专利名称：一种可用于远程抄表的物联网电话的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种可用于远程抄表的物联网电话，所属电信技术领域。
背景技术：
计算机技术、通信与微电子技术的高速发展，促进了互联网技术、射频标签(RFID) 技术、全球定位系统(GPS)与数字地球技术的广泛应用，以及无线网络与无线传感器网络 (WSN)研究的快速发展，互联网应用所产生的巨大经济与社会效益，加深了人们对信息化作用的认识。但是现在互联网上关于人类社会、文化、科技与经济信息的采集还必须由人来输入和管理。为了适应经济全球化的需求，人们设想如果如果从信息流通的角度将RFID 技术、WSN技术、GPS技术、数字地球技术与互联网结合起来，就能够将互联网的覆盖范围从 “人”扩大到“物”，就能够通过RFID技术、WSN技术与GPS技术采集和获取有关物流的信息， 通过互联网实现对世界范围内的物流信息的快速、准确识别与全程跟踪，这种技术就是物联网技术。在我国已经主要应用的远程无线自动电抄表系统中，按底层通讯方式的不同分为以下几种
1)通过电力载波通讯的方式来实现远程电抄表这种通讯方式不需要投资铺设通讯线路，可以节约资金投入，还具有维护量小的特点，尤其是近年来扩频通信技术的成功应用， 使得低压电力载波通讯开始应用在远程无线自动电抄表系统中，但目前电力载波通讯有着明显不足主要表现为高噪声、低阻抗、损耗大、波动大、易受外界干扰。在我国的一些低压配电网，负荷变化大且缺乏规律性，各种干扰十分严重，将扩频通讯技术应用于自动电抄表系统，目前在我国也未取得好的效果。2)通过RS485有线通讯网来实现远程电抄表EIA RS485是标准化CCITT V. 11/ X. 27兼容的平衡式电气特性标准，RS485有线通讯网通过在一对平衡的互连电缆上传送差分信号并在接收端进行信号判决的方式来实现数据传输，该网络具有抗干扰能力强，传输距离远(1200M)，数据速率高(ΙΟΟΙΛ/s)的特点，但由于它是有线网络，需要专门铺设传输设备，这需要额外的投资费用，另外它使用双绞线作为网络总线，最多支持128个节点， 不能满足一些网络节点较多的用户的需要，它在我国主要应用于少量高档生活小区中。3)通过GPRS无线通讯网来实现远程电抄表GPRS是通用无线分组业务的英文简称，GPRS远程自动电抄表系统是利用GPRS公众网来实现电表数据的传输，它作为GPRS的一个用户来使用GPRS的网络资源，GPRS作为一个成熟的传输网络，它具有传输率大，频率利用率高，数据传输有可靠性保证的特点，可以满足远程自动电抄表系统的需要。但由于安装在每个电表上的GPRS终端价格昂贵，国内的价格在600-1500元之间，GPRS终端功耗也较大，并且从GPRS无线远程自动电抄表系统投入使用开始，电表用户就需要一直按数据流量向GPRS运营商支付一定的费用，综合其安装、维护和使用成本来看，在某种程度上反而超过了人工抄表，因此，并没有能够被广泛的应用。目前，远程自动电抄表系统未能广泛推广应用到供电企业抄表收费中的主要瓶颈是其系统底层的通讯方案-即把各个电表的数据传送到处理终端的这个过程。目前，家用电话的普及率已经达到相当高的地步。利用现有的公用电话网络来进行远程控制或是远程抄表是一个经济，有效的手段。传统的电话主要用于人与人之间的通信，或者对传统电话进行部分改造利用现有的公用电话网，来进行简单的远程控制。现今，短距离无线通信技术的飞速发展在智能家居，远程监控等方面做出了巨大的贡献。在短距离无线通信技术中，ZigBee技术拥有绝对的优势。Zigbee传输距离为数十米，使用频段为免费的2. 4GHz与900MHz频段，传输速率为201ibps至2501ibps。BobHeile 认为，相对于现有的各种无线通信技术，ZigBee技术的低功耗、低速率是最适合作为传感器网络的标准，这将成为未来Zigbee技术主要的发展方向。此外，Zigbee成本低、结构简单、 耗电量小等特点，使得利用Zigbee技术组成的网络具备省电、可靠、成本低、容量大、安全、 自愈性强等诸多优势，基于Zigbee技术的网状网结构在组网和选择网络路径时更加灵活、 自由。ZigBee是一种基于IEEE802. 15. 4的低功耗、低传输速率、架构简单的短距离无线通信技术，它在自动控制领域，智能家居领域的应用正越来越引起业界的瞩目。
