Mạch Báo Trộm Qua Đường Dây Điện Thoại BỘ MÔN: ĐIỆn tử viễn thôNG

Tín hiệu từ Microphone được kết nối điện dung với đầu vào bộ tiền khuếch đại. Bộ tiền khuếch đại được chỉnh tự động bằng mạch AGC mạch này sẽ điều chỉnh bộ tiền khuếch đại tương ứng với độ lớn của tín hiệu vào và tần số này còn điều khiển bộ lọc để khử nhiểu và các tín hiệu không mong muốn năm ngoài băng thông.

Tín hiệu Analog sau khi được điều khiển khuếch đại và lọc sẽ được đưa qua bộ truyền nhận (Analog transceiver) ở chế độ thu, ngõ vào chế dộ phát, nó lấy ngõ vào từ dãy bộ nhớ Analog và gởi đến ngõ xuất của bộ lọc.

Mạch định thì bên trong (Tiningcircuit internal) của ISD1420 đồng bộ hoạt động của dảy bộ nhớ Analog và bộ truyền nhận Analog đồng thời sinh ra xung clock lấy mẫu. Tín hiệu âm thanh được lấy mẫu xung này ở tần số 8 KHz (đủ cho băng tần tiếng nói 3.4 KHz) và được chứa trong các ô nhớ như một điện áp. Trong lúc phát các ô nhớ được lấy mẫu và gởi ra các ngõ xuất có bộ lọc thông qua bộ truyền nhận Analog. Tín hiệu sau khi nhận được gởi tới bộ dồn kênh Analog nó sẽ chọn một trong hai đầu ra để điều khiển bộ khuếch đại công suất. Ở chế độ phát các tín hiệu được lưu trữ sẽ chọn lọc khuếch đại và đưa ra loa. Khi không ở chế độ thu phát thì bộ dồn kênh sẽ chọn một ngõ vào hỗ trợ là nguồn tín hiệu điều này cho phép ta lợi dụng bộ khuếch đại khi ISD1420 ở trạng thái nghỉ.

Bất cứ khi nào ISD1420 bị tàn phá (quá 20s thu/phát) bộ điếm địa chỉ ở mức đếm tối đa của nó (9FH) và sinh ra xung EOM (End of message). Ngõ CE tích cực sẽ không khởi động lại thiết bị cho đến khi PD thu xong một chu kì cao thấp.

Chú ý: khi thu nhiều thông báo việc kết thúc một thông báo thực hiện bằng cách cấm CE trong khi giữ ở mức thấp. Điều đó sẽ ngăn cản bộ đếm địa chỉ reset về zero lúc bắt đầu thông báo tiếp theo khi EOM phát ra xung Low khi bị tràn thì PD lên mức High để reset con trỏ địa chỉ về đầu vùng nhớ lưu trữ âm thanh.

CE: Chip Enable Input - ngỏ nhập cho phép hoạt động. Sau một thời gian setup (300ms) địa chỉ các ngõ thu / phát sẽ được cài đặt xuống của xung này. Khi chân này ở mức cao thì IC này bị cấm và ngõ vào hổ trợ sẽ được chọn như một ngõ nhập cho bộ khuếch đại công suất ra.

Chú ý : Khi thu phát thì phải đưa CE xuống mức thấp của ngõ nhập địa chỉ và ngõ nhập thu phát được cài ở cạnh xuống của CE khi CE ở mức cao thì mạch không hoạt động.

P/R: ( Playback / Record ) là ngõ nhập thu phát trạng thái của ngõ vào này sẽ được cài ở cạnh xuống CE (song song với các ngõ vào địa chỉ A0-A7 ).

Khi P/R = 1 thì chọn chu kỳ phát.

Khi P/R = 0 thì chọn chu kỳ thu.

Đoạn thông báo thu phát sẽ bắt đầu tại địa chỉ đã được cài đặt khi CE xuống mức thấp và kết thúc khi có xung ở chân EOM. Bit EOM sẽ được chèn vào khi đang thu lúc vùng lưu trữ đầy hoặc khi hoạt động thu kết thúc do PD lên cao hoặc CE lên cao.

