37款傳感器與執(zhí)行器的提法，在網(wǎng)絡(luò)上廣泛流傳，其實Arduino能夠兼容的傳感器模塊肯定是不止這37種的。鑒于本人手頭積累了一些傳感器和執(zhí)行器模塊，依照實踐出真知（一定要動手做）的理念，以學習和交流為目的，這里準備逐一動手嘗試系列實驗，不管成功（程序走通）與否，都會記錄下來—小小的進步或是搞不掂的問題，希望能夠拋磚引玉。

【Arduino】168種傳感器模塊系列實驗（資料代碼+仿真編程+圖形編程）

實驗一百三十七：MT8870 DTMF語音解碼板模塊 電話撥號控制音頻解碼處理電路

知識點：MT8870芯片

音調(diào)譯碼器（Tone Decoder）是 MITEL 公司所開發(fā)生產(chǎn)為一顆常用復頻譯碼 IC，這個電路可以接收 DTMF 信號，是一個完整的 DTMF 接收器。它接收了 DTMF 信號后，內(nèi)部將信號分成高頻帶和低頻帶，并將此信號送至數(shù)字譯碼器，然后將訊號送至數(shù)字譯碼器以解出按鍵值，接著將解出的按鍵值以二進制的方式以四條線(Q1、Q2、Q3、Q4)輸出到外部共享 Bus 上，其MT8870 接腳說明如表 1 及內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 2。值得一提的是，當 MT8870 解出一個按鍵值且輸出到外部時，其 STD 接腳會由低態(tài)升為高態(tài)，經(jīng)一段時間后再降為低態(tài)，我們便可利用此特點偵測到此腳有訊號時便馬上將 Q1-Q4 接腳所產(chǎn)生的值讀入 CPU，然后解出電話的按鍵值。

DTMF
雙音多頻 DTMF（Dual Tone Multi Frequency），雙音多頻，由高頻群和低頻群組成，高低頻群各包含4個頻率。一個高頻信號和一個低頻信號疊加組成一個組合信號，代表一個數(shù)字。DTMF信號有16個編碼。利用DTMF信令可選擇呼叫相應(yīng)的對講機。

在編碼時將擊鍵或數(shù)字信息轉(zhuǎn)換成雙音信號并發(fā)送，解碼時在收到的DTMF信號中檢測擊鍵或數(shù)字信息的存在性。一個DTMF信號由兩個頻率的音頻信號疊加構(gòu)成。這兩個音頻信號的頻率來自兩組預分配的頻率組：行頻組或列頻組。每一對這樣的音頻信號唯一表示一個數(shù)字或符號。電話機中通常有16個按鍵，其中有10個數(shù)字鍵0～9和6個功能鍵*、#、A、B、C、D。由于按照組合原理，一般應(yīng)有8種不同的單音頻信號。因此可采用的頻率也有8種，故稱之為多頻，又因它采用分別從高低頻中任意抽出1種進行組合來進行編碼，所以又稱之為“8中取2”的編碼技術(shù)。根據(jù)CCITT的建議，國際上采用的多種頻率為697Hz、770Hz、852Hz、941Hz、1209Hz、1336Hz、1477Hz和1633Hz等8種。用這8種頻率可形成16種不同的組合，從而代表16種不同的數(shù)字或功能鍵。

MT8870語音解碼模塊

1、板載MT8870復頻譯碼芯片

2、板載語音輸入接口

3、板載5個LED指示燈，方便查看輸出狀態(tài)

4、芯片主要管腳基本都已經(jīng)引出

5、PCB尺寸：26.5(mm)x24.5(mm)

模塊參考電原理圖

雙音多頻信號（DTMF）
電話系統(tǒng)中電話機與交換機之間的一種用戶信令，通常用于發(fā)送被叫號碼。
在使用雙音多頻信號之前，電話系統(tǒng)中使用一連串的斷續(xù)脈沖來傳送被叫號碼，稱為脈沖撥號。脈沖撥號需要電信局中的操作員手工完成長途接續(xù)(早期方法，很老很古董)。

