Thiết kế và xây dựng hệ thống giám sát, điều khiển tự động thông qua mạng điện thoại PSTN

HeaderHOÀNG
Page 1QUỐC
of 161.
LIÊN

i

MỤC LỤC
Danh sách các hình vẽ ............................................................................... iv
Danh sách các bảng ................................................................................... vi
Danh sách các chữ viết tắt ....................................................................... vii
MỞ ĐẦU ..................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1.

GIỚI THIỆU CHUNG

1.1. Phân loại thiết bị điều khiển từ xa theo đường truyền .......................................2
1.1.1.

Điều khiển từ xa vô tuyến ........................................................................2

1.1.2.

Điều khiển từ xa hữu tuyến......................................................................2

1.2. Nội dung đề tài ...................................................................................................3
1.2.1.

Mục đích báo động tự động .....................................................................3

1.2.2.

Mục đích điều khiển thiết bị, hệ thống điện ............................................4

1.3. Phương án thiết kế .............................................................................................4
1.3.1.

Phương án 1: Sử dụng module điện thoại di động để nhận tín hiệu điều

khiển từ một điện thoại khác (cố định hoặc di động) ..............................................4
1.3.2.

Phương án 2: Dùng vi điều khiển với tín hiệu phản hồi và phát đi tiếng

nói từ IC thu, phát tiếng nói.....................................................................................5
1.3.3.

Lựa chọn phương án thiết kế ...................................................................6

CHƢƠNG 2.

TỔNG QUAN VỀ TỔNG ĐÀI VÀ MÁY ĐIỆN
THOẠI

2.1. Giới thiệu tổng quan về tổng đài điện thoại .......................................................7
2.1.1.

Định nghĩa về tổng đài .............................................................................7

2.1.2.

Chức năng của tổng đài ...........................................................................7

2.1.3.

Phân loại tổng đài ....................................................................................8

Footer Page 1 of 161.


HeaderHOÀNG
Page 2QUỐC
of 161.
LIÊN

ii

2.1.4.

Các âm hiệu .............................................................................................9

2.1.5.

Trung kế .................................................................................................12

2.2. Giới thiệu tổng quan về máy điện thoại ...........................................................13
2.2.1.

Giới thiệu ...............................................................................................13

2.2.2.

Chức năng của máy điện thoại ...............................................................14

2.2.3.

Các thông số liên quan ...........................................................................15

2.2.4.

Nguyên lý thông tin điện thoại ..............................................................16

2.2.5.

Quay số ..................................................................................................17

2.2.6.

Kết nối thuê bao .....................................................................................18

2.3. Phương thức hoạt động giữa tổng đài và máy điện thoại ................................19
2.3.1.

Nguyên tắc hoạt động ............................................................................19

2.3.2.

Qui trình vận hành của hệ mạch điện thoại để bàn ................................21

CHƢƠNG 3.

THIẾT KẾ HỆ THỐNG

3.1. Giới thiệu các IC quan trọng ............................................................................23
3.1.1.

Vi điều khiển PIC ..................................................................................23

3.1.2.

IC thu phát DTMF MT8880 ..................................................................25

3.1.3.

IC thu phát âm thanh ISD1420 ..............................................................38

3.2. Sơ đồ khối của hệ thống ...................................................................................45
3.2.1.

Sơ đồ khối của hệ thống ........................................................................45

3.2.2.

Mô tả nhiệm vụ từng khối......................................................................45

3.2.3.

Liên hệ giữa các khối .............................................................................47

3.3. Thiết kế phần cứng cho từng khối trong hệ thống ...........................................48
3.3.1.

Khối cảm biến chuông ...........................................................................48

3.3.2.

Khối kết nối thuê bao .............................................................................51

3.3.3.

Khối phát tiếng nói ................................................................................54

Footer Page 2 of 161.


HeaderHOÀNG
Page 3QUỐC
of 161.
LIÊN

iii

3.3.4.

Khối điều khiển thiết bị .........................................................................58

3.3.5.

Khối cảm biến hồng ngoại .....................................................................59

3.3.6.

Khối thu phát tín hiệu DTMF ................................................................61

3.4. Thiết kế phần mềm...........................................................................................63
3.4.1.

Lưu đồ chương trình chính ....................................................................63

3.4.2.

Chương trình chờ và nhận lệnh điều khiển ............................................64

3.4.3.

Chương trình thông báo trạng thái từng thiết bị ....................................65

3.4.4.

Chương trình con khởi tạo MT8880 ......................................................66

3.4.5.

Hai quá trình Truyền và Nhận của MT8880..........................................69

3.4.6.

Kết quả ...................................................................................................71

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................. 72
Tài liệu tham khảo .................................................................................... 73

Footer Page 3 of 161.


HeaderHOÀNG
Page 4QUỐC
of 161.
LIÊN

iv

Danh sách các hình vẽ
Hình 1-1: Điện thoại di động Ericsson T28 ....................................................................5
Hình 1-2: Main GSM Module Sim548 với vị trí 2 chân Tx và Rx.................................5
Hình 1-3: Mô hình ý tưởng hệ thống điều khiển qua mạng điện thoại cố định..............6
Hình 2-1: Dạng sóng tín hiệu chuông .............................................................................9
Hình 2-2: Dạng sóng tín hiệu mời quay số ...................................................................10
Hình 2-3: Dạng sóng tín hiệu báo bận ..........................................................................11
Hình 2-4: Dạng sóng tín hiệu hồi tiếp...........................................................................11
Hình 2-5: Dạng sóng tín hiệu đảo cực ..........................................................................12
Hình 2-6: Trung kế .......................................................................................................12
Hình 2-7: Trung kế CO - line........................................................................................12
Hình 2-8: Trung kế hai chiều ........................................................................................13
Hình 2-9: Sơ đồ qui trình vận hành điện thoại bàn .......................................................21
Hình 3-1: Sơ đồ chân MT8880 loại 20 chân ................................................................25
Hình 3-2: Cấu hình đầu vào vi sai ................................................................................27
Hình 3-3: Mạch Steering cơ bản ...................................................................................29
Hình 3-4: Hai tín hiệu hình Sin kết hợp thành dạng tín hiệu DTMF Tone là số "1"....32
Hình 3-5: Cách kết nối MT8880 với thạch anh ............................................................33
Hình 3-6: Hai quá trình Phát (bên trái) và Thu (bên phải) theo lưu đồ giải thuật. .......37

