公共電話網(wǎng)和全球移動(dòng)通信網(wǎng)（GSM）的語(yǔ)音和數(shù)據(jù)量的傳輸主要通過DTMF技術(shù)實(shí)現(xiàn)。本文介紹了一種基于DTMF收發(fā)技術(shù)和無(wú)線射頻技術(shù)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的方法。例如在辦公室打電話回家遠(yuǎn)程查詢、開啟或關(guān)閉家里的各種電器設(shè)各，使生活變得更加舒適安全便捷；也可以應(yīng)用于對(duì)人有毒害的工作場(chǎng)合，工人可以通過遠(yuǎn)程操作相關(guān)的設(shè)各完成特定的工作內(nèi)容。

　　1、 DTM F技術(shù)及其硬件電路設(shè)計(jì)

　　1.1 DTMF電話原理介紹

　　雙音多頻DTMF（Double Tone MultiFrequency）作為實(shí)現(xiàn)電話號(hào)碼快速可靠傳輸?shù)囊环N技術(shù)，具有很強(qiáng)的抗干擾能力和較高的傳輸速度，可用作電話的音頻撥號(hào)，也可以在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中用來(lái)實(shí)現(xiàn)各種數(shù)據(jù)流和語(yǔ)音等信息的遠(yuǎn)程傳輸。

　　DTMF是用兩個(gè)特定的單音頻組合信號(hào)來(lái)代表數(shù)字信號(hào)以實(shí)現(xiàn)其功能的一種編碼技術(shù)。國(guó)際上采用的頻率有：697 Hz、770 Hz、852 Hz、941 Hz、1 209 Hz、1 336 Hz、1477 Hz和1633 Hz等8種。用這8種頻率可形成16種不同的組合，從而代表16種不同的數(shù)字或功能鍵，具體組合如表1所示。

表18種音頻的16種組合表

　　DTMF信號(hào)的產(chǎn)生原理：雙音頻信號(hào)是兩個(gè)正弦波信號(hào)的疊加，選定兩個(gè)頻率f1和f2后很容易地得到這種信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式：

　　1.2電話通信的實(shí)現(xiàn)

　　1.2.1振鈴青的檢測(cè)

　　當(dāng)用戶被呼叫時(shí)，電話交換機(jī)發(fā)來(lái)鈴流信號(hào)，振鈴為（25±3）Hz的正弦波，諧鈴失真不大于10％，電壓有效值為（90±15）Ⅴ。振鈴以5 s為周期，即1 s送、4 s斷。根據(jù)振鈴信號(hào)電壓比較高的特點(diǎn)，可以先使用高壓穩(wěn)壓二極管進(jìn)行降壓，然后輸人至光電耦合器。經(jīng)過光耦的隔離轉(zhuǎn)換，從光電耦合器輸出的波形是時(shí)通時(shí)斷的正弦波，經(jīng)過RC回路進(jìn)行濾波輸出標(biāo)準(zhǔn)的方波。方波信號(hào)就可以直接輸出至單片機(jī)的中斷計(jì)數(shù)器輸人口，完成整個(gè)振鈴音檢測(cè)和計(jì)數(shù)的過程，如圖1所示。

　　1.2.2 自動(dòng)摘掛機(jī)

　　程控電話交換機(jī)對(duì)電話摘機(jī)的響應(yīng)是電話線回路電流突然變大至約30 mA，即當(dāng)程控交換機(jī)檢測(cè)到電話線回路中的電流變大時(shí)，則認(rèn)為電話機(jī)已經(jīng)摘機(jī)。

　　自動(dòng)摘掛機(jī)電路可以通過單片機(jī)控制一個(gè)繼電器的開關(guān)，繼電器的控制端將一個(gè)約300Ω的電阻接人電話線兩端，從而完成模擬摘掛機(jī)，如圖1所示。

圖1 MT8880與單片機(jī)接口電路

　　1.2.3雙音頻解碼

　　本文使用電話專用的雙音頻編解碼芯片MT8880進(jìn)行輸人雙音頻信號(hào)的解碼。經(jīng)過專用集成電路的解碼，信號(hào)轉(zhuǎn)換成為不同的碼制信號(hào)，可以直接被單片機(jī)讀取。

