CN2874936Y - 一种用于学生管理的无线公用电话机 - Google Patents

Abstract

一种用于学生管理的无线公用电话机，电路部分包括中央处理单元及受控于中央处理单元的包含人机界面单元和常规电话电声单元在内的常规电话组合、无线空中接口单元、SIM卡座电路、对使用者的使用范围和权限进行规定及管理的权限管理单元。中央中央单元采用了SIM100－E模块，该模块与用于权限管理的射频ID卡刷卡处理器的芯片和起开关作用的叉簧电路、SIM卡及其电路等配合，在利用手机的无线通信模块配置、通过GSM蜂窝移动通信系统提供的空中信道及其系统基站通话的同时即时计时及计费，使GSM体制下的无线蜂窝移动电话作为用于学生管理的无线公用电话机成为可能。

Description

一种用于学生管理的无线公用电话机

技术领域

本实用新型涉及一种无线公用电话机，特别是指一种利用射频ID卡进行人员管理特别是学生管理的无线公用电话机。

背景技术

随着通信技术的飞速发展，固定电话机和移动电话机(手机)的普及率日益提高，电话无论是产品功能还是外观款式等均已成熟和完善。但现有固定电话与手机的固有缺陷也日益明显，主要是：固定电话基本上无移动功能，虽然子母机的出现在一定范围内解决了问题，但稍微“越界”即告失灵；手机虽然携带方便，但其辐射对人体的危害却始终是人们关注而一起未能解决的难题。由此，能否在一定程度上将两者结合起来呢？

在通信行业，有线电话在通信成本上占有较大的优势，但需要专门配置通信线缆，使得其应用范围受到地域或地形的制约，因而在一些特殊地段工程成本成为主要的成本因素。在此前提下，通信产业领域开始推出固定无线电话，其中最典型的就是可通过无线信道接入到GSM蜂窝移动通信系统而进行通信的固定无线电话。GSM固定无线电话的基本形式为：利用与无线移动电话(手机)基本相同的无线通信模块并配置基本的电话功能电路而形成外观和操作方式与一般的有线电信固定电话机基本一致的电话机，但通信的信道不是通过有线电信固网及其网络交换设备，而是通过GSM蜂窝移动通信系统所提供的空中信道。

另一方面，和有线电话所受到的制约因素类似，有线公用电话也面临工程成本问题。在此前提下，国内一些电信运营商(例如中国联通)开始推出无线公用电话。其特征为：利用和GSM固定无线电话类似的无线通信接口模块和基本的有线电话功能模块构成无线公用电话基本的呼叫及通信功能，然后配置类似于有线公用电话的IC卡读卡器。和有线公用电话类似的是，无线公用电话中的费率统一由一个系统中心进行管理，以便在调整费率时能够及时地通过短信方式下载到各无线公用电话终端并存储起来。系统中心除了通过短信模式及时下传调整后的费率数据外，还定时收集每部无线公用电话终端在一天时间内所发生的业务情况(包括通话次数、时间、计费、话务累计、IC卡特征信息等)，通常是在夜间以短信方式发送到系统中心。当然，系统中心的工作模式具有多种，前述仅仅是其中的一种。

然而，公用电话的发展一直局限于通信本身，用户利用通信系统或终端的目的往往为了常规意义上的信息交流与沟通，而实际上通信技术已经具有相当强的向其它应用领域辐射的能力。例如，在众多中小学的在校学生管理工作日益被人们所重视之际，如何利用通信技术发挥作用，成为通信技术应用目标之一。

实用新型内容

本实用新型需解决的问题是提供一种用于学生管理的无线公用电话机，主要目标为解决中小学生的安全管理、道德监控和老师与家长间的及时沟通。

根据上述需解决的问题设计了一种用于学生管理的无线公用电话机，作为终端该电话机的造型为传统IC卡公用电话机的造型，电路部分包括中央处理单元，中央处理单元分别与包含人机界面单元和常规电话电声单元在内的常规电话组合、与基站实现信号联系的无线空中接口单元联接并实施与各单元信息的交流和控制，各单元执行中央处理单元的指令和控制，各单元均与电源电路联通，中央处理单元还与SIM卡座电路、对使用者的使用范围和权限进行规定及管理的权限管理单元联通。

