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UNIVERSIDAD DE SEVILLA
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIEROS
INGENIEROS DE TELECOMUNICACIN
PROYECTO FIN DE CARRERA
Diseo e implementacin de una centralita telefnica analgica
Departamento de Ingeniera Electrnica
Autor: Rodrigo Gozalo Daz Director: Jonathan Tombs
Julio 2005
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A mis padres
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Agradecer a mi tutor
Jonathan Tombs por el enorme apoyo que me ha ofrecido para la elaboracin de este proyecto.
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Diseo e implementacin de una centralita telefnica analgica INDICE
NDICE
1. INTRODUCCIN 1
2. OBJETIVO DEL PROYECTO 4
3. CARACTERSTICAS TCNICAS DE LA LNEA
TELEFNICA ANALGICA
6 3.1 CONCEPTOS GENERALES. 6
3.2 CONDICIONES DE ALIMENTACIN DE CONTINUA 7
3.2.1Tensin de alimentacin en reposo 7
3.2.2 Corriente de lnea en estado de lnea tomada 8
3.2.3 Polaridad 9
3.2.4 Condiciones de aparcamiento de lnea 9
3.3 CRITERIOS DE ESTADO DE LA LNEA 10
3.4 CARACTERSTICAS DE TRANSMISIN 11
3.4.1 Niveles relativos en el bucle local de usuario 12
3.4.2 Banda de frecuencias 12
3.4.3 Frecuencia de referencia para los niveles de potencia 13
3.4.4 Nivel de ruido 13
3.5 NIVEL MXIMO A LA ENTRADA DEL PTR 13
3.6 TONOS DE SEALIZACIN Y SUPERVISIN 14
3.7 TIPOS DE MARCACIN 16
______________________________________________________________________ Proyecto Fin de Carrera Escuela Superior de Ingenieros de Sevilla
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Diseo e implementacin de una centralita telefnica analgica INDICE
3.7.1 Marcacin dedtica 16
3.7.2 Marcacin multifrecuencia 17
3.8 SEAL (CORRIENTE) DE LLAMADA ENTRANTE 20
3.9 TONO DE FINALIZACIN DE LLAMADA 21
4. DISEO DE LA CENTRALITA 23
4.1 MEDIDAS PREVIAS REALIZADAS 23
4.1.1 Medida de tensin de alimentacin de la lnea 24
4.1.2 Medida de la sealizacin de llamada entrante 25
4.2 ESQUEMA FUNCIONAL 27
4.2.1 Funcionamiento ante una llamada entrante 28
4.2.2 Proceso de establecimiento de una llamada 30
4.3 ESQUEMA CIRCUITAL 33
4.3.1 Circuito de deteccin de llamada entrante 38
4.3.2 Circuito de ocupacin de la lnea telefnica 42
4.3.3 Circuito demodulador de tonos DTMF 45
4.3.4 Circuito reproductor y grabador de voz 51
4.3.4.1 Proceso de grabacin 53
4.3.4.2 Proceso de reproduccin 57
4.3.4.3 Circuito amplificador 64
4.3.5 Circuito generador de tono de sealizacin 66
4.3.6 Circuito de alimentacin del terminal 73
4.3.7 Circuito de monitorizacin del estado del terminal 78
4.3.8 Circuito microcontrolador 85
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Diseo e implementacin de una centralita telefnica analgica INDICE
4.3.9 Circuito de conmutacin 94
4.4 ESQUEMA GLOBAL DEL PROYECTO 100
5. IMPLEMENTACIN DE LA CENTRALITA 103
6. CONCLUSIONES 108
ANEXO I : CDIGO FUENTE DEL PROYECTO
ANEXO II: ESQUEMTICOS DEL PROYECTO
ANEXO III: PRESUPUESTO ORIENTATIVO
BIBLIOGRAFA
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Diseo e implementacin de una centralita telefnica analgica 1
1 INTRODUCCIN
Actualmente en nuestro entorno cotidiano: familia, colegios, centros de trabajo
etc. Se hace imprescindible un buen sistema de telecomunicaciones, tanto a nivel
telefnico a travs de la RTB (Red Telefnica Bsica), como al nivel de red de datos
(Internet, fax), y cada vez ms la telefona mvil.
Pero el sin duda mas necesario y casi imprescindible es el acceso a la RTB, que
en el sistema mas elemental, consiste en un terminal telefnico conectado a una lnea de
la Red Telefnica Conmutada (RTC) que a travs de las distintas centrales telefnicas
de conmutacin nos permite comunicarnos con cualquier otro terminal telefnico en
otro lugar del mundo conectado a su vez a la RTC.
Pero a medida que el nmero de personas de un mismo entorno aumenta la
necesidad de lneas y terminales telefnicos aumenta para cubrir las necesidades de
comunicacin en los diversos entornos.
Este aumento provoca un aumento en el gasto considerable y adems
nicamente se aprovecha los servicios de un tanto por cierto muy reducido, puesto que
la gran parte del tiempo solo se encuentran cursando llamadas con la RTC porcentaje
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Diseo e implementacin de una centralita telefnica analgica 2
muy reducido de las lneas contratadas, adems de que parte de ellas nicamente se
realizan entre usuarios del mismo mbito local.
Por tanto, se puede calcular, que el porcentaje de tiempo en el que
simultneamente se utilizan varias lneas contratadas es muy pequeo, provocando un
claro caso de ineficiencia y con ello un gasto innecesario.
El sistema actual de comunicacin telefnica en el que se encuentra algunos de
los despachos de los profesores de la Escuela Superior de Ingenieros de Sevilla consiste
en lneas de extensiones de la red Ibercom (MD-110) de la Universidad de Sevilla. Este
es el caso de los ubicados en el Departamento de Ingeniera Electrnica, como ejemplo.
Pero esta situacin posee la particularidad de que, con el fin de disminuir costes,
a una nica extensin Ibercom estn conectados los terminales telefnicos de varios
profesores, localizados en cada uno en despachos diferentes. Por lo que a continuacin,
estudiaremos los inconvenientes, molestias y prdidas de tiempo causadas por dicha
situacin:
a) Recepcin de un llamada externa
Cuando se recibe una llamada en una extensin compartida por varios profesores
(como ejemplo 3 despachos compartidos) suena simultneamente los tres terminales
telefnicos y es imposible saber sin descolgar a que profesor iba especficamente
destinada la llamada.
Por tanto el profesor que descuelga tiene nicamente un 33% de posibilidades de
que la llamada sea dirigida hacia l.
En el caso que la llamada entrante no sea dirigida hacia su persona, lo mas
probable, la nica opcin que le queda es la de advertir de forma auditiva al profesor
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Diseo e implementacin de una centralita telefnica analgica 3
destino de la llamada sin conocer en un principio si, en ese preciso instante, se
encuentra en su despacho, infructundose entonces la llamada.
b) Establecimiento de un llamada
Cuando un profesor desea realizar una llamada telefnica debe inicialmente
descolgar el terminal y escuchar en la lnea previamente si la extensin se encuentra
disponible en ese momento.
Por tanto existe bastante riesgo de que otro profesor este utilizando o a su vez
valla a utilizar tambin el telfono, con lo que se violara una ley norma fundamental
de las comunicaciones la privacidad de las mismas.
Estos inconvenientes mencionados son los que han fomentado el desarrollo de
este proyecto, con el fin de obtener una solucin para todos ellos mediante una
aplicacin que econmicamente sea viable.
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Diseo e implementacin de una centralita telefnica analgica 4
2 OBJETIVOS DEL PROYECTO
Con este proyecto se pretende conseguir, como su ttulo bien indica, Disear e implementar una centralita telefnica analgica que permita mejorar el acceso a la
Red Telefnica Bsica de los miembros del Departamento de Ingeniera Electrnica de
la universidad de Sevilla.
Como ha sido indicado en la introduccin, su objetivo fundamental es poder
solucionar todos los inconvenientes provocados por la situacin actual de la instalacin
telefnica instalada en el departamento.
Las caractersticas principales que debe cumplir el diseo a realizar, deben ser
las siguientes:
Debe permitir la ejecucin de llamadas por parte de los usuarios hacia el exterior, sin que por ello estos ltimos deban realizar ningn proceso
diferente al realizado normalmente.
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Diseo e implementacin de una centralita telefnica analgica 5
Tiene que reaccionar ante una comunicacin externa de forma automtica, intercomunicndose con ella y conmutando esta hacia la
extensin destino elegida por el usuario llamante.
