Đồ Án Tốt Nghiệp: Thiết Kế Hệ Thống Tính Cước Điện Thoại Giao Tiếp Máy Tính

Khám phá cách thiết kế hệ thống tính cước điện thoại giao tiếp máy tính hiệu quả, tối ưu hóa chi phí và nâng cao trải nghiệm người dùng.

• Tác giả: Nguyễn Thế Vinh
• Người hướng dẫn: Cô Trương Thị Bích Ngà
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật
• Chuyên ngành: Điện - Điện Tử
• Đề tài: Thiết Kế Hệ Thống Tính Cước Điện Thoại Giao Tiếp Máy Tính
• Loại tài liệu: đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2001
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG BIẾN THOẠT
• 2. CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ MÁY BIẾN THOẠT
• 3. CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU VỀ ĐIỆN THOẠI HỆ THỐNG TUYẾN
• 9. CHƯƠNG 9: GIẢI THÍCH VỀ MÁY ĐIỆN THOẠI
• TÀI LIỆU THAM KHẢO, LỜI CẢM ƠN

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Thiết Kế Hệ Thống Tính Cước Điện Thoại

Hệ thống tính cước điện thoại giao tiếp máy tính là một phần quan trọng trong ngành viễn thông. Nó giúp quản lý và tính toán cước phí cho các cuộc gọi điện thoại một cách chính xác và hiệu quả. Việc thiết kế hệ thống này không chỉ giúp tiết kiệm thời gian mà còn nâng cao độ chính xác trong việc tính toán cước phí. Hệ thống này thường được xây dựng dựa trên các công nghệ hiện đại, nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người dùng.

1.1. Khái Niệm Về Hệ Thống Tính Cước Điện Thoại

Hệ thống tính cước điện thoại là phần mềm hoặc phần cứng dùng để tính toán cước phí cho các cuộc gọi. Nó có thể hoạt động độc lập hoặc tích hợp với các hệ thống khác trong mạng viễn thông.

1.2. Lợi Ích Của Hệ Thống Tính Cước Điện Thoại

Hệ thống này giúp giảm thiểu sai sót trong việc tính toán cước phí, đồng thời cung cấp thông tin chi tiết về các cuộc gọi, từ đó hỗ trợ người dùng trong việc quản lý chi phí.

II. Vấn Đề Trong Thiết Kế Hệ Thống Tính Cước Điện Thoại

Thiết kế hệ thống tính cước điện thoại gặp nhiều thách thức, bao gồm việc đảm bảo tính chính xác và bảo mật thông tin. Các vấn đề này có thể ảnh hưởng đến hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống. Ngoài ra, việc tích hợp với các hệ thống hiện có cũng là một thách thức lớn.

2.1. Thách Thức Về Tính Chính Xác

Một trong những thách thức lớn nhất là đảm bảo tính chính xác trong việc tính toán cước phí. Sai sót trong quá trình này có thể dẫn đến mất mát tài chính cho cả nhà cung cấp dịch vụ và người dùng.

2.2. Vấn Đề Bảo Mật Thông Tin

Bảo mật thông tin là một yếu tố quan trọng trong thiết kế hệ thống. Việc bảo vệ dữ liệu người dùng khỏi các cuộc tấn công mạng là điều cần thiết để duy trì lòng tin của khách hàng.

III. Phương Pháp Thiết Kế Hệ Thống Tính Cước Điện Thoại Hiệu Quả

Để thiết kế một hệ thống tính cước điện thoại hiệu quả, cần áp dụng các phương pháp hiện đại như sử dụng ngôn ngữ lập trình mạnh mẽ và các công nghệ cơ sở dữ liệu tiên tiến. Việc này không chỉ giúp tối ưu hóa quy trình tính toán mà còn nâng cao khả năng mở rộng của hệ thống.

3.1. Sử Dụng Ngôn Ngữ Lập Trình Hiện Đại

Ngôn ngữ lập trình như Visual Basic hoặc Python có thể được sử dụng để phát triển phần mềm tính cước. Những ngôn ngữ này hỗ trợ việc xây dựng giao diện người dùng thân thiện và dễ sử dụng.

3.2. Tích Hợp Công Nghệ Cơ Sở Dữ Liệu

Việc sử dụng các hệ quản trị cơ sở dữ liệu như MySQL hoặc SQL Server giúp lưu trữ và quản lý thông tin cuộc gọi một cách hiệu quả, từ đó hỗ trợ tính toán cước phí chính xác.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Hệ Thống Tính Cước Điện Thoại

Hệ thống tính cước điện thoại không chỉ được sử dụng trong các công ty viễn thông mà còn có thể áp dụng trong các doanh nghiệp nhỏ và vừa. Nó giúp các doanh nghiệp quản lý chi phí liên lạc một cách hiệu quả, từ đó tối ưu hóa ngân sách.

4.1. Ứng Dụng Trong Doanh Nghiệp

Nhiều doanh nghiệp hiện nay đã áp dụng hệ thống tính cước điện thoại để theo dõi chi phí liên lạc. Điều này giúp họ có cái nhìn rõ ràng hơn về ngân sách và chi tiêu.

4.2. Kết Quả Nghiên Cứu Về Hệ Thống

Nghiên cứu cho thấy việc áp dụng hệ thống tính cước điện thoại giúp giảm thiểu chi phí liên lạc lên đến 30%, đồng thời nâng cao hiệu quả làm việc của nhân viên.

V. Kết Luận Về Thiết Kế Hệ Thống Tính Cước Điện Thoại

Thiết kế hệ thống tính cước điện thoại giao tiếp máy tính là một nhiệm vụ quan trọng trong ngành viễn thông. Với sự phát triển của công nghệ, hệ thống này sẽ ngày càng hoàn thiện hơn, đáp ứng tốt hơn nhu cầu của người dùng. Tương lai của hệ thống này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều cải tiến và tiện ích cho người sử dụng.

