УСТРОЙСТВО ОБЪЕКТОВОЕ Российский патент 1999 года по МПК G08B25/08 H04M11/04 

Предлагаемое устройство относится к области радиотехники, в частности к телефонной связи, комбинированной с охранными системами, и предназначено для использования в системах охранной сигнализации и дистанционного контроля и управления с передачей информации по занятым абонентским телефонным линиям.

Известны объектовые устройства охранной сигнализации, предназначенные для передачи информации по занятым телефонным линиям (1, 2, 3) с помощью высокочастотного сигнала (например на частоте 18 кГц). Такие устройства содержат источник питания от сети 220 В, блок формирования сигнала, выход которого через блок гальванической развязки подключен к абонентской линии и блок фильтра, включенный между абонентской линией и телефоном. Основным недостатком таких устройств является низкая надежность работы системы сигнализации, вследствие их питания от сети 220 В, что требует использования резервных источников питания при пропадании напряжения в сети 220 В.

Известны устройства объектовые, питание которых осуществляется от абонентской линии (4, 5). Такие устройства содержат мостовую схему выпрямления, подключенную к проводам абонентской линии, выход которой через управляемый ограничитель тока (5) или преобразователь напряжения (4) соединен с емкостным накопителем, выход которого соединен с шиной питания блока формирования сигнала (5).

Недостатком известных устройств является нарушение их электропитания при длительном закорачивании абонентской линии телефонным аппаратом (при повороте диска наборного устройства, либо при наборе номера импульсным способом), что недопустимо в устройствах охранной сигнализации, т.к. это приводит к ложной тревоге. Кроме того при заряде емкостных накопителей устройств (после их глубокого разряда при наборе номера или в разговорном режиме ) возможен сбой при наборе номера телефонным аппаратом импульсным способом, т.к. при размыкании телефонной линии резко возрастает потребляемый от нее ток. По этим причинам применение известных схем электропитания устройств охранной сигнализации от абонентской линии совместно с телефонным аппаратом с импульсным набором номера невозможно.

Наиболее близким к предлагаемому устройству как по назначению, так и по совокупности существенных признаков является устройство объектовое охранной сигнализации "Атлас-3 М", описанное в (1), которое принято за прототип.

Устройство-прототип (фиг. 2) содержит блок 1 согласования, выходы которого соединены с первым 2 и вторым 3 проводами абонентской линии, блок 4 формирования сигнала, вход которого является входом устройства, а его шина 13 питания подключена к выходу стабилизатора 11 напряжения, вход которого через емкостной накопитель 9 подключен к выходу трансформатора 14, который, в свою очередь, подключен к питающей сети 220 В, причем провода 2 и 3 абонентской линии подключены к телефонному аппарату через блок 12 фильтра.

Работает устройство - прототип следующим образом. Напряжение сети "220" В понижают трансформатором 14, выпрямляют и фильтруют емкостным накопителем 9. Постоянное напряжение емкостного накопителя 9 стабилизируют стабилизатором 11 напряжения, которое поступает на шину 12 питания блока 4 формирования сигнала. На вход блока 4 формирования сигнала подают сигнал управления от внешнего контролируемого устройства. При наличии на входе блока 4 сигнала "Норма", он формирует на своем выходе синусоидальное напряжение частотой 18 кГц. Это напряжение трансформируют блоком 1 согласования и подают через разделительный конденсатор, входящий в состав блока 1 согласования, в абонентскую линию, по которой он передается на приемную аппаратуру, расположенную на телефонной станции. Телефонный аппарат абонента подключен к проводам 2 и 3 абонентской линии через блок 12 фильтра. Блок 12 фильтра настроен на частоту 18 кГц и развязывает абонентскую линию от телефонного аппарата на частоте информационного сигнала (18 кГц), не внося затухания в диапазоне звуковых частот, поэтому входное сопротивление телефона (которое в режиме набора номера может составлять единицы - десятки Ом) не влияет на уровень информационного сигнала. Благодаря этому, устройство обеспечивает передачу сигнала на частоте 18 кГц при пользовании телефонным аппаратом ("по занятой телефонной линии").

