一種新型的固話(huà)監(jiān)測(cè)終端的設(shè)計(jì)

楊少帥++李欣

摘 要： 基于固定電話(huà)管理系統(tǒng)的需求，設(shè)計(jì)一種能夠及時(shí)獲取并線(xiàn)固話(huà)通話(huà)明細(xì)的監(jiān)測(cè)終端，作為管理考核該話(huà)機(jī)的一種信息來(lái)源。該終端以ATmega16單片機(jī)為核心，通過(guò)解碼芯片和外圍電路獲得FSK/DTMF制式來(lái)電顯示、組合按鍵及摘掛機(jī)信息，并利用低成本嵌入式UART?ETH?WiFi模塊與服務(wù)器實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信。實(shí)際應(yīng)用表明，該終端監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確、穩(wěn)定，值得在各種固話(huà)管理系統(tǒng)中推廣，現(xiàn)已成功應(yīng)用到掛機(jī)短信系統(tǒng)中。

關(guān)鍵詞： 固定電話(huà)； ATmega16； FSK/DTMF； 掛機(jī)短信

中圖分類(lèi)號(hào)： TN911?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2015）12?0044?03

在商用固定電話(huà)管理領(lǐng)域，電話(huà)的擁有者需要對(duì)其電話(huà)的使用進(jìn)行管理，特別是能夠及時(shí)獲取并查詢(xún)主叫號(hào)碼、被叫號(hào)碼的通話(huà)明細(xì)[1]。同時(shí)使用者還可以通過(guò)組合鍵的方式，向服務(wù)器匯報(bào)通話(huà)的性質(zhì)和信息等要素。

由于服務(wù)器不能直接從固定電話(huà)上獲取所需的信息，因此基于以上需求設(shè)計(jì)了一種以ATmega16為控制器的固話(huà)監(jiān)測(cè)終端。該終端與被監(jiān)測(cè)電話(huà)并聯(lián)，其工作的同時(shí)不影響話(huà)機(jī)的正常使用，并能夠識(shí)別FSK/DTMF制式來(lái)電顯示[2]，然后通過(guò)檢測(cè)到的摘掛機(jī)動(dòng)作和軟件邏輯判斷來(lái)去電和按鍵信息，最終通過(guò)網(wǎng)絡(luò)把監(jiān)測(cè)到的信息匯總到服務(wù)器，使管理者或服務(wù)器及時(shí)獲得固話(huà)信息做近一步的功能擴(kuò)展。該監(jiān)測(cè)終端的出現(xiàn)極大地?cái)U(kuò)展了基于固定電話(huà)開(kāi)發(fā)的商業(yè)市場(chǎng)，同時(shí)也使固話(huà)管理系統(tǒng)根據(jù)其用途具有更好的自主性和多樣性。

1 總體設(shè)計(jì)

此終端設(shè)備主要由MCU模塊、監(jiān)聽(tīng)模塊、通信模塊三部分組成，整體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

MCU模塊采用的是AVR單片機(jī)ATmega16，其具有自動(dòng)上電復(fù)位、看門(mén)狗、低電壓檢測(cè)（BOD）、低功耗等優(yōu)點(diǎn)，使設(shè)備運(yùn)行更加穩(wěn)定可靠。監(jiān)聽(tīng)模塊包括對(duì)FSK/DTMF兩種制式來(lái)電信息檢測(cè)，按鍵檢測(cè)及摘掛機(jī)檢測(cè)電路。通信模塊采用的是一種低成本嵌入式UART?ETH?WiFi（串口?以太網(wǎng)?無(wú)線(xiàn)網(wǎng)）模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)用戶(hù)串口、以太網(wǎng)、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)3個(gè)接口之間的轉(zhuǎn)換。其具體工作方式大體分為2種：一種是當(dāng)終端檢測(cè)到來(lái)電后，先存儲(chǔ)來(lái)電顯示信息，再檢測(cè)是否有摘機(jī)動(dòng)作判斷接通還是未接，如果接通后在判斷通話(huà)中途是否有組合按鍵，最后組成來(lái)電包通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給服務(wù)器端；另一種是當(dāng)檢測(cè)到主動(dòng)摘機(jī)后，記錄按鍵信息，組成撥號(hào)包發(fā)送出去，這樣可實(shí)現(xiàn)對(duì)固話(huà)各種狀態(tài)的信息監(jiān)測(cè)。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 信號(hào)解碼電路設(shè)計(jì)

在中國(guó)地區(qū)，來(lái)電顯示（CID）傳送方式主要分為2種，一種是頻移鍵控（FSK）制式；另一種是雙音多頻（DTMF）制式。不同城市和地區(qū)的來(lái)電顯示制式各不統(tǒng)一。本終端采用了雙制式解碼電路，然后根據(jù)FSK/DTMF信號(hào)方式的傳送協(xié)議[3]，通過(guò)軟件解析來(lái)電信息，其適應(yīng)性強(qiáng)，誤碼率低。