Una obligacin muy importante es la de que debe preservar la privacidad en las comunicaciones establecidas, es decir, no debe permitir que ningn
usuario sea capaz de escuchar ninguna conversacin que l no realice.
Se tiene que poder programar de forma sencilla, para as conseguir personalizar el diseo segn sean sus usuarios.
Debe cumplir con la normativa existente para elementos conectados a la Red Telefnica Bsica.
Igualmente es imperativo que sea compatible con cualquier equipo telefnico terminal, para poder aplicar su diseo en cualquier mbito.
Es necesario que el sistema este protegido contra posibles sobretensiones en la lnea telefnica, es decir se debe aislar los elementos de la centralita
de la lnea exterior como mtodo de proteccin.
Tiene que ser un diseo lo mas simple posible, capaz de implementarse como un elemento independiente para as lograr efectuar su ubicacin
fcilmente.
Su implementacin debe ser econmicamente viable.
Al final de este documento se comprobar si todos los requerimientos aqu
expuestos son cumplidos por el proyecto desarrollado.
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Diseo e implementacin de una centralita telefnica analgica 6
3 CARACTERSTICAS DE LA LNEA
TELEFNICA ANALGICA
A continuacin se expondr el funcionamiento y los parmetros tcnicos de la
Red Telefnica Pblica con Conmutacin de Telefnica de Espaa S.A.U.
correspondientes a la interfaz de lnea analgica bsica se usuario, para la provisin de
servicios en banda vocal, en el punto de Terminacin de Red; sobre el cual se ha
adecuado toda la realizacin del proyecto.
A su vez, este funcionamiento se fundamenta tanto en las normativas impuestas
por la ETSI como en las recomendaciones realizadas por la ITU-T, incluidas en la
bibliografa final de este documento.
3.1 CONCEPTOS GENERALES
Los parmetros detallados en esta especificacin son aplicables en el Punto de
Terminacin de Red, en los terminales o hilos a y b.
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Diseo e implementacin de una centralita telefnica analgica 7
Los dos hilos de la lnea local de usuario (analgica) de la red se presentan en el
PTR mediante dos elementos de conexin, destinados para la prolongacin de la lnea
hacia la Red interior de usuario.
El mximo nmero de terminales soportados en el Punto de Terminacin de Red
es funcin del factor de carga de cada uno de ellos, calculado segn se indica en el
documento EG 201 120 del ETSI
3.2 CONDICIONES DE ALIMENTACIN DE CONTINUA
La alimentacin de corriente continua desde la red consiste en un generador de
tensin o de corriente que, a trabes de una determinada impedancia y de un par
simtrico de hilos de cobre, o disposicin equivalente, se aplica transversalmente entre
los dos terminales de la lnea en el PTR (punto de terminacin de red).
Las condiciones de alimentacin de usuario pueden ofrecerse mediante dos
sistemas: con puente convencional de baja resistencia con limitacin de corriente.
3.2.1 Tensin de alimentacin en reposo
La tensin de alimentacin con la lnea en estado de reposo (es decir con los
telfonos colgados) entre terminales de la lnea en el PTR se caracteriza como un valor
nominal de 48 V c.c. Estando estos en circuito abierto (tensin del generador
equivalente thevenin), las fluctuaciones del valor real de esta tensin estarn
comprendidas en el margen de 42 a 57 voltios.
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Diseo e implementacin de una centralita telefnica analgica 8
El mximo consumo de corriente permitido extraer del Punto de Terminacin de
Red en estado de reposo, es de 1mA. Valores superiores al indicado, no garantizan el
correcto funcionamiento del equipo o equipos conectados en un mismo PTR.
3.2.2 Corriente de lnea en estado de lnea tomada
En este apartado existen dos posibilidades segn sean las condiciones de
alimentacin.
Si el mtodo de alimentacin es mediante puente convencional de baja
resistencia, no se imponen limitaciones al consumo de corriente y por tanto la corriente
de bucle ser la resultante de aplicar la ley de Ohm. Teniendo en cuenta que el valor de
la resistencia est determinado por las resistencias correspondientes al puente de
alimentacin de la red, por la resistencia del bucle local del usuario, y por la propia
resistencia del Equipo Terminal junto con la de la instalacin de usuario.
Si por el contrario el mtodo de alimentacin es mediante limitacin de
corriente, como bien su nombre indica, la corriente continua a trabes del PTR durante el
estado de lnea tomada es limitada. La limitacin de corriente se realiza en un valor
comprendido entre 36 mA y 49,5 mA dependiendo del tipo y condiciones de cada lnea.
En el caso de que el equipo terminal demande una corriente superior al intervalo
antes mencionado de intensidades, solamente recibirn en dicho PTR un valor lmite
superior dentro del citado intervalo.
Cuando el equipo terminal conectado al PTR, demande una corriente inferior al
intervalo mencionado, esta coincidir con la resultante de aplicar la frmula
correspondiente a la ley de Ohm.
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Diseo e implementacin de una centralita telefnica analgica 9
3.2.3 Polaridad
La polaridad que se proporciona entre los dos terminales del Punto de
Terminacin de Red no est predeterminada. Considerando la polaridad del estado de
reposo como situacin de polaridad normal, la siguiente tabla presenta las diversas
situaciones de polaridad, en funcin de los distintos estados de la llamada.
Llamante (A) Llamado (B)
Reposo Normal Normal
Descuelgue Normal Normal
Marcacin Normal Normal
Llamada Normal Invertida
Comunicacin Invertida Invertida
(A) cuelga primero Normal Normal
(B) cuelga primero Normal Invertida
Tabla 1: Polaridad en la lnea telefnica
Cabe comentar que cuando el usuario llamante cuelga en la fase de
comunicacin (lnea A cuelga primero) el cambio a polaridad normal, puede ir
acompaado de una apertura de dicho bucle de duracin comprendida entre 20 ms y 100
ms.
3.2.4 Condiciones de aparcamiento de lnea
La condicin de aparcamiento de lnea es el estado que la red presenta en el PTR
en cualquiera de las siguientes situaciones:
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Diseo e implementacin de una centralita telefnica analgica 10
a) Cuando estando establecida una comunicacin, una lnea A cambia al estado
de reposo y sealizada por la red dicha circunstancia la lnea B durante un periodo
comprendido entre 30 y 60 s por aplicacin del tono de congestin, esta ltima
permanece en estado de lnea tomada concluido el mismo.
b) Cuando una lnea A permanece en condicin de descolgado tras concluir la
temporizacin de marcacin del primer dgito o tiempo interdgito mximo sin
producirse dicha marcacin, y aplicar la red durante un periodo comprendido entre 30s
y 60 s el tono de congestin.
c) Cuando estando establecida una comunicacin, una lnea b cambia al estado
de reposo y finalizado el periodo de reposicin diferida de sta (60 s 10 %) y
sealizado a la lnea a el tono de congestin por la red durante un periodo de entre 30 s
y 60 s, dicha lnea a permanece en estado de lnea tomada concluido el mismo.
En condicin de aparcamiento de lnea, la red aplica una corriente mnima de
supervisin a la con valor superior a 6 mA, suficiente para detectar el cambio del equipo
terminal al estado de reposo cuando este se produzca.
3.3 CRITERIOS DE ESTADO DE LA LNEA
Las corrientes de bucle determinantes de la toma y liberacin de la lnea en el
PTR, se fijan de acuerdo con los siguientes criterios:
1. En situacin de bucle abierto la red nunca interpreta que se ha producido
cierre de bucle cuando la corriente se mantiene por debajo de 6 mA.
2. En situacin de bucle abierto la red siempre interpreta que se ha
producido cierre del bucle cuando la corriente recibida supera los 15 mA.
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3. En situacin de bucle cerrado la red nunca interpreta que se ha producido
una apertura del bucle cuando la corriente se mantiene por encima de 15 mA.
4. En situacin de bucle cerrado la red siempre interpreta que se ha
producido una apertura del bucle cuando la corriente disminuye de 6 mA.
A partir de estos parmetros, los estados de toma y liberacin de lnea estn de
terminados por los siguientes criterios:
a) En el lado de usuario llamante, todo cierre de bucle de duracin superior
a 80 ms es interpretado como descuelgue, por el contrario los cierres de
duracin inferior a 40 ms nunca son interpretados como descuelgues.
b) En el lado del usuario llamado es interpretado como descuelgue un cierre
de duracin superior a 40 ms.
c) Tanto para el usuario llamante como para el usuario llamado y en estado
de lnea tomada, la red ignora aperturas de bucle de duracin inferior a 40
ms. El cuelgue se reconoce cuando se produce una apertura de duracin
superior a 150 ms.