雙音多頻信號是貝爾實驗室發(fā)明的，其目的是為了自動完成長途呼叫。

雙音多頻的撥號鍵盤是4×4的矩陣，每一行代表一個低頻，每一列代表一個高頻。每按一個鍵就發(fā)送一個高頻和低頻的正弦信號組合，比如'1'相當于697和1209赫茲(Hz)。交換機可以解碼這些頻率組合并確定所對應(yīng)的按鍵。

雙音多頻(DTMF)是由貝爾實驗室開發(fā)的信令方式，通過承載語音的模擬電話線傳送電話撥號信息。每個數(shù)字利用兩個不同頻率突發(fā)模式的正弦波編碼，選擇雙音方式是由于它能夠可靠地將撥號信息從語音中區(qū)分出來。一般情況下，聲音信號很難造成對DTMF接收器的錯誤觸發(fā)。DTMF是“TouchTone” (早期AT&T的商標)的基礎(chǔ), 替代機械式撥號轉(zhuǎn)盤的按鍵。

DTMF編碼器
基于兩個二階數(shù)字正弦波振蕩器，一個用于產(chǎn)生行頻，一個用于產(chǎn)生列頻。向DSP裝入相應(yīng)的系數(shù)和初始條件，就可以只用兩個振蕩器產(chǎn)生所需的八個音頻信號。典型的DTMF信號頻率范圍是700~1700Hz，選取8000Hz作為采樣頻率，即可滿足Nyquist條件。DTMF雙音頻信號由兩個二階數(shù)字正弦振蕩器產(chǎn)生，一個用來產(chǎn)生行音頻信號，另一個產(chǎn)生列音頻信號。

CCITT規(guī)定每秒最多按10個鍵，即每個鍵時隙最短為100MS，其中音頻實際持續(xù)時間至少為45MS，不大于55MS，時隙的其他時間內(nèi)保持靜默，因此按鍵產(chǎn)生雙音頻信號時，相繼的兩個信號間隔一段時間；解碼器利用這個時間識別出雙音頻信號，并轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的數(shù)字信息，而且要識別出間隙信息。因此流程包含音頻任務(wù)和靜默任務(wù)，前者是產(chǎn)生雙音頻采樣值，后者產(chǎn)生靜默樣值，每個任務(wù)結(jié)束時，要重置定時器和下一個任務(wù)。其中靜默任務(wù)還要加上一個任務(wù)：從數(shù)字緩沖區(qū)取出數(shù)字并解包。解包就是將數(shù)字映射為對應(yīng)的行列音頻特性，裝載指針指向振蕩器特征表對應(yīng)的正確位置。兩個任務(wù)輪流執(zhí)行。由CCITT（國際電報電話咨詢委員會）的規(guī)定，數(shù)字之間必須有適當長度的靜音，因此編碼器有兩個任務(wù)，其一是音頻信號任務(wù)，產(chǎn)生雙音樣本，其二是靜音任務(wù)，產(chǎn)生靜音樣本。每個任務(wù)結(jié)束后，啟動下一個任務(wù)前（音頻信號任務(wù)或靜音任務(wù)），都必須復位決定其持續(xù)時間的定時器變量。在靜音任務(wù)結(jié)束后，DSP從數(shù)字緩存中調(diào)出下一個數(shù)字，判決該數(shù)字。信號所對應(yīng)的行頻和列頻信號，并根據(jù)不同頻率確定其初始化參數(shù)。

