CN2882136Y - 一种gsm体制无线公用电话机 - Google Patents

Abstract

一种造型为传统座式电话机的GSM体制无线公用电话机，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、计时计费单元以及用于费率存储的外部存储器联通。中央处理单元采用了SIM100－E模块，该模块与外部存储器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无线公用电话成为可能。

Description

一种GSM体制无线公用电话机

技术领域

本实用新型涉及一种传统电话机的改进，特别是指一种直接应用移动电话机功能模块的GSM制式带SIM卡的无线电话机，该话机可广泛用于公共电话服务。

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？中国ZL200420034890.X号专利《可在一定场所代替手机的固定电话机》提出了一种设想，将手机放大成常规固定电话座机的形式，同时在该座机形“手机”内设置两条SIM卡通道，该设计方案仅从减少人体辐射角度出发，且设置双通道有名无实，实用价值小。对于公共收费电话，目前基本上仍采用计费器与电话机串联组合的形式，在通话完毕后须从计费器上读取话费额，既造成经营者的成本增加又占用了较大的经营空间，且对使用者也多有不便。虽现已出现了自动显示话费的固定电话机，但对移动电话而言仍属一片空白。

实用新型内容

本实用新型需解决的问题是提供给用户更多的选择方案，使座机形“手机”更具实用性，特别是实现通话与计时及计费同步，既便于使用者根据具体情况掌控也便于作为公用电话使用。

根据上述需解决的问题设计了一种GSM体制无线公用电话机，作为终端该电话机的造型为传统座式电话机，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SIM卡座电路、计时计费单元以及用于费率存储的外部存储器联通；这时，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、免提功能及其控制单元、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。

实施时，中央处理单元、常规电话组合、无线空中接口单元、计时及计费单元组成射频模组并装配在一块PCB板上，该PCB板通过通用插口插在常规插座上。其中，SIM卡座电路通过SIM-VDO、SIM-RST、SIM-CLK、SIM-I/O接口与插座电联接；叉簧电路通过VEXT及NOOKOFF接口与插座电路联接，叉簧电路也是计时及计费单元的开关电路；键盘电路通过KEYPADC0～4及KEYPADR0～4接口与插座电路联接；手柄电路通过MIC1P、MIC1N及SPK1P、SPK1N接口与插座电路联接；手柄免提电路通过MIC2P、MIC2N及SPK2P、SPK2N还有LS-CON接口与插座电路联接；显示器驱动电路通过SPI-CS、SPI-D/C、SPI-DATA接口与插座电路联接。

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——通过叉簧的开关作用、配以SIM 100-E模块及外部存储器中随时从网络中下载的电话费率，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作为无线公用电话成为可能。

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是本实用新型中SIM卡座电路原理示意图；附图7是本实用新型叉簧电路原理示意图。

具体实施方式

本实用新型的主旨是使座机化的移动电话机在利用其便于移动的功能时更具有实用性，如计时及计费功能，否则仅仅将造型座机化无疑于画蛇添足。其实质就是提出一种利用GSM体制的无线蜂窝移动通信系统平台上的移动通信核心部件及其相关的技术结合特定的常规的和基于电信固网的电话终端技术所组合而成的无线公用电话机，体现在：

(1)利用SIMCOM品牌、支持作为GSM移动通信系统终端的核心模块SIM100-E作为本实用新型的核心功能单元即中央处理单元，辅之配套的固定电话电路和人机界面支持电路，从而形成可通过GSM移动通信系统平台发起呼叫或作为被叫的固定无线电话机。

(2)在本实用新型之固定无线电话机的基础上所采用的核心模块SIM100-E在专属程序的控制下，不仅支持本实用新型所对应的固定无线电话机与常规电信固网电话机之人机界面结合起来，将移动电话机的通话记录簿及其操作管理、电话号码簿及其操作管理等商务功能与固定电话机特定的人机界面结合起来，而且支持对通话时间的计量并利用SIM100-E所配置之数据库中的费率完成针对不同呼叫目标所发生的费用。

(3)本实用新型所采用的SIM100-E在专属软件的控制下，配合人机界面中的功能按键，可通过数字信道从配置有相应应用程序的计算机上经由串行接口下载费率(即，配置有相应应用程序的计算机可以在线的方式通过计算机互联网从专设的费率管理中心下载指定的费率)。

