专利名称：公共交换电话网络终端设备无源隔离通信装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种公共交换电话网络，尤其是涉及一种公共交换电话网络终端设备无源隔离通信装置。
背景技术：
随着电子技术的迅猛发展，通信技术也越来越发达，在通信产品飞速增长的今天，虽然移动通信和网络通信占据了相当大的一块市场，但是基于固定电话网络的传统通信——公共交换电话网络(Public Switched Telephone Network，简写为PSTN)通信仍然还有其不可缺少的地位。目前，仍然有很多领域都需要结合公共交换电话网络实现不同的通信功能，比如传统通信产品、信息平台、多媒体电话以及安防报警系统产品等都涉及到 PSTN。中国专利CN 101068238公开一种PSTN终端与即时通信终端的通话方法，包括即时通信终端发送注册信息至即时通信服务器，注册信息包含所述即时通信终端的标识信息和网络地址信息；PSTN终端通过软交换设备发送邀请信息至即时通信服务器，该邀请信息包含标识信息；即时通信服务器发送邀请信息至标识信息指定的即时通信终端，即时通信终端返回邀请信息至即时通信服务器；PSTN终端与即时通信终端建立进行通话的媒体流。 同时，该发明还公开一种PSTN终端与即时通信终端的通话方法，及一种PSTN终端与即时通信终端的通话系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种公共交换电话网络终端设备无源隔离通信装置。本发明设有极性转换电路、送话/受话电路、拨号电路、信号检测电路、振铃电路、 主控制器(MCU)、隔离通信接口电路和电源电路；所述极性转换电路、信号检测电路和振铃电路的输入端外接公共交换电路网络的馈电信号传送信息协议(TIP)和振铃信号(RING)输出端，由极性转换电路形成的固定正极性电压信号(TTIP)输出端分别接送话/受话电路的受话信号输入端、拨号电路的输入端， 送话/受话电路的送话输出端、拨号电路的输出端、信号检测电路的输出端、振铃电路的振铃电压输出端分别接主控制器(MCU)的输入端口，隔离通信接口电路的输入接口与振铃电路和主控制器(MCU)连接，隔离通信接口电路的接收/发送(RX/TX) 2线模拟串口通信接口接主设备，公共交换电话网络终端设备无源隔离通信装置与主设备实现2线模拟串口通信控制。所述极性转换电路可由整流桥堆组成。所述公共交换电路网络的馈电信号传送信息协议(TIP)和振铃信号(RING) —般为公共交换电路网络的48V馈电信号传送信息协议(TIP)和振铃信号(RING)。一般情况下，PSTN通信模块与主设备之间的通信都采用光耦合隔离技术。但在需要实施隔离的两端系统都必须外接电源供电，即PSTN通信模块与主设备都各自需要有独立的供电系统才能达到隔离通信的目的。然而PSTN线路的电源系统很容易受外部电源系统的干扰而引入噪声，如果外接电源的性能不好，严重情况下还会导致电话线路馈电短路而不能使用。因此PSTN线路系统中对外接的电源系统要求非常高，明显增加了系统的技术难度和成本。 本发明的最大特点是在挂机情况下，充分利用振铃信号产生的能量来为MCU和光耦器件供电，通过软件和硬件的协调配合，在PSTN线路系统端不需要外接电源就能运用光耦合隔离通信技术，很好地实现PSTN线路系统端与主设备之间的无源隔离通信。并把PSTN 的来电信息、振铃信息等信息的采集传送给主设备。采用这种无需外接电源的无源隔离通信方式，明显地增强了系统的抗干扰能力以及隔离效果；同时也大大降低了系统产品的成本，增强了产品的市场竞争能力。
图1为本发明实施例的结构组成框图。
图2为本发明实施例的线路检测电路组成原理图。
图3为本发明实施例的送话/受话电路组成原理图。
图4为本发明实施例的待机取电电路组成原理图。
图5为本发明实施例的信号检测和MCU电路组成原理图。
图6为本发明实施例的振铃取电电源电路组成原理图。
图7为本发明实施例的振铃取电电源波形示意图。
图8为本发明实施例的隔离通信和电源电路组成原理图。
图9为本发明实施例的隔离通信的电源波形示意图。
图10为本发明实施例的通常的PSTN隔离通信电路组成原理图。
图11为本发明实施例的主程序流程图。