Hình 3-7: Sơ đồ chân ISD1420 .....................................................................................38
Hình 3-8: Sơ đồ các khối chức năng của mạch điều khiển ...........................................45
Hình 3-9: Sơ đồ nguyên lý khối cảm biến chuông .......................................................48
Hình 3-10: Sơ đồ nguyên lý khối kết nối thuê bao .......................................................51
Hình 3-11: Sơ đồ nguyên lý khối phát tiếng nói trong hệ thống ..................................54
Hình 3-12: Sơ đồ nguyên lý mạch thu và phát tiếng nói ..............................................55

Footer Page 4 of 161.


HeaderHOÀNG
Page 5QUỐC
of 161.
LIÊN

v

Hình 3-13: Giản đồ quá trình thu một thông điệp của ISD1420 ..................................56
Hình 3-14: Giản đồ quá trình phát một thông điệp ISD1420 .......................................57
Hình 3-15: Sơ đồ nguyên lý khối điều khiển thiết bị....................................................58
Hình 3-16: Sơ đồ nguyên lý khối cảm biến hồng ngoại ...............................................59
Hình 3-17: Sơ đồ nguyên lý khối thu phát tín hiệu DTMF ..........................................61
Hình 3-18:Lưu đồ của chương trình chính ...................................................................63
Hình 3-19: Chương trình con chờ nhận lệnh điều khiển tắt hoặc mở ..........................64
Hình 3-20: Chương trình con thông báo trạng thái thiết bị ..........................................65
Hình 3-21: Chương trình khởi tạo MT8880 .................................................................66
Hình 3-22: Hai quá trình phát và nhận của MT8880 ....................................................69
Hình 3-23: Dạng tín hiệu DTMF của số “1” ................................................................71
Hình 3-24: Dạng tín hiệu DTMF của số “2” ................................................................71

Footer Page 5 of 161.


HeaderHOÀNG
Page 6QUỐC
of 161.
LIÊN

vi

Danh sách các bảng
Bảng 2-1: Bảng các thông số của mạch thuê bao điện thoại ........................................16
Bảng 2-2: Phân loại tần số tín hiệu Tone ......................................................................17
Bảng 2-3: Các tín hiệu thường nghe thấy trên đường dây điện thoại để bàn ...............22
Bảng 3-1: Giải thích chức năng từng chân MT8880 ....................................................25
Bảng 3-2: Bảng mã hóa chức năng ...............................................................................31
Bảng 3-3: Chức năng thanh ghi nội MT8880 ...............................................................34
Bảng 3-4: Thanh ghi điều khiển A - CRA MT8880 .....................................................34
Bảng 3-5: Thanh ghi điều khiển B - CRB MT8880......................................................35
Bảng 3-6: Chức năng thanh ghi trạng thái MT8880 .....................................................36
Bảng 3-7: Giải thích chức năng từng chân ISD1400 ....................................................40
Bảng 3-8: Các chế độ hoạt động ISD1400 ....................................................................44

Footer Page 6 of 161.


HeaderHOÀNG
Page 7QUỐC
of 161.
LIÊN

vii

Danh sách các chữ viết tắt
DTMF - Dual Tone Multi Frequence
PSTN - Public Switched Telephone Network

Footer Page 7 of 161.


HeaderHOÀNG
Page 8QUỐC
of 161.
LIÊN

Footer Page 8 of 161.

vii
i


HeaderHOÀNG
Page 9QUỐC
of 161.
LIÊN

1

MỞ ĐẦU

MỞ ĐẦU
Đất nước ta hiện đang trên đà phát triển và hội nhập với nền kinh tế thế giới. Bên
cạch các ngành nông nghiệp, lâm nghiệp, ngư nghiệp… thì ngành công nghiệp cũng
ngày càng phát triển mạnh mẽ và đóng góp rất nhiều cho nền kinh tế của đất nước. Với
sự phát triển của nền công nghiệp thì các thiết bị, máy móc cũng ngày càng phát triển
tinh vi hơn, hiện đại và phức tạp hơn và đặc biệt là không thể thiếu được các thiết bị
điều khiển, giám sát từ xa để giúp cho việc hiện đại hóa, tự động hóa các thiết bị máy
móc này.
Trong công nghiệp, tại các lò phản ứng, các nhà máy hay ở những nơi có mức độ
nguy hiểm cao mà con người không thể tiếp cận điều khiển được, chúng ta sẽ phải cần
đến các thiết bị điều khiển từ xa và giám sát các hoạt động hệ thống. Trong công cuộc
nghiên cứu vũ trụ, các thiết bị điều khiển từ xa cũng được sử dụng trong các phi
thuyền không người lái, các tàu do thám không gian, các thiết bị tự hành...
Các thiết bị điều khiển từ xa không chỉ phục vụ cho công nghiệp, quân sự hay
nghiên cứu khoa học mà nó còn đóng góp một phần nhỏ vào phục vụ cho nhu cầu cuộc
sống hàng ngày của chúng ta. Trong số các thiết bị điều khiển từ xa phục vụ cho mục
đích dân dụng thì những thiết bị được điều khiển thông qua mạng điện thoại công cộng
PSTN hiện đang được sử dụng khá phổ biến vì tính thuận tiện của nó cũng như nhờ
vào sự phát triển rộng khắp của mạng điện thoại này.
Chính vì những ứng dụng quan trọng của các thiết bị điều khiển từ xa qua mạng
PSTN mà tôi đã quyết định chọn đề tài: “Thiết kế và xây dựng hệ thống giám sát,
điều khiển tự động thông qua mạng điện thoại PSTN” để thực hiện đồ án tốt nghiệp
của mình.

