Голосовой информатор для телефонной линии

В начале темы будет не лишним поделиться некоторыми соображениями по использованию телефонной линии. Первый вопрос – с каким током потребления могут работать устройства, получающие питание от линии АТС. Как известно, напряжение, замеренное на линейных клеммах телефона в состоянии «отбой», равно 60V (или чуть меньше, если телефонный номер спаренный):

Рис.1. Напряжение в линии в состоянии "Отбой"

Если снять с телефона трубку, то линия АТС занимается и линейное напряжение снижается:

 
Рис.2. Трубка снята

Напряжение занятой линии АТС должно находиться в пределах 5…15V. Это говорит об удовлетворительном согласовании оконечного устройства с телефонной линией. Если измерить ток короткого замыкания в телефонной линии во время сигнала «ответ станции» (непрерывный гудок), то он составит порядка 40mA:

 
Рис.3. Ток короткого замыкания линии

Представив АТС в виде «чёрного ящика», можно предположить, что оконечное устройство подключается к оборудованию АТС через виртуальный резистор с сопротивлением 1,5К:
            
      Iк.з.=Uатс/R;   R=Uатс/Iк.з.=60V/40mA=1,5К;     R=1,5К

 Если продолжать удерживать линию АТС занятой некоторое время (обычно 20…30 секунд), то сигнал «ответ станции» сменится сигналом «занято» (короткие гудки), при этом ток короткого замыкания составит около 30mA:

 
Рис.4. Сигнал "Занято"

Значит, телефонная линия может отдавать в нагрузку ток до 30…35mA. На такой рабочий ток и должны быть рассчитаны устройства, получающие питание от линии АТС. При выключенном устройстве (состояние «отбой»), ток, потребляемый от линии, не должен превышать Iотб.макс.=1mA.
Второй вопрос – это длительность занятия линии АТС без набора номера. Как указывалось выше, если номер не набирался, то сигнал «ответ станции» сменится сигналом «занято». Такое состояние линии АТС будет продолжаться, пока не произойдёт нормированный отбой (кратковременное размыкание шлейфа) или на телефон не уложат трубку.

Если этого не произошло , то через время 5…8 минут на АТС (координатной или с шаговыми искателями) в стативе абонентского комплекта загорится индикатор «безотбойное состояние». Дежурный персонал будет принимать решение о дальнейших действиях. На электронных АТС (или квазиэлектронных) сигнал «занято» может смениться дополнительным информационным сигналом или выключиться.

При этом постоянное напряжение питания не отключается (проводился эксперимент - на телефон трубка не укладывалась в течение 40 минут). Следовательно, занятие линии АТС без набора номера на непродолжительное время, например, до 2…5 минут, вполне допустимо и не повлечёт за собой каких-нибудь технических последствий.


Таблица 1. Характеристики основных сигналов, поступающих от АТС к АУ
 
 
Таблица 2. Характеристики дополнительных сигналов, поступающих от АТС к АУ



Теперь непосредственно по теме.

 Информатор предназначен для передачи речевого сообщения по телефонной линии звонящим абонентам. При входящем вызове линия АТС автоматически занимается, и сообщение передаётся в линию. В конце сообщения информатор автоматически выключается и линия освобождается. Сообщение хранится в энергонезависимой памяти чипкордера семейства ISD25ХХ и может неоднократно меняться. Для управления используются переключатель и кнопка.
Принципиальная схема устройства показана на рис.5.

 
Рис.5. Принципиальная схема устройства (Увеличить схему)
    
1. Подключение к линии АТС.
Напряжение линии U=60V с диодного моста VD1 поступает через стабилизатор тока DA1 на стабилизатор напряжения DA3 и сглаживается конденсатором С3. Резистор R4 задаёт ток стабилизации для DA3, а диод VD2 предотвращает разряд С3 через внешние цепи схемы. С источника питания напряжение U=3,0…3,2V поступает на узел управления.
Напряжение с диодного моста через HL1, R7 и R6 также поступает на базу транзистора VT1 и открывает его. Своим переходом коллектор-эмиттер транзистор VT1 шунтирует переход затвор-исток (выводы 1,8 и 4,5) ключа DA2. Ключ DA2 закрыт, светодиод HL1 погашен и от телефонной линии потребляется ток немногим более I=100мкА. Линия АТС не занята, а узел управления на микросхеме DD1 подготовлен к работе.

