| 1 引言
21世紀是信息化時代,隨著電話機和手機走進了千家萬戶,各種通信技術(shù)推動了人類文明的巨大進步。隨著通訊產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,利用個人通信終端進行遠程控制的技術(shù)也日益用于生活中。電話遙控與常規(guī)的遙控方式相比,顯示出一定的優(yōu)越性,既不需進行專門的布線,又不占用無線電頻率資源,避免了電磁污染。同時,由于電話線路各地聯(lián)網(wǎng),可以充分利用現(xiàn)有的電話網(wǎng),因此遙控距離可跨省市,甚至跨越國家。
本文介紹智能電話遠程控制技術(shù),該系統(tǒng)用于對家用電器進行電話遙控,用戶可通過任意一部雙音多頻電話(包括手機,電話分機)對自己家庭安裝的各種電器(如電飯鍋,微波爐,熱水器等)進行開機,停機等操作。智能遠程控制系統(tǒng)能夠在不改變家中任何家電的情況下,對家里的電器進行方便地控制,使人們盡享高科技帶來的簡便而時尚的現(xiàn)代生活。本系統(tǒng)還特別采用了語音識別密碼和語音提示電路,使用起來更加方便,安全和可靠,具有實用價值和推廣意義。 2 主要芯片簡介
2.1 51系列兼容的單片機AT89C51
AT89C51是Atmel公司生產(chǎn)的與MCS-51系列兼容的單片機。內(nèi)含:4K字節(jié)Flash EEPROM、128字節(jié)RAM、15根I/O引線、2個16位定時器/計數(shù)器、1個五向量兩級中斷結(jié)構(gòu),1個全雙工串行口、1個精密模擬比較器等,其引腳如圖1所示。  圖1 AT89C51芯片引腳圖
2.2 DTMF信號轉(zhuǎn)換芯片MT8870
智能電話遠程控制系統(tǒng)采用MITEL公司生產(chǎn)的MT8870 DTMF接受器作為DTMF信號的解碼核心器件。MT8870主要用于程控交換機、遙控、無線通信等系統(tǒng),實現(xiàn)DTMF信號的分離濾波和譯碼功能, MT8870是雙直插式封裝的集成芯片,可以將DTMF信號譯成四位并行二進制BCD代碼的譯碼芯片,16個DTMF信號分別對應(yīng)0000-1111等 16位二進制代碼。MT8870具有撥號音抑制和模擬信號輸入可調(diào)功能,所以在設(shè)計MT8870 DTMF解碼電路時,只需外加一些阻容元件即可。其引腳圖如圖2所示�！�
 圖2 MT8870的引腳圖
2.3 RSC-4128信號處理器
RSC4128是一個高度集成的語言和模擬輸入／輸出復(fù)合信號處理器,它包括:
●一個8位微控制器:具有先進的指令集和中斷控制,高級的寄存器結(jié)構(gòu)。
●獨立的數(shù)字濾波器引擎和“L1”向量數(shù)學加速劑,片內(nèi)ROM和RAM(4.8K),并且能夠?qū)ζ獾腞AM,ROM,EPROM或者FLASH尋址。
●輸入端擴音器具有前置放大器和16位模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)對于語言和聲音的／模擬輸入
●10位數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC),和10位脈沖寬度調(diào)制器(PWM),用來直接連接話筒或者其他的模擬裝置。
●當一個選定的聲音的事件,比如鼓掌或者汽笛,發(fā)生的時候,可以從低功率的省電狀態(tài)醒來。
RSC4128具有如下的功能:
●語音識別。RSC4128是Sensory Speech 7生產(chǎn)的硬件,可以支持HMM(隱馬爾可夫建模)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù),用于執(zhí)行與發(fā)言人無關(guān)的獨立的語音識別。與說話人無關(guān)的識別要求有芯片內(nèi)或者片外的只讀存儲器存入被識別的詞語。與說話人有關(guān)的(SD)識別要求可編程存儲器存入個性化語言模板。這個可編程存儲器可以是芯片內(nèi)SRAM(靜態(tài)存儲器)或者片外的連續(xù)的EEPRAM(電可擦可編程只讀存儲器),FLASH MEMORY(閃速存儲器),或者SRAM(靜態(tài)存儲器)。
●說話人確認。RSC4128也支持Sensry的是說話人確認(SV)技術(shù)—市場上最成功的計量生物學。發(fā)言人在片上訓練一個特殊的字或者詞組之后,芯片就能夠識別一個特定的單詞是否是最初的發(fā)言人說出的。RSC4128可以儲藏10個說話人確認(SV)模板在芯片內(nèi),也可以使用外在的可編程存儲器存儲10 個以上。
●語言和音樂合成。
●錄音和重放功能。
3 系統(tǒng)硬件示意圖
