Устройство для дистанционного переключения потоков E1

Главная

Акустика

Аудио

Статьи и заметки

Фотогалерея

Гостевая

Ссылки

Обо мне

Напишите мне

Статьи и заметки → Устройство для дистанционного переключения потоков E1

Благодаря устройству, описанному здесь, я защитил на отлично свой выпускной диплом, был приглашен работать в филиал ОАО "Связьтранснефть", выйграл конкурс молодых специалистов по филиалу, впервые посетил столицу России - Москву и там занял первое место среди молодых специалистов ОАО "Связьтранснефть". За что был награжден не только премией и памятным кубком, но и поездкой в Швейцарию как член научно-технического семинара. Помимо поездки в Швейцарию, посетил г.Самара как участник 2 этапа 1 тура конкурса молодых специалистов по "АК "Транснефть".
Далее приведу некоторые выдержки из моей пояснительной записки, представленной на конкурс молодых специалистов. Они дают общее понятие о разработанном устройстве.

• Общее описание

Интерфейс коммутируемых трактов. По кабельным линиям связи передаются первичные цифровые потоки E1 согласно интерфейсу по рекомендации МСЭ-Т G.703 "Физические и электрические характеристики интерфейсов цифровой иерархии" [1]. Основные физические и электрические характеристики интерфейса, регламентируемые рекомендацией G.703:

• Схема взаимодействия аппаратуры.
• Скорость передачи и частота синхронизирующего сигнала.
• Тип кода и алгоритм его формирования.
• Форма (маска) импульса и соответствующие поля допуска.
• Тип используемой кабельной пары для каждого направления передачи.
• Волновое сопротивление линий.
• Максимальное напряжение импульса, уровень сигнала в паузе, длительность импульса.

В многих организациях чаще всего используется сонаправленный интерфейс G.703 на основе симметричного кабеля со скоростью передачи данных 2048 кбит/с. В следующей таблице приведены основные параметры интерфейса, а на рисунке ниже представлена маска импульса на стыке 2048 кбит/с.

Маска импульса на стыке 2048 кбит/с.

Интерфейс каналов управления. Существующими каналами связи, которые могут быть использованы в качестве каналов управления, в филиале ОАО «Связьтранснефть» Сибирское ПТУС являются - каналы тональной частоты (каналы ТЧ) и абонентские телефонные линии (ТЛ).
Канал ТЧ является единицей измерения емкости систем передачи и используется для передачи телефонных сигналов (импульсный и тоновый набор), а также сигналов данных, факсимильной и телеграфной связи [2]. Такой канал включает в себя двухпроводное окончание и четырехпроводный тракт. Для перехода с четырехпроводного тракта к двухпроводному окончанию служит дифсистема (ДС). Основные характеристики канала ТЧ, нормируемые рекомендациями МСЭ-Т серии М:

Абонентские телефонные линии удобно использовать для управления несколькими УДПЦП, например, с круглосуточно обслуживаемого узла связи. Действительно, удобно управлять несколькими УДПЦП, например, с помощью цифрового телефонного аппарата – набираем номер, к которому «подключено» нужное нам УДПЦП, и получаем к нему доступ. Таким образом, обеспечивается доступ «точка - многоточка».

Управляющие сигналы УДПЦП. Чтобы обратиться к требующемуся каналу УДПЦП и скоммутировать одно направление на другое, необходимо передать устройству соответствующую команду. Команда может представлять собой, например, набор цифр, которые легко передать по цифровым каналам. В нашем же случае доступные каналы управления являются аналоговыми, поэтому самый простой вариант кодирования команд, широко используемый для каналов ТЧ и телефонных линий связи, – это двухтональный многочастотный сигнал или DTMF код.
Аббревиатура DTMF означает Dual Tone Multi Frequency (двухтональная мультичастотная посылка) и представляет собой метод представления цифр различными частотами с целью передачи их по аналоговым линиям связи [4].

Методы переключения трактов потоков E1. Трудность в переключении трактов потоков E1 заключается в том, что волновое сопротивление кабельных линий нормировано. Устройства приема и передачи согласованы с этими линиями, благодаря чему обеспечивается наиболее выгодный режим работы канала передачи. При рассогласовании линии с приемником и передатчиком возникают потери, поэтому форма импульсов сигнала искажается, что может привести к потери информации. Включая в линию какие-либо коммутирующие элементы, мы вносим в нее неоднородность, обусловленную не нулевым сопротивлением контактов коммутирующего элемента и его паразитной емкостью. Таким образом, выбор коммутирующего элемента является важнейшим этапом разработки устройства дистанционного переключения трактов потоков E1.
Исследовав различные материалы, я смог выделить два основных метода переключения кабельных линий, предназначенных для передачи первичных цифровых потоков:

• коммутирование линий посредством переключателей с малым сопротивлением контактов (тумблеры, движковые переключатели, электромагнитные реле);
• коммутирование линий посредством интегральных матриц аналоговых переключателей с дальнейшей регенерацией импульсов сигнала.