发明内容
技术问题
本发明所要解决的技术问题是提供一种可用于远程抄表的物联网电话，能够实现远程查询、控制等功能，能准确获取家庭用户水、电、气三表的数据。技术方案
本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案
一种可用于远程抄表的物联网电话，包括家用电话、并接在电话上的集中控制器，所述集中控制器包括无线通信模块、语音模块、振铃检测电路、DTMF解码模块、自动接听电路、微处理器模块；
其中微处理器模块分别与无线通信模块、语音模块、振铃检测电路、DTMF解码模块、 自动接听电路相连；
所述无线通信模块与家用电、气、水三表节点进行数据通信。进一步的，可用于远程抄表的物联网电话，所述无线通信模块利用电话线来作为接收天线，可以增加接收灵敏度，增加传输距离，减小发射功率。进一步的，可用于远程抄表的物联网电话，所述无线通信模块采用带ZigBee协议支持的CCM20芯片。进一步的，可用于远程抄表的物联网电话，所述DTMF解码模块采用MT8870芯片， 所述MT8870芯片的STD信号输出端接微处理器模块的INTO引脚。远端用户发送的DTMF 信号，经电容的隔直流作用后，它相关的引脚接收来自电话机的双音多频脉冲信号，该双音多频信号经过运算，在其数据输出端输出相对应的8421码；所述MT8870的STD输出信号接微处理器模块的INTO引脚，当MT8870获取有效双音多频信号后，STD电平由低变高， CPU检测后，指示单片机接收有效二进制代码，而无效的双音频信号是不会引起MT8870的 STD端变化的。一种可用于远程抄表的物联网电话的工作方法，包括如下步骤，
步骤1，当振铃检测电路检测到有信号呼入，发送信号给微处理器模块，微处理器模块接收到振铃检测电路发送来的信号，调用自动接听电路，模拟普通电话摘机的过程，与呼叫发起方建立连接，同时调用语音模块中已经保存的语音信息，给呼叫发起方发送语音提示；
步骤2，呼叫发起方通过电话按键向微处理器模块发送数据请求，微处理器模块接收到呼叫方发送的数据请求时，调用DTMF解码模块，通过DTMF解码模块将接收到的按键信号解码后，将解码得到的键值反馈给微处理器模块；
步骤3，采用微处理器模块激活无线通信模块，通过无线通信模块的与家用三表的无线通信模块进行通信，完成相应的数据采集；
步骤4，无线通信模块将采集到的数据通过数据接口反馈给微处理器，微处理器模块根据从无线通信模块中得到的数据，调用语音模块将采集到的数据以语音的形式通过公用电话网络反馈给呼叫发起方，直到呼叫发起方任务请求全部结束；
步骤5，微处理器模块重新启用振铃检测电路，并将其他模块设置为待机状态，等待下一次的呼叫请求。所述无线通信模块与家用电、气、水三表节点能够进行正常的数据通信，将录制好的语音信息存放在语音芯片中，提供自动接听功能，当有电话呼叫时，呼叫者可以在语音提示下完成查询，控制功能。有益效果
本发明利用现有的公用电话网络将远程抄表系统安装到每家每户，无须另外架设通讯线路，实现远程查询，控制等功能，通过公用电话网来传输数据比电力载波传输数据的可靠性大，实时采集数据，管理人员可以准确获取家庭用户的水、电、气表的数据；且本发明是对现有家庭电话进行改造，开发成本低，可以降低投资费用，可行性很高。
图1为本发明结构框图2为本发明DTMF信号解码模块图； 图3为本发明工作方法示意图。
