一種新型的固話監測終端的設計

楊少帥++李欣

摘 要： 基于固定電話管理系統的需求，設計一種能夠及時獲取并線固話通話明細的監測終端，作為管理考核該話機的一種信息來源。該終端以ATmega16單片機為核心，通過解碼芯片和外圍電路獲得FSK/DTMF制式來電顯示、組合按鍵及摘掛機信息，并利用低成本嵌入式UART?ETH?WiFi模塊與服務器實現網絡通信。實際應用表明，該終端監測準確、穩定，值得在各種固話管理系統中推廣，現已成功應用到掛機短信系統中。

關鍵詞： 固定電話； ATmega16； FSK/DTMF； 掛機短信

中圖分類號： TN911?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2015）12?0044?03

在商用固定電話管理領域，電話的擁有者需要對其電話的使用進行管理，特別是能夠及時獲取并查詢主叫號碼、被叫號碼的通話明細[1]。同時使用者還可以通過組合鍵的方式，向服務器匯報通話的性質和信息等要素。

由于服務器不能直接從固定電話上獲取所需的信息，因此基于以上需求設計了一種以ATmega16為控制器的固話監測終端。該終端與被監測電話并聯，其工作的同時不影響話機的正常使用，并能夠識別FSK/DTMF制式來電顯示[2]，然后通過檢測到的摘掛機動作和軟件邏輯判斷來去電和按鍵信息，最終通過網絡把監測到的信息匯總到服務器，使管理者或服務器及時獲得固話信息做近一步的功能擴展。該監測終端的出現極大地擴展了基于固定電話開發的商業市場，同時也使固話管理系統根據其用途具有更好的自主性和多樣性。

1 總體設計

此終端設備主要由MCU模塊、監聽模塊、通信模塊三部分組成，整體結構框圖如圖1所示。

MCU模塊采用的是AVR單片機ATmega16，其具有自動上電復位、看門狗、低電壓檢測（BOD）、低功耗等優點，使設備運行更加穩定可靠。監聽模塊包括對FSK/DTMF兩種制式來電信息檢測，按鍵檢測及摘掛機檢測電路。通信模塊采用的是一種低成本嵌入式UART?ETH?WiFi（串口?以太網?無線網）模塊，能夠實現用戶串口、以太網、無線網3個接口之間的轉換。其具體工作方式大體分為2種：一種是當終端檢測到來電后，先存儲來電顯示信息，再檢測是否有摘機動作判斷接通還是未接，如果接通后在判斷通話中途是否有組合按鍵，最后組成來電包通過網絡發送給服務器端；另一種是當檢測到主動摘機后，記錄按鍵信息，組成撥號包發送出去，這樣可實現對固話各種狀態的信息監測。

2 硬件設計

2.1 信號解碼電路設計

在中國地區，來電顯示（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。不同城市和地區的來電顯示制式各不統一。本終端采用了雙制式解碼電路，然后根據FSK/DTMF信號方式的傳送協議[3]，通過軟件解析來電信息，其適應性強，誤碼率低。

2.1.1 FSK信號解碼模塊

本文采用的是Holtek公司的HT9032C解碼芯片，HT9032C信號輸入端滿足1 200 b/s的FSK數據傳輸標準[4]。當檢測到振鈴到來時，其RDET引腳拉低，觸發單片機中斷。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來顯信號通過HT9032C解調成異步串行數據從DOUTC引腳輸出，輸出波特率為1 200 b/s。由于ATmega16只有一個串行接口，此接口要與通信模塊連接，為節約開發成本，選用I/O接口作為模擬串口[5?6]接收端，通過軟件模擬串口時序來接收HT9032C解調出來的主叫識別信息。HT9032C的外圍電路如圖2所示。

2.1.2 DTMF信號解碼模塊

DTMF是指通過2個特定的單音頻信號組合來代表數字信號和功能的一種編碼技術[7]。2個不同頻率的單音頻信號代表不同數字和功能。8種不同頻率的單音頻組合出16種數字信號。

DTMF信號解碼模塊采用的是Holtek公司的HT9172芯片。HT9172通過濾波和解碼電路將16種DTMF輸入信號轉換成代表不同數字的4位BCD碼輸出。電話往外撥號也采用的是DTMF編碼，與DTMF制式的來電顯示相同。該設備與電話并聯，能夠同時檢測到按鍵信息和DTMF制式的主叫信息。 HT9172解碼電路如圖3所示。當檢測到有效的輸入信號時，其DV引腳置為高電平，同時將DTMF信號送至內部電路進行解碼，將OE引腳置為高電平后，D0～D3輸出解碼信號并將其鎖存。因此單片機可通過外部中斷讀取D0～D3電平來識別解碼信息。