5.1. Tương Lai Của Hệ Thống Tính Cước

Với sự phát triển không ngừng của công nghệ, hệ thống tính cước điện thoại sẽ ngày càng trở nên thông minh hơn, tự động hóa nhiều quy trình và giảm thiểu sai sót.

5.2. Định Hướng Phát Triển Hệ Thống

Các nhà phát triển cần chú trọng đến việc cải tiến tính năng và bảo mật của hệ thống, nhằm đáp ứng tốt hơn nhu cầu của người dùng trong tương lai.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Vào đầu thế kỷ 21, cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin và mạng lưới viễn thông, nhu cầu trao đổi thông tin liên lạc qua hệ thống điện thoại cố định gia tăng nhanh chóng. Sự mở rộng của các trạm bưu điện và điểm dịch vụ điện thoại công cộng đòi hỏi công tác quản lý và tính cước phải được thực hiện một cách nhanh chóng, chính xác và tự động hóa. Trong giai đoạn này, phương thức ghi cước thủ công bằng nhân công hoặc sử dụng các đồng hồ cơ khí bộc lộ nhiều hạn chế về tốc độ xử lý, chi phí vận hành và khả năng lưu trữ thông tin chi tiết của từng cuộc gọi.

Đề tài "Thiết kế hệ thống tính cước điện thoại giao tiếp máy tính" được thực hiện nhằm xây dựng một mô hình phần cứng kết hợp phần mềm quản lý cước tự động, kết nối trực tiếp với máy vi tính thông qua cổng truyền thông nối tiếp.

Nhiệm vụ nghiên cứu của đồ án bao gồm 5 nội dung chính:

1. Khảo sát tổng quan về mạng điện thoại hữu tuyến, cấu tạo máy điện thoại đầu cuối, các tín hiệu âm hiệu điều khiển cuộc gọi (Tone) và các phương pháp quay số (xung thập phân và đa tần DTMF).
2. Phân tích các nguyên lý và phương pháp tính cước trong tổng đài điện tử tự động (phương pháp đảo cực điện áp, phương pháp đếm xung tuần hoàn, phương pháp nhận biết tín hiệu hồi âm chuông và phương pháp dùng dây thứ tư).
3. Thiết kế và chế tạo phần cứng hệ thống bao gồm: mạch nhận biết trạng thái đường dây thuê bao (nhấc máy, gác máy, đảo cực), mạch thu và giải mã tín hiệu đa tần DTMF sử dụng IC chuyên dụng MT8870, mạch xử lý trung tâm dùng vi điều khiển AT89C51 và mạch hiển thị thời gian bằng LED 7 đoạn.
4. Xây dựng chương trình điều khiển hợp ngữ (MCS-51 Assembly) cho vi điều khiển để quét trạng thái 8 đường thuê bao, giải mã số điện thoại, đếm thời gian thực và truyền thông dữ liệu qua chuẩn RS-232C.
5. Xây dựng chương trình giao diện tính cước, quản lý dữ liệu và phân loại cước cuộc gọi trên máy tính bằng ngôn ngữ Visual Basic.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Tín hiệu điều khiển và đàm thoại trên đường dây thuê bao điện thoại tương tự (analog subscriber loop), giao thức truyền thông nối tiếp RS-232C, vi điều khiển họ MCS-51 (AT89C51) và phần mềm tính cước trên máy tính cá nhân.
• Phạm vi không gian: Hệ thống phần cứng phục vụ giám sát và tính cước cho 8 đường thuê bao (8 kênh điện thoại độc lập) kết nối về 1 máy tính quản lý trung tâm.
• Phạm vi thời gian: Đề tài được giao ngày 02/12/2000 và hoàn thành vào ngày 03/03/2001 tại Bộ môn Điện tử, Khoa Điện - Điện tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh, với sự hỗ trợ số liệu thực tế từ Bưu điện Thủ Đức và Bưu điện Bình Thọ.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết mạng viễn thông hữu tuyến và kỹ thuật vi xử lý:

• Nguyên lý vòng thuê bao điện thoại: Đường dây thuê bao 2 dây (Tip và Ring) được cấp nguồn DC từ tổng đài trung tâm (-48VDC). Khi máy ở trạng thái gác máy (on-hook), tổng trở đường dây rất lớn (khoảng 20 k$\Omega$ đến hở mạch). Khi nhấc máy (off-hook), mạch điện khép kín làm tổng trở giảm xuống còn khoảng 600 $\Omega$, tạo ra dòng DC chạy trên đường dây để tổng đài nhận biết yêu cầu phục vụ. Tín hiệu chuông gọi có điện áp 90VAC (hoặc 90Vrms) ở tần số 20–25Hz chồng lên điện áp DC.
• Hệ thống âm hiệu tiến trình cuộc gọi (Telephone Call Progress Tones):
  • Dial Tone: Âm hiệu mời quay số, dải tần 350Hz + 440Hz (hoặc tần số chuẩn 425Hz), phát liên tục khi thuê bao nhấc máy (thời gian chờ quay số giới hạn khoảng 20s).
  • Busy Tone: Âm hiệu báo bận, tần số 480Hz + 620Hz (hoặc 425Hz), chu kỳ đóng 0,5s và ngắt 0,5s.
  • Ring Back Tone: Âm hiệu hồi chuông báo máy bị gọi đang đổ chuông, tần số 440Hz + 480Hz (hoặc 425Hz), chu kỳ phát 1s đến 2s và ngắt 4s.
• Kỹ thuật quay số: So sánh giữa phương pháp quay số xung thập phân (Pulse dialing, tần số 10Hz, chu kỳ 100ms, tỉ lệ đóng/ngắt 33/67%) và phương pháp quay số đa tần DTMF (Dual Tone Multi-Frequency). DTMF sử dụng ma trận 4 hàng và 4 cột với 8 tần số chuẩn riêng biệt, thời gian nhận diện và gửi một chữ số chỉ mất từ 40ms đến 50ms, cho tốc độ xử lý nhanh gấp khoảng 10 lần so với quay số xung.
• Nguyên lý ghi cước tự động:
  • Phương pháp đảo cực nguồn điện: Tổng đài tự động đảo chiều cực tính điện áp DC trên đường dây khi thuê bao bị gọi nhấc máy trả lời (bắt đầu tính cước) và đảo cực lại hoặc cắt dòng khi một trong hai bên gác máy (kết thúc tính cước).
  • Phương pháp đếm xung tuần hoàn: Tổng đài phát các xung tính cước định kỳ trong lúc đàm thoại với chu kỳ nghịch đảo theo khoảng cách và vùng cước.
  • Phương pháp kiểm tra tín hiệu Ring-Back-Tone: Phát hiện thời điểm kết thúc âm hồi chuông để kích hoạt bộ đếm thời gian đàm thoại.
• Chuẩn giao tiếp nối tiếp RS-232C: Tiêu chuẩn truyền thông bất đồng bộ giữa thiết bị đầu cuối (DTE) và thiết bị truyền dữ liệu (DCE). Mức logic 1 tương ứng mức điện áp từ -5V đến -15V, mức logic 0 từ +5V đến +15V trên đường dữ liệu (TDATA, RDATA), khoảng cách truyền tối đa 15m với tốc độ truyền định mức.

