雙音多頻信號傳輸與遠程多機控制系統(tǒng)

雙音多頻信號傳輸與遠程多機控制系統(tǒng)

1無線數(shù)據(jù)上傳在遠程多機控制系統(tǒng)（或遠程控制技術(shù)系統(tǒng)）中，通常使用電話電信網(wǎng)絡發(fā)送數(shù)據(jù)傳輸。由于雙音多頻(DTMF,dualtonemultifreqency)編碼技術(shù)易于識別,抗干擾能力強,發(fā)號速度快并且一般控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸量不多,所以利用雙音多頻的方式進行數(shù)據(jù)傳送的方法比用Modem進行遠程傳輸?shù)姆椒ǜ鼮榻?jīng)濟實用。一般的控制系統(tǒng)都是分布式控制系統(tǒng),如果現(xiàn)場的干擾不是很大,那么可以用無線的方式,完成各個從節(jié)點與連接在電話線上的主節(jié)點之間的通信。這種無線通信的最大優(yōu)點就是避免繁瑣的現(xiàn)場布線,而且有利于以后的升級和改造。這個遠程無線控制器是由一個與電話線相連的主機和若干個與終端設(shè)備相連的從站構(gòu)成,主機和從站是以無線的方式進行通信。遠程用戶通過電話線把經(jīng)過DTMF編碼后的信號傳送到控制器上,控制器接收到數(shù)據(jù)后從中分析出地址信息和控制信息,再將它們以無線的方式發(fā)送到相應的從站上;同樣,從站的數(shù)據(jù)信息通過無線的方式傳送給主機,主機把從站的數(shù)據(jù)經(jīng)過DTMF編碼后通過電話線傳送給遠程用戶。2dtmf編碼方式DTMF是由低頻組和高頻組兩組頻率信號構(gòu)成,每個數(shù)字信號由低頻組和高頻組的任意一個組合而成。設(shè)V(t)為DTMF信號,Vh(t)和Vl(t)分別為構(gòu)成V(t)的兩個信號,則他們應滿足下列關(guān)系式:V(t)=Vh(t)+Vl(t)(1)V(t)=Vh(t)+Vl(t)(1)根據(jù)CCITT的建議,DTMF的編譯碼定義如表1所示,可用下式表示:V(t)=Asinωlt+Bsinωht(2)V(t)=Asinωlt+Bsinωht(2)式中兩項分別表示低、高音群的值,A和B分別表示低音群和高音群的樣值量化基線。同時規(guī)定,對應于表1中的標稱頻率在發(fā)送時,DTMF信號的頻率偏差不應當超過1.8%,每位數(shù)字的信號極限時長應該大于40ms,而接收設(shè)備對2%的偏差應能可靠地接收,對30ms～40ms的信號時長可以正常地接收。在清楚了DTMF編碼原理后,下面介紹的是遠程無線控制器的硬軟件實現(xiàn)。3遠程無線控制器主機的設(shè)計文章介紹的是一種使雙音頻電話既能完成DTMF數(shù)據(jù)傳送功能,又能保持正常語音通話功能的復用方式。為了實現(xiàn)這種復用方式,必須在發(fā)、收雙方的CPU進行數(shù)據(jù)傳送前設(shè)置一個聯(lián)絡信號,以判別出電話是被人使用還是被控制系統(tǒng)的CPU使用,確保當人撥號時,對方必定是人摘機進行語音通話;而當CPU撥號時,對方必定是CPU摘機,進行數(shù)據(jù)傳送。這個遠程無線控制器主機主要由DTMF收發(fā)電路、信號音判別電路、振鈴判別電路、模擬摘掛機電路和無線收發(fā)電路等電路組成,從站主要包括無線收發(fā)電路和控制單元。硬件模塊圖如圖1所示。3.1電話摘機的信號構(gòu)成電話機是否摘機和有無振鈴,都使電話線上產(chǎn)生不同的電平,利用穩(wěn)壓管和光耦構(gòu)成判別振鈴信號的主要電路。當出現(xiàn)振鈴信號時,電話線上有超過100V的脈沖電壓;如果電話線上沒有振鈴信號同時也不處于摘機狀態(tài),電話線上的電壓大概為30V～40V。因此如果一個穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值為60V,那么平時沒有振鈴信號,穩(wěn)壓管不會被擊穿;而當出現(xiàn)振鈴信號時穩(wěn)壓管就被擊穿。CPU可以通過光耦檢測有無振鈴信號。由于電話摘機后電話線上的電壓為0V,因此用穩(wěn)壓值為20V的穩(wěn)壓管和光耦就可以構(gòu)成了話機的摘、掛機判別電路。