具体实施例方式本发明实施方案一利用家庭内现有的电话进行改造，在原有电话线路上并接一个集中控制器，使改造后的电话成为远程抄表系统中的核心部件。如图1所示，集中控制器主要包括无线通信模块、语音模块、振铃检测电路、DTMF解码模块、自动接听电路、微处理器模块，微处理器模块分别与无线通信模块、语音模块、振铃检测电路、双音多频DTMF解码模块、自动接听电路相连。当电话振铃时，其线路上产生交流48 V的电压信号，利用电容阻断了直流，只让振铃信号(30 Hz左右)通过，此时光电耦合器导通使单片机相关引脚的电位变低，从而使单片机检测到振铃信号。当处理器检测到4次振铃后，CPU控制继电器闭合，通过外围电路使得电话线上接入200 Ω的电阻，从而交换机认为电话已摘机。当有电话呼入并且电话远程控制器摘机后，操作人员便会在语音提示电路的提示下，对水，电，气表数据进行查询。语音电路采用语音录放芯片ISD4002，操作指令通过串行通信接口送入，芯片采用多电平直接模拟量存储技术，每个采样值直接存贮在片内闪存中，因此能够非常真实，自然地再现语音、音乐、音调及效果声。将需要提示的语音信息按段录入到芯片后，在CPU的控制下将录入的信息由音频输出端输出，然后经音频功率放大器 LM386放大后输送到电话线路上。在电话线和接收机中间串联一个电容。该电容隔离了电话线的电压包括振铃，这样不会损坏接收机。一个高通滤波器可以用来滤除短波频率以下的信号。这样可以抵制来自本地中波电台的干扰，并对电话线上的音频频率呈现一种高阻抗，不致影响电话线的平衡。一个低通滤波器可以用来滤除短波频率以上的信号。这样可以抵制来自调频电台和电视信号的干扰，同时使用两种滤波器，可以将其中一个的输出连在第二个滤波器的输入上。在家庭物联网电话硬件平台的ZigBee适配器与终端设备之间建立的无线通信连接，是基于无线替代有线而建立的无线信道连接，它与实际的串行连接并没有太大的差别。这样，利用先前移植的ZigBee工具包，完成家庭网关硬件平台上无线适配器与终端设备之间的配对与连接后，就可以以操作设备文件的方式对这条无线信道的串行连接进行操作，在本地实现对终端设备的通信和控制。主要包括两个方面的内容一个是管理人员通过物联网电话发送的控制指令要通过ZigBee模块发送到终端设备，另一个是终端设备反馈给家庭物联网电话的状态数据也要通过ZigBee的方式发送给物联网电话。本设计中无线通信模块采用带ZigBee协议支持的CCM20芯片。CCM20是Chipcon公司推出的一款兼容2. 4 GHz IEEE802. 15. 4标准的低成本、低功耗的有源射频RF芯片。它实现了 ZigBee协议的物理层(PHY)及中间访问控制层(MAC)。该芯片采用0. 18 μπι CMOS工艺， 单片集成度高，体积小，外形尺寸只有7 mX7 m。内部使用1. 8 V工作电压，功耗低，外部使用3.3 V，片上集成了直流稳压器，能把3. 3 V的电压转换成1.8 V，适合于电池供电的设备。另外，CCM20具有完全集成的压控振荡器，只需要天线、16 MHz晶体等非常少的外围电路就能在2. 4GHz频段上工作。CCM20与微处理器的接口通过SPI接口(Si，SO，SCLK 和CSn)访问CCM20内部的寄存区和存储区，最高工作速率可达10 MHz0本发明实施方案二，从现有双音多频电话中凝练设计出一款具有ZigBee功能的能够实现自动接听，并通过语音提示为主动来话者提供相应服务的精简功能的物联网电话。如图2所示，DTMF信号解码电路由MT8870承担。远端用户发送的DTMF信号，经电容的隔直流作用后，它相关的引脚接收来自电话机的双音多频脉冲信号，该双音多频信号经过运算，在其数据输出端输出相对应的8421码。为了使单片机获取有效数据，MT8870 的STD输出信号接CPU的/INTO引脚，当MT8870获取有效双音多频信号后，STD电平由低变高，CPU检测后，指示单片机接收有效二进制代码，而无效的双音频信号(电话线路杂音、 人们的语音信号等)是不会引起MT8870的STD端变化的。其中，接在电源处的电容具有抗干扰的作用。振铃检测电路以光耦817为主构成，当有振铃信号时，铃流进入817输入端引脚和输出脉冲方波信号，送至单片机外部中断引脚，由于语音信号和双音频信号电压远低于振铃信号电压，该电路不会引起误判。该物联网电话虽不能主动发起呼叫，但却能够实现远程抄表所需要的实际功能。