài)以及計(jì)算控制量。當(dāng)播放多位數(shù)字（如123，2002）時(shí)，可以采用組合放音方式依次連續(xù)播放每個(gè)數(shù)字對(duì)應(yīng)的預(yù)先錄制好的語(yǔ)音文件。語(yǔ)音處理模塊中必須具有等待用戶(hù)信息命令的超時(shí)控制，以免出現(xiàn)永不掛機(jī)的現(xiàn)象。程序流程如圖4所示。數(shù)據(jù)庫(kù)處理模塊主要是對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行查詢(xún)、記錄控制日志、生成分析報(bào)表等數(shù)據(jù)管理工作。通訊處理模塊使用MSComm對(duì)象以9600，N，8，1格式呼叫下位機(jī)、向下位機(jī)發(fā)送和接收信息。

3．2 軟件的設(shè)計(jì)思想

電話(huà)語(yǔ)音查詢(xún)與控制系統(tǒng)基于Windows98或WindowsNT等操作系統(tǒng)，我們可以選用時(shí)鐘中斷輪詢(xún)方式或多線(xiàn)程（Multithread）方式來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。為了使系統(tǒng)具有較強(qiáng)的并行性和程序的高效性，本系統(tǒng)采用多線(xiàn)程序設(shè)計(jì)。為了保障數(shù)據(jù)和控制的安全有效性，本系統(tǒng)采用多線(xiàn)程設(shè)計(jì)。為了保障數(shù)據(jù)和控制的安全有效性，在軟件設(shè)計(jì)中對(duì)共享變量的訪(fǎng)問(wèn)和設(shè)置要采取同步、互斥和臨界區(qū)等操作。

本文利用Visual C++6.0中MFC類(lèi)庫(kù)提供的多線(xiàn)程支持進(jìn)行設(shè)計(jì)。MFC區(qū)分兩種類(lèi)型的線(xiàn)程：工作者線(xiàn)程（Worker Thread）和用戶(hù)界面線(xiàn)程（User Interface Thread）。應(yīng)用程序的主執(zhí)行線(xiàn)程就是一個(gè)用戶(hù)界面線(xiàn)程，我們可以在此線(xiàn)程中編寫(xiě)系統(tǒng)初始化代碼，并調(diào)用AfxBeginThread函數(shù)來(lái)啟動(dòng)工作者線(xiàn)程。

工作者線(xiàn)程在程序中是一個(gè)函數(shù)，它完成該線(xiàn)程并行的工作?？梢栽诠ぷ髡呔€(xiàn)程中編寫(xiě)電話(huà)語(yǔ)音查詢(xún)

　

　

3．3 系統(tǒng)軟件訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)

本系統(tǒng)利用ADO（ActiveX Data Object）技術(shù)，以共享方式對(duì)Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行操作。為了提高系統(tǒng)的查詢(xún)速度，數(shù)據(jù)庫(kù)中的表應(yīng)增加索引。如果系統(tǒng)只進(jìn)行查詢(xún)操作，可以指定以只讀方式和僅向前方式連接數(shù)據(jù)庫(kù)。由于查詢(xún)語(yǔ)句以不同的查詢(xún)條件多次執(zhí)行，故最有效的方法是使用ADO Command對(duì)象參數(shù)化查詢(xún)（當(dāng)然存儲(chǔ)過(guò)程也是一種方法）。為此，編寫(xiě)程序時(shí)需要如下步驟：

（1）創(chuàng)建一個(gè)SQL SELECT語(yǔ)句，用問(wèn)號(hào)代表參數(shù)的占位符（如Where AdmID=?）；

（2）創(chuàng)建一個(gè)ADO Command對(duì)象的實(shí)例；

（3）通過(guò)調(diào)用Command對(duì)象的CreateParameter方法，為第一個(gè)參數(shù)創(chuàng)建一個(gè)ADO Parameter對(duì)象（如Adm Cmd - > CreateParameter（L“AdmID”，adBSTR，adParamInput,0））；

（4）用Command對(duì)象的Append方法將前一步中創(chuàng)建的Parameter對(duì)象加入到Command對(duì)象的Parameters集合中；

（5）重復(fù)步驟（3）和步驟（4），為查詢(xún)語(yǔ)句創(chuàng)建其它參數(shù)；

（6）調(diào)用Command對(duì)象的GetParameter方法以訪(fǎng)問(wèn)Parameters集合；

（7）用Parameters集合的GetItem方法取回它所包含的第一個(gè)ADO Parameter對(duì)象；

（8）給Parameter對(duì)象的Value屬性賦值（如GetItem（“AdmID”） - > =_bstr_t（Channels[Chn]. AdmII））;

（9）重復(fù)步驟（6）～（8）為其它參數(shù)賦值；

（10）調(diào)用Command對(duì)象的Execute方法執(zhí)行查詢(xún)，返回一個(gè)打開(kāi)的Recordset對(duì)象；

（11）將Recordset對(duì)象的Field值轉(zhuǎn)換為語(yǔ)音文件以備播放。

另外，為了更有效地提高取回多行記錄的效率，可以采用Recordset對(duì)象的GetRows方法將記錄拷貝到一個(gè)異構(gòu)類(lèi)型的二維安全數(shù)組中進(jìn)行操作。

4 系統(tǒng)的可擴(kuò)展性

根據(jù)本系統(tǒng)的特點(diǎn)，我們可以進(jìn)一步擴(kuò)展出一些功能：添加具有可以撥發(fā)DTMF碼的用于監(jiān)測(cè)的下位機(jī)，使用DTMF碼接通并傳入信息到系統(tǒng)中，這樣使其能夠具有對(duì)那些產(chǎn)生小數(shù)據(jù)量的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)的能力；當(dāng)上位機(jī)處理到偏離要求的參數(shù)時(shí)，通過(guò)語(yǔ)音卡向電信網(wǎng)撥發(fā)系統(tǒng)管理員的電話(huà)或手機(jī)號(hào)碼，從而形成自動(dòng)遠(yuǎn)程報(bào)警的功能；系統(tǒng)能夠定時(shí)遠(yuǎn)程提醒值班人員此時(shí)該進(jìn)行哪項(xiàng)工作（如夜間巡視），因此，它能夠有效地管理監(jiān)控中心某些工作的進(jìn)度。

該系統(tǒng)不僅節(jié)省硬件成本，應(yīng)用靈活廣泛，而且研制周期短，可靠性高，已得到用戶(hù)的一致好評(píng)。

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參考文獻(xiàn)

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1 王有緒，許 杰，李拉成.PIC系列單片機(jī)接口技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2001

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