Nếu có đa thông báo được thu thì các xung thấp của các thông báo được lưu trữ va phát liên tục.

EOM ( End of message output ): Ngõ xuất báo hiệu hết thông điệp. Cuối mỗi thông điệp trong bộ nhớ được tự động chèn vào một dấu EOM và dấu này tồn tại ở đó cho đến lúc bị ghi đè lên một chu kỳ phát lại. Ngõ xuất sẽ xuất ra xung low trong một thời gian có độ rộng xung tối thiểu là 125ms tại cuối mỗi thông điệp hoặc tràn bộ nhớ. Nếu nguồn cung cấp dưới 3.5V thì EOM sẽ đi xuống và đặt IC ở chế độ phát, điều này ngăn ngừa mạch thu khi điều kiện năng lượng không đạt.

MIC ( Microphone Input ): Ngõ nhập microphone, chân này được nối qua các tụ điện và điện trở do nhà sản xuất đưa ra. Loại Electret Microphone chất lượng tốt hơn cả trở kháng của nó khoảng 1K độ nhạy 64dB đáp ứng tần số từ 50Hz – 80Hz. Nếu tỉ số S/N lớn hơn 4dB thì ngõ nhập Mic này chuyển tín hiệu đến bộ khuếch đại từ 15dB – 24dB

AGC (Automatic Gain Control): Ngõ nhập tự động điều chỉnh độ lợi một cách linh hoạt cho độ lợi của bộ khuếch đại nhằm cân bằng với nhiều ngõ nhập khác nhau của microphone.Điện áp đỉnh xuất ra ở bộ tiền khuếch đại sẽ được phát hiện và nạp vào tụ diện bên ngoài. Thời gian nạp của tụ đến một mức nào đó mà nó sẽ bắt đầu giảm độ lợi của bộ tiền khuếch đại. Thời gian nghỉ của AGC được xác định bằng một điện trở mắc song song với tụ điện này. Tóm lại ngõ nhập ACG cho phép thu lại các âm thanh có cường độ biến đổi

ANAOUT (Analog Output) : Ngõ xuất tương tự chân này là ngõ của bộ
tiền khuếch đại cấp cho người sử dụng. Độ lợi tối đa khoảng 24dB đối với các
mức tín hiệu nhỏ.

ANAIN (Analog Input) : Ngõ nạp tương tự chân này có 2 vai trò:

 Chân ANAOUT của tiền khuếch đại có thể được nối ANAIN qua một tụ điện bên ngoài nếu thu qua đường microphone. Ở chân này có thể cho phép cắt bổ sung tần số thấp cuối băng thông.

 Chân này có thể dùng để nhập các tín hiệu tương tự khác nhau ngoài tín hiệu từ microphone.

XCLK (External Clock Intput): Ngõ nhập xung từ bên ngoài SP+ /SP-: ngõ xuất ra loa dạng vi sai có thể xuất ra loa có trở kháng lên đến 160Ω công suất tối đa giữa 2 chân này là 50mW không cần thêm tụ điện. Tuy nhiên thiết bị có thể dùng ngõ xuất đơn thì phải dùng thêm tụ điện AC và công suất bị suy hao khoảng 12mW.
SƠ ĐỒ THU PHÁT THÔNG BÁO:

Chỉ cần mắc các linh kiện theo đúng sơ đồ trên là có thể thu phát một thông báo các chỉ số của linh kiện là do nhà sản xuất đưa ra

 Để thu một thông báo:

Đầu tiên đặt địa chỉ của thông báo cần thu sau đó ấn công tắc S3 để thu.Ta có thể bằng cách nói vào microphone hoặc sử dụng băng tape recorder. Muốn chấm dứt thu thì nhả công tắc S3 muốn thu một đoạn khác thì làm tương tự nhưng phải thay đổi địa chỉ.Khi thu thì chân RECLED tích cực và LED sẽ sáng.

