電話網關在家居智能系統中的應用

上海交通大學 楊艷娜

1.課題背景

Internet自20世紀60年代末出現以來，一直在以驚人的速度增長。當今的Intemet正不斷地變化著自己的角色，網絡中流動的“比特”所代表的內容已從原來單純的“數據”逐漸向“多媒體”演變[1]。

目前，將話音轉化為IP包的技術已經非常成熟，集成電路(IC)技術的發展使得電話網關的核心元件ARM微處理器的價格大幅下降，為電話網關的實用化準備了技術條件；而VoIP技術也已從限定在IP網絡內部范圍和僅具有話音服務的PC初級產品發展到具有多業務、高可靠性以及較好服務質量的含話音、傳真、數據傳送功能的電信業務。通過電話網關組建的家居智能網絡，以PSTN作為本地用戶的報警輸出接口，用IP網絡連接起電話網關和門口機，由電話網關和話機組成的整體代替了室內機，大大降低了家居智能系統的成本，同時提高了系統的安全性和隱蔽性。可以預見，電話網關的市場潛力是巨大的。

在此背景下，使用電話網關來實現PSTN和Intemet互通已經具有技術上的可行性和應用上的迫切性。國內外的安防知名廠商紛紛投入資金研究開發電話網關，以求占據未來市場的制高點[2]。

2.電話網關報警技術的實現原理

2.1 按鍵電話機撥號原理簡介

電話機是電話通信網中最基本、最重要的終端設備。它的種類很多，在這里只介紹使用最多、最基本的按鍵電話機[3，4]。

電話機撥號電路是由撥號專用集成電路、鍵盤和外圍電路組成，它可以把鍵盤輸入的號碼變成相應的脈沖或雙音多頻信號，送到線路上，同時能發出靜噪信號來消除撥號時在受話器中產生的“喀喀”聲。

電話機有兩種撥號方式，即脈沖撥號方式和雙音多頻撥號方式。在本設計中采用雙音多頻撥號方式。

雙音多頻撥號方式中的雙音頻是指用兩個特定的單音頻信號的組合來表示數字或功能。兩個單音頻的頻率不同，所代表的數字和功能也不同。在雙音多頻電話機中有16個按鍵，其中有10個數字鍵，6個功能鍵。按照組合的原理，它必須有8個不同的單音頻信號。由于采用的頻率有8種，故又稱之為多頻[5，6，7]。

表1 國際頻率組合表

表2 各種信號音結構表

根據CCITT的建議，國際上采用如表1的頻率進行組合[8]

2.2 程控交換用戶信號方式

鈴流和信號音都是由交換局向用戶話機發送的信號，我國規定如下：

鈴流源為25HZ正弦波，振鈴為5S斷續，即1S送，4S斷。信號音源為450HZ或950HZ正弦波，需要時還可以有1400HZ信號音源。

各種信號音結構如表2所示。

3.電話網關在智能家居系統中的實現和作用

隨著科技的飛速發展及生活水平的不斷提高，人們對智能化家居生活的需求也逐漸增大。越來越多的智能住宅、智能小區應運而生，智能家居得到了眾多開發商和消費者的青睞[11]！

通過樓宇自控系統(這里指通常所說的小BA系統或狹義BA系統)，采用先進的計算機控制技術，以豐富靈活的控制、管理軟件和節能程序，使建筑物機電或建筑群內的設備有條不紊、綜合協調、科學地運行，從而達到有效地保證建筑物內有舒適的工作環境、實現節能、節省維護管理工作量和運行費用的目的。

隨著社會的進步和科學的發展，人類進行現代化管理、安全防范的技術水平也不斷提高。目前，我們已基本上擺脫了“手持武器、瞪大眼睛”的人力機械防守手段，科技強兵、靠現代技術武裝自己，提高安全防范的可靠性和效率，其中防盜報警系統是安防系統中應用最廣泛的手段之一。其獨特的功能是其它安防手段所無法比擬的。目前已被廣泛應用于部隊、公安機關、金額機構、現代化綜合辦公大樓、工廠、商場等領域。

