Proyecto fin de carrera.pdf

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

A mis padres

Agradecer a mi tutor

Jonathan Tombs por el enorme apoyo que me ha ofrecido para la elaboracin de este proyecto.

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


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



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


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



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



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.



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.



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.



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.



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.



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.



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:



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.



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).



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.



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.



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


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


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



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


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.



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



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.



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



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.



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.



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



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.



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.



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.



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.



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.



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



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.



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.



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.



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.



Figura 2: Diagrama de funcionamiento de la centralita.



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).



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.



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



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



Figura 3: Diagrama de conectividad de la centralita



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



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.



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.



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:


Diseo e implementacin de una centralita telefnica analgica 42Diseo e implementacin de una centralita telefnica analgica


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



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 =



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



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



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



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



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.



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



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



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



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.



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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