Предлагаемый телефонный коммутатор (иначе микро-АТС) представляет собой устройство, позволяющее подключать к одной телефонной линии до пяти аппаратов (без их взаимного влияния друг на друга), имеющих набор дополнительных сервисных возможностей. Без сертификата соответствия этот коммутатор можно подключать только к тем телефонным линиям, которые не относятся к сетям общего пользования (например, к ведомственным АТС). Для подключения коммутатора к телефонной сети общего пользования необходимо получить сертификат.
Основой устройства является микроконтроллер PIC16F84-04/P фирмы "Microchip", программа которого определяет работу всех остальных узлов коммутатора. Устройство осуществляет блокировку телефонов, не участвующих в разговоре, индикацию занятого телефона, позволяет произвольно задавать вызывные телефоны и переадресовывать входящие звонки с музыкальным сопровождением в линии. Также имеется возможность ограничения доступа к телефонной линии заданием трехзначного пароля отдельно на каждый телефон (функция "антипират"). Для телефонов, установленных как невызывные, можно задать число пропущенных посылок вызова, после которых они начнут звонить.
Коммутатор можно перепрограммировать с любого подключенного к нему телефонного аппарата с сохранением всех настроек в электрически перепрограммируемом запоминающем устройстве (ЭППЗУ) контроллера. Питание осуществляется от телефонной линии, ток потребления - до 200 мкА.
Схема устройства показана на рис. 1. В исходном состоянии, т. е. при уложенных трубках на телефонах и при отсутствии сигнала входящего вызова, программа процессора отслеживает состояния датчика звонка R15R16 и датчика тока телефонов R18VT16. В это время телефонные аппараты подключены к линии, так как на затворы токовых ключей VT9-VT13 подан высокий уровень. На затворах остальных полевых транзисторов - низкий уровень. Например, телефонный аппарат ТА1 подключен по следующей цепи: плюсовой вывод телефонной линии, диодный мост VD18- VD21 c открытым транзистором VT8 в диагонали, резистор R11 и светодиод HL2, транзистор VT9, резистор R18 и переход база-эмиттер VT16, общий провод (минус линии).
При снятии трубки с одного из телефонов через переход база-эмиттер транзистора VT16 начинает протекать ток и он открывается. Напряжение на коллекторе VT16 изменяется с высокого уровня на низкий, что регистрируется программой процессора. Затем контроллер поочередно отключает телефоны, отслеживая уровень на коллекторе VT16. Как только будет отключен телефон, с которого снята трубка, напряжение на коллекторе VT16 опять изменится с низкого на высокий уровень и программа сможет определить этот телефон. Далее он опять подключается к линии, а остальные телефоны отключаются.
Если устройство работает в режиме "антипират" (это зависит от настроек ЭППЗУ процессора), то при поднятии трубки на затвор VT14 поступает высокий уровень. Транзистор VT14 открывается, тем самым подключая стабилитрон VD27 к линии. При этом набор номера становится невозможным, так как во время наборных импульсов ток линии будет протекать через VD27, и коммутационные реле на АТС срабатывать не будут. Однако у контроллера остается возможность считывать набираемый номер с датчика тока телефонов, т. е. с коллектора транзистора VT16.
Таким образом, пользователю предоставляется возможность ввести трехзначный пароль, который программа контроллера сравнит со значениями, хранящимися в ЭППЗУ, и в случае совпадения высокий уровень на затворе VT14 сменится на низкий. Для информирования пользователя о том, что пароль был набран правильно, устройство выдает в линию подтверждающий звуковой сигнал (через транзистор VT15 и резистор R19). В том случае, если введенный пароль не совпал с требуемым, набор номера в линию продолжает блокироваться. Процессор ожидает момента, когда трубка будет уложена, контролируя состояние датчика тока телефонов.
Переход в режим программирования настроек возможен, если перед снятием трубки переключить тумблер SA1 в положение, при котором на выводе 3 контроллера DD3 будет высокий уровень. По сути, это точно такой же режим, как и режим "антипират", за исключением того, что вместо пароля доступа к линии должны быть набраны соответствующие коды программирования.
На резистивном делителе R15R16 собран датчик входящего звонка. При появлении посылки вызова возникает высокий уровень на резисторе R16, что отслеживается процессором. Затем телефоны, установленные как невызывные (если таковые есть), отключаются и звонит вызывной телефон. В паузах между посылками вызова контролируется состояние датчика тока телефонов. После снятия трубки определяется задействованный телефон, а остальные аппараты отключаются. Далее программа ожидает набора цифры, являющейся номером телефона, на который необходимо переадресовать звонок.
Допустим, на входящий звонок ответили с ТА2 и его нужно переадресовать на ТА4. При этом на ТА2 необходимо набрать цифру 4. После считывания этой цифры контроллер выдает звуковой сигнал в линию, отключает ТА2 и подключает ТА4. Затем на ТА4 поступает сигнал вызова.