其中，作为整个终端和中央处理控制核心部分的中央中央单元采用了SIM100-E模块，该模块与常规电话组合中的人机界面、叉簧及其动作检测电路联接；用于支持SIM卡中的各类信息与中央处理单元的信息交换和处理并作为核心电路的SIM100-E模块实现机-卡分离支持部件的SIM卡座通过中央处理单元与无线空中接口单元联通。该SIM100-E模块包括对基本通话过程进行控制和处理的芯片、用于权限管理的射频ID卡刷卡处理器的芯片U4、在信息处理过程中作为存储器的芯片U5、具有信息转换功能的芯片U2以及各芯片的周边电路，芯片U2、U5与U4联通，射频ID卡通过芯片U4成为基本通话芯片的启动开关。

本实用新型设计简洁明快，实施过程简单易行，经将现有技术有机地重组使之实现了新的功能——通过射频ID卡及其刷卡电路、信息转换芯片、配以SIM100-E模块和叉簧的开关作用，在实现了计时计费的同时，使GSM体制下的无线蜂窝移动电话用于学生管理和公用电话成为可能。

附图说明

附图1是本实用新型在实用中的联接示意图；附图2是本实用新型的电路逻辑设计示意框图；附图3是附图2的进一步具体化的框图；附图4是本实用新型电话部分的电路原理框图；附图5是本实用新型中插座电路的电路原理示意图；附图6是本实用新型SIM100-E模块中对射频ID卡及其刷卡电路进行控制的芯片电路原理示意图；附图7是附属于附图6的存储器芯片电路原理示意图；附图8是附属于附图6的信息转换芯片电路原理示意图；附图9是SIM卡座电路原理示意图。

具体实施方式

本实用新型可俗称“校讯通”，主要针对如下应用目标：

(1)中小学生的安全管理问题。中小学生在上学途中常因独立判断能力的不足而发生各类危险(例如人口拐卖、交通事故等)。

(2)中小学生的道德监控问题。一些中小学生在家长和学校疏远管理的前提下，常发生对家长声称上学而实际上却混入社会的情况，该类问题已经成为较为严重的社会问题。因此，加强对学生行为的监控已日益为家长和学校所关注。

(3)中小学生并无经济来源，但他们的通信消费支出往往占据家庭支出的相当部分，其重要原因便在于学校未考虑学生的通信问题。因此在学校结合多方位的需求而配置通信终端为市场需求的必然体现。

(4)在计划生育的大背景下，学生与家长之间的及时通信或老师与家长之间的及时沟通，成为家长和学校双向关注的问题。

于是，本实用新型根据上述需解决的问题设计了一种GSM体制下用于学生管理的无线公用射频ID卡刷卡电话机，作为终端该电话机的造型为传统座式或挂式IC(刷卡)电话机，电路部分包括中央处理单元，中央处理单元分别与包含人机界面单元和常规电话电声单元在内的常规电话组合、与基站实现信号联系的无线空中接口单元联接并实施与各单元信息的交流和控制，各单元执行中央处理单元的指令和控制，中央处理单元还与权限管理单元、SIM卡座电路联通。实施时，作为整个终端和中央处理控制核心部分的中央中央单元采用了SIM100-E模块，该模块与常规电话组合中的人机界面、叉簧及其动作检测电路联接；而用于支持SIM卡中的各类信息与中央处理单元的信息交换和处理并作为SIM100-E核心电路模块实现机-卡分离支持部件的SIM卡座通过中央处理单元与无线空中接口单元联通。其中，常规电话组合中的人机界面单元包括专用键盘及其检测电路、用于操作信息和通话费用显示的LCD及其驱动电路、电话机状态指示电路、话筒操作及免提电话操作自动控制信号反馈电路。