防盜報警系統是指在一個或多個單位構成的區域范圍內，采用無線、專用線或借用線的方式將各種防盜報警探測器、報警控制器等設備連接構成集中報警信息探測、傳輸、控制和聲、光響應的完整系統。它能及時發現警情，并將報警信息傳送至有關部門，達到及時發現警情、迅速傳遞、快速反應。組建一套合理、適用的報警系統，將起到了預防、制止和打擊犯罪的重要作用，能使損失減少到最低程度。該系統的特點是性能可靠，功能強大，安裝簡單。

圖1 外部電話呼入和遠程菜單操作流程圖

圖2 智能家居系統呼入操作流程圖

圖3 本地電話機菜單控制操作流程圖

圖4 電話報警操作流程圖

電話網關作為報警系統的最重要的組成在保證家居安全方面起著不可忽視的主要作用。本章主要是詳細介紹電話網關在家居智能系統中的使用。

根據模塊支持功能的設計要求，系統主要的操作流程包括外部電話呼入和遠程菜單控制操作，智能家居系統呼入操作，本地電話機菜單控制操作和電話報警操作四個主要流程，現詳細流程如下：

流程1：外部電話呼入和遠程菜單操作：

當電話網關待機時收到外部電話的呼叫，響鈴時間未到設置值時提機，則電話網關下的電話機與外部電話建立通話。若在響鈴時間到達設置的時間仍未提機則外部電話切入遠程菜單操作，可以在輸入用戶密碼后對電話網關的報警功能進行遠程設置。若電話網關在與外部電話間通話過程中收到智能系統的設備呼叫，則可以按鍵切換系統。見圖1。

流程2：智能家居系統呼入操作：

當電話網關待機時收到外部電話的呼叫，響鈴時間未到設置值時提機，則電話網關下的電話機與外部電話建立通話。否則恢復待機狀態。若電話網關在與智能系統的設間通話過程中收到備外部電話呼叫，則可以按鍵切換系統，見圖2。

流程3：本地電話機菜單控制操作：

本地話機待機狀態下提機后，按下特殊按鍵后進入本地語音設置，可以設置用戶密碼，報警功能啟停用，報警號碼，報警提示音等等。在語音菜單操作過程中收到外部電話或智能系統的呼叫則中斷當前的語音操作，見圖3。

流程4：電話報警操作：

作為報警器時需配置有主室內機，當主室內機發出報警信號至從室內機時，作為從室內機的電話網關立即撥叫設置的電話號碼，并在被撥電話機上播放錄制好的報警提示音，見圖4。

4.總結

電話網關在家居智能系統中已不再是單單的一個報警器，而是同時肩負了室內機和電話機的功能，本設計實現了原有的系統和設備的多用途化，節省成本的同時提供出了一套安全高質的家居系統。住宅小區安防報警系統的不斷改進必將對智能樓字體系的建設與發展和人民生活水平的不斷提高帶來積極的影響。

[1]夏夢芹,曾家智.單線IP電話網關的設計與實現[J].計算機應用技術,

[2]尚建榮,基于電話網絡的報警系統[J].西安郵電學院學報,2007年1月第12卷第1期P98-101.

[3]恥蘭惠.電話機原理與維修.

[4]是迭昌.電話機原理、使用與維修.

[5]何強,李伯振,汪永華.基于ARM的智能家居遠程控制器設計[J].現代建筑電氣,2011(1).

[6]何強.現代家居智能控制系統設計[J].巢湖學院學報,2010(6).

[7]孫曉松,張俊武,曹雪瑞.基于DTMF技術的智能住宅安防系統[J].四川理工學院學報(自然科學版),2007年6,第20卷第3期.

[8]侯濤,李鴻征.基于單片機控制的自動撥號報警器[J].焦作大學學報.

[9]塞繆爾韋爾奇著.雷振洲譯.通信的信號系統,1980.

[10]古洪.HJ10D-II型程控數字電話交換機、數字中繼電路軟硬件設計[J].電信交換,1996年第3期P13-P15.

[11]顧光旭.智能電話報警系統設計[J].鹽城工學院學報(自然科學版),2006年9月第19卷第3期.