基于智能手機服務菜單的遠程控制系統設計

陳崇輝 鄧筠

摘 要： 針對手機語音通話中聽錄音來確定遠程控制服務對象，設計一種基于智能手機控制服務菜單的遠程控制系統，提出Android智能手機可視化菜單遠程控制燈光的系統結構，設計并分析系統硬件電路組成及工作原理，論述軟件程序工作流程，重點研究并提出新的可視化控制服務菜單的操作方法。實驗調試結果顯示，通過操作智能手機運行的可視化控制服務菜單APP，系統能夠可靠地、準確地接收遠程控制指令，點亮或熄滅燈泡，實現設計效果。

關鍵詞： 遠程控制； 服務菜單； 控制服務； 雙音多頻； 過零檢測

中圖分類號： TN92?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2016）06?0082?04

Design of remote control system based on smart phone service menu

CHEN Chonghui， DENG Jun

（School of Electrical Engineering， Guangzhou College of South China University of Technology， Guangzhou 510800， China）

Abstract： Since the remote control service object is determined by listening recording in the phone voice calls， a remote control system based on smart phone control service menu was designed. The system structure of visual menu remote control lighting for Android smart phone is proposed. The system hardware circuit and working principle are designed and analyzed. The workflow of software program is discussed. The new operating method of the visual control service menu is proposed and emphatically researched. The experimental debugging results show that the system can receive the remote control commands reliably and accurately， and light or extinguish the bulb by operating the visual control service menu APP of smart phone. The design effect was realized.

Keywords： remote control； service menu； control service； DTMF； zero crossing detection

0 引 言

遠程控制系統能夠讓身在異地的人對燈光或其他電器進行遠程控制，已經有非常多的成熟設計以及產品面世，也有大量的論文進行了論述。目前的遠程控制方式主要有基于因特網的計算機或手機的遠程網絡控制[1?2]，但網絡存在一定的時延，實時性較差，控制效果不盡人意；第二種方式是通過手機短信進行遠程控制[3?5]，但短信的時延有時更加難以保證，實時性更差；第三種方式是通過手機建立實時語音電話[6]，實時性較好，但要聽錄音電話，按1控制什么，按2控制什么，要集中注意力去聽，否則聽完還找不到要控制的數字與對象。針對這些問題，本文通過建立實時語音電話，把控制服務語音錄音設計成為一個控制服務菜單，一旦手機與遠程控制系統成功建立語音電話，手機就自動彈出控制服務菜單，要控制什么都是可視化的操作即可完成，非常直觀與實用。

1 系統總體方案設計

本文綜合運用單片機技術、GSM通信技術和智能手機APP技術，設計了基于手機服務菜單的遠程控制系統，系統由智能手機和控制系統兩部分組成。系統結構如圖1所示。

圖1 系統結構圖

智能手機運行自行設計的手機控制服務菜單APP，而控制系統以單片機MCU為控制核心，控制GSM模塊與手機建立語音電話，語音輸出端經過DTMF解碼電路還原出手機端所按的數字，單片機輸出高低電平控制繼電器的動作，從而實現燈光或其他電器設備的遠程開關控制，同時設計了反饋檢測電路，對受控燈光交流電源進行實時檢測，同時對受控燈光是否發光進行實時檢測，并通過某個頻率的聲音反饋回手機APP界面實時顯示，從而得知控制指令觸發之后是否成功驅動了控制對象。

2 硬件電路設計

2.1 單片機及GSM模塊設計

系統采用SIMCom公司SIM900A模塊作為語音電話的無線通信模塊，負責將遠程控制系統與用戶手機建立語音電話，從而在智能手機端APP服務菜單實現直觀的遠程控制功能。系統單片機MCU選用IAP15W4K58S4高性能8051單片機芯片，其集成4組全雙工異步串行通信口（UART）[7]，而SIM900A模塊的通信端口為USART方式，兩者兼容，因此單片機MCU通過串行口通信對其發送AT指令即可控制SIM900A模塊，建立語音電話的步驟及涉及到的關鍵AT指令如表1所示[8]。

2.2 按鍵音解碼電路

通過智能手機服務菜單傳遞過來的數字按鍵音的解碼需要DTMF解碼電路實現，由MT8870解碼芯片組成的DTMF電路通過對雙音多頻信號的解碼還原成二進制數字信號，MT8870電路原理圖如圖2所示。

圖2中DTMF連接SIM900A模塊的語音輸出端，經過芯片內部的濾波、放大、高低音頻分離以及譯碼等運算處理后，從Q4～Q1輸出8421碼作為單片機MCU的數據輸入端口，為了使系統獲取有效數據，MT8870的STD引腳只有在獲取有效雙音多頻信號后，才會輸出高低電平的變化，從而觸發單片機的外部中斷，識別4位二進制代碼，還原手機端所按的數字按鍵。

2.3 控制及反饋檢測電路

控制電路采用繼電器或者固態繼電器來實現弱電對強電的控制，由于是遠程控制，所以控制對象有沒有相應的動作效果無從得知。通過設計相應的反饋檢測電路實現動作執行的效果監控，以一路燈光控制為例，控制及反饋檢測電路原理圖如圖3所示。圖中一路是通過光耦合器檢測燈泡兩端是否有交流供電電壓，另一路是通過光敏傳感器檢測燈泡是否發光，并傳輸回手機服務菜單實時顯示，從而遠程獲取燈泡收到指令后實時的控制情況。