1) Первый метод предельно прост – можно поставить практически любой переключатель или реле и осуществлять коммутацию линий. Сопротивление и емкость замкнутых контактов таких элементов невелико (емкость - единицы пикофарад, а сопротивление не более 0.1-0.3 Ом) значит, вся линия будет согласована и потерь в ней не будет.
Поскольку устройство является электронным, то переключать потоки возможно электромагнитными реле, которые управляются электронными ключами. Но даже маломощные (предназначенные для сигнальных цепей) электромагнитные реле имеют довольно большие габариты и значительный потребляемый ток. Если бы таких коммутирующих элементов было не много, то с этими недостатками можно мириться. Но у нас другой случай, ведь для коммутации 3-х направлений (два варианта схем резервирования) одного потока между собой требуется 6 коммутирующих элементов (см.рисунок ниже). Эти элементы должны иметь две пары контактов, так как используемые линии симметричные и представляют собой линию "прием" (RX) и "передача" (TX).
При соединении между собой двух из трех направлений, оставшееся получается отсоединенным от аппаратуры приема и передачи соответствующего направления. При этом аппаратура приема и передачи данных будет выдавать ошибку. Чтобы не возникало таких ситуаций необходимо замыкать отсоединенную линию саму на себя – ставить шлейф. Для двух вариантов схем резервирования необходимо три направления для каждого потока, поэтому отсоединенных направлений может быть только три и на каждую из них при соответствующей комбинации надо ставить шлейф. Получается, что для коммутации 3-х направлений между собой и замыкании самого на себя одного из них необходимо 9 коммутирующих элементов – матрица размером 3х3. Именно такая коммутирующая матрица представлена на следующем рисунке – по горизонтали линии "прием" (RX), по вертикали линии "передача" (TX).

Матрица коммутирующих элементов для переключения трех направлений потока E1 между собой.

В роли шлейфов выступают ключи SA3,SA5,SA7 соответственно для направлений 0,1,2. Если нам нужно соединить, например, направление 0 (Н0) с направлением 1 (Н1), то необходимо включить следующие элементы: SA6 - цепь TX-RX, SA2 - цепь RX-TX, SA7 – шлейф на направление 2 (Н2). То есть при каждой комбинации (Н0–Н1, Н0–Н2, Н1–Н2) должно быть включено по три коммутирующих элемента. Если в качестве их использовать реле с управляющей обмоткой на 48 В (стандартный номинал напряжения питания станционных источников), которая потребляет примерно 10 мА, то суммарная потребляемая мощность составит 1.44 Вт.
2) Второй метод более сложен. Здесь в качестве коммутирующих элементов применяются аналоговые переключатели, которые являются частью интегральных матриц. Матрицы могут иметь довольно большие размеры (до 50х50), благодаря чему возможно создание коммутаторов на большое число направлений. Сами аналоговые переключатели представляют собой каналы полевых транзисторов. Как известно полевые транзисторы управляются напряжением и их затворы практически не потребляют ток (единицы и десятки пА), поэтому такие интегральные аналоговые переключатели имеют малое энергопотребление. В связи же с миниатюризацией интегральных схем каналы полевых транзисторов имеют малую толщину, а значит большое сопротивление. На практике оно составляет примерно 20-90 Ом. Такая неоднородность приводит к полному рассогласованию линии с приемником и передатчиком. В результате возникают потери и форма импульсов сигнала непременно искажается, что приводит к потери информации.
Для восстановления формы импульсов сигнала необходимы дополнительные меры – восстановители формы импульсов (регенераторы). В простейшем случае они представляют собой триггеры, которые имеют на выходе нормированные по длительности импульсы, соответствующие входным, но с восстановленной (близкой к прямоугольной) формой. Регенераторы требуют дополнительного энергопотребления и материальных затрат. Несмотря на некоторые недостатки, этот метод обладает рядом достоинств: неискаженная форма импульсов цифрового сигнала, возможность создания коммутаторов на большое количество направлений.
Альтернативным методом переключения кабельных линий является использование в качестве коммутирующих элементов маломощных оптоэлектронных МОП-реле. В этих реле ключами являются МОП-транзисторы разной проводимости, поэтому они могут пропускать переменный сигнал. Такие оптореле обладают достоинствами и первого, и второго методов переключения кабельных линий потоков E1: за счет более толстых каналов МОП-транзисторов имеют малое сопротивление при "замкнутых" контактах (в зависимости от типа 2-7 Ом), малое энергопотребление (для сдвоенного реле – 0.012 Вт) и малые габариты.