DTMF信號包含兩組音頻信號，解碼器的任務(wù)是通過數(shù)學變換把它從時域轉(zhuǎn)化到頻域，然后得出對應(yīng)的數(shù)字信息。由于芯片處理的是數(shù)字信號，所以必須把輸入信號數(shù)字化，再用DSP芯片處理。頻率檢測時，檢測出DTMF信號的基波及二次諧波，DTMF信號只在基波上有較高的能量，而話音信號則是在基波上疊加有較強的二次諧波，檢測二次諧波的作用是用來區(qū)分DTMF信號與語言和音樂信號。

DTMF特性
DTMF是由低頻組（fb）和高頻組（fa）兩組頻率信號構(gòu)成，每個數(shù)字信號由低頻組和高頻組的任意一個疊加而成。根據(jù)CCITT的建議，DTMF的編譯碼定義可用下式表示 f(t)=A_{a}sin(2f_{a}t)+A_sin(2f_t) 式中兩項分別表示低、高音頻的值，Ab和Aa分別表示低音群合高音群的樣值量化基線，而且兩者幅值比為K=Ab/Aa(0.7<K<0.9)。同時規(guī)定，對應(yīng)于DTMF編譯碼中的標稱頻率在發(fā)送時，DTMF信號的頻率偏差不應(yīng)當超過1.5%，每位數(shù)字的信號極限時長應(yīng)該大于40ms，而接收設(shè)備對2%的偏差應(yīng)能可靠地接收，對30ms~40ms時長的信號可以正常地接收。

與單音編碼不同，DTMF信號是采用8中取2的方式，從高低兩個音組中各取一個音頻復合而成來代表0-9十個號碼和其他功能碼，再加上這8個音頻信號的各頻率間不存在諧波關(guān)系，大大減少了虛假信號的干擾，因而DTMF信號工作可靠性特別是抗干擾能力很強。

DTMF應(yīng)用
DTMF信號即雙音頻信號，最先用于程控電話交換系統(tǒng)來代替號盤脈沖信號，主叫用戶摘機按鍵撥號后，電話號碼所對應(yīng)的DTMF信號通過電話線傳到程控交換機中的DTMF接受電路，交換機中的微機識別被叫電話號碼后，接通主被叫用戶實現(xiàn)雙方通話。

DTMF信號還用于自動控制系統(tǒng)，如果把DTMF的發(fā)送電路用于主控系統(tǒng)，接收電路用于被控系統(tǒng)，就可以方便地組成有線或無線通信系統(tǒng)，其通道數(shù)視需要而定，16通道以內(nèi)每通道只需編一位號碼即可，若需要更多通道，則可像電話號碼編號一樣編為兩位或兩位以上的號碼。DTMF信號還被用于部分型號的車載導航終端，用于遠程下發(fā)目的地坐標信息。比如警情自動拔號、DTMF遠程控制系統(tǒng)，基于DTMF編解碼的智能家居電話遠程控制系統(tǒng)等。

第一項實驗：用arduino的PWM腳（11、12）合成DTMF雙音多頻編碼信號

??1、安裝 "Tone.h"庫: IDE-工具-管理庫-搜索-安裝
??2、項目測試 ：將喇叭貼近電話機話筒，然后發(fā)送要撥的電話號碼到串口，比如10000，即可撥通電話10000
??3、需要材料：喇叭1個，68Ω電阻兩個
??4、硬件連接：在D11，D12引腳各接一個68Ω電阻一端，
? ???68Ω電阻另一端接喇叭，然后喇叭另一端接地。

通過串口，嘗試輸入10000號碼，手機11位號碼和一個28位的號碼

視頻——第一項實驗：用arduino的PWM腳（11、12）合成DTMF雙音多頻編碼信號

https://v.youku.com/v_show/id_XNDU3MzExODkzMg==.html

Arduino實驗開源代碼

第二項實驗：重復播放合成DTMF雙音多頻8675309撥號音
??1、安裝 "Tone.h"庫: IDE-工具-管理庫-搜索-安裝
??2、項目測試 ：發(fā)送電話號碼8675309到串口
??3、需要材料：喇叭1個，68Ω電阻兩個
??4、硬件連接：在D11，D12引腳各接一個68Ω電阻一端，
? ???68Ω電阻另一端接喇叭，然后喇叭另一端接地。

