基于S3C2410的电话远程家电智能控制系统

利用双音多频编解码技术实现了电话远程控制家用电器的智能控制系统。该系统采用S3C2410芯片作为核心控制模块，利用其强大的音频处理和大容量存储能力，不仅可实现经电话通过网关直接访问控制家用电器的功能，而且网关还能将家庭内部出现的紧急情况通过电话及时通知用户，提高了用户访问系统的实时性和灵活性，系统更具普遍性，使用也更方便，实现了个人通信终端通过家庭网关对家用电器的远程控制。
关 键 词 智能控制; 嵌入式系统; 双音多频; 电话远程控制

丰富多彩的家用电器走进了千家万户，随着人们对生活品质的追求，每个家庭都越来越需要一个集控中心把家庭中的各种家电连接起来，并实现远程访问和控制。在远程家电智能控制系统中，网关起关键作用，它的实现手段一般为对内在家庭内部组成无线局域网络与家电通信；对外作为家庭设备和电器的集控中心，为远在异地的家庭成员提供服务[1]。目前，大多数研究人员把目光放在网络上。虽然网络在现代社会广泛存在，网络作为一种远程访问手段也确实有很多优势，但是这种单一的访问手段也有它的不足之处，在某些情况下无法或者不便获得网络服务。例如，通过网络访问必须使用电脑，即使是笔记本电脑也不如一部手机携带方便。随着我国信息产业的高速发展，电话已经成为最方便的通信手段之一，电话的实时性是网络所无法比拟的，其普及程度也远远超过网络。但是，电话由于自身的硬件限制，目前主要用于提供传统的语音服务，在信息的获取和控制方面也略显不足。为了弥补此方面的缺憾，本文设计了一种电话远程控制系统，利用一部双音多频(Dual Tone Multi Frequency，DTMF)电话通过家庭网关实现对家庭各种设备状态的查询和设置，以及电话留言和对留言的提取。另外，网关还能够将紧急情况通过电话及时通知家庭成员，在提供网络服务的同时，为家庭成员提供一条方便、可靠、实时性强的信息通道。
1 电话远程家电智能控制系统结构
电话远程家电智能控制系统由基于S3C2410的网关、铃流检测模块、电话接口模块、音频处理模块、DTMF编解码模块和无线通信模块组成，系统结构如图1所示。

1.1 网关
目前，基于8位单片机的智能电话远程控制技术相对成熟，这类控制系统通常采用两种提示功能，一种是根据蜂鸣声次数的不同提示用户操作；另一种是使用外部语音录放芯片实现语音提示功能。由于芯片的录音时间非常有限，因此只能实现简单的语音提示功能，与用户的交互界面不友好；此外这类系统的语音信息无法在线修改和添加，缺乏灵活性，适用面窄，很难实现对数量多、种类多、更换较频繁的家用电器设备的控制。
本文采用基于S3C2410的32位嵌入式网关作为核心控制芯片[2]，利用S3C2410本身所具有的数字音频总线(Inter-IC Sound bus，IIS)接口，通过扩展UDA1341构成音频处理模块，可以实现两个通道的音频输入和一个通道的音频输出。网关可通过IIS接口交换音频数据，采用ARM Linux作为操作系统，可实现文件系统和多任务调度，大量的音频数据存放于大容量的闪存，闪存上建立的文件系统可实现数据在线修改，使得系统的人机界面更加友好，灵活性增强。音频信号经过音频功率放大后由音频变压器耦合输入电话线路，可尽可能减小对DTMF信号的影响。
1.2 铃流检测模块
没有振铃信号时，电话线上承载直流信号；有振铃信号时，电话线上会出现±90 V、425 Hz的交流信号。振铃音不同，振铃的通断时间就不同，如普通振铃信号是通1 s断4 s，忙音信号是通0.35 s断0.35 s。
铃流检测模块就是要对电话线上的各种铃音信号进行处理并检测[3]。系统中，铃流检测电路首先将电话线上的信号通过整流滤波，再通过施密特触发器整形得到通1 s断4 s或者通0.35 s断0.35 s的方波信号，然后送入S3C2410的外部中断输入端，S3C2410根据不同的铃音信号控制电话接口电路以实现不同的操作，同时将识别的信号类型和次数提供给上层应用程序。
1.3 电话接口模块
根据国标，电话摘机时相当于在电话线两端接入一个300 Ω左右的电阻负载。该系统中，当电话接口模块接收到网关发出的摘挂机控制信号时，就控制该模块中的继电器接入或断开一个电阻从而实现自动摘挂机。同时，电话接口电路还为音频输入、输出和DTMF信号提供信道。
1.4 DTMF编解码模块
DTMF编解码电路是按键电话(固定电话、移动电话)、程控交换机及无线通信设备中广泛运用的集成电路，主要包括DTMF发送器与DTMF接收器。DTMF发送器根据按键电话的按键生成双音频信号，从而实现双音多频拨号；DTMF接收器用于识别电话线上的DTMF信号，并将其转化为对应的键值以实现某些控制功能[3]。
该系统中，DTMF编解码电路采用MT88L89作为DTMF信号的编解码核心器件。远端用户通过电话按键发送的DTMF信号经耦合电容的隔直流作用后，由MT88L89译码输出4位并行二进制数据。这些数据通过本地总线(local bus)送入网关，网关可获取键值信息；同时，网关通过本地总线向MT88L89依次发送要拨打的电话号码，经其转换后实现拨号功能。
1.5 无线通信模块
网关和家电通过无线通信模块组成家庭内部的无线局域网，通过无线网络查询各种家电的状态，并实现对它们控制。