专利名称:无功率模拟电话线发送机系统的制作方法
本发明涉及用于在电话线上传输数据的电话线发送机。更具体地说，本发明涉及除连接到电话线外、不需要任何其他外部电源的无功率模拟电话线发送机。
电话线数据传输系统需要某种类型的外部电源。通常，这种电源或是120伏交流电源，或为直流电池组。这就要求或者在各个传输单元处配置配电变压器(在120伏特交流电源的情况下)，或者在传输单元处周期性地供给电池组(在直流电池组的情况下)。其他电源、如太阳电池也一样需要周期性地进行保养，而且还易于遭到破坏等等。
另外，联邦通讯委员会(FCC)条例，特别是登记书68部分的规定是非常严格的。这些规定要求发送机单元在“挂机”时，对100伏特直流电压显示10兆欧姆的电阻。此外，对闪电及电涌的防护也有严格的规定。当收到振铃信号时，发送机单元必须对16至68赫芝的标准振铃频率及40至150伏特的电压，显示40千欧姆至1600欧姆的挂机交流阻抗。当发送机单元变为“挂机”时，该单元必须在600欧姆的反射阻抗情况下提供小于200欧姆的电阻。实际上，这意昧着所述单元必须在低至2伏特的直流线电压下运行。
在发展远距离电话线发送机单元时，常遇到的其他问题是由电压/频率变换器所经常显示出来的温度不稳定性。
本发明克服了这些及许多其他与远距离电话线发送机系统有关的问题。
本发明涉及用于在传统的电话线上从远距离地点(remote location)将数据传输到中央地点(central location)的数据传输系统，该数据传输系统从电话线上取得其工作电能，因此不需要独立的电源。数据传输系统包括与电话线互相连接的振铃检测装置，以检测在电话线上从中央地点传输到远距离地点的振铃信号。数据传输系统包括传感器装置以提供代表所探测的状态的模拟输出。变换器装置与振铃检测装置及传感器装置互相连接，以将从传感器装置接受到的模拟输出转换成对应的频率值。频率传输装置与电话线相连接，用以在电话线上传输代表从变换器装置接受到的频率值的频率信号。电源装置与频率传输装置及传感器装置相连接，以供在传输周期的末尾存储电能，用以在紧接着下一个传输周期中对传感器装置提供电能。电源装置包括已充电至一预定电压的电容器装置。
本发明的一个特别有利的特点在于它是不需要任何外部的电源或电能供应。本发明的发送机系统从与它相连接的电话线上取得电能。
本发明的另一个优点在于它符合FCC条例中登记书68部分的规范要求，即发信机系统在“挂机”时，在100伏特直流电压下，显示大于10兆欧姆的阻抗。另外，当接受振铃信号后，该单元对16至68赫芝的标准振铃频率及40至150伏特电压，显示40千欧姆至1600欧姆的挂机交流阻抗。当发送机单元变成“挂机”时，它在600欧姆的反射阻抗下提供小于200欧姆的电阻。
本发明的另一个特别有利的特点在于它可精确地将模拟信号转换成为有用的音，并可在中央地点遥测该音。本发明的一个实施例用模拟变换器将从适当的传感器接受到的电压值转换为对应的频率值。在一个实施例中，模拟变换器将传感器电压转换成一个4至40赫芝的频率，并工作在5伏特逻辑电平上。
本发明的另一个实施例显示在一个广宽的温度范围内的温度稳定性，例如该温度范围从32至130°F。
在一个实施例中，供发送机系统工作的能量是从一电容器取得的，该电容器充电至约20伏特。该电容器在传输周期的终了时存储能量，并维持在预定的电压电平上，最好为20伏特直流电压，以供下一次传输周期之用，同时仍符合10兆欧姆的“挂机”阻抗的要求。
成为本发明特征的这些或其各种优点及新颖性特点，在此处附上的权利要求
