Разработка моделей современных телефонных аппаратов

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

В мире объем информации, передаваемой через информационно-телекоммутационную инфраструктуру, удваивается каждые 2-3 года. Появляются и успешно развиваются новые отрасли информационной индустрии. Начало ХХI века рассматривается как эра информационного общества, требующего для своего эффективного развития создания глобальной инфраструктуры электросвязи, темпы развития которой должны быть опережающими по отношению к темпам развития экономики в целом. То есть, средства электросвязи во всем мире, в том числе в Республике Беларусь, являются определяющим фактором экономического развития страны, роста ее валового национального продукта.

В последние десятилетия рынок абонентского оборудования претерпел громадные изменения, пройдя путь от обычных электромеханических телефонных аппаратов до абонентских терминалов, включающих в себя многофункциональные телефонные аппараты, модемы, факсмодемы, бесшнуровые телефонные аппараты, радиотелефоны и т.д.

Развитие телефонной индустрии во многом обусловлено использованием передовых технологий в области информационного обмена, внедрением достижений компьютерной индустрии в действующие системы телекоммуникаций.

В данном дипломном проекте рассмотрены модели современных телефонных аппаратов, их устройство, принцип действия. На основе рассмотренного теоретического материала создан лабораторный макет в виде компьютерной программы. Данный макет в интерактивном режиме предоставляет информацию о телефонных аппаратах, демонстрирует их устройство. Для демонстрации работы телефонного аппарата центральной батареи была использована анимация, для демонстрации моделей набора номера (импульсный и двухтональный набор) была использована программная анимация.

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИПЛОМНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Целью данного дипломного проекта является совершенствование учебного процесса по кафедре «Системы передачи информации» Учреждения образования «Белорусский государственный университет транспорта» на основе внедрения в учебный процесс компьютерного лабораторного макета «Телефонные аппараты».

Для этого были решены следующие задачи:

- анализ устройства телефонных аппаратов

- анализ устройства многофункциональных телефонных аппаратов

- анализ устройства бесшнуровых телефонных аппаратов

- анализ устройства системных телефонных аппаратов

- анализ импульсного и тонального набора номера

- классификация телефонных аппаратов

- анализ параметров телефонных аппаратов

- разработка программы «Телефонные аппараты»

- анализ влияния технического дизайна на работоспособность человека

- расчет прибыли от создания программного обеспечения



1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

В ходе выполнения дипломного проекта был выполнен обзор литературных источников по теме «Телефонные аппараты».

В издании [1] изложены основные принципы построения телефонных аппаратов различного назначения. В книге рассматриваются современные технологии, используемые при разработке и проектировании оконечных устройств. Рассмотрены такие проблемы как слияние различных технологий: ЭВМ, оконечное абонентское оборудование, сотовая связь, радиотелефоны. В первую очередь рассматривается классификация телефонных аппаратов, деление на классические, бесшнуровые, системные, радиотелефоны. Приведены принципиальные схемы телефонных аппаратов, приведены графики, позволяющие понять различные системы набора номера. Также приведена сравнительная характеристика сотовых телефонов. Далее рассматривается слияние различных технологий. В первую очередь появление локальных или системных телефонных аппаратов, что представляет собой слияние микро-ЭВМ, телефона и АТС в одном корпусе. Не менее важную часть книги занимает интеграция в телефонную сеть компьютеров посредством модемного соединения. Как развитие темы системных телефонных аппаратов, идет рассмотрение принципов построения офисных мини-АТС и их возможностей. В качестве интеграции телефона и компьютера рассматривается компьютерная телефония и Internet телефония. Рассматривается тема применения оконечных устройств на абонентских сетях, совместимость телефонных аппаратов с другими устройствами, практические аспекты применения модемного оборудования в абонентских сетях. Завершает книгу важная проблема защиты информации в абонентских телефонных сетях, современные средства защиты информации, а также современные криптографические методы.

В методическом указании [2] приведено детальное описание составных частей телефонного аппарата местной батареи. В лабораторных работах рассматривается устройство угольного микрофона, электромагнитного телефона, самих телефонных аппаратов, номеронабирателей, телефонных аппаратов с усилителями.

В книге [3] описано все, что связано с таким понятием как «телефония» начиная с устройства и работы самого простого дискового телефонного аппарата и заканчивая вопросами использования оптоволоконных кабелей в системах связи. Также в книге приводятся схемы согласования телефонных аппаратов с абонентской линией связи, объясняются основные принципы использования цифровых сигналов для передачи информации, рассматриваются системы коммерческой связи, голосовой почты, улучшения качества приема-передачи, спутниковая и мобильная связь.

Книга [4] выходит из печати в конце 20 - го века, столетия всеобщей телефонизации. Автором прослежен путь развития телефонных аппаратов от простейшего телефоного комплекса Белла до новейшеих телефонных аппаратов, производимых фирмой `VEF - Telekom` и Пермским телефонным заводом `Телта`. В книге приводится около 300 схем телефонных аппаратов. Даны соответствующие комментарии, приводится внешний вид ТА, рассматривается конструкция корпуса, предсталены таблицы поиска неисправностей. Впервые публикуется систематизированный и полный материал по схемотехнике и цепям токопровождения ТА, преобладающих сегодня в телефонных сетях СНГ. Рассмотрены телефонные аппараты с АОН. Впервые публикуются материалы по специальным телефонным аппаратам, а также моделям ТА общего применения выпуска 1990 - х годов. Книга предназначена для широкого круга читателей, ежедневно использующих телефонные аппараты, а также специалистов, занимающихся обслуживанием и ремонтом телефонной техники, радиолюбителей и тех, кто интересуется технической базой телефонии.