具体装配时，中央处理单元、常规电话组合、无线空中接口单元、权限管理单元等组成射频模组并装配在一块PCB板上，该PCB板通过插口插在常规插座上，在常规插座周围设有语意功放等电话电路。SIM卡座电路通过SIM-VDD、SIM-RST、SIM-CLK、SIM-I/O接口与插座电联接。由图可见，SIM100-E模块包括对基本通话过程进行控制和处理的芯片、用于权限管理的射频ID卡刷卡处理器的芯片U4、在信息处理过程中作为存储器的芯片U5、具有信息转换功能的芯片U2以及各芯片的周边电路，芯片U2、U5与U4联通，射频ID卡通过芯片U4成为基本通话芯片的启动开关。其中，由U4构成本实用新型特定操作模式下的中央处理器，其对信息的处理范围主要包括如学生刷卡信息的处理等特定的业务范围内的信息处理与管理。需要注意的是，U4所示的CPU不包括对基本通话过程的控制处理，该基本通话过程的控制处理由SIM100-E模块完成；构成信息处理过程中存储单元的U4，采用了具有掉电保护功能的FLASH方式；U2为一具有信息格式转换功能的芯片，将U4输出的并行数据转换成特定的和符合SIM100-E模块接口通讯规程的串行数据格式进行通信；SIM100-E模块还含有无线接口单元并实现了所有与基本的GSM无线通信相关的功能，包括无线空中接口、基本的电话机电声功能电路、基本的通信进程控制与管理。

本实用新型的外观造型类似与中国电信的IC卡公用电话或中国联通的无线公用电话，但启动“钥匙”不是接触式IC卡，而是非接触式射频ID卡。实用中，射频ID卡由中国移动通信指定商发行，包括教师用卡和学生用卡两种，在应用特色上分别具有两个方面的对应功能：

(1)学生用卡——用于学生的安全管理和及时通信

学生用卡包括两个功能：

A)每天到校后向家长发送安全短信。学生每天上学到校后，只需要将无线学生卡在本实用新型的刷卡位置简单地刷卡(类似于乘坐公交车的无线刷卡)，则本实用新型自动接收无线学生卡上的特征信息并通过GPRS数字通道将特征信息发送到专属的运营平台(如位于移动通信系统指定的运营商所在地)，由运营平台接收相应的无线学生卡特征信息后在系统中调出预定短信内容(例如：我已到校，或其它可预制的个性化短信内容)，然后按照发放无线学生卡时所预先登记的家长电话号码(通常为移动通信终端，已经开通固定电话短信功能的终端也可以登记)发送自己子女报平安的短信。

B)及时与家长通信。无线学生卡支持学生通过刷卡后直接操作“本实用新型主机向自己的家长拨打电话。这时，每张卡仅支持三个电话号码的预先注册登记，控制学生只能拨打已经注册的电话号码。

(2)教师用卡——用于老师与家长之间的及时沟通。教师用卡与学生用卡在及时通信方面的功用基本一致，可通过无线教师卡在刷卡后直接操作本实用新型主机拨打已经知道的家长电话号码，但教师卡不支持拨打登记注册以外的电话号码。

一般情况下，无论学生卡还是教师卡，每次通话费均为对方付费。

从功能构成上看，本实用新型主机更多的是将GSM无线移动电话机以一种壁挂式电话机的结构形式予以体现，实现的功能也和GSM手机大同小异。主要特征如下：

(1)将诸多的手机功能以壁挂机的键盘布局形式给予实现，并在此基础上添加一些具有针对性的功能。例如：可利用本实用新型主机发送数据；利用教师ID卡和学生ID卡作为本实用新型的使用钥匙。