Phương pháp nghiên cứu thực tế:

• Phương pháp phân tích và thiết kế mạch điện tử: Tính toán thông số mạch ghép quang (Optocoupler), mạch ổn áp, mạch giải mã địa chỉ và mạch phối hợp trở kháng.
• Phương pháp thực nghiệm: Chế tạo mạch in (PCB), lắp ráp linh kiện thực tế, đo đạc dạng sóng và mức điện áp trên đường dây thuê bao mô phỏng.
• Phương pháp lập trình hệ thống: Sử dụng trình biên dịch ASM51 để viết mã nguồn hợp ngữ cho vi điều khiển AT89C51 và lập trình giao diện Visual Basic 6.0 trên hệ điều hành Windows.

Nguồn dữ liệu:

• Bảng thông số tần số và chu kỳ âm hiệu viễn thông theo tiêu chuẩn kỹ thuật mạng bưu điện.
• Bảng danh mục 60 mã vùng điện thoại liên tỉnh tại Việt Nam (theo hiện trạng mạng viễn thông năm 2001).
• Datasheet kỹ thuật của các IC chuyên dụng: AT89C51 (Atmel), MT8870 (Mitel), MAX232 (Maxim), 74LS138, 74LS240, 74LS126 và Opto 4N35.

Thiết kế và triển khai hệ thống

Hệ thống được thiết kế theo cấu trúc phần cứng phân tán kết hợp máy vi tính xử lý trung tâm, bao gồm các khối chức năng cụ thể:

Khối chức năng	Linh kiện / Công nghệ chính	Chức năng kỹ thuật
Mạch nhận biết trạng thái (8 kênh)	Opto 4N35, Diode Zener $V_z=3\text{V}$, $R_1=470,\Omega$, $R_2=340,\Omega$, $R_3=R_4=3.9,\text{k}\Omega$	Phát hiện các trạng thái của đường dây: Gác máy (OA=0, OB=0), Nhấc máy (OA=1, OB=0) và Đảo cực thông thoại (OA=0, OB=1). Dòng tiêu thụ vòng dây duy trì ở mức 20mA.
Mạch thu và giải mã DTMF (8 kênh)	IC MT8870, Thạch anh $3.579545,\text{MHz}$	Tách và giải mã các cặp tần số đa tần thành mã nhị phân 4-bit ($Q_1-Q_4$), xuất tín hiệu xung STD báo có phím bấm.
Mạch xử lý trung tâm	Vi điều khiển AT89C51, IC giải mã 74138, IC đệm đảo 74240, IC đệm 74126, IC MAX232	Quét tuần tự 8 kênh thuê bao, đọc trạng thái cổng P1 và P2, điều khiển chọn chân TOE của MT8870 qua P0, nạp Timer 1 tạo Baudrate chuẩn truyền mã về PC qua cổng COM2.
Mạch hiển thị thời gian	Vi điều khiển AT89C51 riêng, IC 74240, 8 LED 7 đoạn Anode chung	Đếm thời gian thực bằng Timer 0 (chế độ 16-bit), quét hiển thị trực tiếp số máy và thời gian gọi (giờ : phút : giây) độc lập cho từng kênh.
Phần mềm quản lý trên PC	Ngôn ngữ Visual Basic, cổng giao tiếp RS-232 (COM port)	Nhận các gói byte dữ liệu từ vi điều khiển, phân loại cuộc gọi (nội hạt, liên tỉnh theo mã vùng, quốc tế, dịch vụ 108/119), tính toán cước phí và lưu trữ.

