Учебный аппаратно-программный стенд для исследования характеристик приемника двухчастотных сигналов dtmf



Учебный аппаратно-программный стенд для исследования характеристик приемника двухчастотных сигналов dtmf
Учебный аппаратно-программный стенд для исследования характеристик приемника двухчастотных сигналов dtmf

Владельцы патента RU 2673351:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (ФГБОУ ВО ПГУТИ) (RU)

Данное изобретение относится к средствам обучения и является аппаратно-программным оснащением процесса учебного исследования характеристик приемника двухчастотных сигналов DTMF (Dual-Tone Multi-Frequency). Техническим результатом является расширенная функциональность стенда и упрощение проведения исследований. Указанный технический результат достигается тем, что в стенде вместо аппаратных генератора двухчастотных сигналов DTMF и генератора помех используется компьютер со звуковой картой и программа звукового редактора, а для визуального отображения двухчастотных сигналов вместо двухлучевого осциллографа используется монитор компьютера. Упрощение проведения исследований обеспечивается использованием программных настроек генератора двухчастотных сигналов DTMF и визуализацией генерируемых двухчастотных сигналов на мониторе компьютера. Приемник двухчастотных сигналов DTMF выполнен в виде автономного устройства на базе типовой микросхемы приемника DTMF, имеющего соединение со звуковой картой компьютера и получающего электропитание от компьютера через интерфейс USB. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области обучающих устройств и может быть использовано для учебного исследования характеристик приемника двухчастотных сигналов DTMF (Dual-Tone Multi-Frequency), который широко используется в АТС, системах передачи сигнала поискового вызова, дистанционных системах управления, клавишных телефонных системах, автоответчиках, мобильных радиосистемах.

Известен универсальный лабораторный стенд для проведения лабораторных работ и научных исследований в области электроники, электротехники и атомной физики, описанный в [1] - RU 2418317 (С1), G09B 23/18, опубл. 10.05.2011. Недостатком стенда является отсутствие возможностей генерации, приема и индикации полученных двухчастотных сигналов DTMF, а также имитации помех.

Известен стенд для изучения гибридных электронных устройств, позволяющий проводить исследования динамики работы цифровых устройств и описанный в [2] - RU 2493609 (C1), G09B 23/18, опубл. 20.09.2013. Недостатком стенда является ограниченная функциональность - возможность исследования только простых цифровых и аналоговых электрических схем, преобразователей аналоговых сигналов в цифровой код и обратно (АЦП и ЦАП).

Известен стенд для изучения микроконтроллерных систем управления, обеспечивающий возможность построения и отладки не только программной составляющей системы, но и соответствующей ей аппаратной составляющей, и описанный в [3] - RU 2402822 (C1), G09B 23/18, опубл. 27.10.2010. Возможности данного стенда ограничены изучением электрических схем, имеющих в своем составе программируемые элементы в виде микроконтроллеров.