Известно несколько способов формирования вызывного напряжения с сохранением соединения. Наиболее простой из них следующий. Вызываемый телефон подключается к линии, а сама линия замыкается и размыкается на небольшую нагрузку (около 50 Ом) с помощью токового ключа с частотой 25 Гц. При этом во время размыкания происходит всплеск напряжения, амплитуда которого зависит от индуктивности реле АТС и от реактивного сопротивления подключенного телефона. Таким образом, при напряжении в линии 60 В можно сформировать вызывной сигнал амплитудой 60...80 В. Однако при этом вызывном напряжении будут звонить далеко не все телефонные аппараты. Например, телефоны с электронной звонковой цепью могут не звонить совсем или звонить тихо. Если увеличить частоту вызывного сигнала до 70...80 Гц, то будут звонить большинство электронных телефонов, но перестанут звонить телефоны с механическим звонком. Также у этого способа имеются еще два больших недостатка: во-первых, абонент на другом конце линии будет слышать очень сильный и неприятный звук, а другой недостаток - значительные помехи, которые могут излучаться во время вызова. Повысить вызывное напряжение можно, если последовательно с линией через ограничительные и развязывающие цепи коммутировать катушку индуктивности. В этом случае звонить будут все телефоны, однако такой способ не лишен указанных двух недостатков.
В предлагаемой конструкции для формирования напряжения вызова применен простейший однотактный преобразователь, коммутируемый диодными мостами с транзисторами в диагонали. Преобразователь состоит из задающего генератора на элементах DD1.1, DD1.2, ключевого транзистора VT2, катушки L1, диода VD6, накопительного конденсатора C7 и ограничительных стабилитронов VD9-VD12. При подаче высокого уровня с контроллера на затвор транзистора VT3 преобразователь подключается к линии. Генератор на DD1.1, DD1.2 начинает работать с частотой около 25 кГц. Ключевой транзистор VT2 коммутирует катушку L1, и на накопительном конденсаторе C7 появляется напряжение 120 В, которое ограничивают стабилитроны VD9-VD12.
Если рассматривать пример с переадресацией входящего звонка с ТА2 на ТА4, то алгоритм работы контроллера будет следующий. После того как ТА4 был подключен к общему проводу через открытый транзистор VT12, на затвор VT7 поступает высокий уровень. Транзистор VT7 открывается, а VT8 - закрывается. Тем самым ТА4 отключается от плюсового вывода телефонной линии и остается подключенным к накопительному конденсатору преобразователя С7 через диодный мост VD14-VD17 и транзистор VT6. Одновременно включается преобразователь подачей высокого уровня на затвор VT3.
Затем контроллер выдает два синфазных меандра частотой 25 Гц на затворы транзисторов VT5 и VT15. Когда на них низкий уровень, ТА4 подключен к преобразователю, когда высокий - отключен от него и зашунтирован резистором R19 для разрядки конденсатора звонковой цепи. Таким образом формируется посылка вызова длительностью 1 с. Текущий разговор удерживается током, протекающим через преобразователь. Напряжение в линии при этом около 15 В, помехи не пропускаются. Контроль тока телефона происходит в паузах между звонками. Как только с ТА4 снимут трубку, подача вызывного сигнала прекратится, преобразователь отключится. Если трубку не снимут, то примерно через 30 с вызов будет переадресован обратно.
Отсутствие помех при переадресации позволило выдавать в линию музыкальное сопровождение. Для этого вместе с преобразователем подключается микросхема DD2 - формирователь мелодии. Музыка в линию поступает через элементы VT4, R6.
Питание процессора осуществляется через стабилизатор тока VT1. Напряжение на нем при этом около 5 В. Светодиод HL1 служит для индикации полярности подключения. При правильном подключении он светится не должен.
Коммутатор собран на печатной плате из двусторонне фольгированного стеклотекстолита (рис. 2). Катушка L1 намотана на броневом сердечнике Б18 проводом ПЭТВ-2 диаметром 0,1 мм, она содержит 100 витков.
Собранное устройство должно начать работать сразу, никаких настроек не требуется.
Перепрограммирование выполняют следующим образом. При уложенных трубках на всех телефонах тумблер SA1 необходимо установить в положение, при котором на вывод 3 процессора DD3 будет подан высокий уровень. Затем с любого телефонного аппарата надо снять трубку и набрать пароль доступа к режиму программирования. В прилагаемой "прошивке" этот пароль - 21534. Если он набран верно, будет слышен подтверждающий звуковой сигнал. Далее набором одного из кодов, приведенных в табл. 1, можно изменить какую-либо функцию и, после подтверждающего звукового сигнала, положить трубку. "ххх" означает любое трехзначное число. Есть возможность установить число посылок вызова, после которых даже невызывные телефоны будут звонить. Для этого надо набрать в режиме перепрограммирования 43х, где х - число пропущенных посылок вызова. Если х=0, невызывные телефоны звонить не будут.
Таблица 1
Функция ТА1 ТА2 ТА3 ТА4 ТА5 Установка пароля на внутригородскую линию 21+ххх 22+ххх 23+ххх 24+ххх 25+ххх Доступ к линии через пароль 31 33 35 37 39 Доступ к линии без пароля 32 34 36 38 40 Телефон звонит при входящем звонке 51 53 55 57 59 Телефон не звонит при входящем звонке 52 54 56 58 60Коммутатор работоспособен на АТС напряжением 48...60 В, на большинстве спаренных линий, на электронных АТС (при работе с импульсными номеронабирателями).
Программа прошивки PIC-контроллера
Автор: В.Кулаков, г.Ростов-на-Дону