基于STM32的固話監測終端設計

摘 要： 固定電話應用廣泛，管理固定電話話務信息的監測終端也有極廣的應用市場。為了實現對固話話務明細的實時獲取和電子管理，設計以STM32為核心的監測終端。該終端通過外圍電路獲取FSK/DTMF制式來顯信息，檢測摘掛機狀態以及按鍵組合，并通過網絡模塊與服務器實現通信。實際應用中，該終端有較高的穩定性、準確性和實時性，并且已成功應用到掛機短信系統中。

關鍵詞： STM32； FSK/DTMF； 固定電話； 話務監測

中圖分類號： TN931+.3?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2016）20?0111?03

Abstract： Since the fixed?line telephone is widely used， the monitoring terminal managing the fixed?line telephone traffic information also has a wide application market. In order to realize the real?time acquirement and e?management of the fixed?line telephone traffic information details， a monitoring terminal was designed， which takes STM32 as the core. This terminal acquires the ID caller information in FSK/DTMF modes and detects the status of on/off hook and keystroke combination by means of peripheral circuit， and communicates with the PC server via network module. In practical applications， this terminal has high stability， accuracy and real?time performance， and is applied to the on?hook short message system successfully.

Keywords： STM32； FSK/DTMF； fixed?line telephone； telephone traffic monitoring

0 引 言

話務信息的獲取與管理在銷售、業務聯系和售后等商用固定電話領域起到越來越重要的作用。來電顯示，又稱主叫識別信息傳送及顯示（CID），該業務的主要功能是向被叫用戶提供主叫號碼、呼叫時間和日期等主叫識別信息。普通的來電可以在來電顯示屏幕上顯示主叫識別信息，但是難以實現對詳細話務信息的存儲和管理。本設計在普通來電顯示的基礎上通過網絡與上位機進行通信，獲取固定電話的話務明細，并將話務明細上傳服務器，實現話務信息的存儲與管理，并以此為依托擴展更多的功能。目前國際上不同地區規定的CID數據傳送制式不同[1]。本設計以STM32為核心的話務檢測終端與被監測的固定電話并聯，通過外圍電路獲取并解析FSK/DTMF兩種制式的來顯，檢測摘掛機狀態，記錄按鍵信息。

1 系統總體設計

該監測終端主要由監聽模塊、主控模塊和網絡模塊三部分構成。主控芯片采用ST公司的STM32F1032ET6，它具有先進架構的Cortex?M3內核、資源豐富、實時性強、功耗低。監聽模塊由FSK信號解調電路、DTMF信號解碼電路和摘掛機檢測電路組成，通過RJ11接口與被監測電話實現并接。系統通過驅動程序控制DM9000實現網絡模塊，為終端和服務器之間提供雙向通信渠道。系統框圖如圖1所示。

外圍監聽電路檢測到有效的來電鈴流時，引發系統中斷，系統先將來電號碼等信息存儲，再判斷摘掛機狀態來確定已接還是未接，并在通話過程中記錄按鍵信息，最終將所有采集信息以來電包的形式上傳服務器；摘掛機監聽模塊檢測主動摘機信號，則記錄按鍵信息，并將信息以撥號包的形式上傳服務器。

2 監聽模塊設計

國內來電顯示（CID）的信息發送格式有頻移鍵控（FSK）和雙音多頻（DTMF）兩種制式。本設計采用雙制式解調電路，可以識別和接收兩種制式的來顯信息。

2.1 FSK監聽模塊設計

FSK解調電路，采用Holtek公司的HT9032C主叫號碼識別接收芯片。它滿足Bell202和CCITT V.23 1 200 b/s FSK數據傳輸標準，能同時檢測振鈴和載波[2]。FSK制式支持被叫用戶掛機和摘機兩種狀態下的信息傳送[3]。在掛機狀態下，來顯信號位于第一次和第二次振鈴之間。圖2是HT9032C的時序圖，檢測到有效鈴流時，nRDET輸出下降沿，觸發STM32中斷，系統置位振鈴標志，使能模擬串口做好接收來顯數據的準備；檢測到有效載波，nCDET輸出下降沿，系統通過讀取該引腳的電平值來判斷是否接收到有效載波；HT9032C解調芯片將主叫識別信號解調成異步串行數據，從DOUTC輸出。DOUT輸出的信號除了主叫識別信號外，還有信道占用信號和標志信號。主叫識別信息格式有單數據消息格式（SDMF）和復合數據消息格式（MDMF）[4]。FSK監聽模塊原理圖如圖3所示。

解調后信號通過I/O口輸入，STM32通過中斷或查詢方式進行讀取[5]，系統通過定時器中斷，讀取nCDET的電平來判斷是否有有效載波。當存在有效載波時，記錄模擬端口的電平值。每檢測8次記錄當前電平，記錄8個電平后開始檢測停止位，將檢測到的模擬端口電平值存放在接收緩沖中。