Разработка электрической структурной схемы УДПЦП. Как правило, кабельные линии цифровой системы передачи на основе ИКМ-62ВК состоят из четырех потоков E1, поэтому УДПЦП должно коммутировать не менее 4-х потоков E1. Поскольку устройство является гибким и предусматривает раздельное управление трактами, то для большей целесообразности разработки следует довести количество коммутируемых трактов до восьми. На основании всего вышесказанного можем изобразить электрическую структурную схему УДПЦП:

Электрическая структурная схема УДПЦП.

Поясним назначение составляющих структурной схемы УДПЦП:
Схема переключения каналов управления работает от линии сигнализации RON резервного канала ТЧ – при наличии на линии RON лог.0 отключается основной канал управления и подключается резервный.
Схема приема звонка эмулирует режим работы обычного телефонного аппарата. Она принимает входящий вызов, сообщая об этом решающему устройство. При поступлении 2-3 вызовов принимается решение, что следует "поднять трубку". В этом случае устройство управления выдает сигнал, по которому схема приема звонка создает в телефонной линии условие, соответствующее "поднятой трубке" обычного телефонного аппарата.
DTMF декодер распознает команду, закодированную двухтональным сигналом, который передается по каналам управления. При распознавании двухтональной посылки декодируется команда и в виде бинарного 4-х разрядного кода передается в решающее устройство.
Решающее устройство выполняет алгоритм соответствующий принятой команде с DTMF декодера. Решение выдается на устройство управление.
Устройство управления управляет работой схемы приема звонка, кросс-блоками №№0-7, а также формирует сигналы подтверждения при приеме правильной команды и посылает их в каналы управления.

Выбор элементной базы устройства. Итак, для возможности переключения 3-х направлений одного потока между собой необходимо 9 коммутирующих элементов. Именно столько переключателей будет размещено на одном кросс-блоке. Для их управления можно применить дешифратор с входом для разрешения передачи данных в него или регистр с входом для срабатывания выходной схемы-защелки (latch circuit).
Не буду описывать как и до чего я дошел в выборе управляющего элемента - это все можно прочитать в самой пояснительной записке. Скажу, что выбрал 8 битный сдвиговый регистр 74HC595 [5] и оптореле - КР293КП3А [6].
В блоке управления применил DTMF декодер MT8870 [7] и микроконтроллер ATmega8 [8]. Для согласования каналов ТЧ с DTMF приемником по сопротивлению и для гальванической развязки УДПЦП с управляющими каналами применил аналоговые согласующие трансформаторы типа ТРС-2-1 [9].

Разработка электрической принципиальной схемы кросс-блока УДПЦП. Регистр (74HC595) последовательного типа управляется по стандартной последовательно-параллельной шине SPI (serial-parallel interface). Электрическая принципиальная схема кросс-блока представлена на следующем рисунке:

Электрическая принципиальная схема кросс-блока.

Для подключения линий потоков E1 используются стандартные разъемы типа TJ8P8C (XS2-XS4). Разъем XS1 служит для подключения кросс-блока к основному блоку управления.
Для управления оптореле DA7 используется схема И, состоящая из выходов Q0, Q4 регистра и транзистора VT1. Транзистор VT1 работает в ключевом режиме, при появлении лог.1 на выходе Q0 он открывается и подсоединяет катоды светодиодов оптореле к минусу источника питания. При этом с появлением лог.1 на выходе Q4 оптореле срабатывает, так как на аноды его светодиодов подается плюс напряжения питания.
Чтобы соединить одно направление с другим или поставить шлейф, надо записать в регистр соответствующую последовательность – цифровое слово. Определим как выглядит слово, соответствующее данному режиму, и какого его значение в шестнадцатиричной (HEX) форме с помощью следующей таблицы:

Таблица истинности регистра.

В первом столбце таблицы указан режим работы кросс-блока, например, Н0-Н1 означает, что эти направления соединены. Последний столбец определяет значение слова в HEX форме. Остальные столбцы разбиты на 2 широких (тетрады) и один узкий. Узкий соответствует реле, управляемым схемой И, а широкие остальным. Выделенные тетрады помогают определить значение слова в HEX форме.
В качестве примера, скоммутируем направление 1 с направлением 2. По схеме кросс-блока вычисляем какие реле должны быть включены для этого режима – реле DA2 (TX-RX), DA4 (RX-TX) и DA9 (шлейф на Н0). В таблицу под номерами этих реле для соответствующего режима ставим единицы, остальные ячейки заполняем нулями. Получившуюся двоичную комбинацию (без учета реле 7) переводим в шестнадцатиричный вид – 8C. Именно такое слово необходимо записать в регистр, чтобы соединить направление 1 с направлением 2.

