本发明涉及用于有线电话的控制设备，更具体地说，本发明涉及这样一种投币式公用电话的低功率控制设备，该投币式公用电话主要是从电话线取得其工作的电源，即使一般在通常投币电话呼叫中出现的一些事件的过程时期电话线电源会被断开。 投币操作的公用电话通过二线回路电路与中央局连接。当手持送受话器处于摘机状态时，中央局提供了一很小的直流回路电流，一般其最小值为23毫安，供给该投币操作的电话用作电源。但该电源在通常投币电话呼叫中出现的一些事件的过程期间会中断若干次。
对于诸如投币式电话机这样的本地站来说，重要的是尽管出现这种电源中断或开接期间（open switch intervals，“OSI”）也要能工作。当不存在替换电源时，即使电话线电源在每次电话呼叫期间会中断数次，能够从该电话线电源取得供电而进行工作是极其需要的。
过去通过电话线供电的电话已采用了大容量的电容器来提供存贮电源，该存储电源用来在开接期间为控制电子器件供电。在一种这类电话中采用了大约为100，000微法（μF）的存储电容器。
该开接期间根据在中央局所用的控制转换系统的不同不而同。对于较老的转接系统，开接期间一般为350毫秒（ms），但在某些情况下可以延长至600毫秒。事实上在最坏情况下，已测得这种期间持续为4秒钟长。
为了应付这些OSI情况，已采用了大的电容器（有时称为超级电容器）。但采用大电容器会产生一些令人不满意的结果。例如，需要从电话线经过许多秒时间来对大电容器初始充电。结果当投币电话机用户拿起接收机时，如果大电容器没有被充分充电地话，则要延迟到电容器被足够充电时才会响起初始拨号音。这种延迟的拨号音会造成用户的困惑，若因没有立即听到拨号音使用户以为该电话是坏的而挂上电话机的话，会造成电话营业上的经济损失。为了试图避免该问题，一种采用大电容器的电话机在电话机挂上期间会对电容器连续补充充电。挂机时，这种电话机会吸取约1.6毫安（mA）的电流对其电容器充电。虽然这种装置能使得在电话机摘机时电容器已完全充电，从而消除了拨号音延迟的情况，但它破坏了某些存在着的挂机电流的技术要求，该技术要求限制挂机电流的最大值约为1微安（μA）。除了不能满足这些技术要求，一种需要较大挂机电流的装置在某些方面也是不切实际的，因为从提供电话线电力的中央而可得到的电流是受到限制的。
因此，本发明的一个目的是提供一种用于即使在开接期间也能成功地工作而无需大电容器的设备。
本发明的另一个目的是在开接情况没有出现时，在摘机期间只使用电话线电源进行工作，而在挂机情况期间无需电话线电源;在出现开接情况的摘机工作期间，只使用非常小量的内部电池电源来进行这样的工作，例如监测在开接情况时重要事件的状态。
如将在下面所充分叙述，本发明提供了用于投币式电话或任何其他电话线供电的电话的低功率控制设备。该低功率控制应用了较小的电池用于有限范围的功能。对所有其他功能，本发明控制设备仅仅用电话线电源来为它的各种工作供电，即使该电话线电源受到由于中央局的转接而形成的开接期间所造成的中断。
为了在无需采用大电容器以及在挂机时不用吸取连续充电电荷的情况下进行工作，以及仍主要使用电话线电源，已创造了如下面详述的许多新颖低功率电路。
图1示出了一通过双线回路电路连接至中央局的投币式电话;
图2是根据本发明的一最佳实施例的低功率控制设备方框图;
图3示出了通过电子控制电话局转接电路可控地连接至图1的投币式电话的一种电源电路的方框图;
图4是电话机挂钩开关锁存电路的示意图;
图5是收费和退费锁存电路的示意图;
图6是电话线电源监测器电路示意图;
最后，是电源不足和复位逻辑的程序设计语言说明。