Arduino實驗場景圖

Arduino實驗開源代碼

DTMF解碼識別模塊實驗視頻
https://v.youku.com/v_show/id_XNDU3OTkzOTA4OA==.html

打開"dtmf.h"庫文件查看，發(fā)現(xiàn)是針對不同硬件模塊的（板上芯片都是MT8870），由于接腳對不上號，故串口輸出的解碼不對的

不同的硬件模塊（板上芯片都是MT8870），名稱為?Arduino DTMF語音識別擴展板 V1.0

Arduino實驗開源代碼

從MT8870 DTMF語音解碼板模塊上，5只解碼LED燈看，是在正常工作，只是串口輸出的數(shù)字，依舊好像不對......

附錄：基于DTMF編解碼的智能家居電話遠程控制系統(tǒng)

本著“環(huán)保與創(chuàng)新”的主題，系統(tǒng)集本地家電控制和監(jiān)控模塊，DTMF編解碼的電話遠程控制和監(jiān)控模塊以及以太網(wǎng)web server的遠程家居控制和監(jiān)控系統(tǒng)模塊三大模塊為一體，實現(xiàn)智能家居控制。電話遠程控制和以太網(wǎng)遠程控制，不需進行專門的布線，不占用無線電頻率資源，避免了電磁污染。且可以通過以太網(wǎng)實時監(jiān)控家用電器，避免了沒必要的電力資源浪費。

一、本地家電控制和監(jiān)控模塊

此模塊能夠?qū)崟r檢測溫濕度、一氧化碳、煙霧等的數(shù)值或者濃度，并在1602液晶上顯示相關(guān)參數(shù)。當超過一定的警戒線，它還會發(fā)出警報以及通知主系統(tǒng)（AVR 32）出現(xiàn)何種警情，讓主系統(tǒng)進行相關(guān)處理。

二、DTMF編解碼的電話遠程控制和監(jiān)控模塊

此模塊能夠受手機控制，通過手機撥打家里電話來遠程控制家里的電器的開閉，以及當家里出現(xiàn)盜賊或者出現(xiàn)險情（包括火災(zāi)、煤氣泄漏等）時固定電話能及時自動撥打電話通知用戶。

三、以太網(wǎng)web server的遠程家居控制和監(jiān)控系統(tǒng)模塊

此模塊通過網(wǎng)線接入以太網(wǎng)后，用戶可以通過手機或PC機打開相應(yīng)瀏覽器來遠程控制家里的電器的開閉，以及監(jiān)控家里的溫濕度，煤氣傳感器和煙霧傳感器的數(shù)據(jù)。

2.2 性能要求

一、本地家電控制和監(jiān)控模塊

此模塊性能要求傳感器采集數(shù)據(jù)要實時，而且要快速，采集出來的數(shù)據(jù)經(jīng)過相應(yīng)轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)值與實際數(shù)值相差不能超過5%，溫度的精度為0.1℃，濕度的精度為0.5%RH。

二、DTMF編解碼的電話遠程控制和監(jiān)控模塊

此模塊性能要求能響應(yīng)速度快，即有人撥打電話時，此模塊能夠在1S內(nèi)檢測到有電話打入，并記錄下?lián)艽蛉溯斎氲陌存I信息。此外，當要實現(xiàn)自動撥打電話時，要求此模塊模擬按下的電話號碼要準確無誤，確保準確性。

三、以太網(wǎng)web server的遠程家居控制和監(jiān)控系統(tǒng)模塊

此模塊要求接入互聯(lián)網(wǎng)，當用戶瀏覽網(wǎng)頁時，家用電器信息和傳感器數(shù)據(jù)每隔幾秒刷新一次，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目焖傩院蜏蚀_性。