Разработка электрической принципиальной схемы блока управления УДПЦП.
Входная часть блока управления. Схема включения DTMF приемника повторяет типовую [7] за исключением некоторых моментов. Поскольку режим энергосбережения для нас не важен, то вывод PDWN соединен с общим проводом. То же относиться к выводу INH, поскольку для управления УДПЦП не помешают дополнительные коды в виде букв A, B, C, D. Что касается остальных элементов, относящихся к декодеру, изменения коснулся только резистор R1 – он заменен на подстроечный резистор с тем же номиналом. Это позволит оперативно изменить коэффициент усиления каскада на ОУ, тем самым подстроить уровень входного напряжения фильтров микросхемы до номинального.
Для согласования с каналами ТЧ декодер подключается к ним через трансформатор ТРС-2-1. Для резервирования каналов используются реле постоянного тока WJ104-2C-24VDC [10], отключающие своими контактами основной и подключающие резервный канал. Схема входной части блока управления представлена ниже:

Схема входной части блока управления УДПЦП.

На разъем XS1 подается питание -48В. XS2 – разъем основного канала ТЧ, а XS3 – разъем резервного канала ТЧ. PS1 – импульсный преобразователь (DC-DC) питания FDD03–05S3P [11].
Схема, состоящая из R1-R3, DA1 и VT1, по появлению лог.0 на входе RON разъема XS3 включает реле K1 и K2. Тем самым производится резервирование канала управления – от УДПЦП отключается основной канал управления и подключается резервный.
Для удобства дистанционного управления, при передаче правильной команды и ее успешном приеме УДПЦП, необходимо для оператора выдавать какой-нибудь сигнал подтверждения. Так как устройство управляется обычным телефонным аппаратом, то логично предположить, что сигнал подтверждения должен быть звуковой. Программно-аппаратным способом сформировать такие сигналы довольно просто – микроконтроллер, при приеме команды, генерирует прямоугольные импульсы определенной длительности на одном из своих портов, а ФНЧ, подключенный к нему, будет сглаживать эти импульсы.
Для согласования импедансов каналов управления и порта МК применяется согласующий трансформатор (см.рисунок выше) - это TV2. Резистор R7 и резистор R5 совместно с импедансом первичной обмотки трансформатора TV2 образуют делитель, снижающий уровень генерируемого в линию TX сигнала до -13 дБм. Цепь R7,C2 представляет собой фильтр низких частот, сглаживающий прямоугольные импульсы, а конденсатор С3 является разделительным.
Микроконтроллерная часть блока управления. Микроконтроллер работает без внешних источников тактирования – его внутренний осциллятор запрограммирован на частоту генерации 1 МГц. Все порты ввода-вывода, кроме PC6 и PB3-PB5, равнозначны. PC6 – линия для сброса МК и его программирования, поэтому к ней ничего не подключено. PB3-PB5 – порты ввода-вывода, которые по совместительству являются линиями программирования (соответственно, MOSI, MISO, SCK) МК - к ним нельзя подключать низкоомные нагрузки. Аппаратные возможности МК не задействованы, поэтому периферия подключена так, чтобы было удобно сделать плату и запрограммировать МК. Ниже представлена схема микроконтроллерной части блока управления:

Схема микроконтроллерной части блока управления УДПЦП.

В этой схеме XS4 – вилка SPI-интерфейса для внутрисхемного программирования МК. XS5-XS12 – вилки для подключения плат кросс-блоков №№0-7, соответственно. Светодиод HL1 служит индикатором наличия питания УДПЦП. Резистор R8 подтягивает вывод PC6 (RESET) МК к плюсу, а резисторы R10, R11 - выводы PC0 (CLK), PC1 (SDI) МК к минусу истоника питания. Благодаря им обеспечивается помехоустойчивость устройства в целом - при повышенном уровне помех МК не будет ложно сбрасываться, а в регистры кросс-блоков не будут записываться ложные данные.
Схема приема звонка блока управления. Сигнал вызова абонента (звонок телефона) в телефонной линии (ТЛ) представляет собой синусоидальный сигнал с частотой 12…25 Гц, который имеет длительность 2 с и повторяется через каждые 4 с. Напряжение в ТЛ при этом может достигать 150…200 В и иметь характер помехи. Поэтому схема приема звонка гальванически развязана с остальной частью УДПЦП с помощью оптопар DA1-DA3, которые управляют схемой имитации телефонного аппарата.