图1示出了通过双线连接至中央局4的投币式电话2，双线电话线被称作为塞尖线6和振铃线8。如图1所示，电话2包括手持送受话器10，它具有送话部分11和受话部分12，11和12由把手13连接。电话2还包括一键盘14，一投币孔16和一退币孔18，无人使用时，手持送受话器挂在叉簧19上，压在弹簧负载开关-挂钩开关20上。当手持送受话器10处在图1所示位置时，则挂钩开关20和电话2处于其“挂机”位置。当手持送受话器从叉簧19上被提起时，即挂钩开关开不再被压着时，则挂钩开关和电话2处于其“摘机”位置。如下面结合图2所要简明地加以讨论以及众所周知那样，当手持送受话器10摘机时，中央局4在塞尖线6和振铃线8上提供各种相对的或对地的（视各种不同情况）直流电压幅度和极性，由此电话2产生其工作电源，如在1988年5月26日提交的美国专利申请No.199129中已经描述了那样（该申请已转让给本发明的受让人），变化的直流电压和交流振铃电压由电话2处理后被提供作为控制其工作的工作指令。这里结合该美国申请作为参考。
当手持送受话器为挂机时，电话2不从塞尖线6和振铃线8吸取电源，但是，电话2在其备用状态从一较小的内部电池取用小量的电源执行其状态监测工作。
当用户摘下手持送受话器10，从而将挂钩开关20从其被压的位置松开时，便发出一个呼叫。电话2进入其摘机状态，并开始从塞尖线6和振铃线8取得电源对呼叫进行处理。接着用户从投币孔16投入足够数目和币值的硬币后，用键盘14拨其所需要拨的号码。该被拨的号码被传输到相连接的中央局4。当控制从中央局4来的收费信号时电话2收取用户的投入的钱。用户便完成了它的呼叫并然后挂机。
参阅图2，它示出了一个低功率控制电路50的方框图。电话线路接口电路55包括地提升继电器电路（ground lifting relay circuit）160和摘机检测器电路190，电路55将来自中央局4的塞尖线6和振铃线8连接至电源电路230。地提升继电器电路160也用于有选择地将塞尖线6和振铃线8连接至硬币累加器控制电路350，该控制电路350包括累加器继电器电路355、硬币检查检验电路360、硬币继电器电路365和第一硬币旁路电路370。硬币接收器30用以负责接收并证实投入图1中投币孔内的硬币，硬币接收器30的互接关等在图2中示出。硬币接收器30将接收到的硬币送至一标准投币电话保存容器（escrow bucket）（图中未示出）。该保存容器将硬币一直保存至一段所需的存储时间结束为止，然后根据来自中央局4的指令和由累加器控制电路350产生的结果控制信号收集这些硬币。硬币接收器30提供输出信号至处理单元100，并接收来自处理单元100的操作控制输入信号。如图2所示，处理单元100包括实时时钟102、存储器104和微控制器110。
再看电源电路230，如图2所示，电路230的输出连接至门螺线管功率电路250、直流电源电路260和音频网络380。更具体地说，电源230提供电源至标准双音多频（DTMF）键盘（图1中的键盘14即是该键盘的优选使用实例）、DTMF译码电路395和话音网络390。除了由作为监测器系统510的一部分的电池511供电而完成的有限的功能外，电源电路230汇合了来自处理单元100的控制信号，控制所有的对低功率控制电路50电源提供。使得硬币路由门（coin routing gate）动作从而控制在硬币接收器30内的硬币路线的电源是通过电源230而提供给门螺线管电源250，再从电源250提供给硬币路由门。需要直流电源的所有数字电子元件所需的电源是通过电源230提供给直流电源260。当音频网络380被供电时，它就使电话2获得发射和接收话音和音频信号的能力。这些信号是在塞尖线6和振铃线8上作为交流电压而被发射与接收，由中央局4所提供的直流电压偏置。处理单元100通过其单独微控制器110控制电话2的全部工作，包括音频网络380、硬币接收器30和电源230的工作。微控制器110还记录电话2的状态，并具有在备用方式期间启动通信的能力（如果得到该状态允许的话）。