2. Запись сообщения.
Перед использованием информатора необходимо записать сообщение. Для этого переключатель SA1 переводят в нижнее по схеме положение, и вход 27DD2 соединяется с общим проводом схемы. Чтобы активировать процесс записи кратковременно нажимают кнопку SB1. На входе 12DD1.2 появляется низкий уровень напряжения и одновибратор на элементах  DD1.2 и DD1.3 переключается, при этом на выходе 11DD1.2 устанавливается лог.1, а на выходе 10DD1.3 - лог.0. После отпускания кнопки состояние одновибратора удерживается конденсатором С2, который заряжается через R3. Лог.1 с выхода 11DD1.2 через развязывающий диод VD5 поступает на затвор транзистора VT2 и открывает его. Через малое сопротивление (не более 10 Ом)  канала сток-исток транзистора VТ2 общая точка резисторов R7 и R6 подключается к общему проводу схемы. Транзистор VT1 закрывается, а через резистор R5 открывается ключ DA2. Напряжение через ключ DA2 поступает на электронный дроссель, выполненный на элементах R11, VT3, R12, и С6. Дроссель имеет большое входное сопротивление для переменного тока, поэтому конденсатор С7 не оказывает шунтирующего воздействия на звуковые сигналы в линии. Кроме того, имея малое активное сопротивление, дроссель способствует большему отбору тока от линии АТС. Напряжение через диод VD9 прикладывается к стабилитрону VD10, телефонная линия занимается, а светодиод HL1 зажигается. Стабилитрон VD10 поддерживает питание чипкордера DD2 на уровне U=5,0...5,6V, конденсатор С7 сглаживает пульсации. Хотя питание на микросхему DD2 подано, она остаётся не активированной (типовой ток потребления порядка I=1мкА), поэтому в начальный момент через стабилитрон VD10 протекает максимальный ток линии. Так как на выходе 10DD1.3 лог.0, то через R8 разряжается конденсатор С4, формируя небольшую задержку перед активацией DD2. Задержка необходима для завершения переходных процессов после подачи питания на DD2. Когда на конденсаторе С4 напряжение уменьшится до порога переключения элемента DD1.4, на выходе 4DD1.4 сформируется лог.1. Дифференцирующей цепью С5, R10 эта лог.1 преобразуется в короткий импульс, который поступит на затвор транзистора VT5 и откроет его. На входе 23DD2 сформируется импульс с низким уровнем напряжения, и микросхема DD2 активируется в режиме «ЗАПИСЬ». На выходе 25DD2 появляется высокий уровень напряжения, поступающий через развязывающий диод VD8 на затвор транзистора VT2. После заряда конденсатора С2 одновибратор на DD1.2 и DD1.3 переключится в исходное состояние (на 11DD1.2 – лог.0, на 10DD1.3 – лог.1), поэтому открытое состояние VT2 будет удерживаться только напряжением с выхода 25DD2. Сообщение, например, «Здравствуйте, перезвоните, пожалуйста, мне на сотовый телефон…» проговаривают в микрофон BM1, который получает питание через фильтр на элементах R16, С8. Элементы С14 и R20, подключенные к выводу 19DD2 определяют уровень АРУЗ. В конце сообщения запись останавливают повторным кратковременным нажатием на кнопку SB1, при этом повторится такой же процесс, как при первом нажатии на кнопку – переключится одновибратор и на входе 23DD2 сформируется импульс. Чипкордер перейдёт в режим пониженного энергопотребления и на выходе 25DD2 высокий уровень напряжения сменится низким уровнем. Транзистор VT2 закроется, а транзистор VT1, наоборот, откроется и зашунтирует переход затвор-исток ключа DA2. Ключ закроется, светодиод HL1 погаснет и телефонная линия освободится. Диод VD7 теперь закрыт, а конденсатор С7 заряжен. Через резистор R17 на вход 24DD2 поступит высокий уровень напряжения, и внутренний маркер чипкордера переместится в начальный адрес. Такой же процесс произойдёт при заполнении всего блока памяти в чипкордере. Таким образом, микросхема DD2 подготовлена к последующим операциям – повторная запись  или воспроизведение сообщения будут всегда начинаться с начала.