3.4 CARACTERSTICAS DE TRANSMISIN
Las caractersticas de transmisin fijan los objetivos de calidad mnimos, que
soslayan los factores que la condicionan en un circuito (niveles relativas, impedancia de
entrada, ruido).
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3.4.1 Niveles relativos en el bucle local de usuario
A continuacin se indican en el grfico los niveles relativos de entrada y salida
en el PTR. Dichos niveles tienen en cuenta la atenuacin en el bucle de usuario.
Figura 1: Niveles de potencia en el PTR
3.4.2 Banda de frecuencias
Definida como la porcin del espectro de frecuencias utilizado en un medio de
transmisin, en lneas bsicas analgicas de usuario la banda de frecuencias en el Punto
de Terminacin de Red est comprendida en el intervalo de 300 Hz a 3400 Hz.
La atenuacin en esta banda de frecuencias para el bucle local de usuario es 8
dB.
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3.4.3 Frecuencia de referencia para los niveles de potencia relativos
Los niveles relativos de potencia indicados en el apartado 3.4.1, estn
considerados a la frecuencia de referencia 1020 Hz.
3.4.4 Nivel de ruido
El ruido puede expresarse como la seal presente en un circuito que no ha sido
generado expresamente.
En el origen del bucle de usuario, el ruido es inferior a -60 dBm (sobre la
impedancia nominal de 600 resistivos). Aunque el nivel de ruido en el PTR puede
alcanzar valores mayores debido a las caractersticas por las que puede verse afectado el
bucle local de usuario.
3.5 NIVEL MXIMO A LA ENTRADA DEL PTR
El nivel medio mximo de potencia activa generado a la entrada del PTR desde
la red interior de usuario debe ser inferior a -10 dBm respecto a la impedancia de
referencia, durante cualquier periodo de 10 s.
El nivel de pico mximo a la entrada del PTR generado desde la red interior de
usuario, debe ser inferior a 1,5 Voltios, medido sobre la resistencia de 600 conectada
a los terminales de lnea.
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3.6 TONOS DE SEALIZACIN Y SUPERVISIN
En la siguiente tabla se indica la relacin de tonos que pueden presentarse en las
diferentes fases de una comunicacin en el Punto de Terminacin de Red, as como sus
principales caractersticas (frecuencias, niveles de emisin y cadencia).
NOMBRE
DEL TONO
DESCRIPCIN FRECUENCIA
Hz
NIVEL
dBm
CADENCIA
ms
Ocupado
Seal audible que indica al
llamante que el usuario llamado
no se encuentra en reposo
425 15 -10 2 On: 200 20 Off: 200 20
Repetido
Llamada
Seal que indica en la lnea
llamante que se est enviando la
seal de llamada a la lnea
llamada.
425 15 -10 2 On: 1500 150 Off: 3000 300
Repetido
Invitacin a
marcar
Seal que indica en la lnea
llamante que la central est
preparada para analizar los
pulsos o tonos DTMF.
425 15 -10 2 On: continuo
Invitacin a
marcar
especial
Seal que sustituye a la anterior
cuando en la lnea est activo un
servicio suplementario de desvo
de llamadas previamente
programado
425 15 -10 2 On: 1000 100 Off: 100 10
Repetido
lnea
muerta
Seal que indica en la lnea
llamante que la llamada no puede
ser completada por no estar en
servicio la numeracin marcada
425 15 -10 2 On: 2x(20020) Off: (200 20)
+(60060)
Repetido
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Congestin
Seal que indica en una lnea
llamante que la llamada no
puede ser completada por
encontrarse sobrecargado algn
elemento de la red necesario para
la conexin.
425 15 -10 2 On: 200 20 Off: 200 20
Repetido
Especial de
informacin
Seal que indica en la lnea
llamante que la lnea llamada no
puede ser alcanzada por razones
distintas a la de ocupado o
congestin
950 25
1400 50
1800 50
-10 2 On: 200 20 Off: 200 20
Repetido
Intrusin
(aviso)
Seal enviada a las lneas que
participan en una llamada cuando
en la misma lnea se introduce
una operadora u otra lnea
autorizada a realizar intrusin
1400 50 -20 5 On: 200 20 Off: 200 20
Repetido
Indicacin de
llamada en
espera
Seal enviada a una lnea
llamada, en la cual est activo el
servicio de llamada en espera,
cuando se encuentra con la lnea
ocupada y se recibe una nueva
llamada entrante
425 15 -20 5 On: 175 10 Off: 175 10
On: 175 10
Off:3500 100
Repetido
Tabla 2: Tonos de sealizacin y supervisin
Cabe tener en cuenta que el nivel de de los tonos indicados, puede estar atenuado
en hasta 8dB, en funcin de la impedancia impuesta por la longitud del bucle local de
usuario.
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3.7 TIPOS DE MARCACION
3.7.1 Marcacin dedtica
La red recibe y detecta correctamente en el PTR la sealizacin consistente en
aperturas y cierres de bucle local de usuario de las siguientes caractersticas:
CARACTERSTICAS REQUISISTOS
Codificacin El numero de impulsos de apertura de
cada serie, se corresponder con el valor
del dgito marcado entre el 1 al 9 y 10
para el nmero 0
Rango de impulsos por segundo (i.p.s.) Entre 7 y 17
Relacin apertura / cierre (%) Entre 50 /50 y 70 / 30
Resistencia mxima permitida durante el
periodo de cierre
400
Corriente mxima permitida durante el
periodo de apertura
1mA
Tiempo interdgito mnimo 200 ms
Tiempo interdgito mximo 20s
Tabla 3: Caractersticas de la marcacin dedtica
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3.7.2 Marcacin multifrecuencia
Las caractersticas de la sealizacin multifrecuencia (DTMF Dual Tone Multi
Frecuency) estn basadas en las especificaciones de la ETSI en el documento ETR 206
que complementa a la recomendacin ITU-T Q-23. A continuacin se describirn las
caractersticas bsicas de estas seales, debido a que una parte muy importante del
proyecto se basar en la decodificacin de este tipo de sealizacin.
Una seal DTMF vlida es la suma de dos tonos, uno de un grupo bajo y el otro
de un grupo alto, con cada grupo conteniendo cuatro tonos individuales. Las frecuencias
de los tonos fueron cuidadosamente seleccionadas de tal forma que sus armnicos no se
encuentran relacionados y que los productos de su intermodulacin produzcan un
deterioro mnimo en la sealizacin.
Este esquema permite 16 combinaciones nicas. Diez de estos cdigos
representan los nmeros del cero al nueve, los seis restantes (*, #, A, B, C, D) son
reservados para sealizacin especial. La mayora de los teclados en los telfonos
contienen diez interruptores de presin numricos mas el asterisco (*) y el smbolo de
numeral (#).
Los interruptores se encuentran organizados en una matriz, cada uno selecciona
el tono del grupo bajo de su fila respectiva y el tono del grupo alto de su columna
correspondiente.
El esquema de codificacin DTMF asegura que cada seal contienen uno y solo
un componente de cada uno de los grupos de tonos alto y bajo. Esto simplifica de
manera significativa la decodificacin, por que la seal compuesta DTMF puede ser
separada con filtros pasa banda en sus dos componentes de frecuencia simples cada uno
de los cuales puede ser manipulado de forma individual.
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Diseo e implementacin de una centralita telefnica analgica 18
A continuacin se muestra un grfico con las frecuencias correspondientes para
cada dgito, una primera localizada en la parte superior y la segunda localizada a su lado
izquierdo.
1209 Hz 1336 Hz 1477 Hz 1633 Hz
697 Hz 1 2
ABC
3
DEF
A
770 Hz 4
GHI
5
JKL
6
MNO
B
852 Hz 7
PRS
8
TUV
9
WXYZ
C
941 Hz * 0 # D
Tabla 4: Correspondencia de frecuencias DTMF.
Las teclas de funcin A, B, C y D son extensiones de las teclas (0-9, *, #) y
fueron diseadas con los telfonos militares norteamericanos Autovon. Los nombres
originales de estas teclas fueron FO (Flash Override), F (Flash), I (Inmediate) y P
(Priority) los cuales representaban niveles de prioridad y que podan establecer
comunicacin telefnica con varios grados de prioridad, eliminando otras
conversaciones en la red si era necesario, con la funcin FO siendo la de mayor
prioridad hasta P la de menor prioridad. Estos tonos son ms comnmente referidos
como A, B, C y D respectivamente, todos ellos tienen en comn 1633 Hz como su tono
alto.
