Thiết kế phần cứng máy tính cước điện thoại công cộng

PHẦN I: DẪN NHẬP I ĐẶT VẤN ĐỀ: Công nghệ thông tin liên lạc ngày phát triển cách nhanh chóng vượt bực, nhằm đáp ứng nhu cầu ngày cao xã hội Công nghệ thông tin đóng vai trò cốt lõi việc cập nhật thông tin cho người, dịch vụ viễn thông điện tử dựa hệ thống mạng điện thoại, hoạt động độc lập thông qua mạng thuê bao điện thoại Ngày thông tin liên lạc phát triển cao, để làm việc có hiệu thuê bao công cộng ta đặt máy tính cước, máy cho người gọi biết quay số thời gian đàm thoại, đồng thời tính số tiền gọi Với suy nghó ứng dụng kiến thức học trường, em chọn đề tài máy tính cước điện thoại, nhằm giải phần khó khăn mà thuê bao công cộng gặp phải Với máy tính cước này, người gọi biết số quay số, thời gian đàm thoại giá tiền gọi: nội hạt, liên tỉnh, nước Nhờ mà dịch vụ thuê bao công cộng phục vụ khách hàng tốt II MỤC ĐÍCH YÊU CẦU CỦA ĐỀ TÀI: Với đề tài máy tính cước điện thoại đặt dịch vụ thuê bao công cộng, nhiệm vụ chủ yếu tính toán xác thời gian đàm thoại đổi số tiền ứng với thời gian gọi, hoạt động đồng hồ thị thời gian Từ mục đích nên máy tính cước phải đạt yêu cầu sau: - Được sử dụng toàn nước không cần thay đổi phần cứng - Thể số quay hai chế độ Pulse Tone - Thời gian đàm thoại kể từ thông thoại có đăng ký đảo cực tổng đài cách xác bắt đầu tính thời gian đàm thoại sau nhấc máy 10s máy đăng ký đảo cực - Lưu trữ tạm thời tất thông số gọi như: số quay số, giá tiền gọi thời gian gọi III GIỚI HẠN ĐỀ TÀI: Điện thoại công cộng đề tài thuộc phạm vi chuyên môn ngành viễn thông, để nghiên cứu kỹ phải cần thời gian Với thời gian tuần mà có nhiều vấn đề cần giải quyết, kiến thức viễn thông có hạn để thực đề tài em tập trung vào giải quyế vấn đề sau: - Thiết kế phần cứng máy tính cước điện thoại - Xác định xác thời gian đàm thoại qui giá tiền - Lưu trữ giá trị gọi IV CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC THI ĐỀ TÀI: Với yêu cầu trình bày trên, ta đưa phương pháp để thực thi đề tài sau:  Phương pháp sử dụng kỹ thuật số  Phương pháp sử dụng kỹ thuật vi xử lý  Phương pháp sử dụng kỹ thuật vi điều khiển Với kỹ thuật số, để đáp ứng nhu cầu khó khả mở rộng nhớ bị giới hạn Còn kỹ thuật vi xử lý khắc phục yếu điểm kỹ thuật số nhớ mở rộng phần thi công phần cứng khó, trở ngại lớn phần thiết kế thi công Ở chúng em muốn giới thiệu kỹ thuật kỹ thuật vi điều khiển, khắc phục tất họ nhớ mở rộng phần mềm linh hoạt Hơn thị trường dùng phổ biến giá hợp lý Có nhiều họ vi điều khiển, chọn vi điều khiển 8031 hãng Intel với cá IC chuyên dùng, nhằm để giao tiếp với bên để đáp ứng đầu đủ yêu cầu đề tài đặt Vi điều khiển 8031 chọn có lợi điểm sau: - Vi điều khiển 8031 thị trường sử dụng phổ biến giá thành hợp lý - Các bus địa bus liệu rộng khả chuyển đổi cho linh hoạt phần mềm - Đơn giản phần cứng cho máy tính cước không cần thêm mạch nhận biết quay số Pulse Mà dùng trực tiếp mạch nhấc máy đảo cực để nhận biết quay số Như phần cứng máy bớt cồng kềnh, giảm giá thành máy PHẦN II: LÝ THUYẾT CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MẠNG ĐIỆN THOẠI  I.Sơ lược mạng điện thoại: Mạng điện thoại phân thành cấp tổng đài:  Cấp cao gọilà tổng đài cấp  Cấp thấp g tổng đài cấp (cấp cuối) Tổng đài cấp tổng đài kết nối với thuê bao thiết kế 10000 đường dây thuê bao Một vùng có 10000 đường dây thuê bao trở lên số điện thoại phân biệt sau:  Phân biệt mã vùng  Phân biệt đài cuối  Phân biệt thuê bao Hai đường dây nối thuê bao với tổng đài cuối gọi là“vùng nội bộ“ trở kháng khoảng 600  Tổng đài cuối cung cấp cho thuê bao điện áp 48VDC Hai dây dẫn nối với jack cắm  Lõi gọi Tip (+)  Lõi bọc gọi Ring (-)  Vỏ gọi Sleeve Khi thuê bao nhấc máy tổ hợp, tiếp điểm đóng tạo dòng chạy thuê bao 20mA DC áp rơi Tip Ring +4VDC II CÁC CHỨC NĂNG CỦA HỆ THỐNG TỔNG ĐÀI: Mặc dù hệ thống tổng đài nâng cấp nhiều từ phát minh ra, chức xác định cac gọi thuê bao, kết nói với thuê bao bị gọi sau tiến hành phục hồi lại gọi hoàn thành cũ Hệ thống tổng đài dùng nhân công tiến hành trình tay, hệ tổng đài tự động tiến hành công việc thiếp bị điện Trong trường hợp đầu, thuê bao gởi tín hiệu thoại tới tổng đài, nhân viên cắm nút trả lời đøng dây bị gọi vào ổ cắm dây chủ gọi để thiết lập gọi với phía bên Khi gọi hoàn thành, người vận hành rút dây nối đưa trạng thái ban đầu Hệ tổng đài nhân công phân loại thành loại điện từ hệ dùng ăc-qui chung Đối với hệ điện từ thuê bao lắp thêm cho ắc-qui nguồn cung cấp điện Các tín hiệu gọi tín hiệu hoàn thành gọi đơn giản chuyển đến người thao tác viên thông qua đèn Đối với hệ tổng đài tự động, gọi phát hoàn thành thông qua bước sau: - Nhận dạng thuê bao gọi : xác định thuê bao nhấc ống nghe sau nối với mạch điều khiển - Tiếp nhận số quay: nối với mạch điều khiển, thuê bao chủ bắt đầu nghe thấy tín hiệu mời quay số sau chuyển số điện thoại thuê bao bị gọi Hệ tổng đài thực chức - Kết nối gọi: số quay ghi lại, thuê bao bị gọi xác định, hệ tổng đài chọn đường trung tổng đài thuê bao bị gọi sau chọn đường rỗi số Khi thuê bao bị gọi nằm tổng đài nội hạt đường gọi nội hạt sử dụng - Chuyển thông tin điều khiển: nối tới tổng đài thuê bao bị gọi hay tổng đài trung chuyển, hai tổng đài trao đổi với thông tin cần thiết số thuê bao bị gọi - Kết nối trung chuyển: trường hợp tổng đài nối đến tổng đài trung chuyển, dây nhấc lại để nối với trạm cuối sau thông tin số thuê bao bị gọi truyền - Kết nối trạm cuối : trạm cuối đánh giá trâm nội hạt dựa số thuê bao bị gọi truyền