上述为该物联网电话的硬件设计，本发明具体的工作方法如下如图1、3所示，步骤一，普通状态下，该物联网电话处于待机状态，当振铃检测电路检测到有信号呼入，发送信号给处理器，处理器接收到振铃检测电路发送来的信号，自动调用接听电路，模拟普通电话摘机的过程，与主动呼叫方建立连接，同时调用语音模块中已经保存的语音信息，选择合适的语音信号通过电话线反馈给呼叫发起方，给呼叫发起方发送语音提示；步骤二，当主动呼叫者接收到语音提示时，选择相应的按键，微处理器模块接收到呼叫方发送的按键信息时，调用DTMF解码模块，通过DTMF解码模块将接收到的按键信号解码后，将解码得到的键值反馈给微处理器模块，微处理器模块根据得到的键值，去进行相应的动作完成呼叫者的任务请求；步骤三，当呼叫者需要采集家用三表上的数据，则微处理器模块激活无线通信模块，通过与无线通信模块的接口发送相应的指令，通过电话上的无线通信模块与表上的无线通信模块建立连接，完成相应的数据采集；步骤四，无线通信模块将采集到的数据通过数据接口反馈给处理器，微处理器根据从无线通信模块中得到的数据，同时调用语音模块的已经存储的合适的语音信息进行处理后，将采集到的数据以语音的形式通过公用电话网络反馈给主动呼叫者，直到呼叫发起方任务请求全部结束，并且检测到呼叫方主动挂机；处理器重新启用振铃检测电路，并将其他模块设置为待机状态，等待下一次的呼叫请求。
权利要求
1.一种可用于远程抄表的物联网电话，其特征在于包括家用电话、并接在电话上的集中控制器，所述集中控制器包括无线通信模块、语音模块、振铃检测电路、DTMF解码模块、 自动接听电路、微处理器模块；其中微处理器模块分别与无线通信模块、语音模块、振铃检测电路、DTMF解码模块、 自动接听电路相连；所述无线通信模块与家用电、气、水三表节点进行数据通信。
2.根据权利要求1所述一种可用于远程抄表的物联网电话，其特征在于所述无线通信模块利用电话线来作为接收天线。
3.根据权利要求1所述一种可用于远程抄表的物联网电话，其特征在于所述无线通信模块采用带ZigBee协议支持的CCM20芯片。
4.根据权利要求1所述一种可用于远程抄表的物联网电话，其特征在于所述DTMF解码模块采用MT8870芯片，所述MT8870芯片的STD信号输出端接微处理器模块的INTO引脚。
5.一种可用于远程抄表的物联网电话的工作方法，其特在于包括如下步骤，步骤1，当振铃检测电路检测到有信号呼入，发送信号给微处理器模块，微处理器模块接收到振铃检测电路发送来的信号，调用自动接听电路，模拟普通电话摘机的过程，与呼叫发起方建立连接，同时调用语音模块中已经保存的语音信息，给呼叫发起方发送语音提示；步骤2，呼叫发起方通过电话按键向微处理器模块发送数据请求，微处理器模块接收到呼叫方发送的数据请求时，调用DTMF解码模块，通过DTMF解码模块将接收到的按键信号解码后，将解码得到的键值反馈给微处理器模块；步骤3，采用微处理器模块激活无线通信模块，通过无线通信模块的与家用三表的无线通信模块进行通信，完成相应的数据采集；步骤4，无线通信模块将采集到的数据通过数据接口反馈给微处理器，微处理器模块根据从无线通信模块中得到的数据，调用语音模块将采集到的数据以语音的形式通过公用电话网络反馈给呼叫发起方，直到呼叫发起方任务请求全部结束；步骤5，微处理器模块重新启用振铃检测电路，并将其他模块设置为待机状态，等待下一次的呼叫请求。
全文摘要
本发明提供一种可用于远程抄表系统的物联网电话，所属电信技术领域。通过加装无线通信模块和语音模块，利用电话线作为信号发射天线，在原有电话基础上实现在家庭内部利用短距离无线通信技术自动读取家用电、气、水表上的数据，将读取到的数据交由物联网电话中的集中控制器模块进行处理，并通过现有的公用电话网络将信息以语音信息的方式反馈给主动查询者，本发明将短距离无线通信模块和现有家庭电话相结合实现远程抄表，远程控制。由于电话的普及率极高，短距离无线通信技术在家庭内部布置的灵活性和便捷性。
文档编号H04M1/725GK102158601SQ20111007949
公开日2011年8月17日 申请日期2011年3月31日 优先权日2011年3月31日
发明者吴枫, 李孝嗣, 袁家斌 申请人:南京航空航天大学