В издании [5] рассмотрены принципы построения схем электронных телефонных аппаратов и приведена их примерная классификация, основанная на функциональных и сервисных возможностях аппаратов. Приведен краткий обзор интегральных микросхем для ЭТА различных производителей в СНГ и в зарубежье. В книге рассмотрены принципы построения основных трактов электронных телефонных аппаратов. Для тех, кто ежедневно использует электронный ТА с расширенными сервисными возможностями, приведены алгоритмы действий, разъясняются основные термины и обозначения на кнопках такого ТА. Рассмотрены схемы конкретных ЭТА, которые производились в СССР, в СНГ и зарубежными производителями в период с середины 80-х годов и до настоящего времени. Изложены основы проверки и ремонта ЭТА. Книга предназначена как для начинающих пользователей электронных телефонных аппаратов, так и специалистов, занимающихся ремонтом и обслуживанием современной телефонной техники.

В справочнике [6] приведены технические данные телефонного оборудования: аппаратов, таксофонов, концентраторов, директорских коммутаторов, защитных устройств, кабин таксофонов, линейных сооружений телефонных сетей (абонентских устройств), а также освещены вопросы техники безопасности. Книга рассчитана на подготавливаемых в системе профессионально-технического образования электромонтеров связи и может быть использована при подготовке и повышении квалификации рабочих на производстве, а также преподавателями ПТУ и электромеханиками связи на производстве.

Книга [7] содержит справочную информацию по различным аспектам эксплуатации телефонных линий связи, телефонных приставок и аппаратов. Предложены разнообразные схемы телефонных приставок на современной элементной базе с питанием от сети или от телефонной линии. Книга может быть полезна всем, кто обладает минимальной радиотехнической квалификацией и заинтересован в использовании достижений современной электроники.

В книге [8] в доступной форме рассказано о сложных процессах, происходящих во всемирной сети электросвязи. Рассмотрены принципы построения и структура телефонных сетей различных уровней. Читатель знакомится с системой нумерации абонентов. В достаточном для пользователя ТА объеме рассмотрены структурные схемы телефонных станций и системы сигнализации в них. Особый раздел книги посвящен основам работы телефонных аппаратов и их взаимодействию с АТС. Прослежен путь эволюции ТА от классических до современных (на примере элементной базы PHILIPS). Подробно рассмотрены потребительские возможности телефонных аппаратов с расширенными сервисными возможностями, приводятся алгоритмы действий по работе с ТА PANASONIC KX-T2365. Впервые публикуется систематизированный и полный материал по схемотехнике и цепям токопрохождения телефонных аппаратов, преобладающих сегодня в телефонных сетях СНГ. В книге содержится около 400 иллюстраций, из них 120 принципиальных схем широко распространенных телефонных аппаратов Схемы сопровождаются алгоритмами цепей токопрохождения, рисунками корпусов ТА. Книга предназначена для широкого круга читателей, ежедневно использующих телефонные аппараты, а также специалистов, занимающихся обслуживанием и ремонтом телефонной техники, радиолюбителей и тех, кто интересуется технической базой телефонии.

В первой главе книги [9] описаны все функциональные узлы резидентных (домашних и офисных) радиотелефонов, работающих в диапазонах частот до 50 МГц. Приведено большое количество цоколевок микросхем, применяемых в зарубежных аппаратах. Вторая глава содержит структурные и принципиальные схемы радиотелефонов фирм PANASONIC, SONY, SANYO, SOUTHWESTERN BELL и др. с описанием каждой модели. В третьей главе подробно рассматриваются вопросы ремонта и обслуживания радиотелефонов. Книга предназначена для специалистов, занимающихся обслуживанием и ремонтом телефонной техники, опытных радиолюбителей и лиц, интересующихся технической базой радиотелефонии.

В издании [10] рассматриваются основы проектирования систем передачи речи, начиная с первых аналоговых систем телефонной связи и кончая цифровыми системами мобильной связи. Представлены принципы модуляции сигналов для передачи по радиоканалам и волоконно-оптическим кабелям, методы кодирования речевых сигналов. Приводятся многочисленные примеры и задачи. Для специалистов в области связи, а также студентов, обучающихся по направлению "Цифровая телефония".

Книга [11] знакомит с новейшими отечественными и зарубежными средствами передачи информации. В ней последовательно рассмотрены все устройства связи, применяемые в повседневной деятельности современного человека: телефонные и факсимильные аппараты, автоответчики, модемы, мини-АТС, техника пейджинговой, транкинговой и сотовой связи, персональные спутниковые системы связи и навигации, Internet-телефония. Описаны физические основы и принципы действия этих устройств, а также приведены таблицы с их основными характеристиками. Описаны правила эксплуатации, стандарты и рекомендации по применению таких электронных устройств. Для всех пользователей средствами передачи информации, менеджеров и руководителей предприятий, студентов и преподавателей вузов.

В издании [12] читатель получает возможность систематизировать свои знания по основам построения схем беспроводных телефонных аппаратов (радиотелефонов). Рассмотрены элементы схем самых популярных сертифицированных в России радиотелефонов. Особое внимание уделено радиотелефонам увеличенного радиуса действия. Четкое описание конкретных моделей радиотелефонов сопровождается великолепно исполненными схемами, рекомендациями по их ремонту и техническому обслуживанию. Полезен читателю раздел по обеспечению безопасного использования радиотелефонов. Насыщенная полезной информацией книга предназначена как для широкого круга радиолюбителей, так и профессионалов, занимающихся обслуживанием и ремонтом беспроводных телефонных аппаратов.

2. ТЕХНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

бесшнуровый телефонный номер импульсный

2.1 Устройство телефонных аппаратов центральной батареи

При работе телефонного аппарата в разговорном режиме возникает местный эффект, т.е. прослушивание собственной речи в телефоне аппарата. Местный эффект объясняется тем, что ток, протекающий через микрофон, поступает не только в абонентскую линию, но и в собственный телефон. Для устранения этого нежелательного явления в современных телефонных аппаратах используют противоместные устройства.

Рисунок 2.1 - Схема телефонного аппарата ТА-72М-5

Полное устранение местного эффекта достигается только на одной определенной частоте и определенных параметрах линии, что в реальных условиях невыполнимо, поскольку речевой сигнал содержит широкий спектр частот, а параметры линии изменяются в широких пределах (зависят от удаленности абонента от АТС, переходных сопротивлений и емкостей в кабелях и др.), поэтому на практике местный эффект не уничтожается полностью, а только ослабляется.