音频网络380包括许多处于微控制器110控制下的互相连接的块，具体地说，话音网络390连接至DTMF译码电路395和DTMF键盘14，并且也连接至硬币音调产生器320、DTMF产生器321、音频平衡电路480，第一开关405和陷波滤波器470。DTMF译码电路395、硬币音调产生器320和DTMF产生器321又依次连接至调制解调电路400。调制解调电路400又连接至第一开关405和第二开关420。陷波滤波器电路470通过一低通滤波器（CPF）电路415连接至第二开关420。第二开并420也连接到作为手持送受话器10的一部分的送话部分11中的话筒。第一开关连接至一电平调整电路410，后者又连接至作为手持送受话器10的一部分的受话部分12。手持送受话器10还连接至手持送受话器检测器电路430。DTMF译码电路395、硬币音调产生器320、DTMF产生器321、调制解调电路400、第一开关405、第二开关420、电平调整电路410、手持送受话器检测器430以及陷波滤波器电路470都还连接至微控制器110和监测系统510。
顾名思义，监测器系统510监测电话2的状态，一般，当手持送受话器10如果是摘机时，监测器系统510从由来自塞尖线6和振铃线8电源所激励的电源230处取得其所需的电源。因此，监测器电路520的正常工作电源是由电话线所提供的。
在讲述了低功率控制器50的各个电路块后，下面，先简单介绍作为出现在典型的贝尔系统中央局中的控制转接的结果，开接期间隔是如何产生的，接着，讲述与本发明有关的这些电路块是如何协同工作的。
参阅图3，与图1中一样，电话2分别通过塞尖线6和振铃线8连接至中央局4。但在图3中中央局4以更详细的形式示出，以便说明开接期间怎样产生，以及在该期间为什么没有或没有足够的电源在塞尖线6和振铃线8提供给电话2。
中央局4包括转接控制电路40（诸如由西电公司（Western Electric）制造的1号电子转接系统）。转接控制电路40能有控制地转接塞尖线和振铃线6和8，使得多个不同功能控制源组件（function control supply module）中在各适当的时候每次有一个组件连接至塞尖线6和振铃线8。每一个源组件在其由转接控制电路40转接成工作状态时，通过其自己的电压调整电路将电池排VBATY连接至塞尖线6和振铃线8。例如，如图3所示，DTMF译码器源组件41、中继线源组件42、高湿表源组件（high and wet list supply midule）43、音响振铃源组件44、摘机振铃源组件45和硬币监控源组件46都各在适当的时候由转接控制电路40可控制地转接。每一个源组件41-46各包括包括一对相应的开关41a，41b;42a，42b;43a，43b;44a，44b;45a，45b;和46a，46b，转接控制电路40控制这些开关，从而控制源组件41-46中哪一个组件连接到塞尖线6和振铃线8上。因此，供给电话2的直流电压便由在那时所连接的无论哪一个源组件所控制。用“断续”（break before make）转接的方法来控制从一个源组件至另一个源组件的转接。这就是说一个组件断开后，下一个组件才连接上。因此，每当一个组件被转接，在第一个组件被断开与第二个组件被连接之间，连接至电话2的直流电压有一个中断。
对于一个来自诸如电话2的投币电话一般的电话呼叫，开接期间可如下那样出现。在接收机13从挂钩上摘下后，随着就出现开接期间。于是由转接控制电路40连接入DTMF译码器源组件41，以便允许用户拨他所要打的电话号码。开接期间跟随在DTMF译码器源组件41断开之后，一直持续至硬币监督源组件46被接入以确定是否已投入足量的硬币。另一个开接期间发生在音响振铃源组件44的转接之前，该源组件44的接入使呼叫响铃。一个开接期间发生在中继线源组件42的连接之前，该组件42的连接允许一旦被呼叫方答复呼叫就可以进行通话。还有一个开接期间发生在由投币监督控制组件46所输出的收币和退币信号之前。最后，用户完成通话后就挂上电话。
一当接线员接线，以及一当执行硬币收集，硬币退回以及硬币存在测试或初始测试操作，都会发生其他的与投币操纵电话机有关的开接期间。这些操作是与开接期间相联系的多重转接事件。每次电话工被连接至硬币监督源组件46或从该组件断开，就出现一个开接期间。
虽然上述说明设有描述开接期间会发生的所有可能方式，但它说明了在一般呼叫中这种开接期间会发生的次数，以及由本发明所提出的该问题的大小。开接期间也会发生在连接至普通用户的电路机的电话线上。因此，虽然本发明的是解决投币操作电话机场合所面临的问题，在该场合十分希望使用电话线电源作为主要电源，但本发明的原理也适用于任何主要由电话线供电的电话机。