В наибольшей степени требованиям к стенду для исследования характеристик приемника двухчастотных сигналов DTMF отвечает выбранная в качестве прототипа учебная установка «Изучение приемника и передатчика DTMF сигналов», разработанная Центром «Учебная техника в телекоммуникациях» (Санкт-Петербург, наб. р. Мойки, д. 61, пом. 220, http://www.cem.sut.ru/), структура и краткое описание которого представлены на сайте центра [4], а более подробное описание - в методических указаниях [5]. Аналогичную учебную установку выпускает также компания «Денар» [6]. Учебная установка, выбранная в качестве прототипа, предназначена для изучения двухтонального многочастотного DTMF-сигнала (код 2 из 8), аппаратных методов его формирования, передачи и приема. Установка позволяет определить пороговую чувствительность приемника DTMF-сигнала, измерить пороговое соотношение амплитуд сигналов верхней и нижней групп частот, определить временные параметры DTMF-сигнала. Установка выполнена в настольном корпусе. Она питается от сети с переменным напряжением 220 В, 50 Гц. На передней панели установки приводится ее структурная схема. На схеме выделен формирователь сигналов DTMF, демонстрирующий принцип получения двухтонального сигнала вызова с помощью генераторов гармонических колебаний верхней и нижней групп частот. Сигнал формирователя можно наблюдать на специальных гнездах с помощью осциллографа. Четырехразрядный параллельный двоичный код подается на входы передатчика сигналов DTMF. Выходные сигналы с тонального выхода передатчика, либо с выхода формирователя сигналов DTMF подаются на входы приемника сигналов DTMF. При этом сигнал формирователя проходит через аналоговый ключ, связанный с генератором импульсов управления. Приемник сигналов DTMF необходим для дешифровки и регистрации кодов сигналов вызова, полученных от генератора или формирователя. Приемник DTMF сигналов содержит блок полосовых фильтров 6-го порядка с переключаемыми конденсаторами для разделения верхней и нижней частотных составляющих входного сигнала. Выделенные составляющие подвергаются цифровой обработке, определяющей наличие в принятом сигнале составляющих нужной частоты, проверяющий их длительность и выдающий двоичный код на выходную шину. Сигналы, обнаруженные и выделенные приемником, в виде двоичного четырехразрядного кода подаются на дешифратор, нагруженный на цифровой индикатор принятого символа в десятичной системе счисления. Специальный выход приемника подключен к шине управления и светодиоду для индикации приема цифры двухчастотного сигнала. К входам приемника с помощью специальных ключей может быть подключена дополнительная RC-цепь для снижения нижнего порога длительности обнаруживаемых DTMF-импульсов. Имеется возможность наблюдать с помощью осциллографа форму выходного напряжения генератора двухчастотных сигналов DTMF с контролем принятого символа на цифровом индикаторе. Определение пороговой чувствительности приемника осуществляется вращением ручки переменного резистора, с помощью которого производится изменение уровня напряжения на входе приемника до величины, при которой появляется сигнал на выходе приемника. Измерение порогового соотношения амплитуд сигналов верхней и нижней групп частот осуществляется вращением ручки переменного резистора, с помощью которого производится изменение уровня выходного напряжения генератора верхней или нижней групп частот до уровня, при котором сигнал DTMF перестанет приниматься приемником. Определение временных параметров сигнала DTMF осуществляется переключателем режима работы аналогового ключа, с помощью которого осуществляется переход в режим импульсного управления и вращением ручки регулировки уменьшается длительность импульса управления до значения, при котором приемник перестает фиксировать входной сигнал. Вращением ручки регулировки длительности управляющих импульсов необходимо максимально увеличить их длительность, при этом приемник перестает фиксировать паузы между импульсными сигналами DTMF, а светодиод на выходе приемника горит постоянно.

Таким образом, стенд-прототип позволяет исследовать приемник двухчастотных сигналов DTMF с использованием большого числа ручных операций (коммутации соединительными шнурами, включение тумблеров, вращение переменных резисторов) и грубых ручных регулировок параметров генерируемых двухчастотных сигналов, а также требует подключения дополнительных дорогостоящих приборов - двухлучевого осциллографа и вольтметра. В стенде-прототипе нет возможности определения пороговой чувствительности приемника по отклонению частоты сигнала DTMF от эталонного значения и определения наихудшего соотношения сигнал/шум, при котором приемник продолжает корректно принимать цифры номера. Конструктивное исполнение учебной установки в виде настольного стенда и использование двухлучевого осциллографа и вольтметра требует значительной площади на учебном столе. Кроме этого необходимо электропитание стенда и осциллографа от сети с переменным напряжением 220 В, 50 Гц, что повышает требования по электробезопасности при работе с учебной установкой. Все это ограничивает функциональные возможности учебной установки и усложняет исследование характеристик приемника двухчастотных сигналов DTMF, а также значительно повышает ее стоимость.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение заключается в расширении функциональных возможностей стенда для исследования характеристик приемника двухчастотных сигналов DTMF, повышение наглядности исследуемых процессов, упрощение проведения учебных исследований.

Данная задача достигается за счет того, что учебный аппаратно-программный стенд для исследования характеристик приемника двухчастотных сигналов DTMF состоит из компьютера со звуковой картой и программным обеспечением звукового редактора для генерации двухчастотных сигналов DTMF и имитации помех и аппаратного блока приемника двухчастотных сигналов DTMF, реализованного по типовой схеме с использованием микросхемы отечественного производства или любого зарубежного аналога, описанной в технической литературе, например в [7].

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является расширение функциональных возможностей стенда, повышение наглядности исследуемых процессов, упрощение проведения исследований.

На фиг. 1 изображена структурная схема стенда, на фиг. 2 - внешний вид блока приемника двухчастотных сигналов DTMF.