　　1．3 DTMF信號(hào)收、發(fā)芯片MT8880簡(jiǎn)介

　　MT8880是加拿大MITEL公司生產(chǎn)的DTMF收發(fā)一體的集成電路，該芯片集成度高，內(nèi)部含有一個(gè)帶增益可調(diào)放大器的DTMF接收器和一個(gè)DTMF發(fā)送器。接收器采用集頻帶分離濾波器和數(shù)字解碼為一體的結(jié)構(gòu)形式。其中濾波電路采取高頻群和低頻群兩個(gè)六階開關(guān)電容濾波器，解碼采用數(shù)字計(jì)數(shù)器技術(shù)來(lái)確定輸人DTMF信號(hào)的頻率，并譯成4位二進(jìn)制碼。發(fā)送器采用開關(guān)電容D／A變換器，可發(fā)出16種雙音多頻DTMF信號(hào)。接收部分用于完成DTMF信號(hào)的接收、分離和譯碼，并以4位并行二進(jìn)制碼的方式輸出。

　　1．4 MT8880與單片機(jī)控制接口

　　MT8880使用標(biāo)準(zhǔn)的單片機(jī)控制接口，單片機(jī)可以精確地完成接收和發(fā)送功能，允許單片機(jī)訪問其內(nèi)部一個(gè)狀態(tài)寄存器、2個(gè)控制寄存器和2個(gè)數(shù)據(jù)寄存器。

　　MT8880內(nèi)部有2個(gè)數(shù)據(jù)寄存器，一個(gè)是只執(zhí)行讀操作的接收數(shù)據(jù)寄存器RDR；另一個(gè)是只執(zhí)行寫操作的發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器TDR。另外，MT8880中還有2個(gè)4位的收、發(fā)控制寄存器ORA和CRB（這2個(gè)寄存器位于同一地址空間）。對(duì)CRB的操作通過CRA中的一個(gè)特定位b3來(lái)實(shí)現(xiàn)，在寫CRA后，接著對(duì)同樣地址進(jìn)行特定操作以把數(shù)據(jù)寫人CRB，再次寫時(shí)又指向CRA。在上電時(shí)，內(nèi)部設(shè)置電路先要清除控制寄存器，因此作為防范措施，軟件應(yīng)設(shè)置清除寄存器的初始化程序；而MT8880中的4位狀態(tài)寄存器SR則用來(lái)反映收、發(fā)信號(hào)的工作狀態(tài)。寄存器的選擇與操作由RS0和R／W口線來(lái)控制，當(dāng)需要接收DTMF信號(hào)時(shí)，首先往控制寄存器CRA和CRB寫人相應(yīng)的控制字，把MT8880芯片設(shè)置為DTMF模式，通過讀取狀態(tài)寄存器中的D2位，可以判斷是否收到一個(gè)有效的DTMF信號(hào)并已譯碼。若已收到則讀取內(nèi)部“接收數(shù)據(jù)寄存器”的內(nèi)容（從IV［T8880芯片的DO～D3腳讀出）。當(dāng)需要發(fā)送DTMF信號(hào)時(shí)，同樣應(yīng)先往控制寄存器CRA和CRB寫人相應(yīng)的控制字，把MT8880芯片設(shè)置為DTMF模式，通過讀取狀態(tài)寄存器中的Dl位，可以判斷是否發(fā)送完一個(gè)DTMF信號(hào)。若已發(fā)送完，則把下一個(gè)要發(fā)送的數(shù)字由Dl～D3腳寫人到內(nèi)部“發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器”。如果MT8880芯片同時(shí)又被設(shè)置為中斷模式，則通過檢測(cè)IRQ端狀態(tài)，也能判斷一個(gè)DTMF信號(hào)收到或發(fā)送完畢與否。其應(yīng)用電路見圖1。