Рассмотрим схему телефонного аппарата ТА-72М-5 (рисунок 2.1), предназначенного для работы в городских сетях. Его коммутационно-вызывную часть образуют рычажный переключатель SA1.1, звонок НА1, разделительный конденсатор С1 и номеронабиратель SA2.2. Разговорная часть телефонного аппарата состоит из телефона BF1, микрофона ВМ1, трансформатора Т1, балансного контура (конденсаторы С1 и С2, резисторы R1-R3) и ограничительных диодов VD1, VD2. Разговорная часть выполнена по противоместной схеме мостового типа.

В исходном состоянии контактов рычажного переключателя SA1.1 и номеронабирателя SA2.2, показанном на схеме, к линии подключены последовательно соединенные между собой звонок НА1 и конденсатор С1, а разговорная часть отключена. При появлении вызывного напряжения на зажимах 1 и 4 телефонного аппарата ток протекает по цепи: зажим 1 - перемычка - зажим 3 - обмотка звонка - нормально замкнутые контакты SA1.2 рычажного переключателя - конденсатор С1 - зажим 4 (Направление тока выбрано условно - с таким же успехом его можно было бы считать протекающим от зажима 4 к зажиму 1). Услышав звонок, абонент снимает трубку. При этом контакты SA1.1 и SA1.2 переключаются в другое положение, отключая вызывную цепь и подключая к линии разговорную цепь. Сопротивление постоянному току между зажимами 1 и 4 изменяется от очень большого (сотни килоом - мегаомы) до относительно малого (сотни ом), это фиксируется приборами телефонной станции, и они переключаются в разговорный режим.

При наборе номера контакты SA2.1 номеронабирателя находятся в замкнутом состоянии во время прямого и возвратного вращения диска, что обеспечивает шунтирование разговорной цепи и исключает прослушивание щелчков в телефоне. При возвратном вращении диска номеронабирателя контакты SA2.2 разрывают линейную цепь, и приборы станции по числу таких размыканий фиксируют номер вызываемого абонента.

Диоды VD1 и VD2 ограничивают выбросы напряжения на обмотках телефона и исключают резкие звуки, неприятные для уха.



2.2 Многофункциональные телефонные аппараты

Вызывное устройство

В качестве вызывного устройства в современных телефонных аппаратах используется ИС.

Эти ИС должны устойчиво работать в широком диапазоне напряжений телефонной линии. Для преобразования переменного сигнала вызова в постоянное напряжение питания, которое подается на узлы интегральной микросхемы, на входе ИС звонка включается мостовой выпрямитель. Благодаря ему полярность подаваемого на ИС звонка напряжения постоянна независимо от порядка подключения проводов абонентской линии. Навесной конденсатор препятствует проникновению постоянного тока по цепи звонка, пропуская только переменный сигнал вызова. Резистор R1 служит для ограничения тока, потребляемого ИС. Выпрямляемое напряжение перед подачей на звуковой генератор и выходной усилитель необходимо стабилизировать.

Одной из особенностей абонентской линии являются помехи, например выбросы напряжения. Если их не подавлять, они приводят к ложным срабатываниям схемы звонка. Для защиты ИС от кратковременных переходных процессов (помех) используется антизвонная схема. Как правило, она состоит из стабилитрона (встроенного) и навесного конденсатора С2. Напряжение пробоя стабилитрона определяет уровень, на котором происходит ограничение помехи, а конденсатор поглощает избыточную энергию переходного процесса, напряжение которого превышает уровень пробоя стабилитрона. При этом отклонения напряжения абонентской линии от номинального не будет сказываться на звучании звонка.

Звуковой генератор - это устройство, вырабатывающее сигнал, который преобразуется затем в звуковой сигнал. Звуковые генераторы могут быть простыми и многотональными. Некоторые из них могут воспроизводить отрывки мелодий.

При напряжении, превышающем порог стабилизации стабилитрона, срабатывает пороговое устройство и формирует команду на ключ, который управляет работой звукового генератора. Встроенный в пороговое устройство гистерезис дополнительно блокирует возможность ошибочного запуска генератора от помех на линии и импульсов номеронабирателя.

Сигнал со звукового генератора поступает на прибор, преобразующий переменное напряжение в звуковые колебания. Чаще всего для этих целей используется пьезоэлектрический преобразователь. Возможно подключение громкоговорителя через понижающий трансформатор. Сам преобразователь представляет собой пьезоэлектрический кристалл. При подаче на него переменного напряжения с ИС в нем возникают механические колебания, порождающие сильный звук.

Мост на рисунке 2.2, выполненный на диодной сборке, служит для обеспечения питания остальных узлов телефонного аппарата вне зависимости от полярности подключения телефонных линий к телефонному аппарату.

Варистор R служит для ограничения действующего на телефонной линии напряжения до 180В (в том числе импульсных помех, непредвиденных завышенных напряжений и т.д.) и защищает схему телефонного аппарата от повреждений.

Рисунок 2.2 - Схема вызывного устройства телефонного аппарата

Важной характеристикой является сопротивление звонковой цепи. С одной стороны, энергия звонка ограничена возможностями линии, с другой стороны, требуется сигнал звонка достаточной громкости. Уровень сигнала зависит не только от длины линии, но и от количества звонковых цепей, соединенных параллельно в этой линии. Эффективный способ повышения слышимости звонка - увеличение частоты сигнала вызова до 500…1500Гц. Чувствительность человеческого уха в этом диапазоне частот выше.

Номеронабиратели.

Импульсный номеронабиратель

На протяжении многих лет в телефонных аппаратах использовался только дисковый номеронабиратель, с помощью которого передача адресной информации осуществляется при возвращении в исходное положение заводного диска. Электронный импульсный номеронабиратель, пришедший на замену дисковому, должен выполнять две функции:

- ИС импульсного номеронабирателя должна выдерживать ток в линии с требуемой частотой и на определенные интервалы времени.