2.2 摘掛機狀態檢測模塊

摘掛機狀態的檢測由電話線路兩端的電壓高低變化來確定。正常情況下，電話線路的饋電電壓為48 V直流電壓，當為摘機狀態時話機線端電壓為9 V左右，但當來振鈴時，交換機送出的振鈴信號是75 Vrms，25 Hz的正弦交流信號[8]，振鈴波形如圖4（a）所示。為了消除振鈴信號對檢測線路兩端直流電壓的影響，采用整流濾波電路，先通過整流橋整流，再利用電解電容充放電作用，經過電阻電容配比，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光耦隔離加反相器，把模擬信號轉變成單片機可識別的數字信號，實現了對摘掛機狀態的檢測。檢測電路如圖5所示，當電話為掛機狀態時，線路電壓為高電壓，光耦導通，I/O端為高電平，即使有振鈴到來，正弦信號通過整流穩壓電路后電容兩端電壓浮動也不會影響光耦的導通，I/O端仍為高電平；當為摘機狀態時，光耦不導通，I/O端為低電平。再通過軟件消抖，查詢I/O引腳電平，可以準確地檢測到電話的摘掛機狀態。

2.3 通信模塊

單片機通過RS 232串口與其通信。它是基于通用串行接口的符合網絡標準的嵌入式模塊，內置TCP/IP協議棧，有4種工作模式可供配置：默認模式、串口轉以太網、串口轉WiFi CLINT、串口轉WiFi AP。通過Web頁面對其進行參數配置，包括工作模式、串口波特率、IP地址等。由于要求服務器可以同時與一個或多個電話監測終端通信，每個終端都應設置為客戶端，并選用UDP協議通信[9]。該終端通過網絡通信，使信息傳輸更加實時、穩定、可靠。

3 軟件設計

話機振鈴間隔為4～5 s，來電后振鈴標志置1，當超過5 s后標志清零，振鈴后5 s內如果沒有摘機判斷為未接。摘機后按鍵間隔如果超過3 s就不在接受按鍵信息，檢測掛機后發送數據包。根據監測終端的兩種工作方式，程序流程圖如圖6所示。為了增強軟件運行以及和服務器通信的穩定性，在程序中增加了看門狗和心跳機制，每隔固定時間段發送心跳包，以便服務器能夠統計當前掛載量和掛載的每個監測終端網絡通信是否正常，增加了設備與服務器之間通信的可靠性。

4 在商業掛機短信系統中的應用

掛機短信系統是一款能夠幫商家在固定電話上開發新業務的來電管理系統。當手機客戶撥打商家固定電話，通話結束后，將收到商家在Web頁面預先設置好的短信內容，其內容可以是企業介紹、節日祝福、產品活動等信息[10]。目前各運營商都有推廣，但都僅限于自己網絡下的固話用戶，具有局限性、且實時性不高。而該終端的應用可以不受各運營商的限制，針對不同制式、不同網絡下的電話機都能成功實時監測其話機信息。整個掛機短信系統工作流程大體為當檢測終端檢測到話機信息后，通過網絡組包發送給服務器后臺，然后由后臺存入數據庫并觸發短信平臺，發送商家在Web頁面設定好的短信內容。此終端的應用使該系統更具有商業性，其客戶應用面更加廣泛，易于統一管理。該終端可擴展性強，應用面廣，不僅可以應用到掛機短信系統中，也可應用到電話營銷及客戶服務行業中，通過把監測信息存入數據庫能夠讓管理者很方便的知道每個業務員的通話明細；同時還可應用到電話預定服務行業，前臺人員接通電話后通過組合鍵的方式告知上位機系統預定內容等。

5 結 語

本文基于商業需求設計了一款實用的固話監測終端，介紹了其硬件組成以及軟件設計等，通過監測并聯電話的來電信息及按鍵和摘掛機動作，能夠成功獲得服務器所需的各種話機狀態，為后一步的固定電話業務擴展奠定了基礎，并已在商業掛機短信系統中得到了很好的應用。該終端成本低，體積小，安裝方便，可靠性強，具有很好的應用前景。

參考文獻

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