为了论述开接期间问题，有必要检测开接期间;在每个这样的开接期间降低经控制电路的电源;在处理过程被开接期间所中断时将控制电路的处理状态保持在存储器里，这样以后能在适当的点恢复处理过程;有必要用很小的电源来监测被认为是特别重要的开接期间条件的变化;最后，还有必要能够适当地处理上述的信息。
在本发明中，通过使用用电池工作的电子锁存器，即使在挂机状态下也监测许多事件，具体地说，可监测挂钩开关20的状态和收币或退币操作的出现。这些情形是特别重要的，因为如果它们在开接期间出现的话，电话2就预期以一不同方式复位（即：此方式与假如不出现这些情况时所采取的方式不同）。
在本最佳实施例中，由图6所示的电话线监测电路60来检测开接期间，该电话60向微控制器110给出警告信号，警告电源已被撤去，保留最少的时间以备电源降低之用（根据本发明的最佳实施例对控制电路来说一般为200毫秒（ms））。电源电路230中的一个较小容量的电容器（1000 μF）确定了这200毫秒电源降低时间。然后系统便将其目前状态与键盘硬件输出的状态一齐存储在非易失性存储器104中，当开接期间已过，电源恢复加至塞尖线与振铃线时，微控制器110脱离其复位情况，并通过从存储器中重新调出其存储的状态信息，从而重新产生其预开接期间状态。另外，检查电池供电的锁存器70和80（图4和图5），以确定：开关挂钩20是否回到其挂机位置;或者，收币或退币信号是否指示这些条件之一在开接期间已经出现。然后由微控制器110进行适当动作。
采用灵巧的电源降低逻辑，并结合着在电源降低期间存储重要事件的状态信息的步骤，保证电源降低时电话机正确地复位至其以前的状态，并保证恰当地处理在开接期间的状态变化。这一控制设置能够不管开接期间接续时间的长短或者开接期间出现时的呼叫的状态而正确地工作。而且该控制设置只需要小功率存储电容器为系统提供足够的电源以将状态信息存储在非易失性存储器中。
参阅图4，图中示出了目前最佳的挂钩开关锁存器电路72。该挂钩开关锁存器电路72是由电池供电的锁存器70的一部分，该锁存器70包括二个锁存器电路。锁存器70的中心部分是锁存器U16，U16是一个由电池VBATT供电的CMOS电路。锁存器16也用于监测硬币盒开关（图中未示）。该硬币盒开关监测该硬币盒，其详情是众所周知的并且非本发明的组成部分。
在其待用状态，在锁存器U16的输入端HYST2和SET2的电压由电阻R53、R54和R55决定。如果HYST2输入端电平低于SET2输入端的电平，锁存器U16就将其输出端OUT2转接为低电平，该输出端OUT2一直保持其低电平至SET2输入端被提升至电池电平VBATT为止。
在开关挂钩20变化到挂机状态的情况中，挂钩开关线上的信号成为低电平，使得HYST2输入端也成为低电平，这是由于该输入端通过电阻R60连接至挂钩开关线。HYST2输入端所处的低电平使得锁存器U16的OUT2输出端变成低电平，从而存储开关20已被闭合的指示信息。换言之，锁存器U16存储了在开接期间电话已被挂上的信息。当在该开接期间以后恢复供电时，通过监测输出端OUT2以确定在该开接期间开关挂钩20是否是处于挂机状态。如果是挂机，那么微控制器110使状态复位（STATE RESET）1线变成低电平，通过基极电阻R4导通晶体管Q5。当晶体管Q5导通时，锁存器U16的SET2输入端被提升至基本上等于VBATT。该输入电压使锁存器U16复位，又使输出端OUT2成为高电平，从而使得锁存器16准备好检测下一个开接期间的状态变化。