- Отключать приемник (телефон) с целью предотвращения громких щелчков, слышимых в нем во время набора номера.

Внешне набор номера в электронном номеронабирателе (ЭНН) происходит аналогично дисковому, что делает их полностью совместимыми и сохраняет преемственность. Оба типа набора электрически идентичны. Функциональная схема ИС импульсного номеронабирателя приведена на рисунке 2.3. При подаче напряжения питания схема начальной установки приводит все триггеры в исходное состояние, после чего формирует сигнал, отключающий тактовый генератор. При нажатии на одну из клавиш клавиатуры включается тактовый генератор и формирователь импульсов опроса клавиатуры формирует на выходах 19, 20, 21ИС последовательности импульсов с частотой 200Гц и скважностью 3, сдвинутые по фазе. При нажатии клавиши одна из последовательностей поступает на вход микросхемы (22, 1, 2, 5), преобразуется в двоичный код, который поступает в ОЗУ.



Рисунок 2.3 - Функциональная схема типовой ИС импульсного набора номера

Схема устранения дребезга анализирует истинность нажатия клавиши и разрешает запись двоичного кода цифры в ОЗУ. Одновременно срабатывает схема управления кодопреобразователя. Она преобразует код, поступающий со схемы выбора паузы, во временной интервал соответствующий длительности межцифровой паузы. По окончании этого интервала в схеме управления кодопреобразователем формируется сигнал разрешения считывания в ОЗУ кода набранного числа. Код поступает в преобразователь и также преобразуется во временной интервал, на время которого снимается удержание с триггера формирования сигнала "Импульсный ключ", и на выходе 12 появляется последовательность импульсов частотой 10Гц. Скважность их соответствует двоичному коду. Количество импульсов соответствует номеру нажатой клавиши. После обработки набранной цифры генератор выключается.

ИС может приводиться в исходное состояние нажатием клавиши «#»(Отбой) или подачей на вход 15 напряжения высокого уровня. Через вывод 3(U2) осуществляется подпитка ОЗУ в дежурном режиме, то есть когда трубка положена. На выводе 10(IDP) формируются положительные импульсы длительностью межцифровой паузы. На выводе 11(KS) ключ подпитки на период следования импульсов набора устанавливает «высокий» уровень, обеспечивающий при необходимости, подпитку ОЗУ микросхемы.

В ИС есть два выхода «Разговорный ключ» -- вывод 16 (NSA1) и вывод 18 (NSA2). На выводе 16 на протяжении всего набора номера удерживается «низкий» уровень, а на выводе 18 «низкий» уровень поддерживается только на период следования импульсов набора. Использование NSA2 предпочтительнее, так как в течение межцифровой паузы позволяет прослушивать линию и прекратить набор в случае сбоя.

Питание ИС НН осуществляется от линии АТС и обеспечивает работу ИС при наборе номера, а также в разговорном режиме. В режиме «Отбой», при положенной на рычаг трубке, питание с нее снимается. Выбор и построение схемы питания ИС зависит от того, есть ли в составе ИС источник опорного напряжения (стабилитрон) или нет. Если есть - то внешние элементы цепи питания фактически ограничивают ток стабилизации на уровне 0,1…1,0мА, в зависимости от типа ИС. Если нет, то во внешнюю цепь вводится стабилитрон. В схемах отечественных телефонных аппаратах часто используется микромощный кремниевый планарный p-канальный МОП-стабилитрон.

В настоящее время нормой в телефонных сетях становится система двухчастотного тонального набора (международный стандарт DTMF - Dual-Tone Multiple Frequency). Тональный набор в связи в внедрением цифровых АТС стал одним из стандартов и постепенно вытесняет старые импульсные наборные системы в большинстве телефонных аппаратов, а также устройств, связанных с телефонными сетями (например, модемах).

При тональном наборе дискретные импульсы отсутствуют. Вместо этого каждая набираемая цифра представляется комбинацией двух негармонических сигналов. Негармоничность означает, что две частоты выбираются таким образом, чтобы они не имели целого общего делителя.

Для каждой цифры для большей надежности используется две частоты. Если использовать только одну частоту, система может принять случайно возникший шумовой сигнал за тональный сигнал. Вероятность же случайного кратковременного появления двух нужных частот минимальна. Во всех номерах с тональным набором используется стандартная кнопочная клавиатура из двенадцати кнопок, расположенных в четыре ряда и три столбца. Она содержит кнопки для десяти цифр и дополнительные кнопки для специальных функций.

Каждой строке в матрице клавиатуры соответствует определенный низкочастотный тон, каждому столбцу - высокочастотный. При нажатии кнопки эти два тона суммируются и формируется двухчастотный сигнал.

Все частоты подобраны так, чтобы ни одна из них не была гармонической с другой. Это максимально увеличивает эффективность системы и уменьшает вероятность ложного срабатывания вследствие случайных шумов.

Схема номеронабирателя с тональным набором легко исполняется на базе ИС. На рисунке 2.4 показана внутренняя структура типичной ИС номеронабирателя с частотным набором.

Рисунок 2.4 - Внутренняя структура ИС DTMF-номеронабирателя

Постоянное напряжение питания для ИС обычно обеспечивается выпрямителем, расположенным на печатной плате разговорной схемы. Более сложные ИС снабжены встроенным выпрямителем и стабилизатором. Все ИС подобных номеронабирателей содержат как минимум пять функциональных узлов: декодер клавиатуры/генератор импульсов; цифро-аналоговые фильтры высших (столбцовых) частот; цифро-аналоговые фильтры низших (строковых) частот; сумматор; выходной усилитель.

Чтобы частоты генерируемых сигналов были постоянны, необходим высокочастотный генератор, сигналом которого будет синхронизироваться схема номеронабирателя. Задающий генератор вырабатывает сигналы со стабильной частотой (3,579545МГц), которая определяется кварцевым генератором.

