Как работает дисковый телефон

Category:

• Техника
• Cancel

Советский телефон с дисковым номеронабирателем

В современном мире мы привыкли, что телефоны являются технически сложными устройствами, собранными из множества миниатюрных деталей. Но связь была еще в те времена, когда сложных полупроводниковых компонентов еще не было в телефонах. Использовали простые схемы, которые служат много лет. И те советские телефоны совместимы даже с современными терминалами GPON.

У нас до сего времени дожил телефон известной в прошлом марки VEF. 

Его устройство заметно отличается от современных телефонов.  Нет привычных микросхем и транзисторов.

Работает он по принципу: когда трубка опущена, к линии подключена катушка звонка через конденсатор, включенный последовательно. Конденсатор имеет большое сопротивление постоянному току. Оно является сигналом для АТС, что телефон абонента готов и свободен. Если телефонная станция подаст в линию  переменный ток, звонок зазвенит. Когда трубка снята, то к линии подключена трубка, в которой электродинамический телефон и угольный микрофон соединенные последовательно. Трубка имеет малое сопротивление малое, по сравнению со звонком и конденсатором. Это сигнал для станции что трубка снята. Трансформатор предназначен для связи элементов разговорной части и для согласования их сопротивлений с входным сопротивлением абонентской линии. Он так же служит для устранения «местного эффекта» — когда собственная речь слышна в своей же трубке.

Параллельно трубке подключен номеронабиратель. При вращении его диска по часовой стрелке до пальцевого упора он замыкает телефонную линию накоротко (сигнал начала набора номера для АТС), а при обратном  вращении он же размыкает линию такое количество раз, которое соответствует набранной цифре: 1 — раз на цифру 1 , два раза — на цифру 2  и до 10 при наборе цифры 0 формируя этим электрические импульсы. АТС их подсчитывает и соединяет с соответствующим номером абонента.

Благодарю за внимание!

В 2018 г. первые представители поколения нулевых достигнут совершеннолетия. Они выросли в мире, где беспроводный мобильник давно стал обыденностью, большинство из них привыкли относиться к стационарному телефону с дисковым набором как к экзотике. А те, чье детство и юность прошли в «домобильную эпоху», прекрасно помнят достоинства и недостатки таких аппаратов. Давайте же вспомним особенности подобных устройств, а также узнаем историю их появления.

История появления телефонов

Человечество все века мечтало найти способ быстрой передачи информации. Первым грандиозным прорывом в этой сфере стало изобретение телеграфа. Воодушевленные этим прибором, многие мечтали об аппарате, который будет передавать не только сигналы, но и звук.

Впервые концепция телефона и его название (сочетание греческих слов «далеко» и «голос») были придуманы французским инженером-механиком Шарлем Бурселем в средине XIX в. Однако дальше теории он не пошел.

Первый аппарат, который можно считать телефоном в привычном для нас смысле, был изобретен в 1860 г. американцем Антонио Меуччи. Будучи пионером в этой сфере, Меуччи попытался запатентовать свое изобретение, но его опередил Александр Белл, который до 2002 г. считался конструктором первого телефонного аппарата. Будучи не только отличным изобретателем, но и великолепным бизнесменом, Белл сумел сделать состояние на телефоне. Многие годы он был лидером в данной сфере. Это достигалось не только за счет оригинальных идей самого ученого, но и за счет того, что его компания успешно скупала и внедряла в жизнь идеи и патенты других.

Первые телефонные аппараты были связаны непосредственно друг с другом. Из-за этого абоненты не могли звонить больше никому, что было весьма непрактично. В дальнейшем все устройства стали соединять с центральной станцией, в которой телефонистки распределяли звонки по номерам. Через время эта система стала автоматизированной.