En estos das, estas teclas de funcin son empleados principalmente en
aplicaciones especiales tales como repetidores de radioaficionados para sus protocolos
de comunicacin, los mdem y circuitos de tonos al tacto (touch tone) tambin tienen
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Diseo e implementacin de una centralita telefnica analgica 19
tendencia a incluir los pares de tonos A, B, C, y D. Estos no han sido usados para el
servicio pblico en general, y podra tomar aos antes de que pudieran ser incluidas en
aplicaciones tales como lneas de informacin al cliente.
El estndar DTMF fue diseado originalmente por los Laboratorios Bell para su
uso en los sistemas telefnicos de AT&T.
Existen varias especificaciones que han sido resultado de el estndar original las
cuales parten de los estndares de AT&T, CEPT, NTT, CCITT y la ITU, etc. Las
variaciones de un estndar a otro son tpicamente tolerancias en las desviaciones de
frecuencia, niveles de energa, diferencia de atenuacin entre dos tonos e inmunidad al
habla.
En conclusin, DTMF es el sistema de seales transmitido en los telfonos para
la marcacin por tonos, la relacin de teclas con su correspondiente par de frecuencias
se muestran en la tabla anterior.
El sistema de seales DTMF son generadas por un codificador, y son la suma
algebraica en tiempo real de dos tonos; uno de baja frecuencia y otro de alta, el tono alto
normalmente es de + 1.5 % (2db) con respecto del tono de baja frecuencia para
compensar perdidas de seal en las largas lneas de conexin con la central telefnica.
Volviendo a las caractersticas aplicadas en la red de conmutacin telefnica
espaola, cabe mencionar que de las diecisis combinaciones asignadas a los dgitos
caracteres especiales de sealizacin, la red admite actualmente del Equipo Terminal las
correspondientes a los diez caracteres numricos1 a 0, en lo que a encaminamiento de
llamadas se refiere, y las correspondientes a los dos caracteres no numricos * y #, en lo
que a procedimientos de control de servicios suplementarios se refiere.
Los caracteres correspondientes a A, B, C y D normalizados, no se utilizan por
el momento en la red de Telefnica de Espaa S.A.U.
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Diseo e implementacin de una centralita telefnica analgica 20
En la siguiente tabla se indican las mencionadas caractersticas:
CARACTERSTICAS REQUISITOS
Codificacin Segn ETSI ETR 206
Nota: No se utilizan los caracteres especiales A, B,
C y D.
Nivel de entrada Grupo bajo: -11dBV ( + 2,5/2) dB
Grupo Alto: -9 dBV ( + 2/2,5)dB
Tiempo mnimo de aplicacin de la seal
en el PTR para su reconocimiento por la
red
60 ms
Tiempo mnimo de duracin de la pausa
interdgito
60 ms
Tiempo interdgito mximo 20 s
Tabla 5: Especificaciones de los tonos DTMF.
3.8 SEAL DE LLAMADA ENTRANTE
Es la seal alterna sinusoidal que la red presenta en el PTR de la lnea llamada
como indicacin del ofrecimiento o presentacin de una comunicacin entrante.
Como mtodo de aplicacin, la corriente de llamada se presenta en el PTR
superpuesta a la tensin de telealimentacin de corriente continua de la red indicada en
el apartado 3.2.
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Las caractersticas de la seal de llamada que, de modo general, la red presenta
por defecto, medidas en circuito abierto en el PTR, se detallan en la siguiente tabla:
CARACTERSTICAS REQUISITOS
Frecuencia 25 Hz 3 Hz
Forma de onda sinusoidal
Tensin alterna( valor eficaz) 75V 10%
Resistencia interna del generador de seal
de llamada
200
Tiempo mximo de aplicacin 60 sg
Cadencia de la seal de llamada On: 1500 ms 10 %
Off: 3000 ms 10 %
Repeticin
Distorsin 5 %
Tabla 6: Caractersticas de la sealizacin de llamada entrante.
3.9 TONO DE FINALIZACIN DE LLAMADA
Cuando una llamada es liberada por la red, sta presenta sucesivamente en el
PTR dos conjuntos de seales:
1. Una inversin de polaridad
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2. Tonos de lnea muerta, congestin, o especial de informacin de entre los
detallados en el apartado X.5.
La normativa posee mas apartados relacionados con las caractersticas tcnicas
de la lnea al llevar a cabo servicios suplementarios. Estos apartados no son de inters
para la realizacin del diseo de este proyecto por lo que no han sido incluidos en esta
memoria. De todas formas se puede acceder a ellos observando la bibliografa incluida
en este documento.
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4 DISEO DE LA CENTRALITA
A continuacin ser expuesto en este apartado el diseo realizado en el
desarrollo de este proyecto para la elaboracin de la centralita, el cual se fundamenta en
los conceptos tericos anteriormente comentados y cuyo fin es el de conseguir los
objetivos impuestos al principio de este documento.
4.1 MEDIDAS PRVIAS REALIZADAS
Antes de la realizacin fsica de la centralita, se realizaron las medidas que a
continuacin se van a exponer.
Su motivo es de poder precisar con exactitud los niveles de seal, tanto de
alimentacin como de sealizacin, en la conexin analgica del bucle local de
abonado; puesto que en la documentacin facilitada por la compaa Telefnica de
Espaa S.A.U. no se precisan con exactitud algunos parmetros, sino que se le asignan
tolerancias, necesarios para la realizacin del proyecto.
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4.1.1 Medida de tensin de alimentacin de la lnea
Mediante el uso de un osciloscopio, se realiz la medida de la tensin de
continua existente entre los dos cables de la lnea en dos situaciones diferenciadas; la
primera en la que el terminal telefnico conectado a la lnea se encuentra colgado y por
tanto en estado de reposo, y la segunda en la que el terminal telefnico se encuentra
descolgado y activo.
En el primero de los casos segn la compaa telefnica la tolerancia para esta
tensin vara entre 42 y 57 voltios idealmente, sin contar las perdidas en el bucle local
de usuario propio.
El voltaje obtenido en la medicin fue de 40 voltios, lgico si pensamos que
existen prdidas en el bucle propio del usuario, debido principalmente a la longitud que
puede presentar.
Esta medida es diferencial entre los dos hilos de la lnea, mientras que si se
miden cada conexin por separado se observa que un terminal se encuentra a una
tensin de 0 voltios mientras que el segundo se encuentra como es normal a una tensin
de 40 voltios.
Adems idealmente se supone que un equipo telefnico terminal se comporta
como un circuito abierto en estado de reposo, mientras que realmente presenta una
impedancia hacia la lnea, a pesar de que esta sea muy elevada; lo cual hace disminuir el
voltaje de continua presente entre las dos conexiones finales del bucle local de abonado.
La segunda medida ha sido realizada en la lnea telefnica en la situacin en la
que la lnea se secuestra ocupada, es decir en aquella situacin en la que algn equipo
terminal del bucle local de abonado se encuentra descolgado.
La tensin de alimentacin diferencial encontrada en la lnea ha sido de 10
voltios entre los dos hilos que implementan la conexin.
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Por el contrario los datos obtenidos de la realizacin de la medida de cada hilo
de la lnea por separado han sido que mientras que el terminal que en reposo se
encontraba a potencial cero, en este momento posee 15 voltios de tensin; Por el
contrario el terminal que anteriormente posea 40 voltios de tensin, ahora como es
normal ha disminuido su voltaje en igual proporcin que el aumento en el otro hilo, es
decir posee ahora un voltaje de 25 voltios.
En las especificaciones aportadas por la compaa Telefnica de Espaa S.A.U.
no se indicaba valor alguno de tensin en esta situacin, sino que nicamente se
comentaba que se debera cumplir la ley de Ohm.
Por tanto, y debido a que la resistencia aproximada de un equipo telefnico es de
unos 600, se corresponden los valores obtenidos a que la intensidad que circula por el
bucle de abonado es de unos 17 mA.
Este nivel de intensidad condiciona la ocupacin de la lnea telefnica, para la
cual, segn las especificaciones antes mencionadas, era necesario la circulacin de
cmo mnimo 6mA, cumplindose as las especificaciones tericas antes comentadas en
esta memoria.
4.1.2 Medidas de la sealizacin de llamada entrante
Segn las especificaciones de la misma, la seal de indicacin de llamada
entrante se caracteriza principalmente por tener una amplitud de 75 voltios eficaces y
una frecuencia de 25 Hz.