Сущность изобретения и его реализуемость поясняются структурной схемой, представленной на фиг. 1. Учебный аппаратно-программный стенд для исследования характеристик приемника двухчастотных сигналов DTMF состоит из компьютера 1 со звуковой картой с установленным в нем программным обеспечением звукового редактора, выполняющего роль генератора двухчастотных сигналов DTMF и имитатора помех, и аппаратного блока 2 приемника двухчастотных сигналов DTMF на базе типовой микросхемы приемника DTMF (например, отечественная КР1008ВЖ18 или зарубежные аналоги MT8870DE, MV8870-1DP, МТ8870, НМ9270, КТ3170), имеющего 7-ми сегментный индикатор 3 для визуального отображения принятой цифры и светодиод 4 для отображения факта принятия цифры номера. Блок приемника двухчастотных сигналов DTMF (фиг. 2) соединяется аудиокабелем 5 с разъемом Jack 3.5 с выходом звуковой карты компьютера и кабелем 6 с любым разъемом USB компьютера для питания блока напряжением 5 Вольт.

Работа с заявляемым стендом осуществляется следующим образом. С помощью любого программного обеспечения звукового редактора (в выполненных экспериментах использовалась свободно распространяемая программа Wavosaur, которую можно скачать с сайта www.wavosaur.com) осуществляется генерация необходимого двухчастотного сигнала DTMF путем микширования сигналов двух отдельных частот верхней и нижней групп частот кода «2 из 8» и программной установкой всех необходимых параметров двухчастотного сигнала (частоты, амплитуды, длительности). Временную диаграмму сигналов отдельных частот и суммарного двухчастотного сигнала можно наблюдать на экране монитора компьютера. Полученный двухчастотный сигнал с выхода звуковой карты с помощью аудиокабеля с разъемом Jack 3.5 подается на вход аппаратного блока приемника DTMF. После декодирования двухчастотного сигнала принятый символ кода DTMF отображается на 7-ми сегментном индикаторе. Факт принятия символа отображается миганием специального светодиода приемника. Для проверки правильности работы приемника в условиях наличия шума можно использовать программное микширование двухчастотного сигнала DTMF с любым другим мешающим сигналом (в выполненных экспериментах использовалась предварительно записанный на компьютер аудиофайл телефонных переговоров). С помощью данного стенда можно исследовать следующие характеристики приемника двухчастотных сигналов DTMF: пороговая чувствительность приемника по отклонению отдельных частот сигнала DTMF от эталонного значения; минимальная пороговая длительность сигнала DTMF, начиная с которого приемник перестает принимать сигнал; минимально возможная пауза между сигналами DTMF, при которой приемник определяет раздельно несколько цифр номера; наименьшая амплитуда сигнала, которую может детектировать приемник DTMF; наихудшее соотношение сигнал/шум, при котором приемник продолжает корректно принимать цифры номера.

Анализ уровня техники показывает, что не известен стенд, которому присущи признаки, идентичные всем существенным признакам данного изобретения. Это свидетельствует о новизне предложенного изобретения.

ЛИТЕРАТУРА

1. RU 2418317 (C1), G09B 23/18, опубл. 10.05.2011.

2. RU 2493609 (C1), G09B 23/18, опубл. 20.09.2013.

3. RU 2402822 (C1), G09B 23/18, опубл. 27.10.2010.

4. Изучение приемника и передатчика DTMF-сигналов [электронный ресурс]. URL: http://www.cem.sut.ru/training-equipment/dtmf-receiver/

5. Телекоммуникации // Методические указания к лабораторным работам с применением учебных лабораторных комплексов NI ELVI [электронный ресурс]. URL: http://www.lib.susu.ac.ru/ftd?base=SUSU_METHOD&key=000432554&dtype=F&etype=.pdf.

6. Учебная установка «Изучение приемника и передатчика DTMF сигналов» [электронный ресурс]. URL: http://www.denar-prof.ru/products/1215.

7. Кизлюк А.И. Справочник по устройству и ремонту телефонных аппаратов зарубежного и отечественного производства, 3-е изд. - М.: Библион, 1997, с. 160.

1. Учебный аппаратно-программный стенд для исследования характеристик приемника двухчастотных сигналов DTMF, состоящий из компьютера со звуковой картой и аппаратного блока приемника двухчастотных сигналов DTMF, отличающийся тем, что в качестве генератора двухчастотных сигналов DTMF используется любое программное обеспечение звукового редактора, позволяющего генерировать и производить смешивание двух одночастотных сигналов кода «2 из 8» в диапазоне частот 697-1633 Гц для имитации двухчастотных сигналов DTMF с необходимыми амплитудными, частотными и временными характеристиками, а также для имитации различных помех, причем блок приемника двухчастотных сигналов DTMF конструктивно выполнен в отдельном корпусе, имеющем кабель для подключения к выходу звуковой карты компьютера.