Изобретение телефонов с дисковым набором

Появлением дискового аппарата мир обязан паранойе гробовщика из Канзас-Сити по имени Алмон Строуджер. Во время очередного кризиса он решил, что уменьшение количества его клиентуры связано с тем, что подкупленная телефонистка соединяет всех звонящих в контору Строуджера с его конкурентами. Прав он был или нет, история умалчивает, однако, чтобы обезопасить себя, гробовщик начал искать способ звонить без участия посредников.

После шести лет работы над этим проектом, в 1897 г. компания Алмона Строуджера представила миру первый действующий дисковый телефон. Успех его изобретения был колоссален, и вскоре компания гробовщика стала серьезным конкурентом фирме Белла. Однако Строуджер к тому времени охладел к своей идее. Выгодно продав свои патенты, он удалился на покой.

Первые модели дискового телефона не имели отверстий для пальцев. Вместо них на аппарате присутствовали специальные зубцы. Лишь с 1902 г. появились привычные отверстия, и на тот момент они занимали почти всю окружность диска.

В дальнейшем компания Александра Белла перекупила патенты Строуджера и сама стала выпускать аппараты нового образца.

Появление дискового телефона в СССР

В Советском Союзе первые устройства с дисковым набором номера были внедрены по приказу В.И. Ленина в 1918 г. в Кремле. Они были частью правительственной засекреченной системы связи и назывались «вертушками». Этот термин и по сей день используется в значении «телефон начальника».

Вплоть до 1968 г. в СССР номера абонентов были гибридными, по этой причине на старых дисковых телефонах были обозначены не только десять цифр (0-9), но и буквы (А, Б, В, Г, Д, Е, Ж, И, К, Л).

На протяжении всего периода существования Советского Союза аппараты для связи всегда были дефицитом, впрочем, как и получение собственного абонентского номера.

В начале восьмидесятых приборы с дисковым набором постепенно стали вытесняться кнопочными аналогами. Чаще всего они были импортного производства.

В девяностые на просторы бывшего СССР хлынула лавина кнопочных телефонных аппаратов из Китая, которые были более простыми и удобными, нежели их дисковые собратья. На протяжении десятилетия последние были практически полностью вытеснены из употребления. А с приходом мобильной и CDMA связи стационарная телефония вообще стала сдавать свои позиции.

Что такое импульсный набор и чем он отличается от тонального

Главным отличием дискового телефона от кнопочного был механический способ набора номера – импульсный. Его суть в том, что каждая из цифр передается на АТС с помощью последовательного замыкания/размыкания телефонной линии – импульсов. Их число соответствует выбранной на диске цифре. Чтобы количество импульсов одного числа отделять от другого, между ними оставлялись более длительные паузы. Данный принцип напоминает отстукивание азбуки Морзе.

В кнопочных стационарных и мобильных телефонах все намного проще, для связи здесь используются тоновые сигналы разной частоты для каждой цифры.

Кнопочный или дисковый набор: что быстрее

Помимо тонового сигнала, дисковый телефон уступает кнопочному и в скорости связи с абонентом.

Дело в том, что в аппарате с клавишами нужный номер набирается в считаные секунды простым нажатием кнопок. В случае с дисковым телефоном нужно больше времени. Дело в том, что для набора каждой из цифр приходится крутить диск до упора и ждать, пока он вернется в начальную позицию.

Современный аналог

Хотя сегодня аппараты с дисковым набором номера остались лишь в отдельных государственных организациях (не имеющих средств на их замену), а также у стариков, в последние годы они снова начинают пользоваться популярностью. Но не из-за их функциональных особенностей (в этой категории они уже давно морально устарели), а из-за пропагандируемой любви к старинным вещам.

Подчиняясь современным веяниям, многие компании сегодня возобновили производство дисковых ретро-телефонов. Также существует целая линейка аксессуаров с дисковым устройством для смартфонов, а также программы, имитирующие это приспособление.

Стоит отметить, что данная востребованность – это всего лишь дань моде и не более, поскольку кнопочный аппарат все равно по всем параметрам превосходит дисковый телефон.