2.1.1 FSK信號(hào)解碼模塊

本文采用的是Holtek公司的HT9032C解碼芯片，HT9032C信號(hào)輸入端滿(mǎn)足1 200 b/s的FSK數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)[4]。當(dāng)檢測(cè)到振鈴到來(lái)時(shí)，其RDET引腳拉低，觸發(fā)單片機(jī)中斷。在第一次與第二次振鈴之間，邏輯“1”=（1 200+12） Hz，“2”=（2 200+12） Hz，傳輸速率為1 200 b/s的FSK來(lái)顯信號(hào)通過(guò)HT9032C解調(diào)成異步串行數(shù)據(jù)從DOUTC引腳輸出，輸出波特率為1 200 b/s。由于ATmega16只有一個(gè)串行接口，此接口要與通信模塊連接，為節(jié)約開(kāi)發(fā)成本，選用I/O接口作為模擬串口[5?6]接收端，通過(guò)軟件模擬串口時(shí)序來(lái)接收HT9032C解調(diào)出來(lái)的主叫識(shí)別信息。HT9032C的外圍電路如圖2所示。

2.1.2 DTMF信號(hào)解碼模塊

DTMF是指通過(guò)2個(gè)特定的單音頻信號(hào)組合來(lái)代表數(shù)字信號(hào)和功能的一種編碼技術(shù)[7]。2個(gè)不同頻率的單音頻信號(hào)代表不同數(shù)字和功能。8種不同頻率的單音頻組合出16種數(shù)字信號(hào)。

DTMF信號(hào)解碼模塊采用的是Holtek公司的HT9172芯片。HT9172通過(guò)濾波和解碼電路將16種DTMF輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成代表不同數(shù)字的4位BCD碼輸出。電話(huà)往外撥號(hào)也采用的是DTMF編碼，與DTMF制式的來(lái)電顯示相同。該設(shè)備與電話(huà)并聯(lián)，能夠同時(shí)檢測(cè)到按鍵信息和DTMF制式的主叫信息。 HT9172解碼電路如圖3所示。當(dāng)檢測(cè)到有效的輸入信號(hào)時(shí)，其DV引腳置為高電平，同時(shí)將DTMF信號(hào)送至內(nèi)部電路進(jìn)行解碼，將OE引腳置為高電平后，D0～D3輸出解碼信號(hào)并將其鎖存。因此單片機(jī)可通過(guò)外部中斷讀取D0～D3電平來(lái)識(shí)別解碼信息。

2.2 摘掛機(jī)狀態(tài)檢測(cè)模塊

摘掛機(jī)狀態(tài)的檢測(cè)由電話(huà)線(xiàn)路兩端的電壓高低變化來(lái)確定。正常情況下，電話(huà)線(xiàn)路的饋電電壓為48 V直流電壓，當(dāng)為摘機(jī)狀態(tài)時(shí)話(huà)機(jī)線(xiàn)端電壓為9 V左右，但當(dāng)來(lái)振鈴時(shí)，交換機(jī)送出的振鈴信號(hào)是75 Vrms，25 Hz的正弦交流信號(hào)[8]，振鈴波形如圖4（a）所示。為了消除振鈴信號(hào)對(duì)檢測(cè)線(xiàn)路兩端直流電壓的影響，采用整流濾波電路，先通過(guò)整流橋整流，再利用電解電容充放電作用，經(jīng)過(guò)電阻電容配比，使電容兩端電壓趨于平滑，振鈴整流后電壓波形如圖4（b）所示。電容兩端電壓再通過(guò)光耦隔離加反相器，把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變成單片機(jī)可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)摘掛機(jī)狀態(tài)的檢測(cè)。檢測(cè)電路如圖5所示，當(dāng)電話(huà)為掛機(jī)狀態(tài)時(shí)，線(xiàn)路電壓為高電壓，光耦導(dǎo)通，I/O端為高電平，即使有振鈴到來(lái)，正弦信號(hào)通過(guò)整流穩(wěn)壓電路后電容兩端電壓浮動(dòng)也不會(huì)影響光耦的導(dǎo)通，I/O端仍為高電平；當(dāng)為摘機(jī)狀態(tài)時(shí)，光耦不導(dǎo)通，I/O端為低電平。再通過(guò)軟件消抖，查詢(xún)I/O引腳電平，可以準(zhǔn)確地檢測(cè)到電話(huà)的摘掛機(jī)狀態(tài)。