 Để phát một thông báo:

Đầu tiên đặt địa chỉ của thông báo cần phát sau đó ấn công tắc S1 hoặc S2 . Nếu ấn công tắc S1 thì phải giữ,còn ấn công tắc S2 thì không cần giữ. Đây chính là sự khác nhau giữa chân PLAYL và chân PLAYE khi phát hết một thông báothì chân RECLED sẽ xuất ra một xung kích cạng xuống làm cho LED sáng lên rồi tắt.

Giản đồ phát một thông báo



4.4. IC TL082:

* TL082 là một IC gồm hai vi mạch thuật toán 741 nằm trong cùng một vỏ. Vi mạch thuật toán tiêu chuẩn 741 là loại vi mạch đơn khối tích hợp lớn được chế tạo theo công nghệ màng mỏng. Nhờ khả năng tích hợp lớn nên vi mạch loại này được ứng dụng rộng rãi trong thực tế.

* Ưu điểm nổi bật của vi mạch là làm việc tốt ở mức điện áp thấp đến 5VDC. Vi mạch thuật toán có các đặc tính chung như sau:

Có độ lệch điểm trôi về zero quá nhỏ.

Không cần bù tần số, tăng độ ổn định ở chế độ làm việc tuyến tính.

Có bảo vệ ngắn mạch và bảo vệ quá tải.

Không bị khoá nếu tín hiệu đưa vào không thích hợp.

Hệ số nén dòng pha lớn.

Tiêu hao công suất nhỏ.

4.4.1. Sơ đồ chân:



Hình 4 – 8: Sơ đồ chân IC TL082

4.4.2. Chức năng các chân:

Bảng 4 – 16: Chức năng các chân của IC TL082

Nguồn cung cấp: VCC = ± 18V.

Điện áp ngõ vào: Vi = ±15V.

Điện áp ngõ vào sai biệt: V_id = ± 30V.

Nguồn tiêu thụ: P = 680 mW.

Đô lợi A_V = 100 dB.

Vùng nhiệt độ tích trữ: -65 ⁰C ÷ 150 ⁰C.

Dòng điện nguồn khi không tải: I_CC = 2,5mA (MAX).

Các tính năng kỹ thuật:

Về mặt nguyên lý, vi mạch lý tưởng sẽ có tổng trở vào vô cùng lớn, tổng trở ra vô cùng nhỏ, tốc dộ bám giữ tín hiệu ra với tín hiệu vào không bị giới hạn và có băng thông rất rộng. Tuy nhiên trên thực tế không thể nào có một OPAMP lý tưởng như vậy.

Về độ khuếch đại điện áp hay độ lợi:

Vi mạch dùng vòng hồi tiếp là một vòng hở có độ lợi khoảng 100dB

Tổng trở vào khoảng vài chục MΩ

Tổng trở ngõ ra khoảng đến 100Ω

Dòng phân cực ngõ vào:khi dùng transistor lưỡng cực ở tần đầu vào, giá trị I_B cỡ từ 0,1µA đến 0,8µA

Nguồn cung cấp:

Thông thường dùng nguồn lưỡng cực để khai thác hết hiệu suất của vi mạch.

Tín hiệu vào không vượt quá VCC. Giá trị cực đại cho phép thường nhỏ hơn VCC từ 1 đến 3V.

Đây là IC giải mã 4 sang 8 dùng để hiển thị ra led 7 đoạn

* Cấu trúc bên trong của opto gồm một Led hồng ngoại và một npn phototransistor.

* Opto có chức năng cách ly giữa mạch điều chế và vi xử lý, giảm điện áp ngõ ra xuống còn 5V để đưa phù hợp với mức điện áp logic của vi xử lý.

4.6.1. Sơ đồ chân:



Hình 4 – 7: Sơ đồ chân IC 4N35

4.6.2. Thông số:

Ngõ vào diode:

Dòng điện qua diode bên trong opto: I_F = 10mA.

Điện áp ngõ vào diode cực tiểu: V_F = 0,8V.

Điện áp ngõ vào diode cực đại: V_F = 1,5V.

Điện áp ngõ vào diode cực tiểu: V_F = 0,9V. Điện áp ngõ vào diode cực đại:

V_F =1,7V tại I_F = 10mA và T_A =-55⁰C.