(2)主要功能部件直接采用手机的功能模块，以保障可靠和稳定。

(3)利用相应的设置，在本实用新型数据业务管理平台实现对分布在校园各处的本实用新型的操作进行实时的监控管理。例如限制学生拨打预先注册以外的电话、限制教师利用拨打与学生无关的电话。

(4)这种限制性管理的设置是在系统中心，而一旦完成设置后，则通过数据信道下载到本实用新型主机内保存，或者说权限的过滤是由本实用新型完成的。

从电路上，本实用新型主要由六个部分组成。

(1)无线空中接口单元——是指GSM移动通信系统的无线空中接口。在本实用新型电话终端上，采用一种市售的标准模块构成接口的无线连接所需要的硬件部分。从基本功能看，无线空中接口模块本身就是一部没有配置键盘的GSM无线移动电话的核心功能部分。其作用类似于有线电话线缆及其两端的接口部分，只是信道不是有线介质，而是无线空中信道，信号方式也不是有线介质下的电压和电流，而是空中电磁波。

(2)常规电话电声单元——无线空中接口单元所起的作用仅仅是电话终端与GSM移动通信系统之间形成可通讯的信道作用，其本质为信道设备。信道设备所起的作用在于将符合标准电话电声信号形态转换成可在空中传播的信号形态，或将GSM移动通信系统基站发出的空中无线信号通过信道设备还原为标准的电话电声信号形态。因此作为电话终端，符合标准的电声功能部件是必不可少的部分。电话电声部分包括受话器、麦克风(或拾音器)等音频输入输出器件及其驱动电路、摘机或挂机状态检测、GSM系统端传送的忙音及拨号回铃音检测等各类信号的处理电路，均属于常规电声功能电路部分。

(3)人机界面组合单元——是指包括键盘、液晶显示器及其驱动电路、电源及终端状态指示灯等功能单元的集散组合。

(4)权限管理功能单元——在本实用新型中，权限管理功能由两个方面的协调工作而实现：

A)系统中心。本实用新型系统中心属于移动通信运营商指定设置的SP平台，即利用GSM蜂窝移动通信系统的数据交互业务平台而设置的接入平台，其主要功用在于和系统中的无线终端进行信息交流。交流的信息内容包括家长电话号码、学生编号、学生到校后的短信通知等。在系统中心，分别就学生所能呼叫的电话号码、学生卡号等进行了授权规定；对教师的权设置限则包括教师卡号和所能呼叫的电话号码范围进行了权限设置。

B)本实用新型电话终端。系统中心所设置的权限通过数据方式下载到终端，且信息中心每有信息变更，均会及时地下载到终端。因此，本实用新型系统权限管理的执行者，为电话终端。

为了管理的方便，本实用新型的电话终端没有配置计费功能，所有呼出的电话和短信费用，均以协议方式规定被叫电话方付费。

(5)中央处理功能单元——中央处理单元的任务包括五个大的方面：

其一，按照规定的协议规程对无线空中接口进行控制管理；

其二，按照既定协议规程对SIM卡及其接口信息进行控制与管理；

其三，对电声信息检测进行控制管理；

其四，对人机界面的操作动作进行处理并按照协议规程执行相应的软件，实现相关功能；

其五，根据权限设置信息对“校讯通”公话终端的使用进行过程监控。

(6)电源单元——负责为上述五个方面的功能单元提供功率输出。

下面叙述一下具体使用过程的工作原理和有关协议进程。

1.作为主叫发起呼出。

(1)对采用教师ID卡操作者，当本实用新型作为主叫而呼出时，用户首先利用电话机键盘输入要呼叫的目标电话号码，然后按“确认”键发送被叫信息(其中包含有主叫信息供对方实现来电显示功能)。