　　1．5手機(jī)模塊與單片機(jī)控制接口

　　絕大多數(shù)的手機(jī)也與固定電話一樣有振鈴信號(hào)，也可以收發(fā)DTMF信號(hào)，只要對(duì)普通手機(jī)稍做改動(dòng)即可，即把手機(jī)的鈴流信號(hào)接出來(lái)，同時(shí)把手機(jī)的耳機(jī)口分成兩路（一路為DTMF輸出即耳麥線，另一路為DTMF輸人即話筒線），手機(jī)模塊與單片機(jī)的接口電路如圖2所示。

圖2手機(jī)模塊與單片機(jī)接口電路

　　2、射頻技術(shù)及其硬件電路設(shè)計(jì)

　　微功率無(wú)線射頻技術(shù)主要用于特定環(huán)境下的數(shù)據(jù)傳輸，常用于現(xiàn)代家庭多路電源的集中控制、智能小區(qū)物業(yè)管理、防盜報(bào)警、無(wú)線水塔控制、無(wú)線抄表、航空、航模和遙控遙測(cè)等場(chǎng)合。

　　本文采用的無(wú)線編解碼芯片是PT2262／2272，是臺(tái)灣普城公司生產(chǎn)的一種CM05工藝制造的低功耗低價(jià)位通用編解碼電路，PT2262／2272最多可有12位（A0～All）三態(tài)地址端管腳（懸空、接高／接低電平），任意組合可提供531441個(gè)地址碼，PT2262最多可有6位（DO～D5）數(shù)據(jù)端管腳，設(shè)定的地址碼和數(shù)據(jù)碼從17腳串行輸出，可用于無(wú)線遙控發(fā)射電路。

　　本文使用的無(wú)線發(fā)射頭與無(wú)線接收頭是現(xiàn)成的模塊。單片機(jī)與無(wú)線發(fā)射頭的接口電路框圖如圖3所示。無(wú)線接收頭經(jīng)解碼輸出后驅(qū)動(dòng)電路框圖如圖4所示。

圖3單片機(jī)與無(wú)線發(fā)射頭的接口電路框圖

圖4無(wú)線接收頭經(jīng)解碼輸出后驅(qū)動(dòng)電路框圖

　　3、遠(yuǎn)程控制應(yīng)用實(shí)現(xiàn)

　　為了實(shí)現(xiàn)對(duì)多點(diǎn)設(shè)備的控制，無(wú)線編碼芯片PT2262的地址線選用A0～A7地址腳和DO～D3數(shù)據(jù)腳，這12個(gè)口線均通過單片機(jī)AT89S52來(lái)控制。由于單片機(jī)很容易實(shí)現(xiàn)“0”和“1”控制，所以單片機(jī)對(duì)A0～A7這8個(gè)地址線的控制可實(shí)現(xiàn)256種狀態(tài)，即最多可以控fitJ 256種設(shè)備（每一個(gè)PT2272解碼芯片輸出對(duì)應(yīng)于一種受控設(shè)各）；同樣地，單片機(jī)對(duì)DO～D3這4條數(shù)據(jù)線的控制可實(shí)現(xiàn)16種狀態(tài)，即對(duì)同一設(shè)各可實(shí)現(xiàn)最多16種方式的操作。本文實(shí)現(xiàn)的是異地遠(yuǎn)程呼叫處理工廠各個(gè)無(wú)人操作車間的測(cè)試儀器，并能遙控操作進(jìn)行相關(guān)的測(cè)試任務(wù)。系統(tǒng)框圖如圖5所示。