Строковые и столбцовые логические сигналы поступают с клавиатуры на схему декодера клавиатура/генератора импульсов. В нем происходит деление частоты задающего генератора и вырабатываются прямоугольные импульсы с частотами, необходимыми для синтеза тональных сигналов строк и столбцов. На этом этапе сигналы являются цифровыми. Для получения тональных сигналов цифровые импульсы должны быть преобразованы в аналоговую форму.

Эту задачу выполняют цифро-аналоговые фильтры, в которых сначала из цифровых сигналов формируется ступенчато-изменяющийся аналоговый сигнал. Затем полученный сигнал пропускается через полосовой фильтр, подавляющий нежелательные гармоники основного тонального сигнала. Для формирования сигналов высоких (столбцовых) и низких (строковых) частот используются отдельные цифро-аналоговые фильтры.

В сумматоре происходит объединение столбцовых и строковых сигналов, комбинация которых должна поступать на вход разговорной схемы. Выходной усилитель повышает мощность сигнала до необходимого уровня и согласует выход ИС со входом разговорной схемы. Выходной управляющий сигнал отключения приемника вырабатывается при каждом нажатии на клавишу клавиатуры. В противном случае при наборе частотные сигналы будут громко слышны в приемнике.

Разговорные схемы

Разговорные схемы могут быть выполнены как на интегральных микросхемах, так и на дискретных электронных компонентах.

В состав типичного разговорного узла телефонного аппарата входит: усилитель сигнала микрофона; усилитель НЧ сигнала, принимаемого с линии; противоместная схема; схема питания микрофонного и телефонного усилителей.

Вариантом исполнения разговорного узла является применение специализированной ИС. Каждый ее узел выполняет свою определенную функцию, обеспечивая нормальную работу телефонного аппарата.

ИС должна выполнять следующие функции:

- усиливать и передавать в линию телефонный сигнал;

- обеспечивать необходимый уровень подавления местного эффекта;

- транслировать в линию сигналы набора номера и имитировать постоянную нагрузку для линии независимо от разброса ее параметров.

Совместно с разговорной ИС используются как электродинамические , так и электретные микрофоны. Поскольку выходное сопротивление электронного микрофона очень велико, а электродинамического - мало, между ними и входом ИС включаются дополнительные согласующие элементы. При использовании электродинамического микрофона необходимо наличие дополнительного транзисторного каскада для предварительной усиления сигнала микрофона и согласования сопротивлений.

2.3 Бесшнуровые телефонные аппараты

Бесшнуровой телефон (БТ) - это обычный телефон с проводной связью с телефонной станцией, в котором шнур между основным блоком и микротелефонной трубкой заменен на радиолинию. Таким образом, такой телефон имеет стационарный блок (СБ) и переносной блок (ПБ)(микротелефонная трубка). Дальность действия таких телефонов составляет от ста метров до нескольких километров в зависимости от модели. В тех случаях, когда расстояние между базовым блоком, включающим радиостанцию и телефонный интерфейс, и вторым переносным, не связанным с телефонной линией, превышает 3…5км, говорят о радиоудлиннителе телефонных линий. Это расстояние сильно уменьшается при неблагоприятных условиях, например, если базовый блок находится в середине железобетонного здания или они разделены несколькими такими зданиями. Большинство телефонов подобного типа допускают возможность работы (минимально - прием сигнала вызова) при отсутствующем переносном блоке, а также разговор между абонентом с микротелефонной трубкой и абонентом у базового блока.

До настоящего времени нет устоявшихся международных стандартов на частотные диапазоны для бесшнуровых телефонов.

Наиболее перспективным направлением в радиотелефонии является цифровая обработка сигналов. При этом полностью устраняется один из самых серьезных недостатков радиосвязи - влияние помех, нарушающих как саму связь, так и разборчивость принимаемых сообщений.

В состав бесшнуровых телефонов, независимо от их рабочей частоты, входят одни и те же функциональные узлы: радиоприемное (РПУ) и радиопередающее (РПДУ) устройства, электронный номеронабиратель (ЭНН), вызывное устройство (ВУ), системы управления (СУ) и кодирования, блок питания (БП), индикация и некоторые другие.

Особенности БТА:

- ID-коды. Все переносные трубки БТА обладают персональными ID-кодами (каждая своим). Они необходимы для того, чтобы каждый базовый блок (ББ) такого телефонного аппарата принимал сигналы только от своей переносной трубки. Вторым аспектом использования кодов идентификации является защита телефонной линии от несанкционированного использования. Когда микротелефонная трубка кладется на ББ, происходит автоматическая смена кода. Число комбинаций ID-кодов колеблется в современных моделях бесшнуровых телефонов от нескольких тысяч до нескольких миллионов. Так как ББ отвечает на вызов только «родного» переносного блока (трубки) с определенной сложившейся комбинацией, то постороннему абоненту с «чужой» трубкой присоединиться к этой линии практически невозможно.

- Шифровка разговора. В некоторых моделях БТА при передаче радиосигналов между трубкой и базовым блоком происходит их шифровка. Тем самым достигается относительная конфиденциальность разговора. Минусом такой системы кодирования является существенное ухудшение качества связи. Кроме того, полностью гарантировать конфиденциальность разговоров такая система не может.

- Пейджинг(Page). Функция поиска одного из элементов БТА с помощью другого называется пейджингом. Он может быть односторонним (это означает что с ББ можно вызвать переносной блок (трубку), который при этом начнет издавать сигнал) и двусторонним. В последнем случае играть в «найди меня» можно не только с ПБ, но и с ББ.

- Интерком. Интеркомом или внутренней связью называется функция, позволяющая общаться двум собеседникам (которые могут находиться в разных комнатах) с помощью ПБ и ББ. Обычно при активации этой функции внешняя телефонная линия остается свободной, и из города на базовый блок может поступить сигнал вызова станции. Однако существует ряд моделей телефонов, в которых при переговорах по внутренней связи доступ к внешней сети недоступен.

- Спикерфон. Наличие такой функции означает возможность громкоговорящей связи. В этом случае говорить с абонентом могут все присутствующие в комнате хором и все вместе слышат его голос.