Cấu trúc chương trình vi điều khiển và giao thức truyền thông

1. Chương trình xử lý chính (XULY1_8.ASM):
   • Thiết lập cổng nối tiếp ở Mode 1, Timer 1 hoạt động ở Mode 2 (8-bit Auto-Reload, $TH_1 = -13$), thanh ghi $SCON = 0\text{FCH}$, vô hiệu hóa ngắt toàn cục ($IE = 00\text{H}$).
   • Vòng lặp chính tuần tự gọi các chương trình con từ THUEBAO_1 đến THUEBAO_8.
   • Trong mỗi chu trình quét kênh: kiểm tra nhấc máy (BUOC4), lưu trạng thái ban đầu (BUOC5), kiểm tra cờ tính cước (BUOC6), kiểm tra điều kiện thông thoại qua hiện tượng đổi trạng thái Opto (BUOC7), kích hoạt bit tính cước $TC_i$ (BUOC9), và giải mã 4-bit DTMF đưa vào thanh ghi DULIEU để phát lên đường truyền UART (GOIDATA).
2. Chương trình hiển thị (HT1.ASM, HT2.ASM):
   • Sử dụng Timer 0 định thời chu kỳ 1 giây thông qua nạp trước giá trị $TL_0 = 0\text{DBH}$, $TH_0 = 0\text{BH}$, kết hợp hệ số đếm HESO để cập nhật các biến GIAYDV, GIAYC, PHUTDV, PHUTC, GIODV, GIOC.
   • Quét dữ liệu 8 LED 7 đoạn thông qua thuật toán dịch bit và xuất tín hiệu điều khiển Anode qua Port 2, đoạn Catode qua Port 1.

Nội dung chính theo từng chương

Phần A: Giới thiệu chung về hệ thống điện thoại

Chương 1: Giới thiệu chung

Trình bày lịch sử phát minh điện thoại của Alexander Graham Bell từ năm 1876 và sự hình thành của các tổng đài điện thoại thủ công đầu tiên tại New Haven (1878). Phân tích bối cảnh phát triển của mạng viễn thông thế kỷ 21, sự cần thiết của việc thành lập các trạm bưu điện và yêu cầu tự động hóa công tác tính cước điện thoại nhằm phục vụ nhu cầu liên lạc ngày càng tăng.

Chương 2: Giới thiệu về máy điện thoại

Trình bày cấu tạo cơ bản của máy điện thoại gồm 3 khối: bộ phận chuyển đổi mạch điện, bộ phận thu phát tín hiệu gọi (chuông và mạch gửi số) và bộ phận thu phát thoại (ống nói microphone carbon và ống nghe điện từ). Phân tích chi tiết chức năng của cuộn biến áp sai đồng (Hybrid circuit) trong việc chuyển đổi mạch 2 dây sang 4 dây để thực hiện chế độ truyền thông song công (duplex), mạch triệt tiếng cục bộ (Side Tone) và mạch cân bằng đường dây (Equalizer).

Chương 3: Giới thiệu về điện thoại hữu tuyến

Khái quát cấu trúc mạng điện thoại hữu tuyến gồm ba thành phần: thông thoại, chuyển mạch và báo hiệu. Phân loại các thế hệ tổng đài từ cơ khí (bộ chọn quay tròn, bộ chọn ngang dọc Strowger/Crossbar) đến tổng đài điện tử điều khiển số (digital SPC) sử dụng chuyển mạch phân chia theo thời gian (T) và không gian (S). Giới thiệu các phương pháp điều chế và mã hóa thoại như PCM (theo luật A và luật $\mu$), DPCM, DELTA.

Chương 4: Giới thiệu về tính cước điện thoại

Phân tích cơ cấu chi phí dịch vụ viễn thông gồm chi phí đầu tư và chi phí vận hành. Trình bày chi tiết các phương pháp tính cước:

• Tính cước vận hành nhân công qua phiếu ghi cước (định mức tối thiểu 3 phút).
• Tính cước tự động bằng phương pháp cước gộp (phát xung tuần hoàn về đồng hồ đo của thuê bao) và tính cước theo các cuộc gọi riêng biệt ghi nhận đầy đủ số gọi, số bị gọi, ngày tháng và thời lượng đàm thoại.
• Khảo sát các tiêu chuẩn tính cước theo cự ly địa lý (đường chim bay), thời gian gọi và danh mục mã vùng bưu điện Việt Nam gồm 60 tỉnh thành.

Phần B: Nội dung chính

Chương 5: Giao tiếp nối tiếp

Trình bày cơ sở lý thuyết về truyền dữ liệu số, phân biệt truyền song song và truyền nối tiếp, truyền đồng bộ (Synchronous với khóa pha PLL) và bất đồng bộ (Asynchronous có bit Start/Stop). Mô tả chi tiết chuẩn giao tiếp RS-232C: cấu trúc điện áp lưỡng cực ($\pm 15\text{V}$), sơ đồ chân kết nối DB-25/DB-9, chức năng các đường tín hiệu điều khiển (TDATA, RDATA, DSR, DTR, RTS, CTS, CD, RI) và cấu hình cáp nối Modem rỗng (Null Modem).

Chương 6: Các mạch tính cước chính

Đi sâu vào thiết kế và tính toán thông số kỹ thuật cho mạch nhận biết trạng thái đường dây thuê bao. Trình bày nguyên lý hoạt động của mạch cảm biến sử dụng 2 Optocoupler 4N35 mắc song song ngược chiều kết hợp Diode Zener. Khi điện thoại nhấc máy, dòng điện vòng thuê bao 20mA kích hoạt Opto 1 dẫn ($OA=1, OB=0$). Khi tổng đài đảo cực lúc bên bị gọi trả lời, dòng điện đổi chiều làm Opto 2 dẫn ($OA=0, OB=1$), tạo tín hiệu kích hoạt bộ đếm cước.

Chương 7: Mạch nhận mã và thu tín hiệu DTMF

Giới thiệu cấu trúc và nguyên lý làm việc của IC MT8870. Phân tích chức năng các bộ lọc dải tần bên trong IC để tách nhóm tần số thấp (697Hz, 770Hz, 852Hz, 941Hz) và nhóm tần số cao (1209Hz, 1336Hz, 1477Hz, 1633Hz), bộ giải mã logic xuất tín hiệu 4-bit và chân kích hoạt TOE (Tri-state Output Enable) phục vụ ghép nối đa kênh.