书中将详细指出，并构成此发明的一部分。然而，为更好理解本发明，它的优点及它的用途所达到的目的，需要参阅构成本发明的一部分的附图，及参阅描述了本发明的几个实施例的说明部分。
在各图中，相同的参考数字、字母均表示对应相同的部件;
图1是说明按照本发明原理的发送机线路的用途的方框图，图中发送机结合传感器装置以监控流体压力和流量，并结合接触末尾(contactclosure)以监控流体流动方向;
图2表示按照本发明的原理的发送机系统的一个实施例的功能方框图;
图3A、B表示按照本发明的原理的发送机电路的一个实施例。
图4表示电话音频振铃信号器的功能方框图。
图5表示话音网络的功能方框图图6表示双音多频(DTMF)拨号器的功能方框图;
图7表示直流线路接口的功能方框图。
图8表示按照本发明原理的模拟变换器电路的一个实施例的功能方框图;和图9表示说明所示实施例的计时操作的时标图。
现参阅附图，图1至图9说明一个按照本发明的原理的模拟电话线发送机的实施例。该模拟电话线发送机是按其特殊的应用对之进行说明的，这种应用以参考数字20来表示。所示应用20包括在远距离地点24的无功率模拟电话线发送机电路22，该远距离地点通过传统的电话线26连接到中央地点28。在该远距离地点，发送机电路22与流体压力传感器30、流体流量传感器32及指示流体流动方向的接触末尾相连接。但是应该理解，发送机电路也可以连接到各种传感器及接触末尾装置，并且仍包括在本发明的原理之中。在所示的应用中，发送机电路22可安装在电话线杆上等等，通过导线与位于街道上人孔中的传感器30、32及接触末尾34连接起来。该发送机电路22把从传感器30、32接受到的模拟信号及从接触末尾34接受到的信号转换成代表各个传感器的该数及接触末尾的状态的一系列的音(频率信号)，并通过电话线26在中央地点28遥测这些音，并在那里用多种传统的方法正确地翻译这些音。
图2所示为发送机电路22的一个实施例的功能方框图。该发送机电路22包括连接到电话线26的充电电路36，用于对备用电源38进行充电以使之存储电能，此电能用于向模拟变换器电路40、42(这里称为模拟1及模拟2)及逻辑组件44提供能量，当振铃信号在电话线26上被振铃检测电路46检测到时，音频发生器48与逻辑组件44被激励，使发送机电路22进入“挂机”的状态。然后，如图9所示，控制音频发生器48的运行的逻辑组件44将按照FCC 68部分的规定，提供2秒钟记帐延迟时间。接着，逻辑组件44将模拟1与模拟2的频率输出，以一个振荡信号序列传输到音频发生器。所述序列传输完毕后，逻辑组件44切断对音频发生器48的激励，使发送机电路22的音频发生器48变成“挂机”。由于电话线的电压试图上升至它通常的50伏特电压，充电电路36向备用电源38提供能量直至所充电能足以供应下一次振铃信号周期，所述备用电源38能保存其电荷或存储电能直至下一次传输周期。随后，充电电路36变成“挂机”此时它跨在电话线26的阻抗大于10兆欧姆。那时发信机电路22已为下一次振铃信号作好准备，当需要来自传感器30、32及接触末尾34的信息时，所述振铃信号可能是由中央地点触发的。
更具体地说，发送机电路22的一个实施例的详细线路图示图3A、B中。电话线26的触点(T)与振铃(R)通过接地线(G)经过保护齐纳管ZL1与ZL2连接到二极管桥式整流器的D1、D2、D3、D4，该保护齐纳管用以防止高压尖峰信号损坏发送机单元22。振铃信号还加到跨电压为200伏特的电容C21及C22上，并经过电阻R7接到振铃检测电路46，因此只让交流成分加到振铃检测电路46。