　圖5 遠(yuǎn)程控制應(yīng)用系統(tǒng)框圖

　　系統(tǒng)的工作流程如下：?jiǎn)纹瑱C(jī)主板可以接人固定電話線也可以接人一個(gè)手機(jī)模塊（專為沒有預(yù)裝固定電話的區(qū)域使用），操作員在異地拔打本地電話號(hào)碼（或手機(jī)號(hào)碼），單片機(jī)主板會(huì)自動(dòng)檢測(cè)振鈴信號(hào)，然后自動(dòng)摘機(jī)，并提示操作員輸人密碼。當(dāng)單片機(jī)主板驗(yàn)證通過后，操作員就可輸人地址碼（對(duì)應(yīng)于一臺(tái)測(cè)試儀器，如001號(hào)）和操作碼（當(dāng)前測(cè)試機(jī)的測(cè)試任務(wù)，如A字符，代表打開測(cè)試機(jī)電源），單片機(jī)主板識(shí)別后，通過編碼芯片送給無(wú)線發(fā)射頭，無(wú)線發(fā)射頭按特定的規(guī)則送出地址碼和操作碼，每一臺(tái)測(cè)試機(jī)上的無(wú)線接收頭都能接收到該無(wú)線信號(hào)，但只有與編碼芯片的地址匹配的那臺(tái)測(cè)試機(jī)才會(huì)響應(yīng)并執(zhí)行操作碼。

　　4、軟件實(shí)現(xiàn)

　　軟件部分主要分為三部分：（1）正確檢測(cè)到固定電話的振鈴音并自動(dòng)摘機(jī)或手機(jī)模塊自動(dòng)接通接聽中的鈴流信號(hào)；（2）對(duì)DTMF信號(hào)的接收和發(fā)送處理，實(shí)現(xiàn)身份認(rèn)證、向用戶發(fā)送提示音、接收用戶輸人的控制指令等。（3）控制編碼芯片地址線和數(shù)據(jù)線，從而把控制指令無(wú)線傳輸出去。

　　4．1固話振鈴音的檢測(cè)及處理

　　針對(duì)固定電話、結(jié)合圖1，單片機(jī)AT89S52的TEST腳檢測(cè)到固定電話振鈴檢測(cè)信號(hào)波形，AT89S52只要判斷TEST腳的電平變化即可以正確檢測(cè)外線是否有電話撥人，然后控制TRI腳吸合繼電器實(shí)現(xiàn)模擬摘機(jī)。

　　針對(duì)手機(jī)模塊、結(jié)合圖2，本文選用的是一款諾基亞手機(jī)（手機(jī)設(shè)為自動(dòng)接聽模式），經(jīng)局部改造提到鈴流信號(hào)線送人單片機(jī)AT89S52的GSM－RING的lO腳上，常態(tài)下為高電平，當(dāng)有電話打過來(lái)時(shí)，GSM－RING的lO腳上得到的波形如圖6所示。所以單片機(jī)只要AT89S52判斷GSM－RING的lO腳的電平變化情況就可以了。

圖6手機(jī)模塊鈴流信號(hào)波形

　　4.2 DTMF信號(hào)的收發(fā)處理

　　當(dāng)固定電話或手機(jī)模塊自動(dòng)摘機(jī)后，則啟用DTMF收發(fā)處理程序（主要是對(duì)MT8880芯片的處理），關(guān)鍵的程序代碼如下［3］·

　　“讀MT8880狀態(tài)或數(shù)據(jù)寄存器”函數(shù)：

　　〃功能說(shuō)明：讀取MT8880狀態(tài)寄存器

　　〃輸出參數(shù)：返回MT8880的狀態(tài)寄存器值

　　//DTMF REG為與MCU的接口寄存器，在＂DTMF H＂有定義

　　uchar DTMF_CPR（void）

　　｛

　　uchar uc_data；

　　DTMF_Q2＝1；

　　noD（）；

　　_nop_（）；

　　uc_data＝DTMF_REG；IlC_data＝uc＿data＆0x0f；pTMF＿07v＂＝0；

　　return（uc_d·ata）；

　　｝

　　“寫MT8880控制或數(shù)據(jù)寄存器時(shí)序”函數(shù)：

　　//功能說(shuō)明：MT8880的Q2時(shí)序控制

　　void DTMF_CPW（void）

　　｛

　　DTMF_Q2＝1；       //Q2＝1產(chǎn)生Q2的上升沿

　　non_（）；//Q2的高電平持續(xù)

　　_nop_（）；

　　uc_data=DTMF_REG;//讀MT8880狀態(tài)寄存器

　　uc_data=uc_data&0x0f;//屏蔽高四位，只取低4位

　　DTMF_Q2＝0；//Q2=0完成一個(gè)Q2時(shí)鐘

　　return(uc_data);