对采用学生ID卡操作者，采用本实用新型显示屏上的三条电话号码进行选择，然后确认即可(不需要通过键盘拨号)。

(2)键盘按键信息由中央处理器(嵌入式单片机即MCU)判断所拨号码，然后由中央处理器按照规定的信号格式编码输出。

(3)拨出的号码信息通过电话的数据口输入到本电话机的GSM无线空中接口模块，由模块将基带数据(即低频的信号)转换为数字编码(目的在于减少无线传输时间和提高抗干扰能力)，然后转换为可作为无线电磁波发射的射频信号供GSM蜂窝移动通信系统的基站接收。

(4)呼叫信息通过无线空中接口与GSM蜂窝移动通信系统的基站实现相互连接与通信，在基站对本电话机进行用户鉴权后将呼叫信息传输给GSM蜂窝移动通信系统中心(本地网中心，下同)。

(5)如果被叫终端为本系统终端，则由GSM蜂窝移动通信系统中心查询数据库，以确定被叫终端目前所在的位置，然后通过软交换方式呼叫被叫终端并在被叫应答后完成主叫与被叫之间的接续，传输主叫信息(用户号码)供被叫终端显示。

(6)如果被叫终端为非本系统终端，则由GSM蜂窝移动通信系统中心直接根据被叫号码前面的局号(例如139、138、261、357等等)或长途区号(例如0752、010等)直接将呼叫信息转发到目标局，由目标局提取相应的信息并处理，然后呼叫被叫终端及完成接续。

2.作为被叫接受呼入

本实用新型未配置作为被叫时的功能部件。

3.通话状态概要

(1)本电话机作为主叫并完成接续后即进入与对方之间的通话状态。

(2)通话状态下，从本地的话音接收并发送给对方，到接收对方的话音信号经还原处理后发送给本地的听者，不经过中央处理器，而是由独立的电话电声电路独立完成，但始终处于中央处理器的监控下。

(3)一旦通话结束，中央处理器检测到相应的标志信号后，立刻进入相应的结束处理过程并重新让电话机进入初始的待机状态。

Claims (5)

1、一种用于学生管理的无线公用电话机，作为终端该电话机的造型为传统IC卡公用电话机造型，电路部分包括中央处理单元，中央处理单元分别与包含人机界面单元和常规电话电声单元在内的常规电话组合、与基站实现信号联系的无线空中接口单元联接并实施与各单元信息的交流和控制，各单元执行中央处理单元的指令和控制，各单元均与电源电路联通，其特征是中央处理单元还与SIM卡座电路、对使用者的使用范围和权限进行规定及管理的权限管理单元联通；其中，

作为整个终端和中央处理控制核心部分的中央中央单元采用了SIM100-E模块，该模块与常规电话组合中的人机界面、叉簧及其动作检测电路联接；

用于支持SIM卡中的各类信息与中央处理单元的信息交换和处理并作为核心电路的SIM100-E模块实现机-卡分离支持部件的SIM卡座通过中央处理单元与无线空中接口单元联通。

2、根据权利要求1所述的用于学生管理的无线公用电话机，其特征是所述的常规电话组合中的人机界面单元包括专用键盘及其检测电路、用于操作信息和通话费用显示的LCD及其驱动电路、电话机状态指示电路、话筒操作及免提电话操作自动控制信号反馈电路。

3、根据权利要求2所述的用于学生管理的无线公用电话机，其特征是所述的SIM100-E模块包括对基本通话过程进行控制和处理的芯片、用于权限管理的射频ID卡刷卡处理器的芯片U4、在信息处理过程中作为存储器的芯片U5、具有信息转换功能的芯片U2以及各芯片的周边电路，芯片U2、U5与U4联通，射频ID卡通过芯片U4成为基本通话芯片的启动开关。

4、根据权利要求3所述的用于学生管理的无线公用电话机，其特征是中央处理单元、常规电话组合、无线空中接口单元、权限管理单元组成射频模组并装配在一块PCB板上，该PCB板通过插口插在常规插座上。

5、根据权利要求4所述的用于学生管理的无线公用电话机，其特征是SIM卡座电路通过SIM-VDD、SIM-RST、SIM-CLK、SIM-I/O接口与插座电联接。

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