La medida realizada a los dos hilos que forman la conexin de la lnea telefnica
analgica, ha mostrado inicialmente que en uno de ellos se localiza una seal sinusoidal
cuya frecuencia es la indicada anteriormente y cuyo voltaje es de aproximadamente
unos 180 voltios pico-pico.
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Por el contrario en el segundo terminal de la lnea se muestra una seal de igual
frecuencia a la anterior pero cuyo voltaje es sensiblemente inferior, aproximadamente
unos 30 voltios pico-pico.
Adems se debe indicar que ambas seales posee un desfase entre si de
aproximadamente unos 90, conformando as mediante la suma de ambas seales la
sealizacin recibida por el equipo telefnico terminal.
Igualmente en este proceso de medicin previo al diseo de la centralita, ha sido
comprobado el grado de ajuste necesario para que la seal de indicacin de llamada
entrante cause el efecto requerido en un equipo telefnico.
Mediante esta accin se ha comprobado que tanto la frecuencia como el nivel de
amplitud de la seal aportada al equipo terminal poseen un ancho margen de
variabilidad, con respecto a sus especificaciones iniciales, para obtener una correcta
funcionalidad.
La frecuencia central en la que se puede ubicar la seal de indicacin de llamada
entrante puede variar de entre los 15 Hz hasta los 400 Hz aproximadamente
mantenindose la correcta deteccin de la seal por parte del equipo terminal,
nicamente varia en este rango el tono en que el equipo telefnico realiza la indicacin
sonora hacia el usuario de la presencia de una comunicacin entrante.
Otra especificacin que puede variar es la amplitud de la seal, la cual posee un
margen que se extiende desde los 50 voltios pico-pico como mnima tensin de la
misma hasta los 140 voltios pico-pico.
Estas medidas realizadas del rango de variabilidad, sern de suma utilidad para
el desarrollo del proyecto, como posteriormente se indicar en esta memoria.
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4.2 ESQUEMA FUNCIONAL
Inicialmente, con el fin de poder explicar ms fcilmente el diseo del proyecto
desarrollado, se va a esquematizar a continuacin el funcionamiento general a nivel de
bloques independientes de la centralita diseada.
Esta primera explicacin del funcionamiento a nivel lgico o de bloques del
proyecto facilitar una comprensin general del mismo, lo cual ayudar a
posteriormente detallar ms especficamente cada parte del esquema global con mayor
facilidad.
El funcionamiento que se ha implementado de la centralita es igual al ofrecido
por productos similares existentes en el mercado, el cual cumple con todas las
especificaciones impuestas inicialmente al proyecto como objetivo del mismo, e
indicadas al comienzo de esta memoria.
El modo de operacin se puede dividir en dos ramas principalmente, el primero
es aquel en el que la centralita acta como respuesta a una llamada entrante al sistema,
mientras que el segundo se ejecuta en el momento que un usuario de la centralita desea
establecer una comunicacin hacia el exterior.
4.2.1 Funcionamiento ante una llamada entrante
A continuacin se explica las acciones realizadas por el sistema diseado ante la
recepcin de una comunicacin externa.
La primera accin que realiza la centralita ante una llamada entrante al sistema, es detectar la misma. Para ello se ha diseado un circuito capaz
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de interpretar automticamente la existencia de un tono de llamada
entrante transmitido desde la Red Telefnica Bsica.
Este circuito le indica al microcontrolador del sistema la existencia del mismo, y a continuacin este acciona un rel conectado a la lnea
telefnica que al conmutar conecta esta a un circuito capaz de responder
al tono recibido, indicando que se ha recibido la llamada entrante y
estableciendo as la comunicacin.
Una vez establecida la comunicacin, la centralita reproduce automticamente una locucin de voz pregrabada en la que indicar al
usuario llamante a quien corresponden las diversas extensiones que posee
el sistema, requirindole que marque un dgito en correspondencia con el
usuario destino con quien desee hablar.
Una vez el usuario llamante escuche la grabacin, este pulsar algn dgito segn sea el destino de su comunicacin y el sistema demodular
dicho dgito, el cual corresponde a un tono DTMF.
Una vez se halla demodulado el dgito marcado, este le ser indicado al microcontrolador, el cual reconocer el usuario destino.
Una vez se conoce el usuario destino, el sistema reproduce en el equipo terminal del mismo, un tono telefnico de llamada entrante reconocible
por el telfono.
A la vez de dicha reproduccin el sistema controlar si el usuario destino descuelga el telfono, y si esto se produce interconecta a este, con el
usuario llamante, producindose as la comunicacin telefnica entre
ambos.
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Por ltimo, una vez se halla realizado la comunicacin telefnica, el usuario de la centralita colgar de nuevo el telfono, accin monitorizada
por el sistema y que accionar que se desconecte la conexin con lnea
telefnica exterior, producindose el fin de la comunicacin.
Una vez realizado este proceso la centralita retornar al estado de reposo en espera de otra llamada.
Este proceso es realizado gracias a la actuacin de todos los subsistemas en los
que se ha dividido el proyecto y controlados en todo momento, como se ha podido
apreciar, por el dispositivo microcontrolador.
Como se puede observar, todo el proceso se realiza de forma automtica,
consiguiendo as que se cumpla uno de los requisitos indispensables impuesto como
objetivo de este proyecto, siendo este que el usuario de la centralita no realice ninguna
accin adicional, a las realizadas con normalidad, con el fin de establecer o recibir una
comunicacin telefnica.
Durante el proceso de recepcin de una llamada entrante por parte de un usuario
del sistema, ningn otro usuario podr realizar otra llamada, puesto que la lnea se
encuentra ocupada.
De igual forma ningn otro usuario podr observar la comunicacin que est
siendo establecida por otro usurario, cumpliendo as otro importante objetivo marcado
para este proyecto, el cual es el de preservar la privacidad en las comunicaciones.
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4.2.2 Proceso para el establecimiento de una llamada
Este proceso es mucho ms sencillo que el explicado anteriormente y en el
mismo no intervienen muchos de los circuitos diseados para este proyecto.
Esto es as debido a que no es necesaria en este caso una intercomunicacin con
el usuario destino, sino que es la propia Red Telefnica Bsica la que se ocupa de
establecer dicha comunicacin.
Los pasos que se realizan por tanto para lograr la realizacin de una llamada
telefnica por parte de un usuario de la centralita son los siguientes:
En primer lugar, el microcontrolador del sistema que se encuentra monitorizando el estado en el que se encuentran las extensiones de la
centralita, detecta que un usuario de la misma ha levantado el auricular
de su telfono.
A continuacin se le conecta con la lnea telefnica externa de la misma manera que se realizaba en el proceso de recepcin de una llamada
entrante.
A partir de este momento el sistema permanece en reposo a la espera que se concluya la comunicacin telefnica, la cual se detecta al observar que
se ha vuelto a cortar el terminal por el usuario.
Por ltimo se desacopla la lnea telefnica con el usuario llamante y se vuelve al estado inicial de reposo.
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Cabe mencionar que la comunicacin, ya sea en el proceso de recepcin de una
llamada entrante o mediante el proceso de realizacin de una comunicacin propia hacia
el exterior, posee en todo momento un total aislamiento de todas las extensiones
existentes en la centralita, con lo que se consigue un mximo grado de intimidad en toda
comunicacin.
Con el fin de obtener una mayor claridad de las explicaciones sobre el modo de
funcionamiento de la centralita, se muestra en la pgina posterior un diagrama de flujo
sobre el mismo.
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Figura 2: Diagrama de funcionamiento de la centralita.
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4.3 ESQUEMA CIRCUITAL
Una de las principales caractersticas del proyecto diseado, es que ha sido
estructurado en varios circuitos independientes entre si, que son capaces de actuar de
forma independiente y que a su vez se encuentran controlados todos ellos por el
dispositivos microcontrolador utilizado, el cual es que elemento mas importante del
proyecto puesto que gobierna a todo el proyecto en su conjunto.
Esta divisin del proyecto es pequeos sistemas se ha realizado principalmente
con el fin de facilitar el proceso de depuracin del mismo. Esto es as por que ha sido
posible probar cada subsistema por separado, a la vez de ir escalando el proyecto en
magnitud del mismo comprobando en todo momento que el diseo era el apropiado.