Chương 8: Mạch xử lý chính và mạch hiển thị

Trình bày sơ đồ nguyên lý hoàn chỉnh của khối vi điều khiển trung tâm AT89C51, mạch giải mã địa chỉ 74138 kết hợp cổng đảo đệm 74240 để điều khiển chọn 8 IC MT8870. Phân tích sơ đồ mạch khối hiển thị 8 LED 7 đoạn quét Anode chung qua IC 74240. Trình bày lưu đồ giải thuật chương trình chính, lưu đồ xử lý dữ liệu nhận, lưu đồ kiểm tra thời gian và toàn bộ mã nguồn hợp ngữ MCS-51 (XULY1_8.ASM, HT1.ASM, HT2.ASM).

Chương 9: Chương trình Visual Basic

Mô tả lưu đồ giải thuật xử lý tính cước trên máy tính: mở cổng truyền thông COM, đọc dữ liệu số quay gửi lên từ vi điều khiển, kiểm tra tiền tố số gọi để phân loại cước (số đầu "0" là gọi liên tỉnh, "00" là gọi quốc tế, "119"/"108" là dịch vụ bưu điện, còn lại là cuộc gọi nội hạt), đồng bộ bộ đếm thời gian và tính toán thành tiền lưu trữ trong cơ sở dữ liệu.

Phần C: Kết luận và hướng phát triển đề tài

Tổng kết quá trình nghiên cứu và thực nghiệm, đánh giá mức độ đáp ứng của hệ thống tính cước tự động kết nối PC, nêu các điểm còn tồn tại và đề xuất hướng mở rộng nâng cấp phần cứng và phần mềm.

Kết quả và đóng góp

Kết quả chính của đề tài

1. Thiết kế và chế tạo thành công hệ thống phần cứng hoàn chỉnh gồm 4 khối mạch chức năng:
   • Mạch nhận biết trạng thái 8 kênh thuê bao hoạt động chính xác dựa trên nguyên lý cảm biến dòng và nhận diện đảo cực DC.
   • Mạch thu và giải mã tín hiệu DTMF 8 kênh sử dụng IC MT8870 với tần số dao động chuẩn 3.579545 MHz.
   • Mạch vi điều khiển trung tâm AT89C51 thực hiện quét tuần tự 8 kênh và truyền dữ liệu nối tiếp chuẩn RS-232C.
   • Mạch hiển thị độc lập sử dụng AT89C51 quét 8 LED 7 đoạn hiển thị thời gian thực đến từng giây.
2. Xây dựng hoàn chỉnh phần mềm nhúng bằng hợp ngữ MCS-51 không có lỗi cú pháp, thực hiện thu thập và đóng gói dữ liệu trạng thái thuê bao theo thời gian thực.
3. Ứng dụng thành công phần mềm giao diện Visual Basic kết nối cổng COM2 máy tính, tự động nhận diện mã số quay và tính cước theo thời lượng đàm thoại.

Thông số kỹ thuật / Tín hiệu	Giá trị thiết kế trong đồ án
Dung lượng giám sát	8 đường thuê bao điện thoại độc lập (8 kênh)
Dòng điện vòng thuê bao khi nhấc máy	$20,\text{mA}$ (Trở kháng tải tính toán $600,\Omega$)
Linh kiện cảm biến đường dây	02 Optocoupler 4N35 + 02 Diode Zener $V_z=3\text{V}$ ($I_z=5\text{mA}$)
Điện trở phân cực mạch cảm biến	$R_1 = 470,\Omega$, $R_2 = 340,\Omega$, $R_3 = R_4 = 3.9,\text{k}\Omega$
Tần số thạch anh giải mã DTMF	$3.579545,\text{MHz}$ (IC MT8870)
Tốc độ truyền thông nối tiếp	Nạp $TH_1 = -13$ (Timer 1 Mode 2, Baudrate định chuẩn qua MAX232)
Độ trễ quét hiển thị LED	Định thời Timer 0 ($TL_0=0\text{DBH}, TH_0=0\text{BH}$)

Đóng góp của đề tài

• Tác giả tự nêu: Đề tài đã xây dựng một mô hình ứng dụng kết hợp giữa kỹ thuật vi điều khiển phần cứng họ MCS-51 và ngôn ngữ lập trình bậc cao Visual Basic trên máy tính cá nhân để tự động hóa công tác tính cước viễn thông. Đây là giải pháp có tính ứng dụng thực tế trong bối cảnh tin học hóa mạng lưới bưu điện tại thời điểm năm 2001.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế

• Hệ thống được thực hiện trong khoảng thời gian giới hạn (gần hai tháng), do đó phần cứng và phần mềm chưa thực sự hoàn thiện ở quy mô công nghiệp.
• Dung lượng hệ thống mới dừng lại ở mức thử nghiệm cho 8 kênh thuê bao, chưa mở rộng cho các tổng đài quy mô lớn.
• Hệ thống phụ thuộc vào sự duy trì hoạt động liên tục của máy tính cá nhân, chưa trang bị bộ nhớ đệm độc lập (EEPROM/RAM không khả biến) trên khối vi điều khiển để lưu trữ dữ liệu cước khi mất kết nối cổng COM hoặc mất nguồn máy tính.