2. Стенд по п. 1, отличающийся тем, что блок приемника двухчастотных сигналов DTMF выполнен на базе микросхемы приемника двухчастотных сигналов DTMF.

3. Стенд по п. 1, отличающийся тем, что блок приемника двухчастотных сигналов DTMF имеет 7-сегментый индикатор для отображения полученного с компьютера двухчастотного сигнала.

4. Стенд по п. 1, отличающийся тем, что блок приемника многочастотных сигналов DTMF соединен с USB разъемом компьютера для питания блока напряжением 5 В.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области механики и может быть использовано для проведения практикумов по физике и математике в высших и средних учебных заведениях для изучения оптических и проекционных задач пространственной геометрии.

Изобретение относится к области обучающих средств и может быть использовано для демонстрации, получения и повышения практических навыков работы с электрическими схемами, а именно со схемами учета электрической энергии и поверки счетчиков электрической энергии.

Изобретение относится к области измерительной техники и магнито-электроники и может быть использовано для исследования процессов вращательного движения электронов в вакууме под действием тянущего электрического поля при термоэлектронной эмиссии и магнитного поля, вектор которого ортогонален потоку электронов (то есть ортогонален вектору электрического поля).

Изобретение относится к области электроники и электротехники и может быть использовано при проведении лабораторных работ и самостоятельной проектной деятельности учебных заведений по дисциплине «Теория автоматического управления».

Изобретение относится к наглядным пособиям для изучения структуры электронных зон твердого тела. Из исследуемого металла изготавливают электроды, различающиеся объемом, превосходящим 1 мм3, приводят каждый электрод в контакт с ионной жидкостью, задают потенциал электрода, регистрируют производную поверхностного натяжения электрода по поверхностной плотности заряда электрода как функцию потенциала электрода, определяют область потенциала, соответствующую положительному заряду электрода, и в этой области у полученной функции находят последовательность ступеней, которую рассматривают как образ последовательности дискретных состояний зоны проводимости металла, на одном и том же интервале потенциала электрода сравнивают числа ступеней, найденные на электродах различного объема, совпадение найденных чисел ступеней интерпретируют как признак независимости интервалов между дискретными состояниями зоны проводимости металла от объема, занимаемого этим металлом.
Изобретение относится к медицине, а именно к регенеративной медицине, и может быть использовано для оценки функциональных свойств тканеинженерной конструкции диафрагмы в эксперименте.

Изобретение относится к медицине, а именно к стоматологии, челюстно-лицевой хирургии, и предназначено для использования в образовательном процессе для отработки мануальных навыков по костной пластике альвеолярного отростка нижней челюсти при его атрофии.

Изобретение относится к учебным приборам и может быть использовано в лабораторном практикуме по курсу физики. Установка содержит измеритель разности фаз, планшет, на котором установлена неподвижная катушка индуктивности, подключенная к генератору переменного тока, и подвижная катушка индуктивности, подключенная к измерителю ЭДС.

Изобретение относится к учебным приборам и может быть использовано в лабораторном практикуме по курсу физики. Установка содержит: первый зонд; потенциометр, соединенный двумя концевыми контактами с источником постоянного тока; прямоугольный планшет; съемный проводник круглого сечения; два прямоугольных электрода; вольтметр с большим входным сопротивлением, первый ввод которого соединен с верхним концом первого зонда, а второй ввод - с минусовой клеммой источника постоянного тока; неподвижную линейку, закрепленную на левой стороне прямоугольного планшета и которая выполняет роль оси ординат системы координат прямоугольного планшета; направляющий шток, установленный на правой стороне прямоугольного планшета, параллельно неподвижной линейке; движок, установленный подвижно на направляющем штоке; подвижная линейка, выполняющая роль оси абсцисс системы координат прямоугольного планшета, один конец которой жестко закреплен на движке, а второй конец ее лежит на неподвижной линейке; ползунок, перемещающийся по подвижной линейке, снабженный риской для отсчета положения первого зонда на подвижной линейке и вертикальным отверстием для нижнего конца первого зонда; первое съемное лекало из диэлектрика, насаженное на съемный проводник круглого сечения, на котором изображены внутреннее и наружное кольца с разметкой и отверстиями.