具体实施例方式如图1所示，本发明实施例设有极性转换电路1、送话/受话电路2、拨号电路3、信号检测电路4、振铃电路5、主控制器(MCU)6、隔离通信接口电路7和电源电路8 ；所述极性转换电路1、信号检测电路4和振铃电路5的输入端外接公共交换电路网络的48V馈电信号TIP和RING输出端，由极性转换电路1形成的固定正极性电压信号TTIP 输出端分别接送话/受话电路2的受话信号输入端、拨号电路3的输入端，送话/受话电路 2的送话输出端、拨号电路3的输出端、信号检测电路4的输出端、振铃电路5的振铃电压输出端分别接主控制器(MCU)6的输入端口，隔离通信接口电路7的输入接口与振铃电路5和主控制器(MCU) 6连接，隔离通信接口电路7的RX/TX2线模拟串口通信接口接主设备A，公共交换电话网络终端设备无源隔离通信装置与主设备A实现2线模拟串口通信控制。所述极性转换电路1可由整流桥堆组成。本发明实施例的具体工作原理电路如图2 5所示，从公共交换电话网络送来的 48V馈电信号TIP、RING输入由BRl整流桥堆MB6S组成的极性转换电路形成一个固定正极性的电压信号TTIP ；三极管Q2QSA44)、Q3 (2SA94)和Q4QSA94)组成负载环路开关，通过集成电路ICl (HT95A20P)MCU输出的LOOP摘挂机信号控制线路负载环路的打开和关闭；三极管 Q13 (C9014)、Q17 (S8550)、Qll (C9014)、Q12 (C9014)和电阻 R48 (18 Ω )、R49 (56 Ω )、 R49 (270 Ω )以及稳压二极管Ti (4. 7V)等组成送话和受话电路，实现语音的接收和发送，也是整个环路的主要直流负载；Q6 (S8050)、电阻R23 (100 Ω )、R24 (3. 9Κ Ω )、C6 (0. 01 μ F)与 MCU(HT95A20P)内部的双音多频(DTMF)发生器组成拨号电路，把MCU产生的DTMF信号发送到线路上；两个0. 01 μ F/250V的电容CL4、CL5接到馈电线路上隔直并耦合线路上的交流信号，由三极管Q20、Q21(C9014，β值为400 500之间)以及其外围电阻电容组成线路信号检测电路，负责把线路上的移频键控/双音多频(FSK/DTMF)来电信号、拨号音、回铃音、忙音等信号转换成MCU能识别的脉冲信号，由软件进行解码识别；铃流检测电路由1 μ F/250V 的电容Ε8、Ε16和整流桥堆BR2 (MB6S)、27V稳压二极管Z2、滤波电容E3 (22 μ F/35V)、以及分压电阻R19(560KQ)、R20(100KQ)和二极管DlO (1N4148)等组成，交流振铃信号通过电容E8、E16隔直，BR2、E3、Z2整流滤波和稳压后产生一个振铃电压V_RING，再由R19、R20分压送给MCU检测脚。其中C19为抗干扰电容，DlO为箝位二极管，保护MCU的I/O ；其中三极管 Q22(C9014)、Q23(MMBT5551)、Q24(MMBT5401)、电阻 R90 (10K Ω )、R91 (5. IM Ω )、R96 (1Μ Ω )、 R89 (120ΚΩ)等组成待机状态下取电的电源电路；电阻R61 (39 Ω )、5. OV稳压二极管Ζ7、电容E2Q20yF/10V)和D12(1N4148)等组成来电振铃时取电的电源电路，在环路关闭状态下 Q22 M及其外部阻容组成的电路为MCU和检测电路供电，R61、Z7、E2和D12在振铃时为 MCU以及通信隔离电路供电。M⑶通过TxD_PSTN和RxD_PSTN端口与TLP521光电耦合器 U1、U2组成隔离通信电路，与主控设备实现2线串口通信控制。PSTN线路上平时的馈电电压为直流48V，即在线路终端设备没有摘机工作时的电压为直流48V。当有用户呼叫终端设备时，即有来电振铃时，交换机将向电话馈电线路上发送振铃信号，振铃信号为交流75V士 15V、25Hz 士3Hz，每隔k 一个周期，即信号Is通、如断。 本发明作为PSTN线路的终端设备接到馈电线路上，平时MCU工作在睡眠状态，其耗电流在 IOuA以内，整体符合自动电话机技术条件国标GB/T 15279-2002的相关要求。当本发明需要与主设备进行通信时，MCU必须全速运行，进入高功耗状态，这时工作电流大于2mA，因此，不能直接采用馈电来供电。但本发明在挂机情况下，当有来电时，必须把来电信息传输给主控设备。所以，如无需外接电源而实现隔离通信，则可以利用线路振铃信号的特性—— 振铃时线路上每个振铃周期都会有一个持续一秒幅度为75V士 15V的交流信号，因此本发明的供电系统就可以充分利用这个振铃信号来获取补充电源。