图5示出了退币锁存器电路82，该电路82除了是由指示产生退币操作的一退币信号而触发外，其他方面完全如上述挂钩开关电路72一样工作。图5也示出了一收币电路84，该电路84的工作情况与挂钩开关和退币锁存器电路72和82的相类似，但有一点不同，收币电路84的HYST1和SET1信号与HYST2和SET2信号的极性相反。即，当HYST1变成基本上为VBATT时输出OUT1信号变成低电平，而当SET1信号成为基本上是0伏（低电平）时，OUT1信号复位。当收币信号在通过电阻R12连接的收币（COLLECT）线上加至晶体管Q11的基极时，晶体管Q11导通，从而使HYST1输入端变成高电平（即变成VBATT），这样使输出OUT1变成低电平。当微控制器110从开接期间复原时，通过状态复位2（STATE RESET2）线来自微控制器110的状态复位信号使得SET1输入信号变成低电平（约为0伏），以复位锁存器U15的输出端OUT1。上述的锁存器U15和U16都是包含了二个锁存器的组件。
虽然上面叙述以及图4与图5中示出了几个较佳的电池供电的锁存器电路，但应认识到可以设计别种的这类锁存器，以监测任何其他被认为在开接期间特别值得监测的情况。
图6示出了目前最佳的线路电源监测电路60，通过电阻R29来测量经过线路（塞尖线至振铃线）的电流。如果该电流低于由电阻Rb、Rc、Rd和Re所确定的一预定的阈值，那么比较器U28的输出端便改变指示功率损耗情况的电平。来自比较器U28的输出信号被送至微控制器110，后者便启动其电源降低程序作为响应。
下面的“程序设计语言说明”示出了目前最佳的电源降低程序。（该说明是用于微处理器80C31的程序设计语言说明。用于实施该逻辑的实际软件如附录A所示）。
PROGRAM DESIGN LANGUAGE FOR SAVING MTC 100 SYSTEM
STATUS DURING OPEN SERVICE INTERVALS AND RESTORING
SYSTEM STATUS ON POWER UP.
IF POWER FAIL DETECTED （LINE CURRENT DROPS BELOW THRESHOLD）
DISABLE THE COIN MECH
ENERGIZE THE"A"RELAY （ALLOWS CENTRAL OFFICE TO CHECK
FOR COIN PRESENCE）
CHECK FOR ANY CHANGED INPUTS （ELIMINATES MISSING A PENDING CHANGED INPUT）
SAVE IMAGE OF HARDWARE STATUS （IMAGE＝INTERNAL COPY OF ACTUAL
HARDWARE STATUS）
HARDWARE OUTPUTS
MICROPHONE GAIN STATUS
MICROPHONE MUTE STATUS
FILTER STATUS
DISPLAY REGISTER SELECT STATUS
HARD DISABLE OF THE"A"RELAY
HARD DISABLE OF THE"TOTALIZER"RELAY
HARD DISABLE OF THE RINGER RELAY
HARD DISABLE OF THE"TEST"RELAY
HARD DISABLE OF THE SERVICE DISPLAY
2200 hz FILTER STATUS
HARD DISABLE OF THE HOOK SWITCH RELAY
DTMF DECODER STATUS
HARDWARE INPUTS
48 VOLT DETECT STATUS
SPEECH CHIP POWER DOWN STATUS
SPEECH/MUTE STATUS
STATUS OF THE FOLLOWING SOFTWARE INTERNAL VARIABLES;
IN SERVICE MODE
IN SERVICE MODE TEST CALL
ABOVE/NOT ABOVE INITIAL RATE
TASK STACK POINTER
STATUS OF PARALLEL MATRIX SWITCHES
ELSEIF POWER UP DETECTED （INTERRUPT LEVEL）
CLEAR INTERNAL MEMORY