Điện áp ngõ vào diode cực tiểu: V_F = 0,7V. Điện áp ngõ vào diode cực đại:

V_F =1,4V tại I_F = 10mA và T_A =-55⁰C.

Bình thường VCE = 5V,IC = 100uA.

Dẫn bão hoà VCE = 0,2V,IC = 0,5mA, IF = 10mA.

Dòng điện rò ICEO = 50nA tại VCE = 10V, IF = 0.

Dòng điện rò ICEO = 500nA tại VCE = 30V, IF = 0, TA =1000C.

Điện áp đánh thủng VCEO = 30V tại IC = 10mA, IF = 0.

Hệ số truyền đạt 100%.

CHƯƠNG 5:

SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG

5.1. SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG:


5.2. CHỨC NĂNG CỦA TỪNG KHỐI:

5.2.1. Khối cảm biến báo trộm:

Khối cảm biến trộm là một mạch cảm biến hồng ngoại. Khi có kẻ trộm đột nhập vào thì khối nay sẽ phát hiện qua led hồng ngoại và đưa tín hiệu đến vi xử lý để điều khiển báo động

Chức năng của khối này là điều khiển toàn bộ hoạt động của hệ thống. Hoạt động theo chương trình định sẵn.

Khối này bao gồm 2 quá trình: thu và phát

Khối này có chức năng thu tín hiệu DTMF từ đường dây thuê bao điện thoại và chuyển đổi xuất ra dữ liệu 4 bit dạng nhị phân tương ứng với tín hiệu nhận được.

Chức năng phần phát là nhận dạng dữ liệu nhị phân 4 bit từ khối xử lý trung tâm và biến đổi thành các cặp tần số DTMF tương ứng phát lên đường truyền line điện thoại.

Chức năng của khối này là tạo trạng thái nhấc máy khi có yêu cầu từ khối xử lý trung tâm( khối CPU ). Khối này có nhiệm vụ tạo ra tải giả cho thuê bao, để tổng đài cho thông thoại 2 thuê bao với nhau. Khi khối này tác động thì điện trỏ vòng của thuê bao giảm xuống tạo nên động tác như có người nhấc máy để tổng đài cho thông thoại với nhau. Đồng thời khối này cũng đảm bảo được sự truyền tín hiệu từ thuê bao gởi đi hoặc nhận tín hiệu thoại từ phía thuê bao bên kia gửi đến.

Được mắc song song với hai dây Tip và Ring, có nhiệm vụ nhận biết tín hiệu đảo cực do tổng đài cấp khi thuê bao bị gọi nhấc máy sau đó tác động đến một chân của vi điều khiển để vi điều khiển nhận biết tín hiệu nhấc máy mà thi hành lệnh sau đó.

Chức năng của khối này là phát câu thông báo đã thu sẵn lên line điện thoại khi có trộm đột nhập. Khối này nhận lệnh từ khối xử lý trung tâm. Nó sử dụng họ IC chuyên dụng ISD1420.

Khối này có nhiệm vụ cung cấp nguồn cho toàn mạch.

Khối điều khiển Relay có chức năng kết nối hệ thống điều khiển vào

đường dây line điện thoại khi mạch thực hiện chức năng điều khiển

5.2.9. Khối khuếch đại tín hiệu.

Chức năng của khối này là khuếch đại tín hiệu từ trong ra bên ngoài và ngược lại

Chức năng của khối này là dùng để giải mã và hiển thị các số phát đi và ngược lại

Ở trạng thái bình thường Led thu và Led phát nhận tín hiệu nhau lúc đó tại A sẽ có mức điện áp bằng 0 và Led D2 luôn sáng để báo là 2 Led thu và phát nhận nhau, tín hiệu này qua cổng đảo cho ra mức 1 tại p1.0. Khi có kẻ trộm đột nhập vào sẽ làm cho Led thu và Led phát mất tín hiện lúc này tại A sẽ có điện áp là mức 1 và Led D2 sẽ tắt báo là 2 Led đã mất tin hiệu, tín hiệu náy qua công đảo cho ra mức 0 tại p1.0 lúc này CPU sẽ điều khiển báo động.

P0.0 đến P0.3 : Ngõ vào nhận và phát dữ liệu 4 bit .