具体实现原理如图6所示电路原理，当线路上有振铃信号时，振铃信号通过隔直流电容E8、E16，然后经过BR2桥堆全波整流，再经27V稳压管Z2的稳压和E3滤波电容(其中E3兼有蓄能作用)平滑后可以得到一个27V的脉动输出电压V_RING，如图7所示。如图8所示，这个约27V的输出脉动电压V_RING再一次经过R61、Z7 (5V稳压二极管)的限流限压和E2滤波后，就可以得到如图9所示的一个最高约+5V的VCC电压供给 MCU和光耦器件工作。本发明中采用低功耗宽电压的MCU和光耦器件，其工作电压范围宽，在+2. 5V +5. 5V的范围内都能维持正常工作。当Vcc上升到+3V时，光耦器件Ul中发光器件就能获得足够的电流而使感光器件正常工作，从而MCU就可以把需要上传的数据正确传输给主控设备，并能通过U2接收主控设备下传的信息和命令。本发明需要传输的数据信息量最大的是来电信息，约有30个字符，以1200bps的波特率其通信时间需要210ms左右。在图9中所示的tl t2的时间约为400ms，因此在tl t2这个时间段内足够本发明完成与主设备的数据交换。本模块就是充分利用振铃信号这一小段时间的能量来实现不需要外接电源进行光耦合隔离通信的。本发明的最大特点是采用了针对公共交换电话网络线路独创的一种PSTN侧无需外接电源的光耦合隔离通信技术，即在挂机情况下PSTN通信模块无需外接电源就可以实现PSTN的来电信息、振铃信息等信息的采集，并通过隔离通信方式传输给主设备。一般情况下，采用光耦合隔离通信时，在需要实施隔离的两端系统都必须外接电源供电，如图10结构框图所示，在PSTN系统侧还需要连接外部电源适配器9来为MCU以及光耦合器供电。在图10中，其它标记与图1相同。然而PSTN线路电源系统很容易受外部电源系统的干扰而引入噪声，如果外接电源的冷地与热地之间隔离不好，严重情况下还会导致电话线路馈电短路而不能使用。因此PSTN线路系统中对外接的电源系统要求非常高，无形中增加了系统的技术难度和成本。 并且PSTN线路系统对本身的馈电漏电流要求很严格，根据自动电话机技术条件国标GB/T 15279-2002的要求，终端设备在挂机状态下的馈电漏电流不能大于25 μ A，而PSTN通信模块在与主设备进行通信过程中，其工作电流大于2mA，因此在挂机状态下不能直接采用馈电来供电通信，否则容易出现来电掉线现象。针对这些问题，本发明采用前面所述原理，充分利用振铃信号产生的能量来为MCU和光耦器件供电，通过软件和硬件的协调配合，在PSTN 线路系统端不需要外接电源就能运用光耦合器隔离通信技术，很好地实现PSTN线路系统端与主设备之间的无源隔离通信。采用这种无需外接电源的无源隔离通信方式，明显地增强了系统的抗干扰能力和隔离效果；同时也大大降低了系统产品的成本，增强了产品的市场竞争能力。本发明具有如下功能1)电话机的摘、挂机当本发明接收到主设备送来的摘机指令后，则会把馈电环路接通，即摘机。当本发明接收到主设备送来的挂机指令后，则会把馈电环路断开，即挂机。2)手柄、免提摘机切换当本发明处于手柄摘机状态下，如检测到手柄Η00Κ_0Ν状态前接收到主设备发来的免提摘机命令，则会变成免提通话状态。3)拨号当本发明接收到主设备送来的拨号指令和拨号内容后，能把接收到的拨号内容产生成DTMF信号送到馈电线路。4)闪断在摘机的状态下，当本发明接收到主设备发来的闪断指令后，能根据接收到的闪断时间，如100ms、600ms先挂机，然后再摘机。5)重拨当本发明接收到主设备发来的重拨指令后，能把最后一次拨打的电话号码重新拨打一次。6)通话本发明本身具有语音环路通话功能，能够接听来电。7)线路静音当本发明接收到主设备发来的静音指令后，能根据静音的指令内容把当前送话阻止发送到线路，或者把当前线路送来的语音进行静音不送到话筒。8) DTMF和FSK双制式来电软解码当线路上有送来电信息时，本发明能够判断接收DTMF或FSK制式来电信息，并根据不同的来电制式进行数据信息解码，然后主动上传给主设备。9)线路状态检测本发明能够检测当前与线路的连接状态(与馈电线路有连接或断开)，当线路连接状态发生改变时，能主动把当前的连接状态上传给主设备。10)铃流检测当线路有来电时，本发明能检测到振铃信号，并主动把振铃信号上传给主设备，并等待处理主设备对本次来电的处理信息。