MICROPROCESSOR INITIALIZATION
INITIALIZE THE HARDWARE PORTS
SETUP THE PROGRAM STATUS WORD
SETUP THE STACK POINTER
SETUP THE INTERRUPT PRIORITIES
SETUP THE TIMERS
IF CHECK SEQUENCE INVALID
INITIALIZE NON VOLATILE MEMORY
（INCLUDES INITIALIZATION OF SAVED HARDWARE IMAGES a SOFTWARE）
ENDIF
RESTORE HARDWARE IMAGES FROM NON VOLATILE MEMORY
SETUP THE HARDWARE
RESTORE SELECTED SOFTWARE VARIABLES FROM NON VOLATILE MEMORY
NOTE THAT POWER UP OCCURED
BEGIN RUNNING THE SOFTWARE EXECUTIVE CODE
ENDIF
IF POWER UP DETECTED （APPLICATIONS LEVEL）
IF MODE OF OPERATION＝OPERATE
CHECK/PROCESS ANY STORED EVENT：HOOKSWITCH
COLLECT
REFUND
UPDATE THE ACCOUNTABILITY DATA BASE
CLEAR OPERATE MODE VARIABLES
ELSEIF MODE OF OPERATION＝MODEM
IF MODEM CALL IN PROGRESS
POWER UP MODEM
RESUME CALL
ELSE
CHECK INPUTS，ESTABLISH APPROPRIATE MODEM CALL
ENDIF
ELSE MODE OF OPERATION＝SERVICE
IF TEST CALL IN PROGRESS
DISPLAY TEST CALL MESSAGE
RESUME TEST CALL
ELSE
INITIALIZE SERVICE MODE
ENDIF
上述“程序设计语言说明”的中文说明如下：
用于存储开服务期间MTC100系统状态和在电源上升时恢复系统状态的程序设计语言
如电源不能检测 （线电流降低至阈值以下）
阻塞硬币机构
激励“A”继电器 （使中央局检查硬币的存在）
检查任何变化的输入 （消除丢失一个尚未完成的变化的输入）
存储硬件状态的反射信号 （反射信号＝实际硬件状态的内部复制品）
硬件输出
话筒增益状态
话筒静噪状态
滤波状态
显示寄存器选择状态
“A”继电器的硬阻塞
“累加器”继电器的硬阻塞
振铃继电器的硬阻塞
“测试”继电器的硬阻塞
服务显示的硬阻塞
2200赫滤波器状态
挂钩开关继电器的硬阻塞
DTMF译码器状态
硬件输入
48伏检测状态
话音电路芯片电源下降状态
话音/静噪状态
下列软件内部变量的状态
在服务方式
在服务方式测试呼叫
大于/不大于初始率
任务栈指示字
并行矩阵开关状态
检测到ELSEIF电源上升的其他情况（中断电平）
清除内部存储
微处理器启动
启动硬件端口
建立程序状态字
建立栈指示字
建立中断优先
建立计时器
如检查程序无效启动非易失性存储器（包括启动已存储的硬件反射信号和软件）
ENDIF从非易失性存储器恢复硬件反射信号
建立硬件
恢复从非易失性存储器可得到的选择的软件
注意电源上升的出现
开始运行软件执行码
ENDIF
如果检测到电源上升 （应用电平）
如果操作方式＝OPERATE
检查/处理任何被存储的事件：挂钩开关
收币
退币
更新责任数据库
清除操作方式变量
ELSEIF操作方式＝调制解调
如果正进行调制解调呼叫
电源上升调制解调
恢复呼叫
其他
检查输入，建立合适的调制解调呼叫
ENDIF
其他操作方式＝服务
如正进行测试呼叫
显示测试呼叫信息
恢复测试呼叫
其他
使服务方式初始化
ENDIF