Hướng nghiên cứu tiếp

• Mở rộng số lượng kênh thuê bao giám sát lên 16, 32 hoặc 64 kênh bằng cách ghép thêm tầng giải mã địa chỉ và mở rộng cổng vi điều khiển.
• Bổ sung bộ nhớ lưu trữ dữ liệu cục bộ (như IC thời gian thực RTC DS1307 và bộ nhớ EEPROM ngoài) trên mạch vi điều khiển để hoạt động độc lập ngay cả khi không bật máy tính.
• Nâng cấp phần mềm Visual Basic để bổ sung cơ sở dữ liệu quản lý khách hàng chuyên sâu, chức năng in hóa đơn thu cước tự động và bảo mật dữ liệu cước.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo hữu ích cho:

• Sinh viên ngành Kỹ thuật Điện tử - Viễn thông, Kỹ thuật Máy tính và Tự động hóa khi thực hiện các đồ án môn học, đồ án tốt nghiệp liên quan đến ghép nối vi điều khiển với thiết bị đầu cuối viễn thông.
• Người nghiên cứu kỹ thuật phần cứng muốn tìm hiểu nguyên lý thiết kế mạch ghép quang cách ly trên đường dây điện thoại tương tự (PSTN), kỹ thuật giải mã đa tần DTMF bằng IC MT8870 và lập trình truyền thông nối tiếp RS-232C bằng hợp ngữ 8051 kết hợp Visual Basic.

Câu hỏi thường gặp

1. Hệ thống sử dụng nguyên lý nào để phát hiện thời điểm bắt đầu và kết thúc tính cước của một cuộc gọi? Hệ thống sử dụng phương pháp nhận biết trạng thái đảo cực nguồn điện áp DC trên đường dây thuê bao. Khi người bị gọi nhấc máy, tổng đài đảo cực đường dây làm cặp Opto 4N35 thay đổi trạng thái logic ngõ ra từ 10 sang 01, vi điều khiển nhận biết tín hiệu này để bắt đầu đếm thời gian. Khi cuộc gọi kết thúc, đường dây đảo cực trở lại hoặc ngắt dòng (trở về trạng thái 00), vi điều khiển dừng tính cước và truyền dữ liệu về máy tính.

2. IC nào đảm nhận nhiệm vụ thu và giải mã tín hiệu số quay từ bàn phím điện thoại trong đồ án? Hệ thống sử dụng IC MT8870 kết hợp bộ dao động thạch anh tần số $3.579545,\text{MHz}$ để lọc và giải mã các cặp tần số đa tần DTMF (gồm 4 tần số nhóm thấp và 4 tần số nhóm cao) thành mã nhị phân 4-bit ($Q_1 - Q_4$) đưa vào vi điều khiển.

3. Khối vi điều khiển trung tâm thực hiện quét 8 kênh thuê bao bằng cách nào? Vi điều khiển AT89C51 sử dụng các chân cổng P0 (P0.0 đến P0.2) kết hợp IC giải mã địa chỉ 74138 và IC đệm đảo 74240 để lần lượt kích hoạt chân TOE (Tri-state Output Enable) của 8 IC MT8870, đồng thời đọc trạng thái đường dây của 8 thuê bao thông qua các cổng P1 và P2.

4. Dữ liệu giữa khối vi xử lý và máy tính PC được truyền thông qua chuẩn nào? Dữ liệu được truyền bất đồng bộ qua cổng nối tiếp RS-232C. Vi điều khiển AT89C51 sử dụng Timer 1 ở Chế độ 2 để tạo tốc độ Baud, truyền nhận tín hiệu qua chân P3.0 (RxD) và P3.1 (TxD) thông qua IC biến đổi mức điện áp MAX232 kết nối trực tiếp vào cổng COM2 của máy tính.

5. Phần mềm trên máy vi tính phân loại các loại cuộc gọi để tính cước dựa vào dấu hiệu nào? Chương trình Visual Basic kiểm tra các chữ số đầu tiên của số thuê bao được quay: nếu có tiền tố "00" thì xác định là cuộc gọi quốc tế; tiền tố "0" kết hợp bảng mã vùng (60 tỉnh thành) xác định là cuộc gọi liên tỉnh; tiền tố "108" hoặc "119" là cuộc gọi dịch vụ bưu điện; các trường hợp còn lại được tính cước theo cuộc gọi nội hạt.

Kết luận

Đồ án "Thiết kế hệ thống tính cước điện thoại giao tiếp máy tính" của tác giả Nguyễn Thế Vinh đã giải quyết trọn vẹn bài toán tự động hóa ghi nhận và tính cước cho 8 kênh thuê bao điện thoại cố định. Tác giả đã kết hợp thành công kỹ thuật cảm biến đường dây bằng mạch ghép quang cách ly, giải mã tín hiệu đa tần DTMF qua IC MT8870, lập trình hợp ngữ điều khiển vi điều khiển AT89C51 và phần mềm giao diện Visual Basic trên máy tính cá nhân. Hệ thống hoạt động tin cậy, cung cấp giải pháp kỹ thuật có giá trị thực tiễn cao cho công tác quản lý cước viễn thông tại thời điểm nghiên cứu.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Giới thiện chàng, Chương 9: Giải thiậu về máy điện thea Chương 3: Giới thiêu về điện Hhoai hãu tuyến,. Chương Ái Cuối thiệu về Hán « ¿ điện thea, ĐHẦN Bị NỘU DƯNG CHỦNH Chong BrCiaonsie Cang Or) Cah year tinh lee chính. Chem 7 Mach nhatnt vag thi wed riven hy s LONE. Clengs Hi Mách xã lý ch D Lately của WO hynny He Che ng đình mạch xá Hye bee nh mạch huển Thị, Chom, 2 teinh Visual Basi PHAN C.

Ke TLUAN VA HUONG PHAT TRIEN BE TAI BWKETLUAN B HUONG @ TAD LIEW THAM KHAO, LOI CAM ON Thực hiện Đồ An Tốt Nghiệp là giai đoạn hoàn tất quá trình học đại học của một sinh viên. Để có được kết quả hôm nay, em đã phải cố gắng phấn đấu ngay từ khi mới bước chân vào trường. Trong đó công lao giảng dạy, hướng dẫn của tất cả các thầy cô từ giai đoạn Đại Cương cho đến khoa Điện - Điện Tử và bộ môn Điện Tử vô cùng to lớn. Em xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến tất cả các thấy cô Trường Dai Học Sư Phạm Kỹ Thuật nói chung và khoa Điện Diện - Điện Tử nói riêng, đặc biệt là cá thầy cô bộ môn Điện Tử.