Footer Page 9 of 161.


HeaderHOÀNG
Page 10
of 161.

QUỐC LIÊN
CHƢƠNG 1.

2

GIỚI THIỆU CHUNG

GIỚI THIỆU CHUNG

Phân loại thiết bị điều khiển từ xa theo đƣờng truyền

1.1.

Để phân loại các thiết bị điều kiển từ xa thì có khác nhiều phương pháp phân loại
và cũng chưa có một tiêu chuẩn cụ thể nào trong việc phân loại này. Tuy nhiên nếu
phân loại theo đường truyền tín hiệu giao tiếp giữa các thiết bị thì ta có thể phân chia
các thiết bị điều khiển từ xa theo hai hướng sau.
1.1.1.

Điều khiển từ xa vô tuyến

Các thiết bị điều khiển thuộc loại này sẽ thực hiện việc truyền các tín hiệu giao
tiếp thông qua một môi trường không có dây dẫn. Môi trường truyền có thể là chân
không hoặc không khí và tín hiệu giao tiếp có thể là sóng vô tuyến, sóng âm thanh
hoặc là ánh sáng… Với các tín hiệu giao tiếp là ánh sáng hoặc sóng âm thanh thì
khoảng cách giao tiếp giữa các thiết bị là tương đối nhỏ, phù hợp với các ứng dụng
điều khiển trong gia đình (như điều khiển các thiết bị điện gia dụng, TV, tủ lạnh…).
Với các thiết bị sử dụng tín hiệu sóng vô tuyến để giao tiếp thì ta có thể tiến hành điều
khiển, giám sát ở các khoảng các lớn, phù hợp với các yêu cầu điều khiển của công
nghiệp, quốc phòng hoặc hàng không vũ trụ. Tuy nhiên những thiết bị này sẽ có giá

thành cao và khó có thể ứng dụng được ngay cho đời sống hằng ngày.
1.1.2.

Điều khiển từ xa hữu tuyến

Với các thiết bị dạng này thì ta có thể truyền các tín hiệu giao tiếp thông qua các
môi trường truyền dẫn là các dây dẫn kim loại hoặc phi kim. Tín hiệu truyền dẫn chủ
yếu sẽ là các tín hiệu điện, hoặc trong một số trường hợp là tín hiệu quang đối với dẫn
dẫn là các sợi quang. Đặc biệt, với dạng điều khiển này ta có thể sử dụng đường truyền
của mạng điện thoại công cộng để tiến hành điều khiển các thiết bị từ xa. Với ưu điểm
là sự phát triển rộng khắp của mạng lưới điện thoại cũng như sự phát triển mạnh mẽ
của thiết bị đầu cuối đến từng gia đình người sử dụng thì phương pháp điều khiển
thông qua mạng điện thoại đang là một sự lựa chọn tối ưu về giá cả, hiệu năng cũng
như khoảng cách điều khiển đối với bài toán điều khiển các thiết bị dân dụng trong đời
sống hàng ngày.

Footer Page 10 of 161.


HeaderHOÀNG
Page 11
of 161.
QUỐC LIÊN

3

GIỚI THIỆU CHUNG

Với các yêu cầu điều khiển thông thường trong cuộc sống thì phương thức điều
khiển thông qua mạng điện thoại PSTN sẽ chủ yếu bao gồm hai kiểu thiết bị như sau:

 “Thiết bị điều khiển các hệ thống điện từ xa thông qua mạng điện thoại”
giúp ta điều khiển các thiết bị điện gia dụng khi không có ai ở nhà. hoặc điều
khiển một hệ thống dây chuyền sản xuất tự động mà không cần sự can thiệp
của con người. Đây là một thiết bị được gắn vào đường dây điện thoại và khi
người sử dụng quay số điện thoại đến và gởi mã lệnh đóng hay ngắt hệ thống
thì thiết bị này sẽ giải mã tín hiệu và phát ra các điều khiển chấp hành.. Khi
đã thực hiện xong lệnh vừa nhận được thì thiết bị sẽ gởi tín hiệu phản hồi để
thông báo cho người sử dụng biết về tiến trình chấp hành của lệnh vừa được
đưa ra.
 “Thiết bị báo động tự động thông qua mạng điện thoại” là một thiết bị
giám sát tư động các hệ thống điện, hệ thống cảnh báo, hệ thống dây chuyền
sản xuất… theo các tiêu chuẩn được đặt ra từ đầu bởi người sử dụng. Nếu có
một sự cố xảy ra trái với các tiêu chuẩn đặt ra thì thiết bị sẽ tự động quay số
đến một số điện thoại đã định trước để thông báo về trạng thái hiện tại của hệ
thống đó.
Nội dung đề tài

1.2.

Với mục đích thiết kế một hệ thống điều khiển tự động đầy đủ và hoàn chỉnh
thông qua mạng điện thoại PSTN thì đồ án này đặt ra mục tiêu là tìm hiểu và thiết kế
một hệ thống điều khiển và báo động tự động với những đặc điểm chính như sau:
1.2.1.