Como se ha indicado anteriormente todo el proyecto se ha basado en el uso de
un dispositivo microcontrolador, en este caso el PIC 16F877, que controla todas las
partes de la centralita diseada y que por tanto gobierna todo su funcionamiento.
Una vez comentado el modo de funcionamiento del proyecto ante las dos
situaciones que debe hacer frente, a continuacin se expondrn brevemente los distintos
subsistemas en los que ha sido dividido este, al igual que la funcionalidad que poseen
dentro del proceso de actuacin antes comentado.
a) Circuito de deteccin de llam da entrante.a
Como bien indica su nombre, su funcionalidad es la de detectar el instante en el
que la centralita recibe un tono de sealizaci unicacin entrante por parte de la
Red Telefnica Conm
n de com
utada (RTC).
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Se encuentra conectado a la lnea telefnica exterior, de la que detecta el tono
entrante, y se comunica con el microcontrolador del sistema una vez se detecte dicho
tono de sealizacin.
b) Circuito de ocupacin de la lnea telefnica.
Este circuito ser el encargado de ocupar la lnea, descolgar para la compaa, en
el momento que se reciba una llamada entrante.
Otra funcionalidad que posee, no comentada en el apartado anterior pero
ecesaria, es la de aislar elctricamente la lnea telefnica de la circuitera desarrollada n
para este proyecto, con el fin de proteger esta ante posibles sobretensiones exteriores.
c) Circuito de grabacin y reproduccin de voz.
Posee una doble funcionalidad dentro del proyecto, la primera ya comentada
anteriormente es la de reproducir en la lnea telefnica el mensaje de respuesta en el
momento que se reciba una llamada entrante al sistema.
Y como es normal su otra funcin es la de permitir la grabacin de dicho
entralita. mensaje de forma sencilla por parte de los usuarios de la c
d) Circuito de demodulacin de tonos DTMF.
Ser el encargado de interpretar los tonos DTMF recibidos en la centralita por
arte del usuario llamante, como respuesta a la grabacin reproducida con anterioridad. p
Una vez remodulado el tono recibido se comunicar con el microcontrolador del sistema
para indicarle el dgito correspondiente con dicha seal de sealizacin.
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e) Circuito de alimentacin del terminal telefnico.
e la lnea telefnica una tensin de
paz de alimentar a un telfono ubicado en una extensin de la centralita
os
rminales a la lnea de entrada imposibilita la monitorizacin de los mismos con el fin
Este circuito se encarga de extraer d
alimentacin ca
diseada.
Esto es as puesto que la imposibilidad de conectar directamente los equip
te
de observar su estado.
f) Circuito de monitorizacin del estado del terminal.
Como se ha indicado anteriormente, se debe monitorizar la situacin de los
les ubicados en las extensiones de la centralita tanto para detectar que se
por el sistema anterior de
limentacin telefnica. Una vez se detecte alguna modificacin en su estado, este es
mun
equipos termina
desea realizar una llamada como para determinar que responde ante una llamada
entrante.
Este es el circuito encargado de ello, ayudado
a
co icado al microcontrolador, el cual se encargar en cada situacin de realizar las
acciones pertinentes.
g) Circuito de generacin de sealizacin telefnica.
Este circuito, que esta en todo momento gobernado por el microcontrolador del
stema, ser el encargado de generar la sealizacin de comunicacin entrante
te al sistema,
ien desea hablar el usuario llamante exterior.
si
necesaria para advertir al equipo terminal destino de una llamada entran
que l es con qu
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Diseo e implementacin de una centralita telefnica analgica 36
h) Circuito microcontrolador.
stema; recibe indicaciones de los subsistemas descritos con
anterioridad y acta sobre estos mismos segn proceda.
i) Circuito de conmutacin.
Como ya se ha indicado en varias ocasiones es el encargado de controlar todo el
funcionamiento del si
ralita.
De la misma forma ser necesario su uso para lograr conectar una de las
la realizacin de una
omunicacin por parte de un usuario
ados.
Este circuito esta encargado de la conmutacin, necesaria en varios apartados del
proyecto, de la lnea telefnica sobre las diversas conexiones que puede poseer dentro
de la cent
Ser de utilidad dentro del proceso de ocupacin de la lnea telefnica antes
mencionado, al igual que en el proceso de conectar una llamada entrante hacia una de
las extensiones de la centralita.
extensiones de la centralita con la lnea telefnica exterior, para
c
Para poder comprender con mayor facilidad la funcionalidad de cada circuito en
los que se ha dividido el proyecto, a continuacin se expone un esquema de la
conectividad y ubicacin de cada uno de los subsistemas dise
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Figura 3: Diagrama de conectividad de la centralita
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Diseo e implementacin de una centralita telefnica analgica 38
A continuacin, una vez comentados todos los circuitos el los que se ha dividido
l diseo de la centralita telefnica, se explican mas detalladamente los elementos que
componen a cada uno de ellos, al igual que su funcionamiento interno.
4.3.1 Circuito de deteccin de llamada entrante
e
La funcin principal de este circuito es la de indicarle al microcontrolador el
momento en el que se produce una llamada entrante al sistema.
La principal prioridad en el diseo de este circuito es la del aislamiento elctrico
entre los dos extremos entre los que se encuentra este sistema, siendo estos la lnea
telefnica analgica del bucle de abonado y el circuito microcontrolador de la centralita.
Esto es debido a que el microcontrolador usado, el PIC 16F877, podra daarse
fcilmente si se conectara directamente a la lnea, pues se pueden producir en dicha
lnea altos picos de tensin o intensidad.
Debido a lo comentado anteriormente, se ha utilizado para conseguir dicho
aislamiento elctrico un optoacoplador integrado. El modelo usado es el optoacoplador
4N35, de fcil adquisicin por su elevado uso en el mercado electrnico.
Este dispositivo posee un encapsulado plstico de 6 pines. Entre sus dos
rimero lleva mismo entre sus
ines 4,5 y 6 lleva conectado un transistor de silicio. El pin restante no es usado.
En el diseo, el nodo del diodo LED (pin 1) va conectado al ctodo del segundo
iodo zener utilizado, mientras que su ctodo va conectado a la lnea externa.
Por su parte el colector del transistor se conecta mediante Pull-up al bit 1 del
icrocontrolador. Su emisor se conecta a tierra, para as hacer conmutar la
lida entre este voltaje cero, en el momento que el transistor se encuentra activo, o a 5
p s conectado un diodo LED de infrarrojos de AsGa. Asi
p
d
puerto C del m
sa
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Diseo e implementacin de una centralita telefnica analgica 39
v (a travs de la resistencia de Pull-up) si el transistor se encuentra en estado de
corte.
oltios
El esquema interno del optoacoplador 4N35 utilizado, es el siguiente:
Figura 3: Optoacoplador 4N35
el circuito
icrocontrolador es nicam
en este
parte de otro usuario, se caracteriza principalmente por ser una seal sinusoidal de 25
Puesto que el acoplamiento entre el bucle de abonado y
m ente ptico, evitamos de esta forma cualquier posible dao
en nuestro sistema de alteraciones en el exterior.
Como se comento en las caractersticas tcnicas inicialmente explicadas
proyecto, la seal recibida por un usuario en el Punto de Terminacin de Red (PTR) por
parte de la operadora indicndole la existencia de un intento de llamada entrante por
Hz y una amplitud de 75 voltios eficaces, aplicndose esta de forma superpuesta a la
tensin de telealimentacin de corriente continua de la red.
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Diseo e implementacin de una centralita telefnica analgica 40
Debido a que la seal a detectar por parte del circuito posee un muy elevado
nivel de potencial, se han utilizado dos diodos zener con una tensin umbral de 15
Voltios colocados ambos en serie y con opuesto sentido, montaje back-to-back, de
El primero consiste en recortar el nivel de potencial de la seal de entrada en 30
oltios evitando as que se pueda daar el optoacoplador localizado a continuacin.
El segundo objetivo es el de conseguir filtrar posibles ruidos que se produzcan
desde la red, siendo todos ellos suprimidos si su voltaje es menos de la tensin umbral
e los diodos zener.
Como ya se indic en la introduccin terica en este documento, el mximo
consumo de corriente permitido extraer del Punto de Terminacin de Red en estado de
poso, es de 1mA.
llo y por que este circuito se encuentra directamente
uncin muy importante y es la
evitar el paso de la corriente continua; conseguimos as no extraer del bucle de abonado
orriente continua evitando as que la operadora entienda que se ha descolgado un
equipo terminal.
orientacin con el fin de obtener dos objetivos principalmente.