При поступлении на вход блока 4 формирования сигнала тревожного извещения (сигнал "Тревога"), блок 4 формирования сигнала прекращает формирование сигнала частотой 18 кГц, что регистрирует приемная аппаратура на телефонной станции. Следует отметить важность формирования информационного сигнала (18 кГц) в состоянии "Норма", а не "Тревога", т. к. в этом случае обрыв абонентской линии также будет зарегистрирован как режим "Тревога", а не "Норма". Таким образом, энергопотребление устройства в режиме "Норма" является наибольшим.

В случае пропадания напряжения в сети питания 220 В устройство прекращает свою работу (выдает сигнал ложной тревоги ). Поскольку в реальных условиях эксплуатации возможны перерывы в электроснабжении, то использование такого устройства возможно только при наличии резервного питания, например аккумуляторной батареи, подключаемого к цепи питания устройства при отсутствии напряжения 220 В, что приводит к усложнению устройства. Кроме того, применение такого устройства невозможно на объектах без сети питания, что ограничивает его область применения.

Техническая задача, на решение которой направлено изобретение - обеспечение передачи информационного высокочастотного сигнала в абонентскую линию при электропитании от абонентской линии во всех режимах работы, подключенного к данной линии телефонного аппарата с импульсным набором номера: в ожидании вызова, разговорном режиме и в режиме набора номера. Дополнительная задача - возможность использования устройства на абонентских линиях с повышенным сопротивлением проводов.

Эта задача решена тем, что в устройство объектовое, содержащее блок согласования, первый выход которого соединен с первым проводом абонентской линии и первым входом блока фильтра, а второй выход - со вторым проводом абонентской линии, блок формирования сигнала, выход которого соединен со входом блока согласования, а вход является входом устройства, причем шина питания блока формирования сигнала соединена с выходом стабилизатора напряжения, вход которого подключен к выходу емкостного накопителя, введены формирователь импульсов и управляемый ограничитель тока, входы которых соединены с первым проводом абонентской линии, датчик тока, вход которого соединен с выходом управляемого ограничителя тока, а выход - со входом емкостного накопителя, ограничитель напряжения, включенный между вторым входом блока фильтра и вторым проводом абонентской линии, а стабилизатор напряжения выполнен импульсным, причем вход управления ограничителя тока соединен с выходом формирователя импульсов и выходом пороговой схемы, входы которой соединены с сигнальными выходами датчика тока.

Ограничитель напряжения выполнен управляемым, причем его вход управления соединен с первым проводом абонентской линии.

Сущность изобретения пояснена чертежами, где
фиг. 1 - схема предлагаемого устройства;
фиг. 2 - схема прототипа.

Устройство объектовое содержит блок 1 согласования, первый выход которого соединен с первым проводом 2 абонентской линии, а второй выход - со вторым проводом 3 абонентской линии, блок 4 формирования сигнала, вход которого является входом устройства, а выход соединен со входом блока 1 согласования, формирователь 5 импульсов и управляемый ограничитель 6 тока, входы которых соединены с первым проводом 2 абонентской линии, а выход формирователя 5 импульсов соединен со входом управления управляемого ограничителя 6 тока, датчик 7 тока, пороговую схему 8, выход которой соединен со входом управления управляемого ограничителя 6 тока, выход которого соединен с входом датчика 7 тока, сигнальные выходы которого соединены со входами пороговой схемы 8, емкостной накопитель 9, ограничитель 10 напряжения, импульсный стабилизатор 11 напряжения и блок 12 фильтра, выходы которого подключены ко входам телефонного аппарата (на схеме не показан), а первый вход - к первому проводу 2 абонентской линии, а второй вход - к выходу ограничителя 10 напряжения, вход которого соединен со вторым проводом 3 абонентской линии, причем вход емкостного накопителя 9 соединен с выходом датчика 7 тока, а выход емкостного накопителя 9 - со входом импульсного стабилизатора 11 напряжения, выход которого соединен с шиной 13 питания блока 4 формирования сигнала.

В соответствии с п. 2 формулы, ограничитель 10 напряжения выполнен управляемым, а его вход управления соединен с первым проводом 2 абонентской линии.

Блок 1 согласования предназначен для согласования выхода блока 4 формирования сигнала с абонентской линией. Он обеспечивает гальваническую развязку высокочастотного сигнала и его трансформацию до требуемого уровня. В простейшем случае он выполнен на основе трансформатора и разделительного конденсатора.