Mục đích báo động tự động

Khi có một thông báo từ mạch giám sát (chống trộm, báo cháy…), mạch sẽ tự
động gọi đến một số thuê bao được thiết lập sẵn trong bộ nhớ của mạch. Mạch sẽ giám
sát quá trình thiết lập cuộc gọi và nếu thuê bao được gọi nhấc máy, mạch sẽ phát một
đoạn thông báo bằng giọng nói được lưu sẵn để thông báo về tình trạng của hệ thống

cho thuê bao được biết.

Footer Page 11 of 161.


HeaderHOÀNG
Page 12
of 161.
QUỐC LIÊN
1.2.2.

4

GIỚI THIỆU CHUNG

Mục đích điều khiển thiết bị, hệ thống điện

Để điều khiển các thiết bị, đầu tiên người điều khiển phải gọi đến số máy điện
thoại đã được lắp đặt thiết bị điều khiển. Điện thoại được gọi sẽ được mắc song song
một thiết bị điều khiển vào đường dây điện thoại. Hệ thống cần điều khiển sẽ được
mắc với thiết bị điều khiển này. Sau một số hồi chuông đã được qui định sẵn, nếu
không có ai nhấc máy thì thiết bị sẽ tự động điều khiển đóng tải giả để kết nối thuê
bao. Sau khi kết nối, người điều khiển sẽ nghe câu thông báo, chẳng hạn như: “Đây là
hệ thống báo trộm và điều khiển thiết bị bằng điện thoại. Xin mời nhấn phím *”. Tiếp
theo, khi người sử dụng sẽ nhấn phím “*”thì thiết bị sẽ đưa ra câu thông báo: “Xin mời
nhập mã bảo vệ” và người dùng có thể xâm nhập vào thiết bị điều khiển sau khi nhập
đúng mật mã bảo vệ.
Nếu nhập sai mã bảo vệ thì thiết bị sẽ phát ra thông báo: “Mã bảo vệ sai”, khi đó
mạch điều khiển sẽ tắt tải giả vả thoát kết nối thuê bao.
Nếu nhập đúng Password, người sử dụng sẽ nghe thông báo yêu cầu nhấn “*” để

tắt các thiết bị, nhấn “#” để mở các thiết bị và nhấn “0” để nghe thông tin trạng thái
cũa mỗi thiết bị. Tương ứng với mỗi trường hợp nhấn “*”, “#”, hoặc “0” sẽ có yêu cầu
nhấn phím “1”, “2” hoặc “3” để chọn thiết bị tương ứng, hoặc nhấn “9” để ngắt tải giả,
đồng thời ngắt kết nối, đóng chương trình điều khiển.
1.3.

Phƣơng án thiết kế

1.3.1.

Phƣơng án 1: Sử dụng module điện thoại di động để nhận tín hiệu điều
khiển từ một điện thoại khác (cố định hoặc di động)

Ở các điện thoại đời cũ như Ericsson T28, Siemen C55,… có tập lệnh AT, và có
chân Rx, Tx giao tiếp thông qua RS232. Với tập lệnh AT và giao tiếp qua chuẩn
RS232, ta có thể dùng vi điều khiển hoặc máy tính truyền lệnh điều khiển đến tất cả
các hoạt động của điện thoại, không cần bàn phím và màn hình. Với cách làm này, bộ
phận chính để truyền và nhận tín hiệu điều khiển là một main điện thoại và một vi điều
khiển để truyền lệnh.
Ví dụ tập lệnh AT: ATD0982004745; --> Lệnh gọi đến số điện thoại
0982004745.

Footer Page 12 of 161.


HeaderHOÀNG
Page 13
of 161.
QUỐC LIÊN

5

GIỚI THIỆU CHUNG

Với phương án này, ưu điểm mạch sẽ rất đơn giản. Nhưng không có tiếng nói
thông báo phản hồi. Đó là một hạn chế, giảm đi tính “thông minh” của hệ thống.

Hình 1-1: Điện thoại di động Ericsson T28

Hình 1-2: Main GSM Module Sim548 với vị trí 2 chân Tx và Rx
1.3.2.

Phƣơng án 2: Dùng vi điều khiển với tín hiệu phản hồi và phát đi tiếng
nói từ IC thu, phát tiếng nói

Trong phương án này người điều khiển có thể điều khiển tại chỗ các thiết bị bằng
công tắc riêng ở bên ngoài mà không cần thông qua điện thoại.
Trong phương án này dùng tiếng nói để phản hồi về người điều khiển. Sự phản
hồi và phát đi bằng tiếng nói này do khối trung tâm ra lệnh. Nội dung của tín hiệu phản
hồi và phát đi được lưu trữ bên trong IC chuyên dùng thu, phát âm thanh.

Footer Page 13 of 161.


HeaderHOÀNG
Page 14
of 161.
QUỐC LIÊN

6

GIỚI THIỆU CHUNG

Ưu điểm của phương án này là người điều khiển và người nhận báo động biết
chính xác trạng thái các thiết bị thông qua tiếng nói. Hệ thống báo trộm và điều khiển
thiết bị hoạt động liên tục mà không cần sự hoạt động của máy tính để phát tiếng nói.
1.3.3.

Lựa chọn phƣơng án thiết kế

Qua hai phương án đã trình bày thì ta thấy phương án 2 là phương án hoàn chỉnh
và tiện dụng đối với các ứng dụng điều khiển tự động thông thường. Vì vậy trong đồ
án này, tôi đã lựa chọn phương án 2 để thực hiện đề tài “Thiết kế và xây dựng hệ
thống giám sát, điều khiển tự động thông qua mạng điện thoại PSTN”.