Схема приема звонка блока управления УДПЦП.

В режиме ожидания звонка шлейф, состоящий из TV1, VD2-VD5, VT1, VD6, "разорван" закрытым транзистором VT1. Во время "поднятия трубки" транзистор VT1 открывается, шлейф замыкается, подсоединяя к телефонной линии нагрузку (VD6), имеющую сопротивление 450…800 Ом. При этом напряжение в ТЛ снижается до номинальных 10…15 В.
Транзистор VT1 управляется оптопарой DA2, которая в свою очередь управляется МК (линия "Захват"). Гальваническая развязка ТЛ с DTMF декодером осуществляется при помощи аналогового трансформатора TV1.
Элементы R1, C1, VD1, DA1, R3, C2 предназначены для сигнализации микроконтроллеру о вызове "абонента". Линия "Вызов", идущая к порту PD5 МК, подключена к плюсу источника питания внутренним резистором (номинал 50…100 кОм) микроконтроллера. При срабатывании оптопары DA1 на входе порта PD5 за место лог.1 появляется лог.0 - так микроконтроллер распознает, что с ТЛ поступил вызов. Элементы C3, R2 представляют собой ФНЧ, который сглаживает вызывное напряжение частотой 12…25 Гц до одиночного импульса, длительностью 2 с.
Элементы R6, R7, C3, DA3 предназначены для генерации в ТЛ сигналов подтверждения принятой команды. При поступлении с порта PD6 (линия "Сигнал") прямоугольных импульсов, транзистор оптопары DA3 открывается-закрывается в такт с поступающими импульсами. В результате на его коллекторе формируются такие же прямоугольные импульсы амплитудой 6.9 В. Конденсатором C3 отсекается их постоянная составляющая, они сглаживаются и имеют амплитуду около 3.45 В. Таким образом, происходит амплитудная модуляция постоянного напряжения ТЛ и в ней слышны звуковые сигналы.
Полная электрическая принципиальная схема блока управления УДПЦП приведена на рисунке ниже. На ней выделены: интерфейсная и микроконтроллерная части блока управления.

Полная электрическая принципиальная схема блока управления УДПЦП.

Конструкция устройства. Рассматривая структурную схему УДПЦП, можно выделить в ней два основных блока - блок управления и кросс-блок (один из восьми одинаковых). Блок управления состоит из схемы переключения каналов управления, DTMF декодера, решающего устройства, устройства управления и схемы приема звонка. К этому блоку может подключаться до 8 блоков (кросс-блоки) коммутации трактов потоков E1. Такая организация, благодаря установки от 1 до 8 кросс-блоков, обеспечивает хорошее соотношение цена/количество коммутируемых каналов. В связи с этим конструкция УДПЦП выполнена в виде блоков.
Блок управления представляет собой плату, к которой подключаются кросс-блоки – подобие материнской платы ЭВМ. А сами кросс-блоки имеют вид компактных плат с возможностью их оперативной установки для увеличения количества портов (коммутируемых потоков E1). Эскиз конструкции УДПЦП представлен на следующем рисунке:

Конструкция УДПЦП.

В конечном итоге для создания функционально законченного устройства был применен корпус G758 фирмы Gainta. Его технические данные можно посмотреть здесь.

Лабораторные испытания. Из-за применения в качестве коммутирующих элементов оптореле с ключами на основе МОП-транзисторов есть вероятность ухудшения параметров (амплитуда, время нарастания, спада импульса) высокочастотного сигнала на стыке 2048 кбит/с. Поэтому лабораторные испытания коснулись кросс-блока, поскольку его характеристики, связанные c непосредственной коммутацией трактов потоков E1, являются наиболее важными для передачи данных.
Для анализа линейных импульсов 2048 кбит/с сигнала, прошедшего через цепи кросс-блока использовался тестер потоков E1 и передачи данных Acterna ETD-135. При измерении амплитуды импульсов был задействован портативный анализатор 2 Мбит/с ИКМ потоков Беркут-E1, который служил генератором импульсов 2048 кбит/с сигнала.
Результаты испытаний кросс-блока приведены в таблице ниже. Также приведена фотография прибора ETD-135 в режиме анализа линейных импульсов 2,048 Мбит/с сигнала.

Результаты испытаний кросс-блока УДПЦП с помощью прибора ETD-135.