Наверняка, у многих радиолюбителей была идея, приспособить телефонный аппарат с дисковым номеронабирателем для мобильной радиосвязи.

Проводная связь постепенно уходит в прошлое, и такие аппараты пылятся на полке. Мне всегда нравился внешний вид таких аппаратов. Не смог удержаться и два года назад решил переделать телефонный аппарат, который до сих пор работает, без сбоев.

Кроме телефонного аппарата нужны следующие устройства:

• любой кнопочный мобильный телефон;
• литий-ионный аккумулятор типоразмера 18650 и устройство для его зарядки (Power bank);
• кабель разветвитель USB BF micro (мама) -2 x USB BM micro (папа);
• контроллер на микросхеме ATtiny2313.

Электроника

Схема связки микроконтроллера с мобильником и номеронабирателем.

Первым делом, следует припаять к контактам кнопок мобильного телефона, шлейф проводов и соединить с контроллером. А контроллер научить набирать номер при наборе соответствующих цифр на диске. Скорее всего компоновка кнопок у большинства мобильников будет аналогичная. Для моей схемы, необходимо: по одному общему проводу на группы кнопок 1-4-7, 2-5-8-0 и 3-6-9 и по проводу на каждую цифру; по паре проводников на кнопки вызова, отмены и на кнопку переключения с одной SIM карты на вторую.

После пайки, мобильник собираем обратно в корпус и крепим внутри телефонного аппарата, скобами. Я выполнил монтаж мобильного телефона дисплеем вниз так, чтобы была возможность просмотреть информацию через существующее окошко на дне телефонного аппарата, а также добраться до остальных кнопок, не связанных с дисковым номеронабирателем.

При наборе номера на диске, размыкается пара контактов (нормально замкнутые НЗ контакты, зеленый-желтый провод). Количество размыканий (Р) соответствует цифре набора, допустим при наборе «1» = З-Р-З, «2» = З-Р-З-Р-З и т.д. При достижении пальцем упора, замыкается другая пара контактов, кратковременно (белый-коричневый). Используя эти две пары контактов можно запрограммировать процесс набора номера.

Плата контроллера выполнена с учетом формы аппарата и расположения контактной группы под трубкой.

Коммутацию каждого контакта под кнопкой производит оптопара, включением которой, управляет микроконтроллер.

Power bank (на фото в черном корпусе) продолжает работать как источник, начиная с нагрузки примерно 20мА, если будет меньше он отключится в спящий режим. Поэтому около рычага был вмонтирован геркон, который при поднятии трубки подает питание к светодиоду, через сопротивление (на принципиальной электрической схеме не изображен). Светодиод, как нагрузку, следует использовать помощнее, маленький не подойдет. Также можно питать схему непосредственно от контактов аккумулятора, но тогда нужно настроить питание микроконтроллера на низкое напряжение, при прошивке fuse битов. От аккумулятора идет питание платы контроллера и мобильного телефона. Зарядка аккумулятора Power bank осуществляется через USB шнур. Даже без ухода в спящий режим, емкость аккумулятора для питания платы контроллера и мобильного телефона, хватает на две недели автономной работы.

Можно вмонтировать гарнитуру мобильного телефона в трубку, вместо капсюлей микрофона и динамика. Но я пошел другим путем и переделал трубку с капсюлями и аудио разъемом «3,5мм». Подключение: основания разъема — на желтый и белый провода («-» микрофона (360Ω) и «-» динамика (340 Ω)); второго от основания кольца — на коричневый («+» микрофона); третьего от основания кольца — на зеленый («+» динамика). Цвета проводов для каждой модели аппаратов отличаются! Добавочные сопротивления были подобраны исходя из сопротивлений катушек гарнитуры, микрофона (2000Ω) и динамика (45 Ω). Для других моделей мобильного телефона сопротивления должны отличаться. Экспериментируйте с мобильниками, с которыми уже простились, не факт, что они выживут после таких манипуляций!