Nhấn “*” để chọn tắt
Nhấn “1” để tắt đèn

Hình 1-3: Mô hình ý tưởng hệ thống điều khiển qua mạng điện thoại cố định

Footer Page 14 of 161.


Header Page 15 of 161.

7

HOÀNG QUỐC LIÊN

CHƢƠNG 2.

TỔNG QUAN VỀ TỔNG ĐÀI VÀ MÁY
ĐIỆN THOẠI

TỔNG QUAN VỀ TỔNG ĐÀI VÀ MÁY
ĐIỆN THOẠI

2.1.

Giới thiệu tổng quan về tổng đài điện thoại

2.1.1.

Định nghĩa về tổng đài

Tổng đài là một hệ thống chuyển mạch, nó có nhiệm vụ kết nối các cuộc liên lạc
từ thiết bị đầu cuối chủ gọi (Calling Side) đến thiết bị đầu cuối bị gọi (Called Side).
Hay nói cách khác: Tổng đài là một hệ thống chuyển mạch có hệ thống kết nối các
cuộc liên lạc giữa các thuê bao với nhau, với số lượng thuê bao lớn hay nhỏ tuỳ thuộc
vào từng loại tổng đài, từng khu vực.
2.1.2.

Chức năng của tổng đài

Một tổng đài điện thoại thường thực hiện các chức năng sau:
 Nhận biết được khi thuê bao nào có nhu cầu xuất phát cuộc gọi.
 Thông báo cho thuê bao biết mình sẵn sàng tiếp nhận các yêu cầu của thuê
bao.
 Nhận dạng thuê bao gọi: Xác định khi thuê bao nhấc ống nghe và sau đó được
nối với mạch điều khiển.

 Tiếp nhận số được quay: Khi đã nối với mạch điều khiển, thuê bao chủ bắt
đầu nghe thấy tín hiệu mời quay số và sau đó chuyển số điện thoại của thuê
bao bị gọi.
 Kết nối cuộc gọi: Khi các số quay được ghi lại, thuê bao bị gọi đã được xác
định, tổng đài sẽ chọn một bộ các đường trung kế đến tổng đài thuê bao bị gọi
và sau đó chọn một đường rỗi trong số đó. Khi thuê bao bị gọi nằm trong tổng
đài nội hạt thì một đường gọi nội hạt được sử dụng.

Footer Page 15 of 161.


Header Page 16 of 161.
HOÀNG QUỐC LIÊN

8

TỔNG QUAN VỀ TỔNG ĐÀI VÀ MÁY
ĐIỆN THOẠI

 Chuyển thông tin điều khiển: Khi được nối tới tổng đài của thuê bao bị gọi
hay tổng đài trung chuyển, cả hai tổng đài trao đổi với nhau các thông tin cần
thiết như số thuê bao bị gọi.
 Kết nối trung chuyển: trong trường hợp tổng đài được nối đến là tổng đài
trung chuyển, trên dây được nhấc lại để nối với trạm cuối và sau đó thông tin
như số thuê bao bị gọi được truyền đi.
 Kết nối tại trạm cuối: Khi trạm cuối được đánh giá là trạm nội hạt dựa trên số
thuê bao bị gọi được truyền đi, bộ điều khiển trạng thái máy bận của thuê bao
bị gọi được tiến hành. Nếu máy không ở trạng thái bận thì một đường nối
được nối với các đường trung kế được chọn để kết nối các cuộc gọi.
 Truyền tín hiệu chuông: Để kết nối cuộc gọi, tín hiệu chuông được truyền và

chờ cho đến khi có trả lời từ thuê bao bị gọi. Khi trả lời, tín hiệu chuông bị
ngắt và trạng thái được chuyển thành trạng thái máy bận.
 Tính cước: Tổng đài chủ gọi xác định câu trả lời của thuê bao bị gọi và nếu
cần thiết bắt đầu tính toán giá trị cước phải trả theo khoảng cách gọi và theo
thời gian gọi.
 Truyền tín hiệu báo bận: Khi tất cả các đường trung kế đều đã bị chiếm theo
các bước trên đây hoặc thuê bao bị gọi bận thì tín hiệu bận được truyền đến
cho thuê bao chủ gọi.
 Hồi phục hệ thống: Trạng thái này được xác định khi cuộc gọi kết thúc. Sau
đó tất cả các đường nối đều được giải phóng.
 Giao tiếp được với những tổng đài khác để phối hợp điều khiển.
2.1.3.

Phân loại tổng đài

Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, tổng đài điện thoại ngày càng phù
hợp với yêu cầu phát triển của xã hội. Quá trình hình thành của tổng đài bao gồm các
loại tổng đài sau:
 Tổng đài công nhân
Việc kết nối thông thoại, chuyển mạch dựa vào con người.

Footer Page 16 of 161.


Header Page 17 of 161.

9

HOÀNG QUỐC LIÊN

TỔNG QUAN VỀ TỔNG ĐÀI VÀ MÁY
ĐIỆN THOẠI

 Tổng đài cơ điện
Bộ phận thao tác chuyển mạch là hệ thống cơ khí, được điều khiển bằng hệ thống
mạch từ. Gồm hai hệ thống chuyển mạch cơ khí cơ bản: chuyển mạch từng nấc và
chuyển mạch ngang dọc.
 Tổng đài điện tử
Quá trình điều khiển kết nối hoàn toàn tự động, vì vậy người sử dụng cũng không
thể cung cấp cho tổng đài những yêu cầu của mình bằng lời nói được. Ngược lại, tổng
đài trả lời cho người sử dụng cũng không thể bằng lời nói. Do đó, cần qui định một số
thiết bị cũng như các tín hiệu để người sử dụng và tổng đài có thể làm việc được với
nhau.
2.1.4.