3. Проверка записанного сообщения.
Чтобы убедиться, что запись была успешной, переключатель SA1 переводят в верхнее по схеме положение и кратковременно нажимают кнопку SB1. Повторяется алгоритм работы, подробно описанный в пункте 2, только микросхема DD2 теперь активируется в режиме «ВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ». На выходах 14 и 15 микросхемы DD2 появляются противофазные звуковые сигналы записанного сообщения, которое воспроизводит динамическая головка BF1. По окончании сообщения чипкордер автоматически переходит в режим пониженного энергопотребления, и телефонная линия освобождается, т.е. повторное нажатие на кнопку SB1 не требуется.

4. Входящий вызов в линии АТС.
После записи сообщения и его проверки информатор готов к работе. Переключатель SA1 должен находиться в верхнем по схеме положении. В исходном состоянии, т.е. при отсутствии входящего вызова, делитель R1, R2 задаёт на входах 1 и 2 элемента DD1.1 низкий уровень напряжения. Когда в линии, к которой подключен информатор, появляется вызов (переменное напряжение с амплитудой ~U=90…120V), то напряжение на конденсаторе С1 увеличивается. При достижении напряжением порога переключения элемента DD1.1, на его выходе появляется лог.0, который поступает на вход 13DD1.2 и запускает одновибратор на DD1.2 и DD1.3. Повторяются процессы, как в пункте 2. На транзисторе VT4, включенном по схеме эмиттерного повторителя, реализован модулятор телефонной линии. С помощью этого транзистора переменный сигнал с чипкордера передаётся в линию и позвонивший слышит записанную информацию. Громкость сигнала в линии зависит от резистора R15, а резистор R13 определяет протекающий ток через переход коллектор-эмиттер транзистора VT4.

5. Детали.
Микросхема DD1 меняется на любую из КМОП-серий К561, К1561, К564 с логической функцией «И-НЕ». Вместо транзистора VT2 типа КП501А может работать транзистор КП504А или токовый ключ КР1014КТ1А(В), а вместо VT5 – КП504А, КР1014КТ1А(В) или КП505А(Б, В). Транзистор VT3 меняется на КТ503Е, а VT4 – на КТ315Г. В информаторе допустима установка любого типа электретного микрофона BM1 от телефонов или магнитофонов. Вместо «одноминутной» микросхемы DD2 типа ISD2560 можно применить любую из семейства ISD25ХХ, это повлияет только на длительность записи/воспроизведения и пропускаемую частоту.

 
 

 
 В таблице: вторая колонка – время записи/воспроизведения, третья колонка – частота дискретизации, с которой работает чипкордер, четвёртая колонка – ширина полосы пропускания звукового сигнала.
 Не желательно применять динамическую головку BF1 с сопротивлением катушки менее 32 Ом, т.к. сопротивление заметно влияет на потребляемый ток от линии при воспроизведении. Рекомендуется включить последовательно с BF1 переменный резистор с R=60…120 Ом для регулирования громкости или предусмотреть выключатель. Стабилитрон VD10 лучше использовать в металлическом корпусе в виду запаса по рассеиваемой мощности. Диоды (кроме VD9) любые кремниевые маломощные. Светодиод HL1 – любого типа и цвета.
Устройство было собрано и опробовано на макетной плате с положительным результатом. На фото показан проверочный вариант информатора, а ролики демонстрируют работу устройства при записи и  проверке сообщения, а также при звонке с сотового телефона. Приставка АОН «ЛАРТ» используется только как индикатор занятия линии АТС.

 

 
Информатор может найти применение, например, в качестве альтернативы автоответчику, работающему в режиме информатора (ONLY OGM MODE). В отличие от автоответчиков, получающих питание от сетевого адаптера, исчезновение напряжения ~220V на работе этого информатора никак не скажется.

Запись и проверка.

 Звонок на ISD2560 с сотового телефона