На фотографии видно, что импульсы по длительности соответствуют тестовым и не выходят за рамки маски - это значит, что цепи кросс-блока являются практически линейными для 2048 кбит/с сигнала и не искажают его.

Алгоритм работы и программа управления УДПЦП. Алгоритм работы устройства дистанционного переключения цифровых потоков, практически целиком повторяет алгоритм его управляющей программы, представленной на следующем рисунке:

Алгоритм управляющей программы УДПЦП.

Расскажем подробнее алгоритм управления устройством с помощью электронного телефонного аппарата, подключенного через АТС к каналам ТЧ и ТЛ.

Управление по основному каналу ТЧ:
1. Нажимаем цифру (0…7), соответствующую номеру потока, направление которого следует изменить.
2. Нажимаем цифру (0…2), соответствующую номеру направления откуда берем поток E1.
3. Нажимаем цифру (0…2), соответствующую номеру направления куда требуется направить поток E1.
4. Нажимаем кнопку «*» для подтверждения набранной команды (звучит сигнал подтверждения) или кнопку «#» - для сброса введенной команды (звучит сигнал сброса).

После каждого нажатия кнопок, соответствующих номерам потоков или направлений, звучит сигнал подтверждения принятой команды.

Управление по резервному каналу ТЧ:
• Последовательность управления по резервному каналу ТЧ полностью повторяет последовательность управления по основному каналу ТЧ с той лишь разницей, что требуется подать на вход TRON канала сигнализации резервного канала ТЧ лог.0. Тогда на выходе RON (см.схему блока управления УДПЦП) канала сигнализации резервного канала ТЧ (разъем XS3) будет также лог.0, который включит реле K1, K2. Это приведет к отключению основного и подключению резервного канала ТЧ к УДПЦП.

Управление по абонентским телефонным линиям:
1. Набираем номер абонентского телефонного окончания, к которому подключено УДПЦП. После трех гудков, УДПЦП подключится к ТЛ и выдаст сигнал приглашения для ввода пароля доступа.
2. Вводим пароль, состоящий из четырех цифр.
3. Нажимаем кнопку «*» для подтверждения набранного пароля (звучит сигнал подтверждения) или кнопку «#» - для сброса введенных цифр (звучит сигнал сброса). Если пароль не верный, то УДПЦП выдает сигнал прощания и отключается от линии.
4. После подтверждения доступа к управлению УДПЦП следуют действия 1-4 из случая управления по основному каналу ТЧ.
5. В конце сессии управления УДПЦП необходимо нажать кнопку 9. По этой команде УДПЦП отключится от линии.

Исходный текст программы приведен ниже. Это "голая" программа. В процессе разработки к свободным портам МК (PC2-PC5) был подключен регистр сдвига (pin 11 "CLK" к порту PC0, pin 12 "LCH" к порту PC2, pin 14 "SDI" к порту PC1), который управлял сегментным индикатором, и 3 светодиода (программа версии 5.1). Светодиоды отображали состояние устройства:

• Все три мигают - вызов устройства по ТЛ, либо подтверждение ввода пароля доступа.
• Светится первый (HL1) - введенные данные соответствуют № потока.
• Светится второй (HL2) - введенные данные соответствуют № первого направления.
• Светится третий (HL3) - введенные данные соответствуют № второго направления.

//Программа управления переключателем потоков E1 версия 5.2
//Makefile: Name=test, MCU=atmega8, Level=2, Debug=VMLab
//Фьюзы: SUT0=CKSEL3=CKSEL2=CKSEL1="0"

#include <avr/io.h>
#include <util/delay.h>
#define F_CPU 1000000UL
#define DS0		PD4		//Сигнал дешифрации
#define CALL		PD5		//Порт вызова
#define BEEP		PD6		//Порт сигнала
#define HOCK		PD7		//Порт захвата
#define HIGH		1		//Тон высокой частоты
#define MID		2		//Тон средней частоты
#define LOW		3		//Тон низкой частоты
unsigned char p,v1,v2;		//Переменные
unsigned char x[4] = {2,5,8,0};	//Код пароля
extern void SPI8MSB(unsigned char bw);

//Функция задержки времени
void pause(unsigned int x)
{ unsigned int a;
  for (a=x; a > 0; a--);
}

//Функция генерации тонов
void sound(unsigned char ton)
{ unsigned int a,time;
  if(ton == 1) {time=50; a=1200;}	//Полупериод для 3330Гц
  else
  { if(ton == 2) {time=150; a=200;}	//Полупериод для 1110Гц
    else {time=450; a=500;}		//Полупериод для  370Гц
  }
  for(a=a; a>0; a--)
  { PORTD |= _BV(BEEP);		//Лог.1 на порте BEEP
    _delay_loop_1(time);		//Задержка (полупериод)
    PORTD &= ~_BV(BEEP);		//Лог.0 на порте BEEP
    _delay_loop_1(time);		//Задержка (полупериод)
  }
  return;
}