đi, điều khiển trạng thái máy bận thuê bao bị gọi tiến hành Nếu máy không trạng thái bận đường nối nối với đường trung kế chọn để kết nối gọi - Truyền tín hiệu chuông: để kết nối gọi, tín hiệu chuông truyền chờ có trả lời từ thuê bao bị gọi Khi trả lời, tín hiệu chuông bị ngắt trạng thái chuyển thành trạng thái máy bận - Tính cước: tổng đài chủ gọi xác định câu trả lời thêu bao bị gọi cần thiết bắt dầu tính toán giá trị cước phải trả theo khoảng cách gọi theo thời gian gọi - Truyền tín hiệu báo bận: tất đường trung kế bị chiếm theo bước thuê bao bị gọi bận tín hiệu bận truyền đến cho thuê bao chủ gọi - Hồi phục hệ thống: trạng thái xác định gọi kết thúc Sau tất đường nối giải phóng Như vậy, bước hệ thống tổng đài tiến hành để xử lý gọi trình bày ngắn gọn Trong hệ thống tổng đài điện tử, nhiều đặc tính dịch vụ thêm vào với chức Do đó, điểm sau phải xem xét thiết kế chức này: Tiêu chuẩn truyền dẫn: mục đích cho việc đấu nối điện thoại truyền tiếng nói theo tiêu việc truyền dẫn để đáp ứng chất lượng gọi phải xác định cách xem xét mát truyền, độ rộng dãi tần số truyền dẫn tạp âm Tiêu chuẩn kết nối: điều liên quan đến vấn đề dịch vụ đấu nối cho thuê bao Nghóa là tiêu yêu cầu cá thiếp bị tổng đài số đường truyền dẫn nhằm bảo đảm chất lượng kết nối tốt Nhằm mục đích này, mạng lưới tuyến tính linh hoạt có khả xử lý đường thông có hiệu với tỷ lệ gọi bị phải lập Độ tin cậy: thao tác điều khiển phải tiến hành phù hợp, đặc biệt lỗi xuất hệ thống với chức điều khiển tập trung gặp phải hậu nghiêm trọng thao tác hệ thống Theo đó, hệ thống phải có chức sửa chữa bảo dưỡng hữu hiệu bao gồm việc chuẩn đoán lỗi, tìm sửa chữa Độ linh hoạt: số lượng gọi xử lý thông qua hệ thống tổng đài tăng lên nhiều nhu cầu nâng cấp chức tăng lên Do đó, hệ thống phải đủ ling hoạt để mở rộng sửa đổi Tính kinh tế: hệ thống tổng đài điện thoại sở cho việc truyền thông đại chúng nên chúng phải có hiệu chi phí có khả cung cấp dịch vụ thoại chất lượng cao Căn vào xem xét trên, số tổng đài tự động triển khai lắp đặt kể từ đưa vào lần III CÁC THÔNG TIN BÁO HIỆU TRONG ĐIỆN THOẠI GIỚI THIỆU: Trong mạng điện thoại, việc thiết lập giải tỏa đường kết nối tạm thời tùy theo thị thông tin nhận từ đường dây thuê bao Vì tín hiệu báo hiệu điện thoại có vai trò quan trọng việc hoạt động toàn mạng lưới số loại hình dịch vụ mạng PHÂN LOẠI CÁC THÔNG TIN BÁO HIỆU a Thông tin yêu cầu giải tỏa gọi: - Thông tin yêu cầu gọi: thuê bao gọi nhấc tổ hợp tổng đài kết nối đến thiếp bị thích hợp để nhận thông tin địa (số bị gọi) - Thông tin giải tỏa: hai thuê bao gác máy tổ hợp (on hook) tổng đài giải tỏa tất thiếp bị làm bận cho gọi, xóa thông tin khác dùng cho việc thiết lập kềm giữ gọi b Thông tin chọn địa chỉ: Khi