- Переадресовка разговора, режим конференции. Эта функция позволяет перевести текущий разговор с ПБ на ББ (при наличии режима громкоговорящей связи) или наоборот. В некоторых моделях при использовании нескольких переносных трубок возможен перевод звонка с одной трубки на другую. При работе БТА в режиме конференц-связи с ББ могут быть вызваны переносные блоки и есть возможность проведения совещания между всеми компонентами системы и внешним абонентом.

Конструктивно бесшнуровой телефон (БТ) представляет собой два отдельных устройства. Один из них - стационарный блок (СБ) и второй - переносной блок (ПБ). Связь между двумя блоками осуществляется по радиоканалу с использованием амплитудной (АМ) или частотной (ЧМ) модуляции.

Для того чтобы бесшнуровой телефон мог работать в дуплексом режиме (то есть чтобы по нему можно было говорить и слушать одновременно), прием и передача ведутся на двух различных частотах. Сигналы от стационарного к переносному блоку передаются на одной частоте, от ПБ к СБ - на другой. Две частоты должны быть подобраны весьма тщательно, чтобы гарантировать при дуплексной работе отсутствие взаимных помех между передаваемым и принимаемым сигналами.

В старых моделях БТ используется единственная пара частот. В большинстве случаев эти системы работают вполне надежно, но в некоторых ситуациях в них возникают помехи от мощных радио- и телепередатчиков или расположенных по близости других телефонов.

В современных БТ можно выбирать частоты передатчиков, отстраиваясь от внешних помех (и не мешая другим электронным устройствам). Большой набор частот не является панацеей, но в большинстве случаев все же удается подобрать канал связи, достаточно защищенный от местных помех.

Стационарный блок

Упрощенная структура стационарного блока (СБ) показана на рисунке 2.5. В нем можно выделить четыре группы функциональных узлов: приемник, передатчик, интерфейс телефонной линии (разговорная схема) и схема управления (МП). Источник питания СБ и зарядное устройство выделяются в отдельный функциональный узел.

Прием речи и сигналов управления

Сигналы, передаваемые ПБ, принимаются антенной и поступают на усилитель радиочастоты (РЧ), в котором происходит их предварительное усиление.



Рисунок 2.5 - Упрощенная структурная схема стационарного блока

Радиосигналы содержат: 1) несущую (синусоидальный сигнал с определенной частотой); 2) спектральные компоненты речевого сигнала (в диапазоне ±4кГц от несущей); 3) сигналы управления, которые координируют совместную работу СБ и переносного блока-трубки.

РЧ сигнал поступает на один из входов смесителя, в котором он смешивается (перемножается) с сигналом гетеродина. В выходном сигнале смесителя содержится множество комбинационных (суммарных и разностных) частот входных сигналов и их гармоник. Нас интересует полезный сигнал промежуточной частоты, равной разности между частотами РЧ и гетеродина. ПЧ сигнал усиливается в усилителе и детектируется, детектирование может быть как частотным, так и амплитудным - в зависимости от вида модуляции. Прошедшие через формирователь логических сигналов управляющие импульсы поступают на микропроцессор, а речевые сигналы проходят через усилитель звуковой частоты (ЗЧ) и подаются на ИС разговорной схемы для передачи их в телефонную линию.

Передача речи и сигналов управленияРечевые сигналы из телефонной линии, прошедшие через ИС разговорной схемы, поступают на усилитель ЗЧ. Усиленный речевой сигнал(вместе с управляющими сигналами) поступает на вход генератора несущей частоты, где и осуществляется модуляция радиосигнала. Схема управления координирует работу всех узлов беспроводного телефона. В СБ микропроцессор координирует процессы передачи и приема, формирует управляющие сигналы, передаваемые на ПБ, обрабатывает поступающие с него команды, детектирует сигналы вызова, вырабатывает необходимые импульсные или тональные сигналы и взаимодействует с телефонной линией через соответствующий интерфейс. Совместно с МП могут использоваться одна или несколько ИС памяти для хранения постоянных программных инструкций и данных.

Переносной блок.

Как видно из структурной схемы (рисунок 2.6), ПБ содержит те же основные группы функциональных узлов, что и стационарный: приемник, передатчик и схему управления (МП). В большинстве ПБ устанавливается клавиатура, подключаемая непосредственно к МП. При наборе номера МП вырабатывает управляющие сигналы, которые передаются на СБ, преобразуются в соответствующие DTMF-сигналы и поступают в телефонную линию.

Простейшая зарядная схема используется для подзарядки аккумуляторов ПБ (когда он лежит в гнезде СБ). Сигнал, принимаемый антенной ПБ, передается на усилитель РЧ, который усиливает слабый радиосигнал, передаваемый стационарным блоком. Усиленный сигнал содержит те же составляющие, что и "обратный" сигнал ПБ, и его преобразование в ПБ происходит точно так же, как и в СБ. Единственное отличие заключается в том, что продетектированный сигнал поступает не на разговорную схему, а на телефонный капсюль или небольшой громкоговоритель.



Рисунок 2.6 - Упрощенная структурная схема переносного блока

2.4 Системные (локальные) телефонные аппараты

Цифровой системный телефонный аппарат по своей конфигурации включает в себя: сетевой стык, схему управления, абонентский стык.

Сетевой стык поддерживает двустороннюю связь по 2-х проводной абонентской линии. Стык состоит из схемы защиты линии, линейного трансформатора, преобразователя постоянного тока, линейного цифрового адаптера DASL, его схемы синхронизации и аналогово-цифрового и цифроаналогового преобразователя COMBO. Схема защиты линии обеспечивает защиту телефонного аппарата от помех и пиков напряжения в линии. Линейный трансформатор предназначен для гальванического разделения телефонного аппарата от линии. К линейному трансформатору подключается преобразователь постоянного тока.

Питание телефонного аппарата осуществляется от линии и преобразователь обеспечивает требуемое напряжение. Линейный стык построен на базе цифрового адаптера абонентского шлейфа DASL, управляемого микропроцессором.