Изобретение относится к области механики и может быть использовано для проведения практикумов по физике и математике в высших и средних учебных заведениях для изучения оптических и проекционных задач пространственной геометрии.
Аппаратно-программный комплекс для макетирования и отладки цифровых устройств на базе микроконтроллеров различных архитектур относится к области вычислительной техники, а именно к диагностическому оборудованию, в частности к техническим средствам, позволяющим производить макетирование цифровых устройств на базе микроконтроллеров, а также их последующее тестирование и отладку программ, записываемых в микроконтроллер.

Изобретение относится к области обучающих средств и может быть использовано для демонстрации, получения и повышения практических навыков работы с электрическими схемами, а именно со схемами учета электрической энергии и поверки счетчиков электрической энергии.

Изобретение относится к области обучающих средств и может быть использовано для демонстрации, получения и повышения практических навыков работы с электрическими схемами, а именно со схемами учета электрической энергии и поверки счетчиков электрической энергии.

Изобретение относится к электромагнетизму и научному приборостроению. Устройство для исследования вакуумного разряда электронов в вакуумном поле включает магнит, над полюсом которого подвешена плоская стеклянная вакуумированная изнутри кювета с автоэмиссионным катодом и анодом, оппозитно установленными с одного края кюветы и подключенными к выводам трансформатора Тесла (катушке Румкорфа), первичная обмотка которого подключена к накопительному конденсатору через тиристор, управляемый от последовательно соединенных генератора тактовых импульсов с регулируемой частотой и устройства запуска тиристора, накопительный конденсатор заряжается через резистор от высоковольтного источника питания, а свободно подвешенная над магнитным полюсом магнита вакуумированная кювета со стороны расположения автоэлектронного катода в виде иглы и анода механически связана с пьезодатчиком с его жестким неподвижным упором с противоположной стороны датчика, а выход пьезодатчика через высокочувствительный импульсный усилитель подключен к одному из каналов двухканального осциллографа, ко второму его каналу подключен дополнительный выход устройства запуска тиристора.

Изобретение относится к теоретической и экспериментальной физике. Устройство демонстрации вращения свободных электронов в замкнутой системе содержит пару тороидальных постоянных магнитов, обращенных друг к другу разноименными магнитными полюсами, а также источник питания постоянным током.

Изобретение относится к области измерительной техники и магнито-электроники и может быть использовано для исследования процессов вращательного движения электронов в вакууме под действием тянущего электрического поля при термоэлектронной эмиссии и магнитного поля, вектор которого ортогонален потоку электронов (то есть ортогонален вектору электрического поля).

Изобретение относится к области измерительной техники и магнито-электроники и может быть использовано для исследования процессов вращательного движения электронов в вакууме под действием тянущего электрического поля при термоэлектронной эмиссии и магнитного поля, вектор которого ортогонален потоку электронов (то есть ортогонален вектору электрического поля).

Изобретение относится к наглядным пособиям для изучения физики твердого тела и ее приложений к процессу коррозии. Электрод помещают в водный раствор электролита.

Изобретение относится к области электроники и электротехники и может быть использовано при проведении лабораторных работ и самостоятельной проектной деятельности учебных заведений по дисциплине «Теория автоматического управления».

Изобретение относится к области электроники и электротехники и может быть использовано при проведении лабораторных работ и самостоятельной проектной деятельности учебных заведений по дисциплине «Теория автоматического управления».

Изобретение относится к электротехнике, а именно испытательной технике и электрооборудованию, применяемому при передаче электрической энергии для питания электроустановок потребителей. Стенд для исследования резонансной системы передачи электрической энергии снабжен источником тока повышенной и перестраиваемой частоты, который через электрический конденсатор и измеритель тока и напряжения питает низковольтную катушку передающего четвертьволнового резонансного трансформатора. Низковольтная катушка в резонансном режиме возбуждает четвертьволновую катушку резонансного передающего трансформатора. Низкопотенциальный вывод передающего четвертьволнового трансформатора соединен с низкопотенциальным выводом принимающего четвертьволнового резонансного трансформатора с помощью низкопотенциальной линии передачи. В пучности тока четвертьволновой катушки принимающего резонансного трансформатора размещается низковольтная катушка слива энергии в нагрузку. Высокопотенциальные выводы передающего и принимающего четвертьволновых трансформаторов оставлены не подключенными. Технический результат – возможность изучения механизма преобразования и передачи электрической энергии в полуволновой низкопотенциальной однопроводной системе передачи. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
© Патентный поиск, поиск патентов на изобретения - FindPatent.RU 2012-2024
Политика конфиденциальности 2017-12-15 2018-11-28T23:30:29
Наверх