Các âm hiệu

Đường dây điện thoại hiện nay gồm có hai dây và thường gọi đó là Tip và Ring.
Tất cả các điện thoại hiện nay đều được cấp nguồn từ tổng đài thong qua hai dây Tip
và Ring. Điện áp cung cấp thường là 48 VDC, nhưng nó cũng có thể thấp đến 47 VDC
hoặc cao đến 105 VDC tuỳ thuộc vào tổng đài.
Ngoài ra, để hoạt động giao tiếp được dễ dàng, tổng đài gửi một số tín hiệu đặc
biệt đến điện thoại như tín hiệu chuông, tín hiệu báo bận v.v… Để tìm hiểu về các tín
hiệu điện thoại và ứng dụng của nó, ta sẽ khảo sát một số tín hiệu sau:
 Tín hiệu chuông (Ring Signal)
V

2s

4s

48V

f

Hình 2-1: Dạng sóng tín hiệu chuông

Footer Page 17 of 161.


Header Page 18 of 161.
HOÀNG QUỐC LIÊN

10

TỔNG QUAN VỀ TỔNG ĐÀI VÀ MÁY
ĐIỆN THOẠI

Khi một thuê bao bị gọi thì tổng đài sẽ gửi tín hiệu chuông đến để báo cho thuê
bao đó biết có người được gọi. Tín hiệu chuông là tín hiệu xoay chiều AC thường có
tần số 25Hz tuy nhiên nó có thể cao hơn đến 60Hz hoặc thấp hơn đến 16Hz. Biên độ
của tín hiệu chuông cũng thay đổi từ 40 VRMS đến 130 VRMS thường là 90 VRMS.
Tín hiệu chuông được gửi đến theo dạng xung, ngắt quãng tuỳ thuộc vào từng loại
tổng đài thường là 2 giây có và 4 giây không (như hình vẽ trên). Hoặc có thể thay đổi
thời gian tuỳ thuộc vào từng tổng đài.
 Tín hiệu mời quay số (Dial Tone)
Đây là tín hiệu liên tục không phải là tín hiệu xung như các tín hiệu khác được sử
dụng trong hệ thống điện thoại. Khi thuê bao nhấc tổ hợp để xuất phát cuộc gọi sẽ
nghe âm hiệu mời quay số do tổng đài cấp cho thuê bao gọi, là tín hiệu hình sin có tần
số liên tục. Tín hiệu mời quay số là tín hiệu sin tần, được tạo ra bởi hai âm thanh

(Tone) có tần số số 350Hz và 440Hz, biên độ 2VRMS trên nền DC. Tín hiệu này có
dạng sóng sau:
V

f

Hình 2-2: Dạng sóng tín hiệu mời quay số
 Tín hiệu báo bận (Busy signal)
Khi thuê bao nhấc máy để thực hiện một cuộc gọi thì thuê bao sẽ nghe một trong
hai tín hiệu:
Tín hiệu mời gọi cho phép thuê bao thực hiện ngay một cuộc gọi.

Footer Page 18 of 161.


Header Page 19 of 161.

11

HOÀNG QUỐC LIÊN

TỔNG QUAN VỀ TỔNG ĐÀI VÀ MÁY
ĐIỆN THOẠI

Tín hiệu báo bận báo cho thuê bao biết đường dây đang bận không thể thực hiện
cuộc gọi ngay lúc này. Thuê bao phải chờ đến khi nghe được tín hiệu mời gọi. Khi
thuê bao bị gọi đã nhấc máy trước khi thuê bao gọi cũng nghe được tín hiệu này.
Tín hiệu báo bận là tín hiệu xoay chiều có dạng xung được tổng hợp bởi hai âm
có tần số 480Hz và 620Hz. Tín hiệu này có chu kỳ 1s (0.5s có và 0.5s không).

V

0,5s

0,5s

f

Hình 2-3: Dạng sóng tín hiệu báo bận
 Tín hiệu chuông hồi tiếp
Khi người gọi gọi đến một thuê bao, nếu không có một tín hiệu phản hồi từ thuê
bao thì người gọi sẽ không biết đã gọi được hay chưa. Người gọi sẽ không nghe một
âm thanh nào cho đến khi thuê bao đó trả lời. Để giải quyết vấn đề này tổng đài sẽ gửi
một tín hiệu chuông hồi tiếp về cho thuê bao gọi tương ứng với tiếng chuông ở thuê
bao bị gọi. Tín hiệu chuông hồi tiếp này do tổng đài cấp cho thuê bao bị gọi, được tổng
hợp bởi hai âm có tần số 440Hz và 480Hz. Tín hiệu này cũng có dạng xung như tín
hiệu chuông gửi đến cho thuê bao bị gọi, là tín hiệu hình sin có tần số khoảng 425 ± 25
Hz là hai tín hiệu ngắt quãng tương ứng nhịp chuông, biên độ 2VRMS trên nền DC
10V, phát ngắt quãng 2s có 4s không.
V

2s

4s

10V

f

Hình 2-4: Dạng sóng tín hiệu hồi tiếp

Footer Page 19 of 161.


Header Page 20 of 161.

12

HOÀNG QUỐC LIÊN

TỔNG QUAN VỀ TỔNG ĐÀI VÀ MÁY
ĐIỆN THOẠI

 Gọi sai số
Nếu người gọi gọi nhầm một số mà nó không tồn tại thì bạn sẽ nhận được tín hiệu
xung có chu kỳ 1Hz và có tần số 200Hz–400Hz. Hoặc đối với các hệ thống điện thoại
ngày nay bạn sẽ nhận được thông báo rằng bạn gọi sai số.
 Tín hiệu đảo cực
Đảo cực

Hình 2-5: Dạng sóng tín hiệu đảo cực
Tín hiệu đảo cực chính là sự đảo cực tính của nguồn tại tổng đài, khi hai thuê bao
bắt đầu cuộc đàm thoại, một tín hiệu đảo cực sẽ xuất hiện. Khi đó hệ thống tính cước
của tổng đài sẽ bắt đầu thực hiện việc tính cước đàm thoại cho thuê bao gọi. Ở các
trạm công cộng có trang bị máy tính cước, khi cơ quan bưu điện sẽ cung cấp một tín
hiệu đảo cực cho trạm để thuận tiện cho việc tính cước.
2.1.5.