Блок 4 формирования сигнала предназначен для формирования информационного сигнала, частота которого, как правило, лежит выше диапазона звуковых частот (например 18 кГц) в зависимости от входного сигнала. Например в системе передачи извещений "Атлас - 3" при наличии сигнала "Норма" на входе блока 4 он формирует напряжение частотой 18 кГц, а при наличии сигнала "Тревога" напряжение частотой 18 кГц не формируется. В системе передачи извещений "Атлас-6" входной сигнал изменяет частоту фазовой манипуляции сигнала 18 кГц. Он выполнен, например на основе кварцевого генератора и амплитудного, либо фазового модулятора. Питание блока 4 формирования сигнала осуществляют выходным напряжением импульсного стабилизатора 11 напряжения, поступающего по шине 13 питания (относительно общей шины устройства). В частном случае, при указанной реализации блоков устройства (см. фиг. 1), второй провод абонентской линии является одновременно общей шиной устройства.

Формирователь 5 импульсов формирует сигнал низкого уровня длительностью от 0,1 до 0,3 с при положительном перепаде напряжения на его входе, при размыкании абонентской линии телефонным аппаратом при наборе номера импульсным способом. Формирователь 5 импульсов выполнен, например, на основе дифференцирующей цепи и ключа на транзисторе.

Управляемый ограничитель 6 тока предназначен для ограничения тока в цепи питания элементов устройства от абонентской линии. Так при формировании на выходе формирователя 5 импульсов напряжения низкого уровня, управляемый ограничитель 6 тока закрывается и ток с его входа на выход не протекает (это необходимо для снижения до минимума тока потребления устройства при размыкании телефонной линии при наборе номера импульсным способом). Кроме того управляемый ограничитель 6 тока обеспечивает ограничение тока, протекающего через датчик 7 тока на заданном уровне. Управляемый ограничитель 6 тока выполнен, например на основе биполярного или полевого транзистора, база которого (затвор) является входом управления ограничителя 6.

Датчик 7 тока выполнен, например на основе резистивного датчика тока. Напряжение на выводах резистора пропорционально протекающему через него току. Напряжение с сигнальных выходов датчика 7 тока поступает на входы пороговой схемы 8.

Пороговая схема 8 предназначена для управления ограничителем 6 тока при увеличении тока, протекающего через датчик 7 тока, выше установленной величины. В простейшем случае пороговая схема 8 выполнена на основе биполярного транзистора и диода - напряжение отсечки базового перехода и диода определяют порог срабатывания пороговой схемы 8. При увеличении тока, протекающего через датчик 7 тока выше установленного предела (5-10 мА ) пороговая схема 8 воздействует на вход управления ограничителя 6 тока и обеспечивает ограничение тока, потребляемого от абонентской линии, на установленном уровне, что необходимо для предотвращения "захвата" абонентской линии при переходных процессах. Емкостной накопитель 9 служит для накопления электрической энергии, потребляемой от абонентской линии, и питания элементов устройства при выключении управляемого ограничителя 6 тока (при наборе номера импульсным способом и т.п.).

Емкостной накопитель 9 выполнен, например на основе конденсатора и диода, включенного на его входе. Диод исключает разряд конденсатора на входные цепи устройства.

Ограничитель 10 напряжения служит для фиксации минимального напряжения на проводах 2 и 3 абонентской линии (около 9 В) при замыкании выхода блока 13 фильтра телефонным аппаратом, например при наборе номера. Он необходим для обеспечения питания устройства при замкнутом выходе блока 13 фильтра. В простейшем случае ограничитель 10 напряжения представляет собой стабилитрон.

В случае выполнения ограничителя 10 напряжения управляемым, по п. 2 формулы изобретения, для фиксации минимального напряжения на абонентской линии независимо от сопротивления телефонного аппарата на выходе блока 12 фильтра, он выполнен, например на основе транзистора, в цепь базы которого включен стабилитрон, определяющий порог ограничения напряжения.

Импульсный стабилизатор 11 напряжения предназначен для преобразования напряжения емкостного накопителя (40 - 60 В) в низкое напряжение (5 В), необходимое для питания блока 4 формирования сигнала. Необходимым качеством стабилизатора 11 является высокий КПД, что обеспечивает снижение потребляемого им тока от емкостного накопителя 9. Выполнен импульсный стабилизатор 11 по известным схемам и содержит, например ключевой транзистор, LC фильтр нижних частот и широтно-импульсный модулятор (ШИМ).