V
d
re
Es por e conectado al PTR
por lo que se ha utilizado la capacidad inicial. Tiene una f
c
El resto de los elementos de los que esta compuesto este subcircuito son los
siguientes:
La resistencia R1 es requerida para presentar una impedancia de 10 K a seales
de audio, evitando as una disminucin de calidad en las comunicaciones establecidas, y
por otro lado limita la corriente del tono de llamada hacia el optoacoplador hacia valores
que no sean peligrosos.
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Diseo e implementacin de una centralita telefnica analgica 41
El diodo D3 protege al optoacoplador de corrientes inversas elevadas que
pudieran daar al integrado.
Por ltimo la resistencia ltima R2 es utilizada para formar la estructura pull-up
requerida por el diseo interno del optoacoplador, su bajo valor permite obtener una
A continuacin se expone el esquema, anteriormente explicado, del subcircuito
Figura 4: Circuito indicador de llamada entrante
rpida variacin en la seal que se presenta hacia el microcontrolador.
de deteccin de llamada entrante:
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Diseo e implementacin de una centralita telefnica analgica 42Diseo e implementacin de una centralita telefnica analgica
______________________________________________________________________ Proyecto Fin de Carrera Escuela Superior de Ingenieros de Sevilla
42
4.3.2 Circuito de ocupacin de lnea telefnica
La funcionalidad de este circuito es la de aislar el bucle de abonado local con el
cionalidad dentro del diseo del sistema, y es la de
conseguir que, una vez se detecte la existencia de una llamada entrante hacia el sistema,
se consiga realizar el acto de posesin o toma de la lnea telefnica, llamado
vulgarmente descolgar, con el fin de que la operadora establezca la definitiva
comunicacin entre el usuario llamante y la centralita.
El esquema del subcircuito es el siguiente:
Figura 5: Circuito de ocupacin de lnea telefnica.
subcircuito de grabacin y reproduccin de voz y con el subcircuito de deteccin de
tonos DTMF; es decir, asla del exterior los circuitos encargados de la
intercomunicacin automtica con el usuario llamante al sistema.
Igualmente posee otra fun
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Diseo e implementacin de una centralita telefnica analgica 43
Los elementos que componen el circuito son los siguientes:
En el momento que se detecte una llamada entrante este rel conectar la lnea
lefn
ca, para la operadora simulamos
ue se ha descolgado un telfono.
ste va ue legid tomando como promedio la impedancia de los aparatos
telefnicos, que es del orden de los 400 a 600 .
Se puede comprobar tericamente que el valor de la resistencia es apropiado
mediante el clculo de la corriente consumida por el mismo.
Para ello tendremos en cuenta, como se comento en la introduccin terica de
esta memoria, que la tensin de alimentacin de la lnea es de aproximadamente 40
Voltios, variando segn sea la resistencia residual existente en el bucle de abonado, y
que la compaa telefnica interpreta que se ha producido un cierre del bucle telefnico
siempre que la corriente supere los 15 mA durante un periodo superior a 40 ms.
Aplicando los valores que poseemos obtenemos la siguiente corriente consumida
por la resistencia R2.
El rel RL1 conmutar cuando se detecte una llamada entrante, en estado de
reposo del sistema este rel no conecta la lnea exterior hacia ningn componente,
aislando al sistema de posibles perturbaciones exteriores.
te ica exterior hacia la resistencia R2, la capacidad C2 y el transformador T1; su
funcin es por tanto la de aislar el circuito del exterior en estado de reposo.
Una vez el rel halla conmutado la resistencia R2 toma suficiente corriente
continua de la lnea como para ocupar la lnea telefni
q
E lor f e o
mAV 7156040 =
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Diseo e implementacin de una centralita telefnica analgica 44
Se comprueba que la intensidad consumida es suficiente para lograr el cierre del
ucle de abonado.
conseguimos que la locucin
ue realicemos se escuche con un nivel de potencia aceptable y que los tonos DTMF
El transformador T1 es un transformador que presenta una impedancia de 600
400 Hz.
aturacin o distorsin cuando la seal
lterna tambin pase por su bobinado. Este tipo de transformadores son ligeramente ms
tensin superiores a su tensin umbral necesario para proteger al
sto de circuitos conectados.
b
El condensador C2 situado en paralelo evita la prdida innecesaria de potencia
para las seales de audio superiores a 300 Hz. Con ello
q
que reciba el sistema no pierdan potencia y sea posible su reconocimiento posterior por
el propio sistema.
a 400 Hz y relacin 1:1, ello sastiface las normas telefnicas que especifican
aislamiento elctrico del aparato conectado a la lnea telefnica y adaptacin de
impedancias para seal de 600 a
TF1 es un transformador Hmedo, ello significa que permita el paso de corriente
continua a travs de su bobinado, y no produzca s
a
caros, pero simplifican el resto del circuito asociado encargado de ocupar la lnea
telefnica.
Por ltimo Comentar que aunque se podra haber conectado las dos salidas del
secundario del transformador hacia el resto del sistema en modo diferencial, se ha
optado por conectar una de dichas conexiones a tierra y trabajar en modo simple, puesto
que la mejora introducida en potencia no era necesaria para el correcto funcionamiento
y en cambio complicaba el diseo de posteriores etapas del sistema.
Por ltimo el diodo zener evita que la seal de audio que sale del transformador
este limpia de picos de
re
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Como se puede observar, en este subcircuito y otros comentados, se ha hecho un
especial hincapi en proteger de posibles perturbaciones exteriores en la lnea telefnica
los elementos mas sensibles del sistema, evitando posibles futuras averas por sobre
nsion
a
te es.
4.3.3 Circuito demodulador de tonos DTMF
Una de las acciones mas importantes de la centralita es la de automticamente
Los tonos fueron diseados de forma que no sean armnicos de frecuencias muy
Dicho cdigo digital se le comunicar a el microcontrolador del sistema y este
ecidir las siguientes acciones a realizar en el proceso.
establecer una interrelacin con un usuario llamante a el sistema. Para ello se utiliza en
este proyecto dos funciones principalmente, la locucin de una voz pregrabada en el
sistema que escucha el usuario llamante y la recepcin por parte de la centralita de tonos
DTMF pulsados por dicho usuario.
Los tonos DTMF (Dual Tone Multi Frecuency), como bien indica su nombre,
son seales multifrecuencia, exactamente se transmite la suma algebraica de dos seales
sinusoidales una del conjunto de tonos bajos y otra del conjunto de tonos altos, de
acuerdo a la tabla indicada en el apartado terico de esta memoria.
usadas como de 60 Hz, siendo ms inmunes al ruido.
Por su elevada robustez y simplicidad se eligi la marcacin de dichos tonos por
parte del usuario llamante en la comunicacin con la centralita, siendo adems la tcnica
usada en otras muchas aplicaciones cotidianas.
Este subcircuito es por tanto el encargado de decodificar los tonos DTMF
provenientes de la lnea telefnica a un cdigo digital indicativo del tono recibido.
d
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Debido a su funcionalidad este circuito solo ser necesario en el momento en el
que el sistema est procesando una llamada entrante, adems para evitar posibles
sobretensiones en el integrado utilizado, este subcircuito se comunicar con la lnea
lefnica a trabes del circuito anteriormente comentado de aislamiento y ocupacin
lefnica.
as diversas posibilidades de diseo para la realizacin de la
teriza por ser un completo receptor integrado DTMF de bajo consumo y
Su arquitectura interna se caracteriza por usar dos filtros paso banda de sexto
1209 y los 1633 Hz, como se puede
bservar el siguiente grfico.
te
te
Entre l
decodificacin de los tonos DTMF se ha optado por aquella que resulta mas simple
aunque no por ello menos eficiente, se ha escogido para realizar dicha decodificacin el
uso del integrado MT8870D de la compaa ZARLINK SEMICONDUCTOR, siendo el
resto de componentes del subcircuito elementos necesarios para el buen funcionamiento
del integrado.
Dicho integrado ha sido elegido por su elevada documentacin y a la vez
elevado uso en aplicaciones electrnicas, aprecindose su correcto funcionamiento en
otros proyectos similares al que nos encontramos.
Se carac
altas prestaciones.
orden implementados con capacidades conmutadas que separan los tonos en sus dos
frecuencias fundamentales, una del grupo bajo comprendido entre los 697 y los 941 Hz
y otra del grupo alto comprendida entre los
o
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Figura 6: Filtros del integrado MT8870D
A continuacin de los filtros el integrado posee un algoritmo digital de
e los tonos, por el cual determina la frecuencia de cada tono y lo asocia a
cias interferentes y ruido.
su interfaz digital de salida con latches en triestado,
cilitando su conexin con el microcontrolador.