Trung kế

Trung kế là đường dây liên lạc giữa hai tổng đài. Trung kế được chia làm các loại
như sau:
Tổng Đài A

Tổng Đài B

Hình 2-6: Trung kế
 Trung kế CO-Line (Central Office Line)
Tổng Đài A

Tổng Đài B

Hình 2-7: Trung kế CO - line

Footer Page 20 of 161.


Header Page 21 of 161.

TỔNG QUAN VỀ TỔNG ĐÀI VÀ MÁY
ĐIỆN THOẠI

13

HOÀNG QUỐC LIÊN
o Kết nối hai dây cáp.

o Sử dụng đường dây thuê bao của tổng đài khác làm trung kế của tổng
đài mình.
o Có chức năng như máy điện thoại (nhận khung quay).

 Trung kế tự động 2 chiều E & M (Ear And Mouth Trunk).

E
Tổng Đài A

Tổng Đài B

M
Hình 2-8: Trung kế hai chiều
o Kết nối dây trên bốn dây Cable.
o Hai dây để thu tín hiệu thoại.
o Một dây để thu tín hiệu trao đổi.
o Một dây để phát tín hiệu trao đổi.
2.2.

Giới thiệu tổng quan về máy điện thoại

2.2.1.

Giới thiệu

Máy điện thoại là thiết bị đầu cuối của hệ thống điện thoại, nó được lắp đặt tại
đơn vị thuê bao để người gọi và người nhận có thể liên lạc được với nhau. Hiện nay
tuy có nhiều loại khác nhau nhưng nói chung máy điện thoại vẫn có ba phần chính:
 Phần chuyển đổi mạch điện:
Phần này gồm hệ thống lá mía tiếp điểm và có các cơ điện phụ có nhiệm vụ đóng
mở mạch điện khi có yêu cầu.

Footer Page 21 of 161.

Header Page 22 of 161.
HOÀNG QUỐC LIÊN

14

TỔNG QUAN VỀ TỔNG ĐÀI VÀ MÁY
ĐIỆN THOẠI

 Phần thu phát tín hiệu gọi:
Phần này gồm 2 phần chính: máy phát điện quay tay và chuông máy phát điện có
nhiệm vụ phát tín hiệu gọi lên đường dây và chuông có nhiệm vụ biến dòng tín hiệu
gọi thành tín hiệu gọi.
 Phần thu phát thoại:
Gồm ống nói và ống nghe, ống nói có nhiệm vụ biến đổi tín hiệu âm thanh thành
tín hiệu điện và ống nghe ngược lại biến đổi tín hiệu điện thành tín hiệu âm thanh. Cả
2 được lắp chung trong một bộ phận gọi là tổ hợp.
Bất cứ loại máy điện thoại nào về nguyên lý cũng phải thoã mãn các yêu cầu sau:
 Khi máy điện thoại không làm việc phải ở trạng thái sẵn sàng tiếp nhận cuộc
gọi.
 Khi thu phát tín hiệu gọi bộ phận thu phát tín hiệu gọi phải tách rời đường
dây điện thoại, lúc đó trên đường dây chỉ còn tín hiệu gọi.
 Khi thu phát tín hiệu đàm thoại bộ phận thu phát tín hiệu gọi lại tách ra khỏi
đường điện, lúc đó trên đường dây chỉ còn dòng tín hiệu thoại.
2.2.2.

Chức năng của máy điện thoại

Bất cứ máy điện thoại nào cũng phải hoàn thành các chức năng sau:
 Báo hiệu cho người sử dụng điện thoại biết hệ thống tổng đài đã sẵn sàng hay

chưa sẵn sàng tiếp cuộc gọi. Chức năng này thể hiện ở chỗ phải báo hiệu cho
người sử dụng điện thoại bằng âm hiệu mời quay số hay âm hiệu báo bận.
 Phải gởi được mã số thuê bao bị gọi vào tổng đài. Điều này được thực hiện
bằng cách quay số hay nhấn phím.
 Chỉ dẫn cho người sử dụng biết tình trạng diễn biến kết nối bằng các âm hiệu
hồi âm chuông hay báo bận.

Footer Page 22 of 161.


Header Page 23 of 161.
HOÀNG QUỐC LIÊN

15

TỔNG QUAN VỀ TỔNG ĐÀI VÀ MÁY
ĐIỆN THOẠI

 Báo hiệu cho người sử dụng biết thuê bao đang bị gọi thường là bằng tiếng
chuông.
 Chuyển đổi tiếng nói thành tín hiệu điện truyền đi đến đối phương và chuyển
đổi tín hiệu điện từ đối phương đến thành tiếng nói.
 Có khả năng báo cho tổng đài khi thuê bao nhấc máy.
 Chống tiếng gọi lại, tiếng keng, tiếng clic khi phát xung số.
Ngoài ra người ta còn chú ý đến tính năng tự động điều chỉnh mức âm thanh
nghe, nói. Tự động điều chỉnh nguồn nuôi, phối hợp trở kháng với đường dây. Ngoài
chức năng trên người ta còn chế tạo các máy điện thoại có khả năng sau:
 Gọi bằng số rút gọn.
 Nhớ số thuê bao đặc biệt.
 Gọi lại tự động: Khi gọi một thuê bao nào đó mà thuê bao này đang bận, ta có