在所示的实施例中，振铃检测电路46包括一个Motorola Mc 34012电话音振铃信号器集成电路部件(U2)，该部件的方框图示于图4中。电容器C4及C5与电阻R9构成滤波器和阈值检测电路，容许只检测有效的振铃信号。在图4中所示的集成电路U2的标准应用中，在其端点4(RO)上提供一个振荡输出。在振铃检测电路46中，当检测到振铃信号时，电容器C6及电阻R10容许在端点4(RO)上提供一个长的直流脉冲。二极管D10使该直流脉冲对电容器C23充电。在场效应晶管(FET)Q7能被正栅压变成导通状态前，电阻R11和电容器C8提供了一个暂短的延迟时间。如此使逻辑组件44及音频发生器48接地、因而激励这些电路。
音频发生器48包括一个MC34013话音网络与音拨号器集成电路部件(U1)。集成电路U1提供模拟放大器以供话音传输。并提供一频率合成器以供通过频率(双音多频)拨号器拨号音之用，还提供终止电话线的直流线路接口电路，图5至7是表示各部分的功能方框图。当FET被激励时，音拨号器工作于“挂机”状态，而通过晶体管Q1与电阻R5的导通而调整电话线26为“挂机”状态。电容器C1与C2起着交流旁路电容器的作用。电容器C3是电压调节器的频率补偿器。电阻R6控制拨号器输出的幅值。在端点9与端点10上的振荡器(OS1)为拨号音提供频率的发生。输入1至4(图6中的C1-C4)提供电键垫行(keypad column)输入，并通过一个内电阻器被拉向上(pull up)，而输入5至8(图6中的R1-R4)为列输入，并通过第二个内电阻器而被拉向下。接触末尾34是如此连接的，以使在其开时，通过R37使端点5被拉向上，而FET Q6导通，从而把端点6拉向公共位。当接触末尾34是关时，切断对FET Q6的激励，并且通过电阻R38而把端点6拉高，而端点5被拉向公共位。FET Q5被来自U4的端点9的振荡输入所激励，在所示的实施例中U4是MC4040集成电路。它向U1的端点7提供交替的矩形波开或关的信号。FET Q3与Q4是由模拟1输入激励的一对互补场效应晶体管。当模拟1输入高电平时，FET Q3导通，使FET晶体管Q4断开，藉此端点I为低电平而端点3是高电平。当模拟1电路40是低电平时，就存在相反的情况。
设置音频发生器48的拨号器功能，使当任何两个在同一行或列的输入被触发时，就发送单一音，而当一个单行或列被触发时，发送双音。因此，音频发生器48将发生下列音序列。当接触末尾34是开的，而模拟1输入是高电平，且向Q5的振荡输入是高电平，则会发出697赫芝及1209赫芝的音。当振荡输入变为低电平则只发出697赫芝的音。当接触末尾34是开的，而模拟1输入是低电平，且振荡输入是高电平，则发出852赫芝与1209赫芝的音。当振荡输入是低电平，就发出852赫芝的音。当接触末尾34是关的，而模拟1电路40输入是高电平且振荡输入是高电平，则发出697赫芝与1336赫芝的音。当振荡输入变为低电平，则发送697赫芝音。当接触末尾34是关的，而模拟1电路40输入是低电平且振荡输入是高电平，则发送852赫芝与1336赫芝的音。当振荡输入变为低电平，则发送852赫芝音。因此从上面所述可知，所有信号的组合可由产生的各种音的组合来识别。
当晶体管Q7已被激励时，对逻辑组件44接地，所述逻辑组件包括集成电路计数器U3与U4，而U3与U4可以为Motorola MC4040集成电路部件。在U3端点10的振荡器是由P1与C9利用74C14倒相施密特触发器提供的。端点3用32来分隔计时脉冲。在端点3上P1是按一个2秒钟开与2秒钟关的输出来调整的。端点2用64来分隔计时脉冲，而用作检测目的的端点5用16来分隔计时脉冲，同时端点4用128来分隔计时脉冲。在图9中对此有所说明，图中T0为时间零。集成电路U5与U6可以分别为MC74C00与MC74C14集成电路部件，它们向模拟1电路40与模拟2电路42提供交变的输出，这可由时标图中见到。从端点4提供一个输出到一“摘机”逻辑倒相器(Ⅳ1)。