//Функция записи слова в регистр потока p
void control(void)
{ if((v1==0 && v2==1) || (v1==1 && v2==0)) {SPI8MSB(0x62); sound(HIGH);}
  else
  { if((v1==0 && v2==2) || (v1==2 && v2==0)) {SPI8MSB(0x11); sound(HIGH);}
    else
    { if((v1==1 && v2==2) || (v1==2 && v2==1)) {SPI8MSB(0x8C); sound(HIGH);}
      else {SPI8MSB(0x54); sound(LOW);}
    }
  }
  PORTB |= (1 << p);	//LATCH(p)=1
  PORTB &= ~(1 << p);	//LATCH(p)=0
  return;
}

//Функция начальной инициализации
void init_main(void)
{ DDRB=0xFF;			//Порты B - выходы
  PORTB=0x00;			//с лог.0
  DDRC=0x3F;			//Порты C - входы| PC0-PC5 - выходы
  PORTC=0xC0;			//с резисторами  | с лог.0
  DDRD=0xC0;			//Порты D - входы| PD5 - вход с резистором,
  PORTD=0x20;			//без резисторов | PD6,PD7 - выходы с лог.0
  SPI8MSB(0x54);		//Включение шлейфов на D0,D1,D2
  for(p=7; p > 0; p--)
  { PORTB |= (1 << p);	//LATCH(p)=1
    PORTB &= ~(1 << p);	//LATCH(p)=0
  }
  sound(HIGH);
}

//Основная программа
int main(void)
{ init_main();
  unsigned char a;
  unsigned long time=0L;
  unsigned char data=0,parol=0;
  unsigned char bell=0,count=0;
  unsigned char result=0,command=1;
  while(1)
  { if(bit_is_set(PIND, DS0))			//Дешифрация DTMF кода
    { data = PIND & 0x0F;
      if(data == 10) data=0;
      if(data < 10)					//Набор цифр пароля
      { if(data != x[++parol-1]) result=result+1;	//Если есть ошибки, то result>0
	else result=result+0;				//Иначе result=0
	pause(60000); sound(MID);			//Сигнал приема кода
      }
      if(data == 11)					//Команда подтверждения
      { if(parol == 4 && result == 0)		//Если набрано 4 правильных цифры
	{ pause(60000); sound(HIGH);			//то выдаем сигнал подтверждения
	  pause(60000); sound(HIGH);			
	  parol=0; time=0L; command=1;		//Переходим в подцикл приема команд
	}														
	else						//Иначе выдаем
	{ pause(60000); sound(LOW);			//сигнал ошибки,
	  pause(60000); sound(LOW);			//"ложим" трубку и
	  PORTD &= ~_BV(HOCK);			//переходим в подцикл
	  parol=0; result=0; command=1;		//приема команд
	}
      }
      if(data == 12)					//Команда сброса введенных цифр
      { pause(60000); sound(LOW); sound(HIGH);	//Сигнал сброса
	parol=0; result=0;				//Обнуление переменных
      }
    }
    while(command == 1)				//Подцикл приема команд
    { if(bit_is_set(PIND, HOCK))			//Таймер времени простоя
      { if(++time>150000L)				//Если больше 60 секунд
        { for(a=3; a>0; a--) pause(60000);		//То делаем паузу
          sound(HIGH); pause(60000); sound(HIGH);	//Сигнал сброса
          PORTD &= ~_BV(HOCK);			//"Ложим" трубку
        }
      }
      if(bit_is_clear(PIND, CALL))			//Сигнал вызова
      { if(++bell>10)					//Подсчет вызовов
        { PORTD |= _BV(HOCK);			//Захват звонка
          for(a=3; a>0; a--) pause(60000);		//Пауза
          sound(HIGH); pause(60000); sound(HIGH);	//Сигнал подтверждения
          bell=0; command=0;				//Выход из подцикла приема команд
        }
      }
      if(bit_is_set(PIND, DS0))			//Дешифрация DTMF кода
      { time = 0L;					//Сброс таймера времени
        data = PIND & 0x0F;
        if(data == 10) data=0;
        if(data == 9 && bit_is_set(PIND, HOCK))	//Команда "положить" трубку
        { for(a=3; a>0; a--) pause(60000);		//Пауза
          sound(HIGH); pause(60000); sound(HIGH);	//Сигнал подтверждения
          PORTD &= ~_BV(HOCK);			//"Ложим" трубку
        }
        if(data == 11)				//Команда подтверждения
        { control();					//Обращение к функции control
          count=0;					//Обнуление переменных
        }
        if(data == 12)				//Команда сброса введенных цифр
        { pause(60000); sound(LOW); sound(HIGH);	//Сигнал сброса
          count=0;					//Обнуление переменных
        }
        if(data < 8)					//Набор цифр команды
        { if(++count>3) count=0;			//Счетчик принятых цифр
          pause(60000); sound(MID);			//Сигнал приема кода
        }
      }
      if(count == 0) {p=v1=v2=0;}			//Обнуление всех переменных
      if(count == 1) {p=data;}			//Введенная цифра - это № потока
      if(count == 2) {v1=data;}			//Введенная цифра - это № первого направления
      if(count == 3) {v2=data;}			//Введенная цифра - это № второго направления
    }
  }
}//1252 bytes (15.3% Full) + 7 bytes (0.7% Full)