thể đặt máy trong khi số thuê bao vừa được lưu trữ trong bộ nhớ máy điện
thoại. Sau đó ta nhấn một nút tương ứng, số điện thoại vừa gọi này được phát
đi, hoặc sau thời gian nào đó dù không nhấn nút gọi thì số điện thoại này cũng
tự động phát đi, khi thuê bao rảnh thì máy tự động reo chuông từ hai phía.
Tổng đài được nối với các thuê bao qua 2 đường truyền TIP và RING. Thông qua
2 đường dây này thông tin từ tổng đài qua các thuê bao được cấp bằng nguồn dòng từ
25 mA đến 40 mA đến cho máy điện thoại.
2.2.3.

Các thông số liên quan

 Tổng trở DC khi gác máy lớn hơn từ 20 KΩ.
 Tổng trở AC khi gác máy từ 4KΩ đến 10KΩ.
 Tổng trở DC khi nhấc máy khoảng 300Ω.
 Tổng trở AC khi nhấc máy khoảng 600Ω.
 Các thông số giới hạn của mạch thuê bao cơ bản.

Footer Page 23 of 161.


Header Page 24 of 161.

16

HOÀNG QUỐC LIÊN

TỔNG QUAN VỀ TỔNG ĐÀI VÀ MÁY
ĐIỆN THOẠI

Bảng 2-1: Bảng các thông số của mạch thuê bao điện thoại

Thông số

Các giá trị mẫu

Giá trị sử dụng

Dòng điện làm việc

20 – 80 mA

20 đến 120 mA

Nguồn tổng đài

48 đến 60 V

47 đến 109 V

Điện trở vòng

0 đến 1300 Ohm

0 đến 1600 Ohm

Suy hao

8dB

17 dB

Méo dạng

Tổng cộng 50dB

Dòng chuông

90 Vrms / 20 Hz

75 đến 90 Vrms / 16 đến – 25 Hz

Thanh áp ống nối

70 đến 90 dB

<15 Db

Nguồn dòng điện thoại

25 mA đến 40 mA

35 mA

Tổng đài nhận biết trạng thái nhấc máy của thuê bao hay gác máy bằng cách sử
dụng nguồn một chiều 48VDC.
Khi gác máy tổng trở DC bằng 20KΩ rất lớn xem như hở mạch.
Khi nhấc máy tổng trở DC giảm xuống nhỏ hơn 1KΩ và hai tổng đài nhận biết
trạng thái này thông qua dòng DC xuất hiện trên đường dây. Sau đó, tổng đài cấp tín
hiệu mời gọi lên đường dây đến thuê bao.
Dòng điện cấp chuông: Tổng đài cấp dòng chuông cho thuê bao bị gọi, dòng
chuông tổng đài cấp là dòng điện xoay chiều hình sin hoặc xung có tần số f = 25Hz, có

áp từ 75VRMS đến 110VRMS.
2.2.4.

Nguyên lý thông tin điện thoại

Thông tin điện thoại là quá trình truyền đưa tiếng nói từ nơi này đến nơi khác,
bằng dòng điện qua máy điện thoại. Máy điện thoại là thiết bị đầu cuối của mạng
thông tin điện thoại.
Khi ta nói trước ống nói của máy điện thoại, dao động âm thanh của tiếng nói sẽ
tác động vào màng rung của ống nói làm cho ống nói thay đổi, xuất hiện dòng điện
biến đổi tương ứng trong mạch. Dòng điện biến đổi này được truyền qua đường dây
tới ống nghe của máy đối phương, làm cho màng rung của ống nghe dao động, lớp

Footer Page 24 of 161.


Header Page 25 of 161.
HOÀNG QUỐC LIÊN

17

TỔNG QUAN VỀ TỔNG ĐÀI VÀ MÁY
ĐIỆN THOẠI

không khí trước màng rung dao động theo, phát ra âm thanh tác động đến tai người
nghe và quá trình truyền dẫn ngược lại cũng tương tự.
2.2.5.

Quay số

Người gọi thông báo số mình muốn gọi cho tổng đài biết bằng cách gởi số máy
điện thoại của mình muốn gọi đến cho tổng đài. Có hai cách gởi số đến tổng đài:
 Quay số bằng xung (Pulse – Dialing): Được thực hiện bằng cách thay đổi
tổng trở DC của mạch thuê bao tạo nên xung dòng với số xung tương đương
với số muốn quay.
Các số quay của thuê bao được truyền đến tổng đài bằng cách ngắt dòng
đường dây theo tỉ số thời gian qui định tạo thành chuỗi xung quay số. Số quay
số là là xung trên đường dây nên phương pháp này được gọi là phương pháp
quay số bằng xung thập phân.
 Quay số bằng Tone (Tone – Dialing): Máy điện thoại phát ra cùng lúc hai tín
hiệu với tần số dao động khác nhau tương ứng với số muốn quay (DTMF:
Dual Tone Multi Frequence). Khi sử dụng DTMF để quay số, các cặp tần số
DTMF như sau:
Bảng 2-2: Phân loại tần số tín hiệu Tone
Phím Tần số thấp (Hz) Tần số cao (Hz)
1
942
1209
2
942
1336
3
942
1477
4
942
1209
5
942
1336

6
942
1477
7
942
1209
8
942
1336
9
942
1477
*
942
1209
0
942
1336
#
942
1477
Sự quay số bằng phương pháp DTMF có thể nhanh gấp 10 lần so với phương
pháp quay số bằng xung thập phân.

Footer Page 25 of 161.