2.2 DTMF監聽模塊設計

DTMF技術有傳輸速度高和抗干擾能力強等優點，8種頻率按4×4矩陣形成16種組合代表不同的數字和字母，其中包括10個數字和六個功能符[6]。DTMF解碼電路采用HT9170，電話的撥號也采用DTMF編碼。HT9170具有工作電壓低、外圍電路簡單、使用元件少且無需外部濾波器等優點[7]。輸入的DTMF制式信號通過前置濾波器濾除噪聲及低頻干擾（350～400 Hz），經過濾波，輸入的信號只剩高低兩個頻率。通過頻率檢測和編碼生成4位BCD碼，完成解碼后，在DV腳輸出高電平，并將數據鎖存在D0～D3輸出口。DV引腳上的上升沿觸發系統中斷，將OE置位使能輸出，讀取DTMF解碼數據并判斷數據類型。DTMF解碼電路如圖4所示。

在判斷數據類型時，首先檢測是否摘機，若未摘機則屬于DTMF制式來顯信息；若摘機再判斷來電摘機標志位是否置位，若置位則屬于接通電話后的有效按鍵組合，否則為撥號按鍵組合。根據不同的數據類型，將解碼數據存入相應的緩存。

3 網絡模塊設計

網絡接口模塊通過驅動對以太網控制芯片DM9000的控制，實現網絡數據傳輸功能。DM9000是DAVICOM研發的一款高度集成，低功耗的10/100 Mb/s以太網芯片[8]。網絡設備接收數據包是通過中斷實現的[9]。STM32和DM9000通過數據總線、地址總線和控制總線連接，STM32、DM9000、網絡變壓器和RJ45接頭構成了網絡接口平臺，如圖5所示。

STM32通過網絡接收來自上位機的請求和控制信號。這一環節主要由DM9000來實現，DM9000驅動程序運行時首先監測網卡并獲取網卡參數，但檢測到中斷源時，開中斷進入中斷服務程序傳送數據。

4 數據解析過程

系統數據解析的過程如圖6所示。兩次振鈴的間隔小于5 s，當檢測到有效鈴流時，響鈴標志位置位，并將來顯信息存儲。系統2 ms進行一次T0計時器中斷，若響鈴標志為1且在5 s時間內摘機，則為已接來電，檢測按鍵組合，存入數據包；若未在5 s內摘機，則主叫方已經掛斷，來電未接，將未接標志存入數據包相應位。當檢測到有效的DTMF信號，首先判斷數據類型，存入緩存。按鍵之間最長相隔3 s，一旦超過3 s系統不再接收按鍵信息。

其中direction_buf存放的信息表示是來電信息還是撥號信息，這里約定“#A0”表示撥號信息，“#A1”表示來電信息；operation_buf中“B0”表示摘機，“B1”表示掛機；“*”表示有按鍵組合，“B2”表示未接；ID_buf存放檢測終端的ID，每個終端對應惟一的ID號，便于服務器進行管理；num_buf存放來顯主叫號碼；button_buf存放按鍵組合信息。通過數據解析過程將對應的數據或標志存放入相應的緩存，最終以撥號包和來電包的形式上傳服務器。

5 結 語

本設計的核心是數據的監聽解碼、數據解析和網絡通信，監聽模塊采用雙制式解調電路，網絡模塊實現終端與上位機的雙向通信。方案可行性高且成本較低，采用STM32作主控芯片減少了軟件工程量，穩定性高，可以應用到商用固定電話話務管理與短信掛載平臺等實際應用中。

參考文獻

[1] 薛瑩，徐慨，黃麟舒.來電顯示電路設計[J].船艦電子工程， 2008，28（9）：39?42.

[2] 高萬兵，王忠慶，任一峰.基于HT9032C的新型來電顯示器設計[J].單片機與嵌入式系統應用，2010（3）：49?51.

[3] 楊雯靜，羅志昕，劉錦高，等.FSK制式來電顯示的幾種解碼方式比較[J].國外電子元器件，2006（5）：29?32.

[4] 中華人民共和國信息產業部.固定電話網主叫識別信息傳送技術要求測試方法：YD/T1277.1—2003[S].北京：人民郵電出版社，2003.

[5] 張旭，亓學廣，李世光，等.基于STM32電力數據采集系統的設計[J].電子測量技術，2010，33（11）：90?93.

[6] 呂仁禮，周金和，李茂祥.電話DTMF數據收發模塊的設計[J].電子技術應用，1998（4）：46?48.

[7] 劉春生，孫志勇.DTMF芯片HT9170在數據通信中的應用[J]. 國外電子元器件，2002（1）：22?24.

[8] 宋寶華.Linux設備驅動開發詳解[M].北京：人民郵電出版社， 2008.

[9] 何永琪，楊紅濤，焦悅光，等.嵌入式Linux 系統實用開發[M]. 北京：電子工業出版社，2010.