当向FET晶体管Q8提供一个正的输出时，Q8处于激励模拟1电路的导通状态。在二极管D7上提供4至40赫芝的振荡信号。这就交替地对FET Q11进行激励或切断激励，对集成电路U4提供一个时钟输入。U4的端点9上的输出被分隔成2，但是一个矩形波向音频发生器组件48提供振荡输入。2秒钟后，FET晶体管Q8被切断激励，而FET晶体管Q9被激励，这样使模拟2电路42被引向二极管D8，通过集成电路U4连到音频发生器电路48。经过总共为8秒钟的时间后，集成电路U3的端点4变为高电平，使倒相器(Ⅳ1)的输出变为低电平。振铃保持电容器C23就这样通过二极管D11与电阻R12而放电，使晶体管Q7的门电压变低，切断对FET晶体管Q7的激励并变成“挂机”。当FET晶体管Q7的激励被切断时，二极管D11防止备用电源发生漏电的情况。当FET晶体管Q7被首先激励以防止栅极使电容器C23放电时，电阻R7与电容器C7提供暂短的时间延迟是必要的。
充电电路36是由桥式整流器输出的直流电位激励的。当FET晶体管Q7的激励被切断，及发送机电路22试图变为“挂机”时，在电阻R1检测到上升的电压。这电流通过电容器C12与电阻R3向FET晶体管Q2提供栅压，因而使R2短路，并容许全线电压通过二极管D5施加到备用电源电容器C13上。由于线电压继续上升，通过电容器C12的电流容许电容器C13充电至约25伏特。当电容器C12已充电，FET晶体管Q2断开时，这样使电阻R2与电容器C13串联，并跨接在电话线26上，从而保持最大漏电电流达到FCC 68部分所规定的低于5微安培的要求。充电时间常数是由电容器C12、电阻R4及电阻R3通过一个齐纳保护二极管Z8提供的。漏电电流足以维持电源电容器C13的电量。
模拟1与模拟2电路40与42是基本相同的。模拟1与模拟2电路40与42分别把从传感器30、32的模拟输入转变成一个从4至40赫芝的频率，这频率代表所接受到的模拟输入，而在所示的具体应用中，代表由传感器30、32所检测到的流体的压力与流体的流量。模拟线路40、42可在5伏特逻辑电平上工作，并表示一个有温度稳定性的精密电压受控的振荡器。图8表示模拟变换器电路42的功能方框图。如前面所指出的，模拟变换器电路40和42基本上是相同的，因此对模拟变换器电路42的说明也适用于模拟变换器电路40。包括放大器A1的运算放大器电路50，提供对从压力变换器32接受到的模拟信号进行零与间隔的控制。包括放大器A2的运算放大电路52起着信号积分器的作用，而包括放大器A3的运算放大器54起着比较器的作用。包括放大器A4的运算放大器56提供一个精度基准电路。包括晶体管Q1的快速放电电路58，使放大器电路52迅速地积分负压。
更具体地说，如在图3B所示的模拟变换器电路42的一个实施例，使用了一个稳压电源78L05。稳压器78L05的输入与输出电容器C16与C17是用来抑制5伏特电源的白噪声成分。齐纳二极管Z5与Z6构成一个精确的2.5伏特基准电源。Z5是2.5伏特齐纳二极管，而Z6是Z5的恒电流源。由Z6供应的电流由电阻R16决定。集成电路U7是ICL7660集成电路，从正5伏特供应一负电压。集成电路U7振荡频率由电容器C18来决定。集成电路U7在端点5的输出由二极管Z7整流。电容器C19是负电压的滤波器，该负电压构成运算放大器的负压电源。