tổng đài sẵn sàng nhận thông tin địa chỉ, gửi tín hiệu yêu cầu Đó âm hiệu quay số đến thuê bao c Thông tin chấm dứt chọn địa chỉ: Thông tin dẫn tình trạng đường dây bị gọi lý không hoàn tất gọi d Thông tin giám sát: Chỉ rõ tình trạng nhấc/gác tổ hợp thuê bao gọi tình trạng on-off hook thuê bao gọi sau đường nối thoại thiết lập - Thuê bao gọi nhấc tổ hợp - Thuê bao bị gọi trả lời việc tính cước bắt đầu - Thuê bao bị gọi gác tổ hợp - Thuê bao bị gọi gác tổ hợp kết thúc gọi ngắt đường kết nối gọi sau thời gian thuê bao gọi không gác máy BÁO HIỆU TRÊN ĐƯỜNG DÂY THUÊ BAO: a Báo Hiệu Trên Đường Dây Thuê Bao Gọi: Trong mạng điện thoại nay, nguồn tổng đài cung cấp đến thuê bao thường 48VDC * Yêu cầu gọi: thuê bao rỗi, trỡ kháng đường dây cao, trở kháng đường dây xuống thuê bao nhấc tổ hợp kết dòng điện tăng cao Dòng tăng cao tổng đài phát yêu cầu gọi cung cấp đến thuê bao âm hiệu mời quay số * Tín hiệu địa chỉ: Sau nhận tín hiệu mời quay số, thuê bao gửi chữ số địa Các chữ số địa phát hai cách quay số, quay số chế độ Pulse quay số chế độ Tone * Tín hiệu chấm dứt việc lựa chọn: Sau nhận đủ địa chỉ, phận địa ngắt Sau việc kết nối thiết lập, lúc tổng đài gởi tín hiệu sau: - Nếu đường dây gọi bị rỗi, âm hiệu hồi âm chuông đến thuê bao gọi dòng điện rung chuông đến thuê bao bị gọi - Nếu đường dây bị bận vào âm hiệu bận đến thuê bao gọi - thông báo ghi sẵn gửi đến số thuê bao gọi để dẫn gọi bị thất bại, khác với trường hợp thuê bao bị gọi mắc bận * Tín hiệu trả lời trở về: Ngay thuê bao bị gọi nhấc tổ hợp, tín hiệu đảo cực phát lên thuê bao gọi.Việc cho phép sử dụng để hoạt động thiếp bị đặc biệt gắn vào thuê bao gọi (như máy tín cước) * Tín hiệu giải tỏa: Khi thuê bao gọi giải tỏa có nghóa on hook, tổng trở đường dây lên cao Tổng đài xác nhận tín hiệu giải tỏa tất thiếp bị liên quan đến gọi xóa thông tin nhớ dùng để kềm giữ gọi Thông thường tín hiệu có khoảng thời gian 500ms b Báo Hiệu Trên Đường Dây Thuê Bao Bị Gọi: * Tín hiệu rung chuông: Đường dây thuê bao rỗi nhận gôi đến, tổng đài gửi dòng điện rung chuông đến máy bị gọi Dòng điện nà có tần số 20Hz, 25Hz, 50Hz ngắt khoảng thích hợp Âm hiệu hồi âm chuông gửi thuê bao gọi * Tín hiệu trả lời: Khi thuê bao bị gọi nhấc tổ hợp nhận gọi, tổng trở đường dây xuống thấp, tổng đài phát việc cắt dòng điện rung chuông âm hiệu hồi âm chuông bắt đầu gian đoạn đàm thoại * Tín hiệu giải tỏa: Nếu sau giai đoạn đàm thoại, thuê bao bị gọi ngắt tổ hợp trước thuê bao gọi thay đổi tình trạng tổng trở đường dây, tổng đài gởi tín hiệu đường dây lâu dài đến thuê boa gọi giải tỏa gọi sau thời gian * Tín hiệu gọi lại ghi phát: Tín hiệu gọi lại giai đoạn quay số khoảng thời gian thoại gọi tín hiệu gọi lại ghi phát HỆ THỐNG ÂM HIỆU