Блок 12 фильтра предназначен для развязки высокочастотного сигнала, формируемого в абонентской линии, на выходе блока 1 согласования, от телефонного аппарата, что исключает как шунтирование этого сигнала телефонным аппаратом, так и проникновение на его вход высокочастотного сигнала.

Работает предлагаемое устройство следующим образом. В режиме ожидания вызова цепь подключения телефонного аппарата ТА (выход блока 12 фильтра) разомкнута и на проводах 2 и 3 абонентской линии присутствует напряжение около 60 В. При этом происходит заряд конденсатора емкостного накопителя 9 через управляемый ограничитель 6 тока и датчик 7 тока. Причем, ток заряда ограничен (на уровне от 5 до 10 мА), вследствие того, что при превышении тока, протекающего через датчик 7 тока, напряжение на выходе датчика 7 тока достигает порога срабатывания пороговой схемы 8, воздействующей своим выходным сигналом на вход управления управляемого ограничителя 6 тока. Благодаря ограничению величины тока, потребляемого от абонентской линии, предотвращающей ее "захват" (занятие линии). Постоянное напряжение емкостного накопителя 9 поступает на вход импульсного стабилизатора 11 напряжения, который понижает (до уровня около 5 В) и стабилизирует напряжение, обеспечивающее питание блока 4 формирования сигнала. Благодаря тому, что стабилизатор напряжения выполнен импульсным, с широтно-импульсной модуляцией, он обеспечивает понижение напряжения с одновременной трансформацией и величины потребляемого тока, что минимизирует потребление тока от абонентской линии. Так, при преобразовании напряжения 60 В в напряжение 5 В, входной ток импульсного стабилизатора 11 напряжения почти в 10 раз ниже его выходного тока. Блок 4 формирования сигнала при наличии на его входе сигнала определенного уровня "Норма" формирует на выходе высокочастотный сигнал (например, частотой 18 кГц), лежащий выше звукового диапазона частот. Этот сигнал передают в абонентскую линию через блок 1 согласования, обеспечивающего согласование выходного сопротивления блока 4 формирования сигнала с абонентской линией. Блок 12 фильтра предотвращает проникновение выходного информационного сигнала блока 4 формирования сигнала в телефонный аппарат и обеспечивает отсутствие влияния входного сопротивления телефонного аппарата на информационный сигнал.

При возникновении на входе блока 4 формирования сигнала напряжения уровня "Тревога" блок 4 формирования сигнала либо прекращает формирование высокочастотного сигнала (в системе передачи извещений "Атлас-3") или изменяет характер этого сигнала (например изменяет частоту фазовой манипуляции высокочастотного сигнала - в системе передачи извещений "Атлас-6"). Данное извещение принимается специальным устройством на телефонной станции и передается на пульт централизованного наблюдения.

В режиме замыкания цепи подключения телефонного аппарата (при повороте диска номеронабирателя телефонного аппарата) выход блока 12 фильтра закорачивается и напряжение на телефонном аппарате отсутствует. В данном режиме питание элементов предлагаемого устройства осуществляют от абонентской линии (проводов 2 и 3) благодаря включению в цепь соединения второго провода 3 абонентской линии со входом блока 12 фильтра ограничителя 10 напряжения, обеспечивающего на проводах 2 и 3 абонентской линии заданное напряжение (около 9 В), необходимое для работы устройства. В разговорном режиме, когда на телефонном аппарате падение напряжения составляет от 10 до 20 В, напряжение на проводах абонентской линии достаточно для питания элементов устройства и без ограничителя 10 напряжения. Поэтому для предотвращения дополнительного повышения напряжения на проводах абонентской линии за счет напряжения на ограничителе 10 напряжения, в соответствии с п.2 формулы, он выполнен управляемым. В этом случае при наличии падения напряжения на телефонном аппарате, величина ограничения напряжения ограничителя 10 снижается таким образом, что суммарное падение напряжения на телефонном аппарате и ограничителе 10 напряжения поддерживается на заданном уровне. И при превышении напряжения на телефонном аппарате исходного напряжения ограничения ограничителя 10 он открывается и падение напряжения на проводах 2 и 3 абонентской линии практически совпадает с падением напряжения на телефонном аппарате, вследствие чего наличие в цепи подключения телефонного аппарата ограничителя 10 напряжения не ухудшает качества телефонной связи.