(4)本实用新型之人机界面包括专门配套的键盘及其检测电路、操作信息和通话费用显示之LCD及其驱动电路、电话机状态指示电路、话筒操作及免提等电话操作自动控制信号反馈电路。

(5)电话机中的SIM100-E模块作为中央处理单元主要针对两个方面进行控制：

其一，实时检测与获取人机界面的输入组合所产生的特定信息，经过处理分析，由中央主控处理器中预先编制的程序按照人机界面指定的操作动作控制相应的执行部件实现相应的操作，包括控制无线空中接口模块实现对GSM无线移动通信系统的连接，实现主叫和被叫以及键盘所对应的各项操作。

其二，实时检测电话机叉簧动作或免提按键状态及相应线路中的信号状态，在分析判断的基础上确定电话机是否进入通话状态，并在进入通话状态后及时启动SIM100-E模块中专属的计时器。

和计时器的启动机理相同，其停止计时的控制也来源于SIM100-E核心模块在专属程序的控制下对叉簧、免提按键开关及通话信道上的信号状态之检测的分析判断基础之上。

通话费用的计算是在本实用新型专属的软件控制下由中央处理单元SIM100-E完成的，同时在该处理器的控制下实时地通过LCD及其驱动电路给予显示。

(6)在人机界面的输出组合方面，中央处理单元还在专门的程序控制下处理人机界面输入信息的同时，除了通过LCD显示反馈输入操作的内容供用户确认操作的正确性外，还在专门的程序控制下将用户操作动作目标信息内容通过LCD显示给用户，以利于用户的下一步操作。

下面借助附图对本实用新型作进一步详述。

本实用新型所述的无线GSM电话机可广泛应用于公用电话，即实质上是具有计时计费功能的一种无线“公用”电话，它主要包含两个部分内容：其一，以座机的形式实现GSM手机常规功能的电话机。

(1)将诸多的手机功能以座机的更加灵活的键盘布局形式给予实现，并在此基础上添加一些更人性化的功能。

(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。

因此，可以将具有上述特色的电话称为GSM固定无线电话机。

其二，在上述GSM固定无线电话机之基础上增加计时计费功能，从而实现本实用新型的主要意图——无线公用电话。无线公用电话也就是人们可利用这种电话对外经营，每打一次就会根据时间长短和已经设置在电话内部按不同地区而设置的费率而自动计算出实际通话费用。

下面详述无线公用电话的六个部分组成部分，见图2。

(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。在无线公话终端上，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、语音呼叫中的振铃信号检测及振铃发生电路、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)计时计费单元——在无线公用电话中，计费功能的实现是建立在计时功能基础之上的。当电话被接通后，电话的计时器处于启动状态。当电话被挂断后，计时器被关闭。一通一断之间所累计的时间构成了通话费用计算的基础之一。

计费功能的另一个基础是费率。费率是指单位时间所对应的金额(目前电信计费的单位时间包括每分钟或每六秒)。费率的具体数值是和拨打电话所呼叫的目的方相联系的。例如，拨打北京需要加拨长途区号“010”，

拨打广州需要加拨区号“020”。当加拨不同区号时，所对应的费率是不相同的(从惠州打到北京的长途电话要比相同时间段打到广州的长途电话贵许多)。当拨打不同的长途区号，本次计费的费率便相应地确定下来。用费率乘上通话过程所耗费的时间，便是本次通话的费用。

对电信运营商来说，费率通常是可调整的。这样一来，作为无线公用电话，就必须有个调整费率数据的接口来将新的费率数据输入到无线公用电话中，以符合法定计费规定。为此，本实用新型采用的是通过电脑的串行数据接口来对电话终端进行写入。电脑终端可通过网络(Inernet)和电信运营商(指移动通信运营商)联网，以及时下载调整后的费率，然后通过串行口将新的费率写入到本实用新型无线公用电话中。

(5)中央处理功能单元——中央处理单元的任务包括三个大的方面：

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(例如振铃信号、忙音等)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，根据费率和通话时长而计算费用。

(6)电源单元——负责为上述五个方面的功能单元提供功率。

图3、图4给示了各功能单元间的联接关系示意。图中显示，无线公用电话中的电话部分和计费部分共用同一嵌入式计算机资源；在软件方面，话费显示电话机采用嵌入式软件和相应的定时器资源完成计时及根据目标号码所对应的区域费率等参数完成通话费用的计算并给予实时显示。

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)当本电话机作为主叫而呼出时，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)。这种拨号方式称为“预设拨号”。用户也可以先按“免提”键，待听到电话机发出拨号音后再通过电话机键盘输入被叫的电话号码。这种拨号方式称为“在线拨号”。

(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，然后由中央处理器配合双频多音拨号网路拨出号码即DTMF信号。(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

(1)当本终端收到通过GSM蜂窝移动通信系统的基站转发的呼入信息时，首先由中央处理器对信息内容进行判断甄别，确认属于来电呼叫，然后发出“振铃”控制信号及振铃所需的交流驱动信号。

(2)振铃电路在中央处理器的控制下被开启并在振铃交流信号的驱动下使蜂鸣器或扬声器发出一定规律的声音。

(3)当用户听到声音并决定接听来电时，按下“接听”或“OK”键时，中央处理器接受按键信息并判断为“OK”键后，通过GSM蜂窝移动通信系统基站向GSM蜂窝移动通信系统中心发送“应答”信息。“应答”信息在本电话机内部的信号处理过程与上述作为主叫时发送拨号信息时一致。

(4)GSM蜂窝移动通信系统中心收到应答信息后即可完成主叫与被叫之间的接续。

3.通话状态概要

(1)本电话机作为主叫或作为被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。

图5、6、7给示了本实用新型中起中转作用的插座电路和起总控开关作用SIM卡座电路原理示意图。

在具体的电路设计及装配时，从节约空间和简化电路的角度出发，将主要电路如核心电路模块(含中央处理单元)、常规电话组合、信号连接装置(含无线空中接口单元)、外部存储器(含信息管理数据库单元)组成射频模组并装配在一块PCB板上，然后将该PCB板插在常规PCB板插座上，由此主板及电话机内容简洁流畅。再将起工作开关作用的SIM卡座电路通过SIM-VDO、SIM-RST、SIM-CLK、SIM-I/O接口与插座电联接；将叉簧电路通过VEXT及NOOKOFF接口与插座电路联接；属于人机界面单元的键盘电路通过KEYPADC0～4及KEYPADR0～4接口与插座电路联接；手柄电路通过MIC1P、MIC1N及SPK1P、SPK1N接口与插座电路联接；手柄免提电路通过MIC2P、MIC2N及SPK2P、SPK2N还有LS-CON接口与插座电路联接；显示器驱动电路通过SPI-CS、SPI-D/C、SPI-DATA接口与插座电路联接。至此，整个商务电话机的电路装配得以完成，电话机在经过整机测试后即可包装出厂。

Claims (6)

1、一种GSM体制无线公用电话机，作为终端该电话机的造型为传统座式电话机，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，其特征是中央处理单元还与SIM卡座电路、计时计费单元以及用于费率存储的外部存储器联通；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、免提功能及其控制单元、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。

2、根据权利要求1所述的GSM体制无线公用电话机，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GSM体制无线公用电话机，其特征是所述的中央处理单元、常规电话组合、无线空中接口单元、计时及计费单元组成射频模组并装配在一块PCB板上，该PCB板通过通用插口插在常规插座上。

4、根据权利要求3所述的GSM体制无线公用电话机，其特征是SIM卡座电路通过SIM-VDO、SIM-RST、SIM-CLK、SIM-I/O接口与插座电联接。

5、根据权利要求3所述的GSM体制无线公用电话机，其特征是叉簧电路通过VEXT及NOOKOFF接口与插座电路联接，叉簧电路是计时及计费单元的开关电路。

6、根据权利要求3所述的GSM体制无线公用电话机，其特征是键盘电路通过KEYPADC0～4及KEYPADR0～4接口与插座电路联接；手柄电路通过MIC1P、MIC1N及SPK1P、SPK1N接口与插座电路联接；手柄免提电路通过MIC2P、MIC2N及SPK2P、SPK2N还有LS-CON接口与插座电路联接；显示器驱动电路通过SPI-CS、SPI-D/C、SPI-DATA接口与插座电路联接。

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