　　｝

　　“MT8880發(fā)送前的初始化”函數(shù)：

　　//功能說(shuō)明：發(fā)送前的初始化（對(duì)MT8880控制寄存器的

　　//操作）void DTMF－send－init（void）

　　｛

　　DTMF_REG＝0x49；

　　//寫1001到MT8880控制寄存器CRA（允許發(fā)送）

　　DTMF_CPW（）；        //寫人控制器寄存器

　　DTMF_REG＝0x40；//寫0000到MT8880控制寄存器CRB

　　DTMF_CPW（）；         //寫人控制器寄存器｝

　　“MT8880接收前的初始化”函數(shù)：

　　//功能說(shuō)明：接收前的初始化（對(duì)MT8880控制寄存器

　　//的操作）void DIME rec init（void）

　　｛

　　DTMF＿REG＝0x4C；

　　//寫1100到MT8880控制寄存器CRA（使能中斷模式，接著寫CRB）

　　DTMF_CPW（）；

　　DTMF_REG＝0x40；    //寫 0000到MT8880控制寄存器

　　//CRB

　　DTMF_CPW（）；

　　｝

　　“MT8880接收1位DTMF”函數(shù)：

　　//功能說(shuō)明：接收1位DTMF信號(hào)

　　//返回參數(shù)：接收到數(shù)據(jù)存于A//DTMF REG為與MCU的接口寄存器，在＂DTMF．H＂有定義

　　//READSR為讀狀態(tài)寄存器SR時(shí)臨時(shí)存儲(chǔ)器，在＂DTMF.H＂

　　//有定義

　　uchar DTMF＿rec_1 byte（void）

　　｛

　　uchar uc_data；

　　DTMF_REG＝Ox⒍；／／CS＝0 RS0＝1 RW＝1 Q2＝0

　　READSR=DTMF_CPR（）；     //讀狀態(tài)寄存器SR

　　while（SRBZ！ ＝1）；

　　//判斷SR的b2＝1嗎？＝1說(shuō)明收到有效數(shù)據(jù)

　　DTMF_REG＝0x2f；

　　uc_data=DTMF_CPR（）；//讀取數(shù)據(jù)

　　return（uc_data）；

　　）

　　“MT8880發(fā)送1位DTMF”函數(shù)：

　　//功能說(shuō)明：發(fā)送1位DTMF信號(hào)

　　//輸人參數(shù)：待發(fā)送數(shù)據(jù)給A／／DTMF－REG為與MCU的接口寄存器，在＂DTMf. H＂有定義／／READSR為讀狀態(tài)寄存器SR時(shí)臨時(shí)存儲(chǔ)器，在＂DTMF.H＂

　　//有定義

　　void DTMF send_lbyte（uchar uc_data）

　　｛

　　DIME_ON（）；

　　DTMF_Q2＝0；

　　DTMF RS0＝0：

　　DTMF RW＝0：

　　DTMF RFC＝uc data：

　　DTMF CPM（）：

　　delay＿ms（130）；

　　//突發(fā)模式，送出后延時(shí)的100 ms再讀狀態(tài)寄存器

　　DTMF￣REG＝0x6f；//CS＝0 RS0＝1 RW＝1 Q2＝0

　　READSR＝DTMF CPR（）：

　　｝

　　4.3對(duì)編碼芯片地址線和數(shù)據(jù)線的控制

　　已正確識(shí)別用戶通過DTMF技術(shù)輸人的控制指令后，單片機(jī)只要控制8位地址線和4位數(shù)據(jù)線這12個(gè)lO口的高低電平就可以啟動(dòng)無(wú)線傳輸。而在無(wú)線接收端是由硬件電路自動(dòng)完成的，不需要軟件控制。

　　本文介紹的技術(shù)已在實(shí)際項(xiàng)目中運(yùn)用，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。如果增加語(yǔ)音提示功能，則整個(gè)系統(tǒng)能做得更加完善和更加人性化。要實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音提示功能，只要增加一塊語(yǔ)音錄放芯片就可以了。

參考文獻(xiàn)
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