CỦA TỔNG ĐÀI: Đường dây điện thoại gồm có hai dây thường gọi Tip Ring có màu đỏ xanh Chúng ta không cần quan tâm đến dây mang tên Tip Ring điều thật không quan trọng Tất điện thoại cấp nguồn từ tổng đài thông qua hai dây tip ring Điện áp cung cấp thường 48 VDC, thấp đến 47 VDC cao đến 105 VDC tùy thuộc vào tổng đài Ngòai ra, Để họat động giao tiếp dễ dàng, tổng đài gửi số tín hiệu đặc biệt đến điện thoại tín hiệu chuông, tín hiệu báo bận v.v Sau ta tìm hiểu tín hiệu điện thoại ứng dụng a Tín hiệu chuông (Ring signal) 2s 4s hình1 :dạng tín hiệu chuông Khi thuê bao bị gọi tổng đài gửi tín hiệu chuông đến để báo cho thuê bao biết có người bị gọi Tín hiệu chuông tín hiệu xoay chiều AC thường có tần số 25Hz nhiên cao đến 60Hz thấp đến 16Hz Biên độ tín hiệu chuông thay đổi từ 40 VRMS đến 130 VRMS thường 90 VRMS Tín hiệu chuông gửi đến theo dạng xung thường giây có giây không (như hình vẽ) Hoặc thay đổi thời gian tùy thuộc vào tổng đài b Tín hiệu mời gọi (Dial signal): Đây tín hiệu liên tục tín hiệu xung tín hiệu khác sử dụng hệ thống điện thoại Tín hiệu tạo hai âm (tone) có tần số 350Hz 440Hz c Tín hiệu báo bận (Busy signal): Khi thuê bao nhấc máy để thực gọi thuê bao nghe hai tín hiệu: - Tín hiệu mời gọi cho phép thuê bao thực gọi - Tín hiệu báo bận báo cho thuê bao biết đường dây bận thực gọi lúc Thuê bao phải chờ đến nghe tín hiệu mời gọi Khi thuê bao bị gọi nhấc máy trước thêu bao gọi nghe tín hiệu Tín hiệu báo bận tín hiệu xoay chiều có dạng xung tổng hợp hai âm có tần số 480Hz 620Hz Tín hiệu có chu kỳ 1s (0.5s có 0.5s không) d Tín hiệu chuông hồi tiếp: Thật khó chịu bạn gọi đến thuê bao bạn gọi hay chưa Bạn không nghe âm thuê bao trả lời Để giải vấn đề tổng đài gửi tín hiệu chuông hồi tiếp cho thuê bao gọi tương ứng với tiếng chuông thuê bao bị gọi Tín hiệu chuông hồi tiếp tổng hợp hai âm có tần số 440Hz 480Hz Tín hiệu có dạng xung tín hiệu chuông gửi đến cho thuê bao bị gọi e Gọi sai số: Nếu bạn gọi nhầm số mà không tồn bạn nhận tín hiệu xung có chu kỳ 1Hz có tần số 200Hz–400Hz Hoặc hệ thống điện thoại ngày bạn nhận thông báo bạn gọi sai số f Tín hiệu báo gác máy Khi thuê bao nhấc ống nghe (Telephone reciever) khỏi điện thoại lâu mà không gọi cho thuê bao nhận tín hiệu chuông lớn (để thuê bao nghe xa máy) để cảnh báo Tín hiệu tổng hợp bốn tần số 1400Hz + 2050Hz + 2450Hz + 2600Hz phát dạng xung 0.1s có 0.1s không g Tín Hiệu Đảo Cực: Đảo cực Tín hiệu đảo cực đảo cực tính nguồn tổng đài, hai thuê bao bắt đầu đàm thoại, tín hiệu đảo cực xuất Khi hệ thống tính cước tổng đài bắt đầu thực việc tính cước đàm thoại cho thuê bao gọi Ở trạm công cộng có trang bị máy tính cước, quan bưu điện cung cấp tín hiệu đảo cực cho trạm để thuận tiện cho việc tính cước