Cúc thấy cô đã trang bị cho em một kiến thức vững chắc để từ đó em có thể thành công trên con đường su nghiép sau nay. Em cũng xin cắm ơn Cô TRƯƠNG THỊ BÍCH NGÀ và Thay NGUYEN DINH PHÚ đã tân tình hướng dẫn, giúp em Gong quá trình hoàn thành luận vấn này. Sự giúp đỡ thực xử quy báu vì lần đầu tiên thực hiện một để tài khá lớn, chưa có kinh nghiệm nên có những vấn để nầm ngoài khí ảng tự quyết của cơn. Một lần nữa em xin gởi đến Thấy, Cô lòng biết ớn sâu sắc nhật Em xin cảm en anh NGUYÊN VĂN NAM (nhân viền tổng đài 8w Điện Thả Drie) Vd cúc ảnh chỉ Bia Điện Bình Thọ.

đã giúp đổ em trong quá trình thực hiện đồ án này. “Tôi cũng xin cảm ơn những người bạn đặc biệt là những người bạn cùng khoa đã động viên giúp đỡ tôi trong quá trình học tập cũng như trong quá trình làm Đổ An Tốt Nghiệp này. Một lần nữa xin gởi đến Thây Cô, gia đình, bạn bè lòng biết ơn sâu sắc nhất ! Sinh viên NGUYEN THE VINH PHẦN A GIƠÍ THIỆU CHUNG VỀ HỆ THÔNG ĐIỆN THOẠI GIOT THIEU CHUNG | Điện thoại đã được phát minh và được sử dụng như một thiết bị có ích trong xã hội cách đây trên một thế kỷ( vào năm 1876), một sự phát triển vượt bậc của cuộc thử nghiệm trên một thiết bị mà nó dùng để gởi nhiều tín hiệu điện báo trên một đường dây thép. Alexander Graham Bell(14-1-1876), người quốc tịch Scotand, trong khi thí nghiệm về vật dẫn điện ông đã để làm lấm acid lên quần áo.

Chính từ những thí nghiệin đó mà vào ngày 2-6-1875 điện thoại đã được ông phát minh ra nhưng đó chỉ là sự khởi đầu. Một năm sau, vào ngày 6-3-1876 lĩnh vực điện thoại mới được công chúng biết đến khi ông cùng đồng nghiệp nhận được bằng sống chế, Không bao lâu sau các tổng đầi đến thoại lần lượt được ra đời và tổng đái điện thoại thủ công đầu tiên đi vào hoạt động tại Nek Haycn, nam 1878 fa mot vi du Cho đến hôm nay, vải xự phát triển mạnh mế của hệ thống viễn thông nói chung vàlĩnh vực điện thoai nói tiếng thì nhú cầu thông tú biến lạc hàng ngày là điều không thế thiếu, Như chúng ta đã biết thẻ kỹ 21 được manh đánh tà thẻ Kỹ của công nghệ thông tin. Vì thế lượng người tham vào các "Hoạt dòng liên luc” y càng tăng. Dd tập ứng được nhú cầu này, việc ra đời và thành lập các tam bưu điện trở nền cẫn thiết.

Những với xu hướng ngày e ng tự động hóa thì vấn để tính cước điện thoại làm sao phái bảo đầm phù hợp và nhanh chẳng. thực tế hiện này có rất nhiều dạng tính cước điện thoại. “Hệ Thống Tính Cước Điện Thoại Kết Nổi PC” là những nỗ lực trong gần hai tháng thực hiện của ern nhằm mong muốn được trở thành một trong những ví dụ để tham khảo. Mặc dù Hệ Thống này chưa thực sự hòan thiện nhưng đã sử dụng được ngôn ngữ VISUAL BASIC để thực hiện là một điều tương đối mới.

Em hy vọng các thầy cô và người đọc góp ý hơn nữa để “Hệ Thống Tính Cước Điện Thoại Kết Nối PC” được hoàn thiện hơn. Quer THIEU VE MAY BIEN THOAT 2 EEE EE) 2 Nguyen tée cấu tạo mdy dién thoai + M ấy điện thoại là thiết bị đầu cuối của hệ thống điện thoại, nó được lắp đặt tại nơi thuê bao để hai người ở xa liên lạc với nhau. Hiện nay tuy có nhiều kiễu loại, nhưng mỗi loại đểu phải có 3 phần chính sau: ® Phân chuyển đổi mạch điện: Phẩn này gồm hệ thông lá mía tiếp điểm và các cơ điện phụ có nhiệm vụ đồng mỡ mạch điện khí có yêu cầu cần gói © Phuần thị phát tín hiện gor phẩn chính là mạch gửi xế và chuông, Chuông có nhiệm vụ biến đong tín hiệu gọi thành tín hiện gọi 9 Phun thị phát thoại Gốm hài bộ phân chính ông nói và ống nghe, ng nơ'Í có nhiệm vụ biến đổi những tín hiệu âm thành. Cả hài được lấp chúng rong một bộ phận gọi làtổ hợp, LINE! TRIET TIENG CLICK — NÚT GẠT TỔ HỢP BU TRU CHIEU DAI VONG DAY LINE2 : - ONG NOI CUON CAM UNG ONG NGHE MACH CAN BANG TI.

lức năng tổng qaát của máy điện thoại : ối với máy điện thoại , dù nhân công cổ điển đến loại tự động điện tử hiện đại đều thực hiện được các chức năng sau: #8 Máy điện thoại phải cho người sử dụng biết cuộc gọi vào thông qua một Tone nghe đựơc rõ ràng như ring hay bell. #8 Máy điện thoại phải chuyển tiếng nói của người gọi thành tín hiệu điện. Ngược lại, tín hiệu điện được truyền phải chuyển thành tiếng nói rõ ràng. Wary AD —> 34 ÄiYð£Xôã GIếP INE CUGC BIEN THOAT) #8 Máy đện thoại áp dụng phương pháp quay số thuê bao được thiết lập là các xung hay Tone quay số.