De las diversas configuraciones que se aconsejan para su montaje en la hoja de
atlogo del circuito integrado, se ha escogido una modificacin de la configuracin en
ntrada simple.
identificacin d
una frecuencia estndar DTMF. Dicho sistema de identificacin posee una muy alta
inmunidad a frecuen
Adems minimiza el nmero de componentes externos necesarios para su uso al
llevar integrado un amplificador diferencial de entrada encargado de la amplificacin de
la seal.
Por ltimo comentar
fa
c
e
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Esta eleccin se ha basado principalmente en optimizar el nmero de elementos
xternos a utilizar, que dificultaran el diseo de la placa, mientras que por el contrario
o afectan para el correcto funcionamiento del circuito.
Adems, debido a numerosas pruebas y medidas realizadas en el circuito se ha
egado a la conclusin que el factor que limita el funcionamiento en la deteccin del
tegrado es la potencia que poseen los tonos a la entrada del mismo. Este factor no se
ejora con el otro montaje aconsejado en la hoja de catlogo, un montaje diferencial,
or lo que este ltimo fue descartado, eligiendo el montaje ms simple.
Como se dijo anteriormente se ha realizado una modificacin del montaje
consejado en el datasheet del integrado. Se ha comentado que el principal factor que
mita el funcionamiento es la potencia de la seal de entrada. Segn la hoja de catlogo
econocible debe ser de
9 dBm, pero despus de realizar diversas pruebas con el integrado se ha comprobado
s, se ha amplificado la seal para obtener
n nivel de potencia aceptable.
puesto que a la entrada, el integrado posee un amplificador operacional en
ontaje inversor, con lo cual variando el valor de dichas resistencias obtenemos la
plifi
Se han escogido unos valores de R4 de 22 K y R5 100 K, obteniendo as
mplifi
e
n
ll
in
m
p
a
li
la potencia mnima de entrada necesaria en un tono para que sea r
-2
que es necesario un nivel algo mayor de potencia para un perfecto funcionamiento.
Por ello y debido a que el nivel de seal medido aportado por la lnea telefnica
es levemente superior a los -29 dBm necesario
u
Esta amplificacin se ha realizado variando las resistencias de entrada al
integrado,
m
am cacin deseada.
a car la seal cinco veces su nivel inicial.
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El esquema del montaje utilizado para la deteccin de tonos DTMF es el
Como se observa en la figura, otros elementos utilizados son un cristal de cuarzo
tono.
en el proceso de deteccin de un tono
lido DTMF.
siguiente.
Figura 7: Circuito demodulador de tonos DTMF
con una frecuencia de 3,5795 Mhz, elemento elevadamente comercializado, usado para
el funcionamiento de la circuitera digital del integrado, al igual que la resistencia R3 y
la capacidad C2 los cuales indican la constante de tiempo usada por el integrado para
evaluar como valido un
A continuacin se va a explicar el cronograma con la comunicacin que se
realiza entre el microcontrolador y el integrado
v
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Diseo e implementacin de una centralita telefnica analgica 50
Como se puede observar en el grfico siguiente, el proceso de variacin en las
seales de salidas del integrado MT8870D cuando se detecta un tono valido es bastante
omplejo, pero para simplificar el diseo de la centralita nicamente se han utilizado las
lneas StD junto con los pines Q1- Q3 en la conexin con el microcontrolador. El resto
de seales no se usan al no ser estrictamente necesarias.
Como se observa en el cronograma en la programacin del microcontrolador
inicialmente lo que se monitoriza es la seal StD , a travs del pin 3 del puerto A del
mismo, puesto que es la que indica, ponindose a nivel alto, el momento en el que existe
un dato vlido en el bus Qi. Por tanto una vez se observe la activacin de la seal StD se
muestrea el bus Q donde se indica el tono recibido, mediante los pines 0, 1 y 2 del
mismo puerto A del microcontrolador.
c
Figura 8: Cronograma de la recepcin de un tono DTMF
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Diseo e implementacin de una centralita telefnica analgica 51
Por ltimo indicar que la codificacin de los tonos en el bus es directa, indicando
el dgito marcado. En este proyecto al ser necesario nicamente discernir entre los
dgitos 1, 2 y 3, nicamente se han conectado las lneas Q1-Q3 del bus al
microcontrolador, consiguiendo as simplificar el diseo de la placa final.
4.3.4 Circuito de Reproduccin y grabacin de voz
A continuacin se explicar el diseo y funcionamiento del subcircuito
encargado de la grabacin y reproduccin de la locucin de voz de la centralita.
Como se ha indicado la funcionalidad de este circuito es doble, la primera
ncin a realizar ser la de poder grabar una locucin de voz de manera simple, que
se escuchar como mensaje hacia un usuario llamante al sistema. Y la
gunda labor a realizar es obviamente reproducir dicha locucin hacia la lnea
lefnica exterior en el momento que un usuario acceda al sistema.
Como en el diseo del subcircuito receptor de tonos DTMF en esta ocasin se ha
scogido el diseo que se ha considerado ms simple para realizar la doble
ncionalidad antes mencionada. Existan diversas posibilidades de diseo, como la de
lmacenar la voz pregrabada en una memoria EEPROM direccionable por el
icrocontrolador, pero todas ellas posean una mayor dificultad y no mejor
ncionamiento que la opcin escogida la cual es el uso de un integrado especfico para
grabacin y reproduccin de voz.
Por ello se escogi como elemento principal del subcircuito de voz el integrado
D2590, circuito integrado especfico para aplicaciones como la que se ha desarrollado
Dicho integrado es capaz de almacenar y reproducir mensajes de hasta 90
uracin. Adems posee muy alta calidad gracias a que incluye en su
fu
posteriormente
se
te
e
fu
a
m
fu
la
IS
en este proyecto.
segundos de d
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Diseo e implementacin de una centralita telefnica analgica 52
interior un preamplificador para el micrfono, control automtico de ganancia, un filtro
antialiasing y un muy fcil modo de control y direccionamiento por parte del
microcontrolador.
Una cualidad importante del integrado es que la seal de audio se carga
irectamente in clulas de memoria no voltiles en su forma natural, aportando una alta
ble, 90
gundos en concreto, suficiente para incluir la locucin necesaria en una centralita
grado ISD2590 se
ncuentra gobernado por el microcontrolador, el cual le indicar el instante en el que
ez en todo el periodo de funcionamiento de la
entralita, por ello para pasar a este modo de funcionamiento el proceso a realizar es
anua
nuacin se explicarn por separado las dos acciones principales que
d
calidad en la posterior reproduccin de la misma.
Dentro de los diversos modelos que la compaa desarrolla se escogi el modelo
ISD2590 puesto que es capaz de grabar una longitud de mensaje muy acepta
se
telefnica, adems de poseer una frecuencia de muestreo bastante aceptable, siendo esta
de 5,3 KHz.
El subcircuito diseado posee dos modos de funcionamiento, uno especfico para
cada aplicacin a desarrollar. En el modo normal en circuito inte
e
debe de reproducir el audio grabado previamente, es decir en el instante en el que se
detecte una llamada entrante al sistema. Esta es la situacin en la que se encuentra el
sistema normalmente.
La otra posibilidad o modo de funcionamiento, es aquella en la que se desee
grabar el mensaje a reproducir cuando se detecte una llamada entrante. Esta situacin es
muy espordica, incluso una sola v
c
m l y no automtico, puesto que es imposible conocer o forzar el momento de
grabacin del mensaje.
A conti
realiza el dispositivo, el motivo de esto es su gran variabilidad entre ellas.
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Diseo e implementacin de una centralita telefnica analgica 53
4.3.4.1 Proceso de grabacin de voz
El proceso que debe seguir el usuario para realizar la grabacin del mensaje es el
guiente:
la posicin RECORD.
5. Presionar el botn de GRABACIN mientras que en sentido al
icrfono se indica por el usuario el mensaje a reproducir.
or ltimo situar de nuevo los jumpers nmeros 1 y 2 en la
posicin PLAY y NORMAL respectivamente previa desconexin
si
1. Inicialmente desconectar la centralita del sistema de alimentacin.
2. Situar el jumper nmero 1 en
3. Situar el jumper nmero 2 en la posicin MANUAL.
4. Conectar de nuevo el sistema
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