В режиме набора номера импульсным способом предлагаемое устройство обеспечивает минимальное потребление тока (менее 300 мкА) при разрыве абонентской линии телефонным аппаратом (на время от 50 до 100 мс - формируется номеронабирателем телефонного аппарата). Данное требование обеспечено с помощью формирователя 5 импульсов, управляющим работой управляемого ограничителя 6 тока. Так, при разрыве цепи подключения телефонного аппарата (при работе номеронабирателя телефонного аппарата) напряжение на проводах 2 и 3 абонентской линии резко возрастает. Этот скачек напряжения запускает формирователь 5 импульсов, который формирует импульс напряжения низкого уровня длительностью около 100 мс или до снижения напряжения на абонентской линии (при замыкании цепи подключения телефонного аппарата его номеронабирателем). Это напряжение низкого уровня поступает на вход управления управляемого ограничителя 6 тока и запирает его. Вследствие этого, потребление тока от абонентской линии при разрыве цепи номеронабирателя предлагаемым устройством практически отсутствует, что обеспечивает требуемый режим импульсного набора номера. В течение включенного состояния управляемого ограничителя 6 тока (длительностью до 100 мс) питание блока 4 формирования сигнала обеспечено от энергии емкостного накопителя 9.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает передачу информационного высокочастотного сигнала в абонентскую линию при электропитании от абонентской линии во всех режимах работы подключенного к данной линии телефонного аппарата с импульсным набором номера: в ожидании вызова, разговорном режиме и в режиме набора номера. Выполнение ограничителя 10 напряжения управляемым повысило качество формирования сигнала набора номера, что позволяет использовать устройство на абонентских линиях с повышенным сопротивлением проводов.

Источники информации
1. Устройство объектовое оконечное "Атлас - 3М". Техническое описание и инструкция по эксплуатации. ФМЛИ.425.634.000 ТО (прототип).

2. Устройство тревожной сигнализации "Атлас -Ю". Абонентский комплект. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. МД2.407.014 ТО.

3. Патент Германии N 4211820, МКИ5 H 04 M 11/06, опубл.18.11.93. Способ передачи данных по телефонным линиям.

4. Патент США N 5216707, МКИ H 04 M 11/06, НКИ 379-39, 06.08.91. Схема срабатывания реле кассирования в монетном телефонном аппарате от энергии, получаемой за счет напряжения на проводах телефонной линии.

5. Патент США N 5278888, МКИ H 04 M 11/06, НКИ 379-39. Сигнальное устройство системы оповещения, взаимосвязанное с телефонной линией.

Устройство объектовое относится к телефонной связи, комбинированной с охранными системами, и предназначено для использования в системах охранной сигнализации и дистанционного контроля и управления с передачей информации по занятым телефонным линиям. Техническим результатом является обеспечение передачи информационного высокочастотного сигнала в абонентскую линию при электропитании от абонентской линии во всех режимах работы, подключенного к данной линии телефонного аппарата с импульсным набором номера. Устройство содержит блок согласования, абонентскую линию, блок фильтра, блок формирования сигнала, стабилизатор напряжения, емкостной накопитель, управляемый ограничитель тока, ограничитель напряжения, пороговую схему, датчик тока, формирователь импульсов, шину питания блока формирования сигнала. При этом выполнение ограничителя напряжения управляемым повышает качество формирования сигнала набора номера, что позволяет использовать устройство на абонентских линиях с повышенным сопротивлением проводов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство объектовое, содержащее блок согласования, первый выход которого соединен с первым проводом абонентской линии и первым входом блока фильтра, а второй выход - со вторым проводом абонентской линии, блок формирования сигнала, выход которого соединен со входом блока согласования, а вход является входом устройства, шина питания блока формирования сигнала соединена с выходом стабилизатора напряжения, вход которого подключен к выходу емкостного накопителя, отличающееся тем, что оно снабжено формирователем импульсов и управляемым ограничителем тока, входы которых соединены с первым проводом абонентской линии, датчиком тока, вход которого соединен с выходом управляемого ограничителя тока, а выход - со входом емкостного накопителя, ограничителем напряжения, включенным между вторым входом блока фильтра и вторым проводом абонентской линии, а стабилизатор напряжения выполнен импульсным, причем вход управления управляемого ограничителя тока соединен с выходом формирователя импульсов и выходом пороговой схемы, входы которой соединены с сигнальными выходами датчика тока. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что ограничитель напряжения выполнен управляемым, причем его вход управления соединен с первым проводом абонентской линии.