Цифровой адаптер DASL размещается в обоих концах, т.е. в линейном стыке системы коммутации и в телефонном аппарате или терминальном адаптере.



Рисунок 2.7 - Упрощенная схема цифрового системного ТА

COMBO (кодек+фильтр) предназначается для преобразования цифровой информации в аналоговую при входящем соединении и аналоговой в цифровую при исходящем соединении. Аналоговый сигнал от микрофона или громкоговорителя подается к входному усилителю, в котором осуществляется усиление сигнала.

Схема управления телефонным аппаратом построена на 8-ми разрядном однокристальном МП, который предназначен для управления связью между сетевым стыком (системой коммутации) и абонентским стыком, а также управления выполнением всех функций аппарата. Микропроцессор определяет состояние трубки (определение момента ее снятия), функциональных кнопок и кнопок программирования, передает информацию по каналу В к абонентскому комплекту о снятии абонентом трубки или нажатии им кнопки.

2.5 Импульсный набор номера

В обычных телефонах старых моделей импульсный набор номера осуществляется дисковым номеронабирателем, на котором по кругу равномерно расположены десять отверстий для пальца руки. Количество импульсов в серии, определяемой одним поворотом диска номеронабирателя, задается тем, на какой угол был предварительно повернут диск номеронабирателя перед тем, как он был отпущен. Равномерно расположенные отверстия на диске номеронабирателя и стопор для пальца позволяют с легкостью осуществить предварительный поворот диска на необходимый угол, соответствующий набираемой цифре номера. Поворот диска закручивает пружину номеронабирателя, которая после освобождения диска возвращает его в исходное положение. Небольшой регулятор, установленный внутри номеронабирателя, обеспечивает строго постоянную скорость вращения диска при его возвращении в исходное положение. Кулачок, поворачиваемый вместе с осью, имеющейся в нижней части номеронабирателя, размыкает контакты. Это замыкание и размыкание контактов при обратном вращении диска номеронабирателя приводит к прерываниям тока, протекающего в шлейфе. (Цепь шлейфа не разрывается при прямом вращении диска номеронабирателя). Размыкание цепи шлейфа вызывает прерывание тока, протекающего по шлейфу и имеющего величину от 20 до 120мА, а замыкание контактов позволяет току вновь протекать по цепи. Таким образом, импульсный набор обеспечивает серию импульсов тока в цепи шлейфа. Один импульс тока соответствует цифре 1, два импульса будут соответствовать цифре 2 и т.д. - до десяти импульсов, которые будут соответствовать цифре 0 в набираемом номере.

2.6 Тональный набор номера

В большинстве современных телефонных аппаратов используется метод набора номера, который получил название двухтонального многочастотного набора (DTMF). Метод тонального набора может использоваться только в том случае, если районная АТС оснащена оборудованием, предназначенным для обработки тональных сигналов. Однако в наше время данная проблема практически не является актуальной, так как тональный набор стал преобладающим методом набора и обработки сигналов номера, и все районные АТС способны предложить подобное обслуживание. Вместо дискового номеронабирателя телефонные аппараты оснащены наборным полем (или клавиатурой для тонального набора), которое имеет 12 кнопок, соответствующих цифрам от 0 до 9, а также двум специальным сигналам (*) и (#). Нажатие одной из кнопок клавиатуры заставляет электронные цепи генерировать сигналы двух акустически разнесенных частот. Более низкочастотный сигнал соответствует каждому ряду, а более высокой - колонке.

Частоты сигналов и общий вид клавиатуры наборного поля стандартизированы в международном масштабе. Однако допуски на индивидуальные частоты могут отличаться для различных стран.

2.7 Классификация электронных телефонных аппаратов

Предлагаемая далее классификация современных ТА ни в коем случае не является полной и исчерпывающей, а также не заменяет собой классификацию государственного нормативного документа какой-либо страны.

В предлагаемой классификации основным признаком принадлежности ТА к той или иной группе принят набор возможностей и уровень сервиса, предоставляемый пользователю, независимо от того, в какую сеть включен его аппарат: общего пользования или локальную офисную.

Естественно, что при современном уровне развития телефонной сети и самих ТА такие возможности, как работа по схеме «Директор-секретарь», подключение дополнительного ТА или звонка не могут служить критериями сложности (следовательно и классности) ТА. Необходимо выбрать другие возможности и сервисные услуги, которые и определят принадлежность данного ТА к некоторой условной группе в ряду современных аппаратов по нашей классификации.

Электронные ТА простейшей схемы

Совершенно закономерным является то, что первые электронные ТА полностью повторили схемное построение своих предшественников -- электромеханических аппаратов и их функций.

Начнем с того, что эти ТА имели только импульсный набор номера, так как в то время частотный набор на абонентском участке сети еще не применялся (конец 60-х годов).

Первые электронные номеронабиратели даже не имели возможности повтора последнего набранного номера, так как их схемы выполнялись на дискретных элементах (отдельных транзисторах и диодах), и разместить на ограниченных размерах память на 5-7 цифр не представлялось возможным. Разговорный узел также выполнялся на отдельных деталях и был достаточно объемным.

Принимая во внимание, что стоимость электронных компонентов в то время была достаточно высокой и что наладка электронной схемы требовала значительно более высокой квалификации работников, цена продажи первых электронных ТА была намного выше цены электромеханических.

Такие ТА не получили широкого распространения даже в странах с высокоразвитой электронной промышленностью. В более позднее время простейшие электронные ТА были реализованы на базе ИМС, и производились в основном на предприятиях Гонконга, Тайваня, а позднее в Китае и Малайзии. На территории СССР, а затем и в странах СНГ получили распространение эти ТА, выполненные в виде телефонов-трубок (моноблочная конструкция) под условным названием -- «Гонконг», а также некоторых моделей настольных ТА, например, AT-8086.

Необходимо отметить, что эти аппараты по многим параметрам совершенно не отвечали требованиям стандартов ни одной страны (в том числе СССР), а их надежность оказалась ниже всякой критики, в чем вскоре убедилось большинство их пользователей.

