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語音數(shù)字記錄儀的電話接口
摘要：介紹語音數(shù)字記錄儀的電話接口，采用單片機(jī)控制，電話簡單，可靠性高，應(yīng)用靈活�，F(xiàn)已作為鐵路語音數(shù)字記錄儀的一個必備接口。關(guān)鍵詞：單片機(jī)DTMF通信接口
隨著數(shù)字信號處理芯片（DSP）的發(fā)展，語音編解碼技術(shù)日益廣泛地應(yīng)用于軍事、民用和監(jiān)控等領(lǐng)域。就語音數(shù)字記錄儀而言，也可廣泛地應(yīng)用于運(yùn)輸、公安、消防、電話服務(wù)質(zhì)量監(jiān)督等諸多領(lǐng)域。但是記錄儀通常放置在工作現(xiàn)場附近，如果要知道記錄儀的工作狀態(tài)或查詢其中的記錄數(shù)據(jù)，維護(hù)人員必須到現(xiàn)場，工作量極大。本文介紹的電路主要是為記錄儀提供遠(yuǎn)程的電話查詢接口，維護(hù)人員依靠手中的電話就可以查詢記錄儀的工作狀態(tài)和數(shù)據(jù)記錄。系統(tǒng)需要獨(dú)占一個電話號碼，接通電話后使用者在語音提示下通過電話鍵盤輸入密碼，經(jīng)過確認(rèn)后可以查詢記錄儀的工作狀態(tài)是否正常。也可以輸入時間對記錄儀存儲的一段語音進(jìn)行查詢，語音記錄將經(jīng)由電話線路播放（本地查詢時通過喇叭播放）。如果三閃密碼輸入不正確，或在語音提示下長時間沒有反應(yīng)，系統(tǒng)將會強(qiáng)制掛機(jī)。
為了簡化電路，本接口使用ATMEL89C2051單片機(jī)作為控制核心，它有128字節(jié)RAM，2K字節(jié)ROM，兩個時鐘。采用DTMF信號進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。電路可靠性高。價格低。電話可獨(dú)立地作為一個系統(tǒng)，也可用作自動電話查詢或電話拔號控制系統(tǒng)的接口電路，使用比較靈活方便。
本電路具有語音回放接口、消側(cè)音模塊，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可避免系統(tǒng)出現(xiàn)誤動作，配合相應(yīng)的軟件可以實(shí)現(xiàn)雙向通信。本電路在設(shè)計中對電話線的和記錄儀的地作了隔離，否則系統(tǒng)會無法正常工作。
1總體的功能要求
�。�1）來電時，在振鈴幾次后自動摘機(jī)；
�。�2）在通話過程中，檢測到對方掛機(jī)后自動掛機(jī)，也可以主動地進(jìn)行強(qiáng)制掛機(jī)；
�。�3）能夠?qū)㈦娫捑�上的傳輸?shù)腄TMF信號轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號，并通過自定義通信口或者UART端口傳送給其它模塊；
（4）電話線的地和記錄儀的地需要隔離；
（5）電話需要提供功率放大器到電話線的傳輸接口，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)聽和查詢；
�。�6）系統(tǒng)要有高可靠性。
2硬件構(gòu)成及原理
系統(tǒng)組成框圖如圖1的所示。
接口電路主要包含以下幾個模塊：電話線接口、振鈴檢測、雙音多頻信號檢測、忙音檢測以及與主控單片機(jī)的通信。下面分別介紹其中的一些模塊電路。
2.1電話線接口電路