智能電話遠程控制系統(tǒng)接收遠端發(fā)送來的DTMF信號,并對其進行解碼,解碼后的信號再由中央處理單元采集處理;為了方便用戶使用,本系統(tǒng)設(shè)計了語音提示和語音識別密碼;由于該系統(tǒng)一般工作在無人值守環(huán)境,所以應(yīng)具有振鈴檢測和模擬摘掛機功能;為了符合智能化要求,系統(tǒng)采用AT89C51作為中央處理器。同時,電話遠程控制系統(tǒng)正常工作還需電源供電電路、驅(qū)動電路等輔助電路。智能電話遠程控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。  圖3 智能電話遠程控制系統(tǒng)
可以看出,系統(tǒng)主要由DTMF音頻解碼電路、語音識別電路、模擬摘掛機電路、中央處理單元、驅(qū)動電路、電源電路等組成。
4 語音密碼檢測部分
4.1 語音密碼檢測原理
現(xiàn)在有很多類似的系統(tǒng)采用采用了密碼電路,也就是為了防止其他人對電器進行誤操作或者惡意破壞。本系統(tǒng)采用的是語音識別密碼,也就是應(yīng)用RSC4128的第二個功能—說話人確認功能—在發(fā)言人在片上訓練一個特殊的字或者詞組之后,芯片就能夠識別一個特定的單詞是否是最初的發(fā)言人說出的。RSC4128可以儲藏10個說話人確認(SV)模板在芯片內(nèi),也可以使用外在的可編程存儲器存儲10個以上。語音密碼用作用戶遙控應(yīng)答機的用戶密碼,具有較強的安全性,而且比一般的撥號密碼簡便,而且保密性強,可靠性更高。家里的主人也許有幾個,這個時候可以將每個人的語音記錄下來,作為訓練模板,只有符合要求的發(fā)言者才能夠?qū)@個系統(tǒng)進行控制。現(xiàn)在來看看這個語音識別系統(tǒng),如圖4所示:  圖4 語音識別系統(tǒng)模塊
語音識別模塊通過SHS、DATA、MHS三線與主機相連,采用三線同步串行通訊方式。對于語音識別模塊而言,SHS是輸出、MHS是輸入、DATA是雙向輸入輸出線。
附表詳細描述了控制部分和語音模塊間的數(shù)據(jù)傳送。
附表 控制部分和語音模塊間的數(shù)據(jù)傳送 
4.2 數(shù)據(jù)傳送時序
數(shù)據(jù)傳送以位為基礎(chǔ),傳送一位數(shù)據(jù)的握手協(xié)議詳述如下。
(1) 當MCPU要向SCPU傳送數(shù)據(jù)時,先將數(shù)據(jù)放在數(shù)據(jù)線DATA上,當確信SHS線處于高電平時,將MHS置0請求發(fā)送數(shù)據(jù)。
(2) SCPU檢測到MHS為低時,讀DATA上的數(shù)據(jù),置SHS為低表明已接收數(shù)據(jù)。
(3) MCPU檢測到SHS為低時,置MHS為高,表明此時DATA上的數(shù)據(jù)不再有效,同時置DATA為高。
(4) 然后SCPU置SHS為高,指示一個周期結(jié)束。雙方準備傳送下一位。
語音模塊在接收到命令包的最后一位后仍保持忙狀態(tài)(SHS=0),直到命令完成、語音模塊準備返回執(zhí)行結(jié)果為止。在這段時間,比較耗時的命令可通過電話機控制芯片在MHS上發(fā)送一個低脈沖來中斷命令的執(zhí)行。
當語音模塊要向電話機控制芯片傳送數(shù)據(jù)時,遵循同樣的過程,但先要置SHS為低。協(xié)議是完全對稱的,先置其HS為低的處理器是發(fā)送端,另一端是接收端。
數(shù)據(jù)傳送總是以8位為一字節(jié),每字節(jié)各個位的傳送順序為先高后低。
按慣例,從機(語音模塊)不主動向主機(電話機控制芯片)發(fā)送命令,只有在接收到來自電話機控制芯片的請求命令之后才會向電話機發(fā)送命令。
5 系統(tǒng)工作流程圖
系統(tǒng)工作流程圖參見圖5。  圖5 系統(tǒng)工作流程圖
當系統(tǒng)被呼叫時,電話交換機發(fā)出鈴流信號。振鈴為25±3V的正弦波,失真小于10%,電壓有效值為90±15V。振鈴信號以5s為周期,即1s送,4s斷。由于振鈴信號電壓比較高,所以先要通過極性保護電路處理成標準的方波信號。該信號可以直接輸出至單片機的定時器1進行計數(shù),以實現(xiàn)對鈴流的檢測。
由于程控電話交換機在電話摘機時電話線回路電流會突然變大(約30mA),因此,交換機檢測到回路電流變大就認為電話機已經(jīng)摘機。自動摘掛機電路可以通過單片機控制一個繼電器的開關(guān),繼電器的控制端連接一個大約300Ω的電阻接入電話線兩端,從而完成模擬摘掛機。具體情況是當用戶從異地打來電話,本裝置接收到電話振鈴音,開始計數(shù)。當電話鈴聲計到三次,裝置自動摘機,回送提示音提示輸入密碼,本系統(tǒng)采用的密碼是經(jīng)過訓練過的語音信號,因此只有當說話人的聲音被語音識別模塊分辨出與訓練的模板匹配,系統(tǒng)就確認為密碼正確,可以繼續(xù)按照語音提示對系統(tǒng)所連的電器進行選擇操作,反之就當作無效呼叫,自動掛機。完成后返回。
6 結(jié)束語
本系統(tǒng)具有高度的智能性和方便性,可以用于智能家居的有關(guān)場合,尤其是語音密碼的保護性強,可靠性高,具有很大的推廣意義。 |
66821730(技術(shù)支持)