«Стандартный» электронный ТА

Понятие «стандартный» включает в себя, в общем случае, множество требований, касающихся всех свойств изделия, к которому это понятие относится. В нашем случае это понятие взято в кавычки только потому, что речь здесь пойдет только об обязательном стандартном наборе функций, которыми должен обладать простой современный ТА

Приходится говорить об устройствах набора номера, поскольку радикальные меры коснулись их в первую очередь. Связано это с началом внедрения в «телефоностроение» специализированных микросхем. Их разработка и производство начались в начале 70-х годов, когда электронная промышленность уже хорошо освоила аналогичное производство для ЭВМ.

Уже первые образцы электронных номеронабирателей на базе микросхем получили возможность сохранять в памяти последний набранный номер и транслировать его в линию при нажатии одной кнопки на тастатуре аппарата. Вначале ячейка памяти ЭНН имела небольшую емкость -- до 8 знаков, но со временем объем памяти увеличивался и сейчас у некоторых образцов достигает 32 знаков. Зачем нужен такой объем памяти постараемся объяснить на следующем примере.

Допустим, абоненту офисной АТС требуется позвонить по международной сети абоненту такой же офисной станции в другой стране. Схема набора приведена на рисунке 2.8.

Подсчитаем количество знаков, которые должны сохраняться в памяти при условии, что пауза длительностью порядка трех секунд занимает в ней место одного знака: 1+1+1+4+13+3+1+4=28 знаков.

Рисунок 2.8 - Схема набора

Естественно, что подсчитан сложный вариант, который может иметь место в часы наибольшей нагрузки на сети, но ведь и потребность в связи может попасть в этот период.

В другое время может хватить и 24 знаков, а при другой схеме связи и меньшего их количества.

Здесь мы упомянули о тональном наборе, следовательно, ЭНН стандартного электронного ТА должен иметь такую функцию. Аппарат должен предоставить пользователю возможность оперативного (нажатием одной кнопки) перехода от импульсного к тональному набору с фиксацией этого в памяти.

Кроме этого, современный электронный ТА должен иметь функцию кратковременного (нормированного) прерывания цепи постоянного тока через аппарат «flash», которая используется в сетях офисных и городских электронных станций для установления нового соединения при удержании прежнего и последующего возврата к нему.

Таким образом, мы определили тот минимальный набор функций, которым должен обладать стандартный простой электронный ТА.

Конечно же, все остальные основные функции ТА должны полностью этим аппаратом выполняться.

Существует, по крайней мере, три разновидности построения схем таких электронных ТА. Они отличаются друг от друга элементной базой организации узлов аппарата.

Первой по времени создания была схема ТА, в которой разговорный узел оставался полностью транзисторным, а электронный НН строился на базе микросхемы с генератором частот тонального набора в ее составе. Реже наборные узлы строились на двух микросхемах -- отдельно для импульсного и тонального набора (например, в телефоне «Tritel» швейцарской фирмы «Ascom -Astel»). Следующей была схема ТА, в которой и разговорный, и наборный узлы базировались на отдельных специализированных микросхемах. По этому принципу построены схемы большинства современных простых электронных ТА.

В последние годы появились простые и не совсем простые ТА, в которых применена микросхема, объединяющая в себе функции разговорного и наборного узлов (например, ИМС L3914 фирмы SGS.THOMSON), хотя все-же большую популярность получили аппараты с использованием в качестве наборного узла микроконтроллера с масочным ПЗУ (в большинстве своем это микроконтроллеры фирм MOTOROLA или TOSHIBA).

Необходимо отметить, что практически во всех схемах электронных ТА, независимо от их сложности (кроме некоторых простейших), узел вызывного устройства реализуется на отдельных специализированных микросхемах. Таким образом, схема стандартного электронного ТА может содержать от двух до четырех ИМС.

Электронный ТА с программируемой памятью

Следующей по сложности стала схема электронного аппарата с программируемой памятью на базе ИМС. Это стало возможным после того, как были разработаны малопотребляющие микросхемы, которые могли работать при значительных разбросах значений питающего напряжения.

Как уже указывалось в начале первой главы мощность постоянного тока, потребляемая ТА от телефонной сети, изменяется от значений 50...60 мВт в режиме ожидания вызова до нескольких сотен милливатт в разговорном режиме или при наборе номера.

Этой мощности должно было хватить для питания схемы управления, а также для питания генератора тональных частот набора и памяти.

Основным типом ТА этой группы стал аппарат с памятью на 10 номеров с количеством знаков 16, а затем 20...32.

В связи с появлением программируемой памяти у аппарата появились дополнительные органы управления -- кнопки «memo», «store», «auto» и т. п. У моделей некоторых фирм эти кнопки составляли единый блок с основной тастатурой (PHILIPS), а другие производители ТА размещали их на корпусе аппарата отдельно (Panasonic).

Запись телефонного номера осуществлялась при помощи этих кнопок в определенной инструкцией последовательности, а вызов номера из памяти последовательным нажатием «memo» («auto») и кнопки с номером ячейки (0...9), в которую он был записан.

В дальнейшем у многих моделей ТА появились именные кнопки прямого набора («direct dialing»), и процесс набора из памяти сократился до нажатия этой одной кнопки.

У большинства современных ТА количество именных кнопок невелико (3-5), хотя, например, у таких моделей как Panasonic КХ-Т, Dusseldorf и Casio нажатием одной-двух кнопок можно вызвать из памяти один из 12 или даже 40 номеров.

Появление микросхем со средней и большой степенью интеграции привело к расширению сервисных функций электронных ТА.

Кроме функции временного отключения микрофона «mute» и «flash» появляется функция электронного удержания соединения «hold» сначала простая, а затем и с музыкальным заполнением «hold-music», которое подтверждает Вашему собеседнику, что соединение не прервано, и что Ваш разговор вскоре продолжится.

Естественно, что музыкальная фраза для этой функции также должна быть записана в памяти, а для ее воспроизведения используется многочастотный сигнал, который в этом режиме вырабатывает генератор тонального набора под управлением процессора.