電話線接口電路如圖2所示。電路模擬摘掛機(jī)通過控制一個電流源通斷來實(shí)現(xiàn)。交換機(jī)通過線路上的直流電流來判斷用戶的摘掛機(jī)狀態(tài)。在掛機(jī)狀態(tài)下，電路上的直流電流為0;在摘機(jī)狀態(tài)下，線路上的直流電流為18mA～55mA，如果電流超出此范圍，則認(rèn)為用戶環(huán)路出了故障。單片機(jī)通過端口I/O1控制三極管T1的通斷來控制電路中的電流，模擬摘掛機(jī)的動作。當(dāng)I/O1為低電平時，T1截止，電流比較小，處于掛機(jī)狀態(tài)；當(dāng)I/O1為高電平，T1導(dǎo)通，此時T1和T2組成的電流源將提供30mA左右的電流，相當(dāng)于電話摘機(jī)，交換機(jī)會接通話路。另外，恒流源可以保證電路具有較小的直流阻抗（<300Ω）和較大交流阻抗（>600Ω）.在電話線之間跨接壓敏電阻，以達(dá)到抗雷擊保護(hù)的作用。
由于在檢測振鈴信號的時候T1截止，在穩(wěn)壓二極管的鉗制下，線路上的電壓幾乎都加在T1的集電極和發(fā)射極兩端，此時電壓高達(dá)100多伏。所以三極管需要選擇一個耐壓比較高的三極管，耐壓在150V左右比較合適。需要注意的是所使用的單片機(jī)I/O腳的輸出電流，T1的基極工作電流大約為2mA～3mA，而89C2051的輸出電流只有80μA，無法驅(qū)動三極管，所以需要驅(qū)動電路。
為了將功率放大器的輸出送到電話線路上去，通常的做法是采用變壓器耦合。但在本文中采用了一種更為簡單的辦法。
電路采用了直接電容耦合。記錄儀的I/O輸出通過電容、8Ω電阻R1將聲音耦合到電話線路。89C2051通過I/O2控制繼電器來控制聲音是播放到本地的嗽還是電話線路。電阻放在電橋的后面，便于直接從Voice處取出聲音信號來消側(cè)音。
2.2振鈴檢測電路
在待機(jī)狀態(tài)下，電話線路上的電壓一直保持約52V；當(dāng)有用戶呼叫本機(jī)時，交換機(jī)將向電話線路上發(fā)送振鈴信號，振鈴信號為90V±15V、25Hz±3Hz、3s通、4s斷的蜂音。此時只需將線路上的電壓與參考電壓進(jìn)行比較，I/O3的高電平時就可以檢測出振鈴信號，電路如圖3所示。因?yàn)檎疋忞妷阂绕綍r高許多，所以可靠性高，干擾信號不會影響檢測結(jié)果。同時，可在軟件部分進(jìn)行振鈴次數(shù)的檢測，設(shè)置在一定次數(shù)的振鈴后再摘機(jī)，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
2.3DTMF信號檢測
DTMF信號檢測則自MT8870完成，見圖4。當(dāng)有DTMF信號時，MT8870可以將其解碼得出四位二進(jìn)制代碼，同時產(chǎn)生一個STB信號，用作與其它控制芯片連接。
2.4忙音檢測
圖5為忙音檢測電路。通話中一方掛機(jī)后，交換機(jī)會向另一方發(fā)送忙音信號。電話遠(yuǎn)程模塊必須具備的一個功能就是在查詢者掛機(jī)后，檢測出忙音，自動掛機(jī)。線路上的忙音信號是0.35s±0.05s斷續(xù)的450Hz±25Hz峰音。本電路采用Teltone公司的M982。這是一個專門用于電話呼叫進(jìn)程檢測的芯片。其作用是把峰音信號轉(zhuǎn)換成高低電平的信號，使用本身的時鐘，所以檢測比較準(zhǔn)確，且與單片機(jī)接口比較方便。
2.5消側(cè)音電路
因?yàn)閽鞕C(jī)依據(jù)的是忙音檢測結(jié)果，而語音中包含了忙音450Hz這個頻率，所以在線路上聲音比較大時，有可能影響忙音檢測的進(jìn)程，使得電路誤掛機(jī)。消側(cè)音電路可以減少在放音過程中系統(tǒng)的誤動作，提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。
電路如圖4所示。從Voice處取出的語音通過T3反向后與通過話路耦合過來的信號相加，以達(dá)到消除忙音檢測輸入信號中的聲音的目的，電路簡單可靠。
2.6光耦隔離
光耦電路如圖6所示。使用電話接口的電路需要注意的一點(diǎn)是，電源必須懸浮（由于記錄儀采用了接地設(shè)計，兩部分的電源必須隔離）。此電路中采用光電耦合器來實(shí)現(xiàn)隔離。電路中采用普通的4N35，在標(biāo)定的傳輸頻率下需要的電流輔導(dǎo)幾個mA，但是因?yàn)?9C2051可以提供10mA的吸收電路，故可以直接同光耦連接使用，比較方便。