P1.0: Nhận tín hiệu cảm biến báo trộm

P1.1: Đóng tải giả.

P1.2: Điều khiển phát thông báo

P2.0: Nối với chân RSO của MT8888.

P2.1: Phát hiện đảo cực

P1.3: Báo trạng thái phát thông báo

P3.6, P3.7: nối với chân RD\ , WR\ của MT8888.

P3.0: Chọn thiết bị gọi (Điện thoại di động hoặc Điện thoại bàn)

Khi tín hiệu thu được đưa vào chân IN- (chân số 2 của MT8888) thì bên trong IC này có bộ khuếch đại Tone sẽ khuếch đại tín hiệu thu này. Ban đầu cặp tần số của mã tone được qua bộ lọc tần số (Dial Done Filter). Bộ này sẽ tách tín hiệu thành hai nhóm. Một nhóm tần số thấp, một nhóm tần số cao. Nhóm thứ nhất sẽ lọc thông dãy tần số từ 697HZ đến 941HZ và nhóm thứ hai sẽ lọc thông dãy tần số từ 1209 HZ đến 1633 HZ. Tương ứng với dãy tần số nhóm cao và nhóm thấp của tín hiệu DTMF như sau:

Như vậy khi xuất hiện 1 cặp tần số tone trên đường dây, qua R400 đưa vào ngõ vào IN- thì ngõ ra sẽ xuất hiện dạng nhị phân 4 bit tương ứng

Ngược lại với quá trình thu là quá trình phát, bộ phát DTMF trong MT 8888 có khả năng tạo tất cả 16 cặp tone DTMF chuẩn tối thiểu và độ chính xác cao. Tất cả tần số này đều lấy từ dao động thạch anh 3,579545 MHz mắc ngoài. Mã nhị phân 4 bit được phát ra ở các bit: P0.0, P0.1, P0.2, P0.3 của vi điều khiển được đưa đến D0, D1, D2 , D3 của IC MT 8888. Dữ liệu này được được đưa vào thanh ghi dữ liệu, sau đó được đưa đến bộ chuyển đổi D/A (chuyển từ số sang tương tự ) thành tín hiệu tương tự với tín hiệu như lúc thu. Sau đó Tín hiệu DTMF này được đưa ra ở chân số 8 của IC MT 8888 và được khuếch đại để phát đến thuê bao nhận.

Việc thu phát DTMF của IC MT8888 được khối xử lý trung tâm điều khiển thông qua các chân IRQ/CP,RSO,WR,CS được nối tới các bit của vi điều khiển:

Để MT 8888 nhận dữ liệu thì chân RD\ phải lên mức 0, WR\ phải xuống mức1 và RSO ở mức 0. Sau đó kiểm tra bit B2 của thanh ghi điều khiển A, nếu ở mức 1 thì sẽ cho phép nhận dữ liệu. Tín hiệu nhận vào từ ngõ vào IN+ và IN- đưa qua bộ lọc nhiễu Dial tone, sau đó được tách ra thành nhóm tần số cao và nhóm tần số thấp. Sau khi nhận dạng tần số nằm trong tần số chuẩn, sẽ đưa qua bộ chuyển đổi mã và đưa vào cất trong thanh ghi nhận dữ liệu.

Để MT 8888 phát thì các chân RD\ ở mức logic 1,WR\ ở mức logic 0 và RSO ở mức logic 0. Đồng thời bit B1 của thanh ghi điều khiển A phải ở mức logic 1. Khi phát 1 tín hiệu DTMF thì dữ liệu sẽ tương ứng dưới dạng mã nhị phân 4 bit được đưa đến D0, D1, D2, D3 của IC MT 8888. Dữ liệu này được viết vào thanh ghi phát dữ liệu, sau đó được đưa đến bộ chia hàng và chia cột lập trình được, sau đó được đưa qua bộ chuyển đổi D/A . Tín hiệu được trộn tần số thấp với tần số cao ở bộ này và đưa ra ngoài chân số tone out để phát đi.

c. Thiết kế và tính toán mạch nhận và giải mã DTMF:

Các thông số của MT8888 do nhà sản xuất hướng dẫn. Các giá trị điện trở, tụ điện, thời gian an toàn, bảo vệ được nhà sản xuất đưa ra:

R21 =R22=100K

R23 =374 (Chọn R23 =330 )

C10 = C16 = C17=100nF

Thạch anh (X-tal) =3,579545 MHZ

R20 = 5,6K , R24 = 3.3K

Nguồn cung cấp: VCC = +5V

Mã 4 bit sau khi được giải mã từ mã DTMF đưa vào ngõ D0,D1,D2,D3 của 74LS47. 4 bit này được IC giải mã để kích led 7 đoạn sáng. Led 7 đoạn hiển thị được những số mà 4 bit tính theo BCD. Led 7 đoạn là led anode chung, được điện trở hạn dòng xác định dòng ngõ vào mạch này nhằm giúp người lắp đặt, sử dụng dễ dàng kiểm nghiệm được những phím được nhấn và những số được phát đi. Trong khi đang điều khiển, người bên thuê bao được gọi sẽ theo dõi được sự điều khiển mạch. Trong khi nạp số điện thoại từ bàn phím, kiểm tra số điện thoại đã nạp và số điện thoại được phát đi thì người điều khiển có thể theo dỏi dễ dàng số điện thoại của mình cần nạp và cần phát đi trên led 7 đoạn để tránh trường hợp nạp nhầm số điện thoại.

Chọn IC 74LS47 qua điện trở hạn dòng kích led 7 đoạn anode chung.

• Dòng qua mỗi nhánh của led khoảng 10mA

• Sụt áp trên mỗi nhánh của led khoảng 1,6V 1,8V

• Dòng ra tối đa của IC 74L47 là 24mA

Giá trị điện trở R8 R14

Chọn R8 R14 = 330Ω

IC có nguồn cung cấp + 5V
6.5.Mạch khuếch đại Tone ra:

a.Sơ đồ nguyên lý:



Hình 6 – 5: Mạch khuếch đại Tone ngõ ra

b.Nguyên lý hoạt động:

Tín hiệu tone từ MT8888 không đủ độ lớn để truyền lên đường dây. Do đó, tín hiệu này được đưa qua IC Tl082 để khuếch đại lên. R10 dùng để tránh điện áp sai biệt.

Chọn hệ số khuếch đại A_v = - 10, vì để

Ta có:

10.R9 = R120

Chọn R₉ = 10 KΩ

R₁₂₀ = 100 KΩ

R₁₀ = R₉//R₁₂₀ =1000/110 KΩ. Chọn R₁₀ = 10KΩ

Tụ C8, C6 là tụ liên lạc, do đó chọn tụ có giá trị 10 μF.

Để IC MT8888 dể dàng nhận biết tín hiệu tone từ đường truyền, ta cần đưa qua một mạch khuếch đại.

R8 dùng để tránh điện áp sai biệt.

c.Thiết kế và tính toán:

Chọn hệ số khuếch đại A_v = - 10,vì để

Ta có:

10.R₁₄ = R₁₅

Chọn R₁₄ = 10 KΩ

R₁₅ = 100KΩ

R₁₆ = R₁₄// R₁₅ =1000/110 KΩ. Chọn R₁₆ = 10KΩ

Tụ C9, C10 là tụ liên lạc, do đó chọn tụ có giá trị 10 μF.

Gồm khối Relay và khối tạo tải giả

Diode cầu được mắc song song vào 2 đường dây điện thoại. Trên đường dây này không những có tín hiệu âm thoại AC mà còn có hiệu điện thế DC, do đó diode cầu này không những có chức năng chỉnh lưu mà còn có tác dụng chống đảo cực. Khi có kích từ một chân của vi điều khiển thì sẽ xuất hiện dòng chảy qua diode cầu, nhưng chỉ có 2 diode được phân cực thuận nên dẫn. Còn 2 diode kia bị phân cực nghịch nên không dẫn và chỉ dẫn khi tổng đài có cấp dòng điện đảo cực (phục vụ cho việc tính cước điện thoại) hay mắc lộn dây Tip và Ring.