前面讨论的运算放大器电路50提供从传感器32接受到的输入信号的零或间隔的控制。电阻R31与R32确定运算放大器A1的工作电压高于零。这电压是接近在施加零压力下的压力变换器32的输出。电阻R33、R34、R35与P3是细零位调整。电阻R36是压力变换器32的输入电阻。电阻R30确定运算放大器A1的增益。电阻R29与P2控制电路的间隔。选择运算放大器是用于电路的温度稳定性。
如前面所讨论的，运算放大器电路52是积分器。电阻26与电容器C20确定积分器的工作频率。电容器C20，考虑了温度稳定性而采用NPO。电阻R27用作运算放大器A2的基准电阻。积分器电路52的输出加到比较器线路54。
如前面所讨论的，运算放大器电路54起着比较器的作用。积分器电路52的输出是与来自电路56的信号精度基准的输出进行比较的。当积分器的输出超过基准信号时，运算放大器A3将摆动到相反的供电轨端(supply rail)。这种情况，无论在正压或是负压比较情况下都是成立的。然后将比较器电路54的输出加到信号精度基准电路56。
如前面所讨论的，运算放大器电路56起着精度基准电路的作用。比较器电路54的输出向正压供电轨端和负压供电轨端二者摆动。当比较器电路54的输出为负时，二极管D12、电阻R21及齐纳管Z3向运算放大器A4提供一个精度负压基准。当比较器电路54的输出为正时，二极管D3、电阻R22及齐纳管Z4向运算放大器A4提供精度正压基准。电阻R18与R19是运算放大器接受精度基准信号的输入电阻。电阻R17确定运算放大器A4的增益及电压摆动。信号精度基准电路56的输出是加到比较器电路54、快速放电电路58及逻辑组件44上的。
如前面讨论的，快速放电电路导致积分器电路52迅速地积分负压。快速放电电路58包括二极管D14、电阻R28与R37及晶体管Q10。当信号精度基准电路56的输出是正时，晶体管Q10导通。
通过电阻R28向积分器施加2.5伏特的基准电压。这导致积分器电路52迅速地积分负压。
在所示的实施例中，T1至T14表示用于连接到接受机等的测试点。在所示实施例中的电阻值如下
R1＝10千欧姆 R11＝1兆欧姆 R21＝1千欧姆R2＝10兆欧姆 R12＝100千欧姆 R22＝1千欧姆R3＝1兆欧姆 R13＝10千欧姆 R23＝4.99千欧姆R4＝6.8兆欧姆 R14＝10千欧姆 R24＝10千欧姆R5＝82欧姆 R15＝1兆欧姆 R25＝10千欧姆R6＝36欧姆 R16＝47欧姆 R26＝100千欧姆R7＝1千欧姆 R17＝16.9千欧姆 R27＝100千欧姆R8＝未用 R18＝10千欧姆 R28＝1千欧姆R9＝2.2千欧姆 R19＝10千欧姆 R29＝5千欧姆R10＝220千欧姆 R20＝4.99千欧姆 R30＝5千欧姆R31＝10千欧姆 R36＝10千欧姆R32＝5千欧姆 R37＝1千欧姆R33＝10千欧姆 R38＝1千欧姆R34＝1千欧姆 R39＝1千欧姆R35＝5千欧姆 R40＝6.8千欧姆在所示的实施例中所用电容器的值(法拉)为C1＝0.01 C9＝1微 C17＝0.1C2＝0.1 C10＝100微微 C18＝10微C3＝2.2 C11＝100微微 C19＝10微C4＝2.2 C12＝0.47微 C20＝0.027C5＝2.2 C13＝11，000 C21＝0.47C6＝2.2 C14＝0.1 C22＝0.47C7＝0.1 C15＝0.1 C23＝10微C8＝0.1 C16＝0.1
应该理解，虽然有关本发明的许多特征及优点已在前述说明中，结合本发明的具体结构与功能详细地进行了描述，但此公开，只是为了说明而已，在本发明原理范畴内，在所附的权利要求