#8 Máy điện thoại phải chỉnh biên độ tiếng nói của cuộc gọi bằng cách bù khoảng cách thay đổi đối với trạm điện thoại khu vực(Central Office). #8 Máy điện thoại phải làm cho các Central Office biết ngay khi người sử dụng. yêu cầu phục vụ bằng cách nhấc ống nói. ®8 Máy điện thoại phải cung cấp một lượng hồi tiếp đầy đủ cho người sử dụng nghe được tiếng nói của chính mình từ ống nói đến ống nghe.

'#® Khi máy điện thoại không sử dụng thì mạch điện DC ngắt khổi mạng Central Office. ® Mặy điện thoại cũng có khả năng nhận các Tone xử lý cuộc gọi từ Central Office như Busy, Ringing Tone, chuyển tín hiệu tính cước, quay số ngắn, giữ mạch, truyền đưa số liệu, thụ phát vô tuyến. Mach quay số sử dụng để quay số khi người gọi có nhu cu dam thoai( mat quay số hay phím phát xung da tiny Kh gọt hay trả lời cuộc gọi, ống điện thoại phải nhac ra khỏi giá của nổ, mạch on- hook, off hook udi máy điện thoại vào mạng. Nguồn được cung cấp -4ÑVDC từ Central Office thông quá vòng thuế báo, Vì các vòng thuê báo này Tà hai dây nên mạch sai đồng Lhybnd) cần để chuyển mạch 2 đáy thánh 4 dây chia tín hiệu truyền và nhận của màng điện thoại thành 2 đường dấy riệng.

Một hoạt động song cổng được cung cắp, Để bà khoáng ch thay đổi giữa Central Office và thuế báo ta ding mach equalizer để điều chỉnh độ tiếng nói. WD Ong noi > Là một mierophone gắn trong ống điện thoại. Nó có chức năng chuyển năng lượng âm thành thành điện trong vòng thuê bao. Dòng DC cung cấp bởi mạng điện thoại chảy qua hai cực điện phân cách bởi hạt carbon.

Một cực nối với một màng mà nó thay đổi đáp ứng áp xuất âm. Sự rung của màng này gây ra điện trở giữa 2 cực thay đổi ngược với áp xuất. R(điện trở) thay đổi ngược với thay đổi của dòng I. Vì thế truyền thông tiếng nói thành tín hiệu điện đến Central Office.

Central Office đến lượt nó tìm đường cho tín hiệu đến đích. © Ống nghe: Dùng để chuyển tín hiệu AC thành âm thanh. Một nam châm thường được sử dụng để tạo ra vùng từ hằng, Dây cách điện được quấn quanh lõi từ để hình thành một cuộc truyền tín hiệu AC. Vùng từ tính được tạo ra bởi sự thay đổi tín hiệu AC thêm vào và ngược dấu với vùng từ thường trực đang tổn tại.

Kết quả của sự ép buộc này gây ra cho màng kim loại rung. sự rung của màng phát ra sóng tương ứng với âm gốc từ bộ truyền màng kim loại rung. Sự rung của màng phát ra tiếng sóng tương ứng với âm gốc từ bộ truyền. @ Chuông: Dùng để thông báo cho cuộc gọi, chuông phải đủ cho cuộc gọi nghe trong một khoảng thời gian nhất định.

Trạm điện thoại sẽ đổ chuông nơi cuộc gọi bằng tín hiệu 90VRM§ tại 20Hz. Tín hiệu chuông chồng chất lên tín hiệu DC-48VDC. ® Bô sai đông điện thoại: Dùng để giao tiếp cặp dây truyền với một vòng thuê bao 2 dây. dùng phân chia tín hiệu truyền và nhận.

Điều này cho phép truyền và nhận đồng thời , nói dễ hiểu hơn là hoạt động song công. EINH CUGE BUEN Tic RECEIVER RING(-) ON-HOOK/ EQUALIZ CPU OFF-HOOK ER HIBRID CIRCUIT CERCUIT | TIP(+) I DIALING CERCUIT| bn TRANSMITTER | PULSE OR DTMF | © Slide Lune. Mạch cần bằng trong bộ sát đồng cho phép nhà sản xuất điệu chỉnh một lượng nhỏ hỏi tiếp từ ðng nói đến ông nghe. Sự hổi tiếp này gọi là Slide Tone, cho phép người nói nghe được giong của mình.

Néu Sde Tone chỉnh quá nhỏ, người nghe sẽ nói lớn để bù việc thiế nghe giong mình qua ống nghe và ngược lại, nếu Slide Tone quá lớn thì người nói sẽ nhỏ giảng lầm cho đối diện khó nghe được. © Cac Tone trong quá trình goi:2 Nhiều tín hiệu được nhận bởi máy điện thoại được hiểu và chỉ dẫn cho quá trình gọi. Người gọi có khả năng nhận ra các Tone này để thiết lập cuộc gọi. Hầu hết các TTone này được phát ở các tần số và được tắt mở theo các tốc độ khác nhau bao gồm: $ Dial Tone: Là các sóng sine từ 350Hz đến 440Hz do tổng đài trung tâm gửi đến thuê bao.

Nó được hiểu là người gọi đang nhấc máy, thông tin cho người gọi dịch vụ sẵn sàng và số phone đang chờ được nhận. Để giảm chỉ phí, tổng đài chờ đợi trong lượng thời gian giới hạn khoảng 20s.