В схеме следует добавить узел для звонка вызова, потому что штатный электронный звонок мобильного телефона оказался не таким колоритным как у старого аппарата и тихим! В моем случае не оказалось лишних выводов на микроконтроллере, поэтому от электромеханического звонка пришлось отказаться, о чем я, в последствии пожалел.

В процессе эксплуатации выяснил, что нужно все-таки продублировать дисковый номеронабиратель кнопками. Так как диском написать текст уже не получится, допустим для отправки SMS при регистрации.

Алгоритм работы контроллера

Приведу только алгоритм (комментарии). Вся суть работы алгоритма, в цикле: включить, выключить порты при определенных условиях.

while(1)
{
1. Процедура кратковременного нажатия на кнопку «отмена звонка» от кнопки под трубкой (при снятой трубке контакт постоянно замкнут).
2. Если на PA1 есть 0 (НР контакт замкнут, трубка снята), то переходим по коду ниже:
— Включаем PD4 (выход моб. телефона из режима сна);
— Выключаем PD4.
3. Если на PA1 есть 1 (НР контакт разомкнут, нажали кнопку, отмена вызова при входящем), то переходим по коду ниже:
— Запуск счетчика таймера кнопки под трубкой.
Если контакты кнопки под трубкой были разомкнуты менее 3,1 сек, то далее по коду ниже:
— Включаем PD2 (отмена вызова при входящем звонке);
— Выключаем PD2;
— Обнуление номера, для нового набора при исходящем звонке.
Если контакты кнопки под трубкой были разомкнуты, более и равно 3,1 сек, то далее по коду ниже:
— Обнуление состояния контактов кнопки под трубкой, чтобы начать цикл заново
— Обнуление номера, для нового набора при исходящем звонке.
4. Процедура опроса контактов PD0 и PD1:
— Если на PD1 есть 0 (НР контакт замкнут) и на PD0 есть 1 (НЗ контакт разомкнут), то переходим по коду ниже:
— Счетчик набранной цифры номера (от 0 до 9);
— Если на PD0 есть 0 (НЗ контакт замкнут), то переходим по коду ниже;
— Если на PD1 есть 1 (НР контакт разомкнут), то переходим по коду ниже;
— Счетчик количества набранных цифр (всего 11: 87.ХХ.ХХХХХХХ).
5. Процедура автоматического переключения на вторую SIM карту (на другой оператор связи, в зависимости от префикса кода номера, 3-я и 4-я цифры):
— Выделение десятков в префиксе p10=n*10;
— Выделение единиц в префиксе p1=n;
— Формирование префикса для условия ниже;
— Если префикс оператора №1 переключение на SIM1. При следующем наборе, если префикс тот же, переключения на SIM1 не произойдет
— Включаем PD3
— Выключаем PD3
— Если префикс оператора №2 переключение на SIM2. При следующем наборе, если префикс тот же, переключения на SIM2 не произойдет
— Включаем PD3
— Выключаем PD3
6. Процедура включения светодиода «переключение на SIM1»:
— чтобы светодиод не работал при ждущем режиме;
— переключение.
7. Включение выводов портов PB и PD для кнопок 0-9.
8. Процедура вызова по набранному номеру.
}

Пятый пункт для автоматического переключения на другую SIM карту, кому-то будет не нужен, и его можно исключить. Код достаточно примитивный (if{} else{} в бесконечном цикле), поэтому и работает стабильно.

Старайтесь при конструировании не повредить корпус сверлением и пилением, используя штатные отверстия и щели. Наверняка GSM стандарт окончательно устареет, появятся новые стандарты связи, которые можно будет использовать, внедрив в этот же ретро-корпус.

Хочу предупредить тех конструкторов, кто захочет повторить сборку аналогичного аппарата, что после этого постоянно возникает желание разобрать и обновить начинку, при виде раритетных телефонных аппаратов. И еще, не разговаривайте по такому аппарату вне помещений, очевидцы могут про Вас плохо подумать!