當P10為高電平時，V2截止，繼電器J1釋放，燈泡LAMP兩端沒有電壓，因此光耦合器U3處于截止狀態，CHECK1輸出高電平，同時燈泡熄滅狀態，光敏傳感器RG沒有接收到光照，三極管V3處于導通狀態，CHECK2輸出低電平；反之當P10為低電平時，V2導通，繼電器J1閉合，燈泡LAMP兩端有交流220 V電壓，該電壓經過VD8半波整流，R10，R11，R13分壓而導致光耦合器U3處于導通狀態，CHECK1輸出低電平，同時燈泡發光，光敏傳感器RG接收到光照，三極管V3處于截止狀態，CHECK2輸出高電平。此時如果燈泡本身壞了，能夠檢測到燈泡兩端的電壓，但無法檢測到燈泡發出光照，因此通過設計反饋檢測電路能夠實時了解遠程控制的實際動作效果，提高了遠程控制的可靠性。

2.4 過零檢測電路

過零檢測電路由V1及外圍元件構成，如圖4所示。輸入交流220 V電壓經過變壓器T1降壓后，輸出低壓交流信號，經過VD5和VD6整流形成100 Hz脈動直流信號，電阻R5和R6分壓后經過電容C5濾波，減去高頻成分，進入晶體三極管V1的基極。

當輸入信號為0時，三極管V1截止，其集電極在上拉電阻R7作用下輸出高電平；當V1基極輸入電壓大于0.7 V時，V1導通，其集電極輸出低電平。所以在輸入信號的零點附近時，會形成脈沖信號。該脈沖信號與交流50 Hz信號同步，并進入單片機MCU產生中斷，檢測電壓的零點，從而減小控制部分開關器件在電路中打開和關斷時產生的浪涌電流，有效降低浪涌電流對電路器件的沖擊，延長器件的使用壽命[9]。

3 控制系統軟件流程設計

控制系統軟件流程圖如圖5所示。

為了提高控制系統遠程實時控制操作的安全性，首先判斷手機模塊來電號碼是否是預存的合法號碼，如果不是，不予接收；如果是，則接聽語音電話，將收到的數字按鍵聲音代碼送入DTMF解碼，經過單片機處理并還原出所按數字并輸出控制信號。比如打開一個燈泡，則輸出低電平信號，驅動繼電器閉合，燈泡接通交流電壓并發光，此時，反饋檢測電路實時檢測燈泡兩端的電壓和發光情況，并通過某個頻率的聲音信號反饋回智能手機APP進行處理顯示，從而實時得知此次打開燈泡指令的執行情況。關閉一個燈泡的過程類似，除了發出相應的指令，輸出相應的控制信號外，還需要實時檢測控制對象的操作結果。控制指令完成后，則掛斷語音電話，完成一次遠程控制操作。

4 手機服務菜單APP設計

在智能手機電話的呼出流程中，輸完對方號碼后，最后需要按下撥號鍵，才能將電話撥打出去，此時遠程控制系統自動識別來電號碼并接通語音電話，這兩個界面都是InCallScreen。控制服務菜單APP通過InCallScreen.java中的call_card控件，在后臺檢測到所撥打的號碼以及通話時間，隨即激活成為當前控制服務進程。控制服務菜單APP設計效果如圖6所示。

控制服務菜單界面通過調用incall_touch_ui控件，實現可視化的控制服務菜單列表，提供通話掛斷按鈕incomingCallWidget、免提按鈕audioButton、麥克風靜音按鈕muteButton、呼叫保持按鈕holdButton等；通過調用dtmf_twelve_key_dialer_stub控件，顯示DTMF撥號控制鍵盤按鈕，該控件為DTMF控件，也就是0～9以及*和#的撥號鍵盤對應的功能實現[10]。撥號按鍵的音量大小以及按鍵音的長短對DTMF編碼傳輸的成功率有一定的影響，通過對DTMFTwelveKeyDialer.java中的startDialerSession控件進行設置的方法可改變撥號按鍵音量大小；通過對手機觸摸屏按壓操作可調整按鍵音的長短，從而提高語音通話過程中數字按鍵DTMF編碼的可靠傳輸。

5 系統測試

5.1 過零檢測脈沖信號測試

交流電壓信號是標準的正弦波波形信號，經過橋式整流變成脈沖直流電壓信號，示波器實測波形如圖7（a）所示，圖中頻率為100.10 Hz，是交流電壓頻率的2倍；輸入交流信號的零點左右會形成窄脈沖信號，示波器實測波形如圖7（b）所示，圖中頻率為100.05 Hz。數據測試中所使用的設備為固緯GDS?1152A數字存儲示波器，波形為示波器直接存儲原圖。

5.2 遠程控制功能測試

通過智能手機撥打遠程控制系統的號碼，建立語音電話，此時按下數字按鍵，即可控制相應燈泡的點亮和熄滅。如圖8所示為一個燈泡點亮效果圖。

經過多次手機數字按鍵控制測試，對于智能手機的電容式觸摸屏的操作，按下數字按鍵時，需要稍微按住按鍵并持續一點時間，而不應過于急促，保證手機數字的雙音多頻編碼信號能夠可靠傳輸，提高遠程控制的可靠性，實現設計效果。

6 結 語

本文針對實時語音電話可視化服務菜單遠程控制系統進行了設計，提出Android智能手機服務菜單和遠程控制燈光的系統結構，分別對系統硬件電路原理、軟件流程和控制服務菜單APP進行設計和說明。實驗證明基于智能手機服務菜單的遠程控制系統，在智能手機與遠程控制系統成功建立語音電話后，通過可視化的菜單操作控制，能夠直觀方便地對燈光等電器進行遠程控制。

參考文獻

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