當話機掛機后,話線上的電平較高,可以將穩(wěn)壓管擊穿;而當電話摘機后,話線上的電平低,不能擊穿穩(wěn)壓管。CPU可以通過光耦來判別摘、掛機狀態(tài)。3.2管以及電阻和電弧本話機的模擬摘掛機電路主要包括三極管以及電阻和電感。CPU通過對三極管基極的清0或置1可以控制電話線上電平的高低,其作用等效于手動摘掛機。3.3狀態(tài)音頻信號輸出當電話機摘機后,它就和電信網(wǎng)通了,電話線上的音頻信號以不同的頻率來反映通信的狀態(tài)(如忙音、對方電話的振鈴音、撥號音等)。這個狀態(tài)音頻信號輸入DTMF編解碼芯片(以MT8880為例)后,從它的CL腳輸出一個可供CPU檢測的方波信號。CPU根據(jù)這個信號的頻率可以判別出本話機的通信狀態(tài),以決定下一步的進程。3.4mt980的數(shù)據(jù)讀取控制器在模擬摘機后,就可以進行收發(fā)數(shù)據(jù)。以MT8880為例,CPU的數(shù)據(jù)線與MT8880的數(shù)據(jù)線D0～D3相連,CPU可以向MT8880的數(shù)據(jù)存儲器送入數(shù)據(jù)或取出數(shù)據(jù)。MT8880的DTMF引腳通過光電隔離電路和整形驅(qū)動電路與電話線相連接。CPU可以控制MT8880從電話線上取到雙音頻信號,并以二進制數(shù)的形式存入MT8880的數(shù)據(jù)寄存器中,或?qū)T8880的數(shù)據(jù)寄存器中的二進制數(shù)以雙音頻碼的形式從DTMF端向電話線發(fā)出。CPU可以通過對MT8880狀態(tài)寄存器的檢測來判別出其數(shù)據(jù)寄存器的狀態(tài)(“滿”或“空”)。3.5程回語音通信控制器采用了復用型的收發(fā)方式,既可以是CPU進行遠程數(shù)據(jù)通信,又可以是人進行語音通話。當CPU進行數(shù)據(jù)通信時,CPU可以控制繼電器斷開,將電話機從電信網(wǎng)上切除,以免產(chǎn)生干擾從而降低了數(shù)據(jù)通信的誤碼率。3.6基于編碼芯片的發(fā)射電路主機和從站都有無線收發(fā)電路,它主要包括無線射頻的編解碼芯片和收發(fā)電路。CPU與編解碼芯片的地址總線和數(shù)據(jù)總線相連接。主機和各個從站都有自己固有的地址。發(fā)送數(shù)據(jù)時,CPU把地址信息送到編解碼地址總線上,數(shù)據(jù)信息送到編解碼數(shù)據(jù)總線上,經(jīng)過編碼芯片編碼后的信息送到發(fā)射電路,數(shù)據(jù)信息就以廣播的形式發(fā)送出去;接收模塊上的射頻接收電路將接收到的信號傳給解碼芯片,CPU讀取解碼芯片上解碼后的地址信息和數(shù)據(jù)信息,如果與自己固有的地址一樣,數(shù)據(jù)信息就有效,反之則無效。4在發(fā)業(yè)務過程中,對方是否還能繼續(xù)多機發(fā)收數(shù)據(jù)由于控制器的關(guān)鍵在于DTMF信號的接收和發(fā)送,這里主要介紹DTMF的接收和發(fā)送流程,如圖2圖3所示。當復用雙音頻電話方式進行通信時,為了保證收發(fā)雙方都是CPU,需要在發(fā)數(shù)據(jù)前收發(fā)雙方交換一對聯(lián)絡信號(“*”和“#”)。在發(fā)數(shù)據(jù)程序中,當測到回鈴聲時就說明電信的交換線路已接通,只要對方摘機就可以通信。已被振鈴呼叫的接收方有三種可能:CPU正忙,無法摘機,同時也無人摘機;CPU正忙,人先于CPU摘機;CPU先于人摘機。前兩者都無法使通信繼續(xù)下去,只有CPU摘機后才能發(fā)出一個“*”信號。當發(fā)方的CPU收到“*”信號后,就能確認收方是CPU摘機。發(fā)方CPU再發(fā)一個“#”信號,是為了通知收方CPU,本次撥號為CPU撥號,并使之進入接收數(shù)據(jù)狀態(tài)。在收數(shù)據(jù)流程中,CPU摘機后立即發(fā)一個“*”信號,通知發(fā)方,收方為CPU摘機。當收到發(fā)方來的“#”信號后,確認對方是CPU撥號,于是接收數(shù)據(jù)。若收不到“#”信號,說明是人撥