2.7與記錄儀的通信接口
接口電路與記錄儀的通信通過四個信號線來實(shí)現(xiàn)，分別是STB選通、ASW應(yīng)答、DATA數(shù)據(jù)、CLK時鐘。這種通信接口可以從遠(yuǎn)程模塊向記錄儀單向發(fā)送DTMF數(shù)據(jù)。
3軟件控制流程
主程序流程圖如圖7所示。
系統(tǒng)一直監(jiān)測線路信號，在三次振鈴后接通電路。提示音通過8Ω電阻耦合到電話線路上后，就可以進(jìn)行DTMF信號的通信。系統(tǒng)檢測電話線上的DTMF碼；同時檢測線路否有忙音信號，判斷對方是否已掛機(jī)，若對方掛機(jī)則本地也掛機(jī)。在掛機(jī)后系統(tǒng)返回初始等待狀態(tài)；如果主叫方三次密碼輸入錯誤，則記錄儀通知電話查詢模塊主動掛機(jī)；主叫方在接通電話以后長時間沒有輸入需要查詢的記錄時間，電路也會主動掛機(jī)。
軟件首先對所用到的寄存器和存儲器進(jìn)行初始化，然后進(jìn)入節(jié)電模式。
如果有振鈴信號，則通過中斷方式進(jìn)行響應(yīng)。振鈴3次后接通電話；對于異常情況，如振鈴只響過一次對方就已經(jīng)掛機(jī)，則不響應(yīng)。中斷處理程序中首先將中斷屏蔽掉（以避免同一次鈴流而產(chǎn)生幾次中斷），計時4s后打開斷；如果超過8s仍然沒有下一次鈴流來觸發(fā)中斷，則清除計數(shù)器，跳轉(zhuǎn)到程序開始。累計振鈴3次后，關(guān)掉中斷，避免其他干擾信號打斷程序的正常運(yùn)行。此后進(jìn)入主程序。
為了
保證程序的實(shí)時性且不丟失數(shù)據(jù)，主程序?yàn)橐粋�主循環(huán)。循環(huán)中根據(jù)輸入和標(biāo)志位來判斷是否有DTMF數(shù)據(jù)需要接收，是否有數(shù)據(jù)需要發(fā)送，是否需要掛機(jī)。而數(shù)據(jù)的接收檢測、發(fā)送和忙音檢測是在定時中斷中來做。
在忙音時M982的輸出是一個0.35s±0.05s的方波。此時對方已經(jīng)掛機(jī)，其他的任務(wù)已基本不需要占用時間，所以可以采取一種比較嚴(yán)格的檢測方法。本文在檢測到有忙音信號，即I/O3變低時，開始連續(xù)監(jiān)測，每隔100μs檢測一次，如果連續(xù)100ms中有85ms均為低電平，即檢測1000次中至少有850次為低，則認(rèn)為檢測到一次方波的低電平部分，然后延時200ms后再開始檢測高電平。在檢測到高以后，同樣監(jiān)測100ms，然后再檢測低電平。一共檢測3個周期，如果檢測都通過，即認(rèn)為收到一個合格的忙音信號，在掛機(jī)的同時通知記錄儀。
在檢測到有DTMF信號時，即I/O4變?yōu)楦唠娖綍r，設(shè)置接收標(biāo)志位，在主程序中接收數(shù)據(jù)，并且緩存在RAM中。因?yàn)榻邮盏降臄?shù)據(jù)除了密碼，就是查詢時間，需要用FIFO的存儲方式，將順序輸入的數(shù)據(jù)發(fā)給記錄儀。在時鐘中斷服務(wù)程序中僅設(shè)置標(biāo)志位，在主程序中讀取。
如果有數(shù)據(jù)需要發(fā)送，電路首先在STB上給出信號；然后等待ASW線上的應(yīng)答信號；在得到應(yīng)答后，開始發(fā)送程序產(chǎn)生的時鐘信號，在時鐘信號的上升沿發(fā)送數(shù)據(jù)位，外圍電路在時鐘信號的下降沿接收數(shù)據(jù)。電路的傳送速率是100kbps。由于DTMF信號都只有四位數(shù)據(jù)，所以數(shù)據(jù)發(fā)送時定義了一個前導(dǎo)碼，即三個'0'一個'1'，然后是數(shù)據(jù)。
這個接口電路經(jīng)過實(shí)際運(yùn)行檢驗(yàn)，具有電路可靠、使用靈活、成本低等特點(diǎn)。
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