2.3 通信模塊

單片機(jī)通過(guò)RS 232串口與其通信。它是基于通用串行接口的符合網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式模塊，內(nèi)置TCP/IP協(xié)議棧，有4種工作模式可供配置：默認(rèn)模式、串口轉(zhuǎn)以太網(wǎng)、串口轉(zhuǎn)WiFi CLINT、串口轉(zhuǎn)WiFi AP。通過(guò)Web頁(yè)面對(duì)其進(jìn)行參數(shù)配置，包括工作模式、串口波特率、IP地址等。由于要求服務(wù)器可以同時(shí)與一個(gè)或多個(gè)電話(huà)監(jiān)測(cè)終端通信，每個(gè)終端都應(yīng)設(shè)置為客戶(hù)端，并選用UDP協(xié)議通信[9]。該終端通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信，使信息傳輸更加實(shí)時(shí)、穩(wěn)定、可靠。

3 軟件設(shè)計(jì)

話(huà)機(jī)振鈴間隔為4～5 s，來(lái)電后振鈴標(biāo)志置1，當(dāng)超過(guò)5 s后標(biāo)志清零，振鈴后5 s內(nèi)如果沒(méi)有摘機(jī)判斷為未接。摘機(jī)后按鍵間隔如果超過(guò)3 s就不在接受按鍵信息，檢測(cè)掛機(jī)后發(fā)送數(shù)據(jù)包。根據(jù)監(jiān)測(cè)終端的兩種工作方式，程序流程圖如圖6所示。為了增強(qiáng)軟件運(yùn)行以及和服務(wù)器通信的穩(wěn)定性，在程序中增加了看門(mén)狗和心跳機(jī)制，每隔固定時(shí)間段發(fā)送心跳包，以便服務(wù)器能夠統(tǒng)計(jì)當(dāng)前掛載量和掛載的每個(gè)監(jiān)測(cè)終端網(wǎng)絡(luò)通信是否正常，增加了設(shè)備與服務(wù)器之間通信的可靠性。

4 在商業(yè)掛機(jī)短信系統(tǒng)中的應(yīng)用

掛機(jī)短信系統(tǒng)是一款能夠幫商家在固定電話(huà)上開(kāi)發(fā)新業(yè)務(wù)的來(lái)電管理系統(tǒng)。當(dāng)手機(jī)客戶(hù)撥打商家固定電話(huà)，通話(huà)結(jié)束后，將收到商家在Web頁(yè)面預(yù)先設(shè)置好的短信內(nèi)容，其內(nèi)容可以是企業(yè)介紹、節(jié)日祝福、產(chǎn)品活動(dòng)等信息[10]。目前各運(yùn)營(yíng)商都有推廣，但都僅限于自己網(wǎng)絡(luò)下的固話(huà)用戶(hù)，具有局限性、且實(shí)時(shí)性不高。而該終端的應(yīng)用可以不受各運(yùn)營(yíng)商的限制，針對(duì)不同制式、不同網(wǎng)絡(luò)下的電話(huà)機(jī)都能成功實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)其話(huà)機(jī)信息。整個(gè)掛機(jī)短信系統(tǒng)工作流程大體為當(dāng)檢測(cè)終端檢測(cè)到話(huà)機(jī)信息后，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)組包發(fā)送給服務(wù)器后臺(tái)，然后由后臺(tái)存入數(shù)據(jù)庫(kù)并觸發(fā)短信平臺(tái)，發(fā)送商家在Web頁(yè)面設(shè)定好的短信內(nèi)容。此終端的應(yīng)用使該系統(tǒng)更具有商業(yè)性，其客戶(hù)應(yīng)用面更加廣泛，易于統(tǒng)一管理。該終端可擴(kuò)展性強(qiáng)，應(yīng)用面廣，不僅可以應(yīng)用到掛機(jī)短信系統(tǒng)中，也可應(yīng)用到電話(huà)營(yíng)銷(xiāo)及客戶(hù)服務(wù)行業(yè)中，通過(guò)把監(jiān)測(cè)信息存入數(shù)據(jù)庫(kù)能夠讓管理者很方便的知道每個(gè)業(yè)務(wù)員的通話(huà)明細(xì)；同時(shí)還可應(yīng)用到電話(huà)預(yù)定服務(wù)行業(yè)，前臺(tái)人員接通電話(huà)后通過(guò)組合鍵的方式告知上位機(jī)系統(tǒng)預(yù)定內(nèi)容等。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文基于商業(yè)需求設(shè)計(jì)了一款實(shí)用的固話(huà)監(jiān)測(cè)終端，介紹了其硬件組成以及軟件設(shè)計(jì)等，通過(guò)監(jiān)測(cè)并聯(lián)電話(huà)的來(lái)電信息及按鍵和摘掛機(jī)動(dòng)作，能夠成功獲得服務(wù)器所需的各種話(huà)機(jī)狀態(tài)，為后一步的固定電話(huà)業(yè)務(wù)擴(kuò)展奠定了基礎(chǔ)，并已在商業(yè)掛機(jī)短信系統(tǒng)中得到了很好的應(yīng)用。該終端成本低，體積小，安裝方便，可靠性強(qiáng)，具有很好的應(yīng)用前景。

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