Для непосредственного управления кросс-блоками программа использует функцию control. Также в программе используются вспомогательные функции для создания программных задержек (pause), генерации прямоугольных импульсов (sound) и начальной инициализации МК (init_main).
Программа для микроконтроллера ATmega8 написана на языке С в пакете WinAVR, в состав которого входит свободно распространяемый компилятор AVR-GCC. При ее написании были использованы материалы [13-15]. Фьюзы МК установлены в соответствии с режимами: внутренний RC генератор, частота 1 МГц (CKSEL3=CKSEL2=CKSEL1="0"), детектор пониженного напряжения включен (BODEN=BODLEVEL="0").

Заключение. В результате данной работы проанализированы методы переключения четырехпроводных линий потоков E1, выбран метод управления устройством дистанционного переключения трактов. Проанализирована и выбрана элементная база, позволяющая гибко изменять алгоритм управления устройством. Для коммутации линий потоков E1 выбраны доступные, малогабаритные и малопотребляющие МОП-реле. В итоге разработаны структурная, электрическая принципиальная схемы, платы, конструкция и программа управления УДПЦП.
Конструкция устройства, имея блочную структуру, позволяет обеспечить хорошее соотношение цена/количество коммутируемых потоков, благодаря установки от 1 до 8 кросс-блоков. Управляющая программа для микроконтроллера ATmega8, позволяет простым удобным способом независимо друг от друга переключать 8 потоков E1 по трем направлениям, с помощью обычного телефонного аппарата с тональным набором номера. При доступе к устройству по телефонной линии обеспечивается защита от несанкционированного доступа, путем введения в управляющую программу авторизации пользователя.
Изготовлен и настроен макет устройства. Проведено лабораторное испытание кросс-блока на соответствие параметров импульсов сигнала на стыке 2,048 Мбит/с, прошедших через цепи кросс-блока, маске импульса. В результате подтверждено, что используемые коммутирующие элементы практически не вносят амплитудно-частотные искажения в сигнал.
Дальнейшие этапы разработки связаны с обеспечением полуавтоматического управления УДПЦП с помощью модема, подключенного к ЭВМ, а также с переводом устройства на ручное управление для нужд узлов связи филиала ОАО «Связьтранснефть» Сибирское ПТУС.

• Документация

• Внешний вид конструкции

Внешний вид кросс-блока.	Внешний вид интерфейсного блока.
Микроконтроллерная плата УДПЦП (вид сверху).	Микроконтроллерная плата УДПЦП (вид снизу).
Внешний вид 3-х основных плат УДПЦП.

• Ссылки по теме

• Телефонный стандарт - некоторые сведения по телефонному стандарту;
• Генерация и распознавание DTMF-сигналов - принципы и практические результаты;
• 74HC595.pdf - техническая документация на регистр 74HC595;
• КР293КП3А - техническая документация на реле;
• MT8870.pdf - техническая документация на DTMF декодер;
• ATmega8.pdf - техническая документация на микроконтроллер;
• ТРС-2-1.pdf - трансформаторы абонентские, техническая документация;
• WJ104-2C-24VDC - техническая документация на электромагнитное реле;
• FDD03-5S3.pdf - техническая документация на преобразователь напряжения;
• Корпуса для РЭА - техническое описание корпусов фирмы GAINTA;
• PC817.pdf - техническая документация на оптопару;
• Транзисторы КТ501 - 2Т509 - справочник по биполярным транзисторам.

Последнее обновление 25.11.2008

Статьи и заметки → Устройство для дистанционного переключения потоков E1