11)线路反极信号检测当线路上有产生反极性信号时，本发明能检测到并主动上传给主设备以作出相应的处理，比如进入通话计时状态或启动计费功能等。12)线路信号音检测在摘机状态下，本发明能检测线路上的拨号音、回铃音、语音、类忙音和忙音信号，并主动上传给主设备处理。13)模拟串口通信本发明具有2线(RX/TX)的模拟串口通信接口，能与主设备通过串口通信实现各种功能。14)隔离通信本发明与主设备之间具有隔离通信功能，在挂机状态下无需外接电源实现串口隔离通信，避免外接电源和主设备通过本发明对PSTN线路产生干扰。以下给出本发明的接口定义1、采用2线(RX/TX)串口通信协议，串口参数参见表1表 1
波特率1200bps起始位IBit停止位IBit数据位8Bit奇偶检验无RTS/CTS无2、通信命令格式定义如下帧头(OxAA) +长度(length) +类型(type) +数据(data) +包序号+校验码+结束符(OxOD)(1)帧头所有数据包以帧头(OxAA)开始。(2)长度数据(data)的长度+1。(3)类型1个字节，详见后面描述。(4)包序号1个字节，每发送一个新数据包加1，大于255归零，若包序号与前一包序号相同，表明该包为重发包。(5)校验码校验码是前面所有字节异或的结果(1个字节)。(6)结束符所有数据包以OxOD结束。3、重发机制说明(1)每包数据最大为32个字节。(2)发送方发送数据后需要等待接收方返回接收状态，若接收正确，可发送新数据包，若接收错误或150ms内没有接收到返回信息，需要重发，最多3次。
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(3)主设备发送数据时，需要先发送准备发送RTS (ready to send)请求信号，等待电话模块响应清除发送CTS (clear to send)后方可发送数据包。本发明的主程序框图参见图11。本发明基于传统的公共交换电话网络线路，采用具有抗干扰能力强、功耗低和具有精简指令集计算机RISC (reduced-instruction-set computer)芯片架构的专门应用于 PSTN通信领域的MCU，提供一种PSTN隔离通信模块。该模块广泛应用于需要结合PSTN的传统通信产品、信息平台、多媒体通信产品、以及安防报警系统产品。
权利要求
1.公共交换电话网络终端设备无源隔离通信装置，其特征在于设有极性转换电路、送话/受话电路、拨号电路、信号检测电路、振铃电路、主控制器、隔离通信接口电路和电源电路；所述极性转换电路、信号检测电路和振铃电路的输入端外接公共交换电路网络的馈电信号传送信息协议和振铃信号输出端，由极性转换电路形成的固定正极性电压信号输出端分别接送话/受话电路的受话信号输入端、拨号电路的输入端，送话/受话电路的送话输出端、拨号电路的输出端、信号检测电路的输出端、振铃电路的振铃电压输出端分别接主控制器的输入端口，隔离通信接口电路的输入接口与振铃电路和主控制器连接，隔离通信接口电路的接收/发送2线模拟串口通信接口接主设备，公共交换电话网络终端设备无源隔离通信装置与主设备实现2线模拟串口通信控制。
2.如权利要求1所述的公共交换电话网络终端设备无源隔离通信装置，其特征在于所述极性转换电路由整流桥堆组成。
3.如权利要求1所述的公共交换电话网络终端设备无源隔离通信装置，其特征在于所述公共交换电路网络的馈电信号传送信息协议和振铃信号为公共交换电路网络的48V馈电信号传送信息协议和振铃信号。
全文摘要
公共交换电话网络终端设备无源隔离通信装置，涉及一种公共交换电话网络。极性转换电路、信号检测电路和振铃电路的输入端外接公共交换电路网络的馈电信号传送信息协议和振铃信号输出端，由极性转换电路形成的固定正极性电压信号输出端分别接送话/受话电路的受话信号输入端、拨号电路的输入端，送话/受话电路的送话输出端、拨号电路的输出端、信号检测电路的输出端、振铃电路的振铃电压输出端分别接主控制器的输入端口，隔离通信接口电路的输入接口与振铃电路和主控制器连接，隔离通信接口电路的接收/发送2线模拟串口通信接口接主设备，公共交换电话网络终端设备无源隔离通信装置与主设备实现2线模拟串口通信控制。
文档编号H04M19/00GK102404471SQ201110373180
公开日2012年4月4日 申请日期2011年11月22日 优先权日2011年11月22日
发明者李明凡, 林强 申请人:厦门中领科技有限公司