书所表达的广阔的界限的总的意义下，可对本发明的细节，特别是在形状、尺寸及部件的配置等方面均可作各种改变。
权利要求
1.用于在传统的电话线上从一个远距离地点将数据传输到中央地点的数据传输发送机单元，该数据传输发送机单元从所连接的电话线上取得它的工作电能，因而可取消对独立电源的需求，其特征在于，所述数据传输发送机单元包括(a)连接到电话线上的振铃检测器装置，用以检测从中央地点通过电话线发送到远距离地点的振铃信号；(b)连接到电话线上的频率发送机装置，用以在电话线上将频率信号从远距离地点传输到中央地点；(c)连接到电话线上的充电电路装置，用以在一传输周期的末尾向-备用电源装置提供电能，以便在接着的下一个传输周期中向数据传输发送机单元提供电能，所述备用电源装置包括充电至-预定电压的电容器装置。
2.用于在传统的电话线上从一个远距离地点将数据传输到中央地点的数据传输系统，该传输系统从所连接的电话线上取得它的工作电能，因而可取消对独立电源的需求，其特征在于，所述数据传输系统包括(a)连接到电话线上的振铃检测装置，用以检测电话线上的振铃信号;(b)连接到电话线上的音频发生器装置，用以在电话线上传输频率信号;(c)逻辑装置，用以控制上述音频发生器装置的工作;(d)传感器装置，用以提供表征所检测的状态的模拟输出;(e)连接到传感器装置的振荡器装置，用以把传感器装置的模拟输出转换成为具有代表传感器装置的模拟输出的频率的输出信号，逻辑装置与该振荡器装置相连接，用以接受来自振荡器装置的输出信号;(f)与振铃检测装置配合的备用电源装置，用以在振铃检测装置检测到振铃信号时，激励振荡器装置与逻辑装置;(g)连接到电话线上的充电装置，用以向备用电源充电，以便在紧接着下一个传输周期中供电。
3.用于在传统的电话线上从一个远距离地点将数据传输到中央地点的数据传输系统，该数据传输系统从所连接的电话线上取得它的工作电能，因而可取消对独立电源的需求，其特征在于，所述数据传输系统包括(a)连接到电话线上的振铃检测装置，用以检测电话线上的振铃信号;(b)连接到电话线上的音频发生器装置，用以在电话线上传输频率信号;(c)与振铃检测装置配合的电能存储装置，用以在接收到振铃信号之后，激励音频发生器装置，由此使音频发生器装置变成“摘机”状态;(d)频率信号源;(e)与音频发生器装置和频率信号源相连接的逻辑装置，用以在电话线上有选择地传输频率信号到音频发生器装置，以及供在传输周期的末尾切断对音发生器的激励;(f)充电装置，用以向电能存储装置充电，直至该电能存储装置充分充电到以致能对频率信号源与逻辑装置供电，用于被振铃检测装置检测到的接着的下一个振铃信号，从而该传输系统变成“挂机”，而存储电能装置存储其电能直至检测到下一个振铃信号。
专利摘要
用于在传统的电话线上，从一远距离地点将数据传输到中央地点的数据传输发送机单元。该发送机单元从其连接的电话线上取得其工作电能，从而无需独立电源。发送机单元包括振铃检测电路，以检测电话线上的振铃信号。振铃检测电路配合由充电电路充电的备用电源，激励逻辑直径和与传感器相连接的模拟变换器电路。逻辑组件控制音频发生器的工作，音频发生器在电话线上将代表从传感器接收到的输入的频率信号传输到中央地点。
文档编号H04M11/00GK87100430SQ87100430
公开日1987年8月5日 申请日期1987年1月21日
发明者理查德·W·布朗, 杜安·R·阿多尔特 申请人:阿奎特罗尔公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan