本发明涉及低功率控制装置，该装置用于改装已在现场使用的标准投币电话机，或者对这种电话机的标准设计进行很少的设计变化就可加入新的投币电话机中。具体地讲，本发明涉及允许使用一个利用从电话线来的电源工作的低功率控制器和在手机中含有碳精送话器的投币式电话机的方法和装置。作为一个附加的好处，本发明还很容易与使用动态送话器的手机兼容。 直到最近，标准的投币电话机在它们的手机中都含有碳精送话器。在它们正常工作期间，这些碳精送话器以无源方法平衡线路并消耗5毫安（MA）或多一些的电流。
随着电话工业无管理状态的出现，要求低功率电话控制器包括各种性能，并采用很多使用动态送话器的电话机。虽然动态送话器比碳精送话器贵得多，但是它们提供更高的保真度。还有，在现有技术中早已知道，使用动态送话器要求附加电路来放大送话器地输出和动态地平衡线路。在一个由Mars Electronics公司研制和销售的“LES 100 WE Electronic Payphone Retrofit Kit”的很先进的低功率电控制器中，对控制器设计的总功率限制不允许固定使用如在碳精送话器一般使用的那样的5mA或更大的电流，因此，碳精送话器被动态送话器所代替。虽然这种送话器不需要任何外部供电来工作，但需使用大约100微安（μA）的电流来检测这种送话器的存在与否。Mars Electronics公司的LES100控制器基本上如在1988年5月26日申请并转让给本受让人的美国专利申请07/199，129号所描述的。
虽然那种控制器作为与标准的西电公司（Western Electric）的付费电话一起使用的一种改型，已立即取得了商业上的成功，但是在它的安装方面要求每个标准的付费电话机进行改变，以更昂贵的动态送话器代替它标准的碳精送话器。
由于绝大多数现有的付费电话机包括碳精送话器，所以人们认识到，如可能的话，在将现有的话机或者把类似设计的新话机改装成具有一个电控制器的标准话机的时候，希望不必改变送话器。因为一些电话机可能包括动态送话器，所以还非常希望设计一种单个控制器，很适合用于任何一种型式的送话器。
因此，本发明的一个目的是提供能使用线路供电的具有碳精送话器或动态送话器的电控制器的方法和装置。在本发明的一个实施例中，改变单个跨接线就可能达到这个目的。如果希望的话，可用单刀双掷开关代替这跨接线。按照本发明，可以使用任一型式的送话器。与现有技术直接从塞尖和塞环线提供电源使碳精送话器工作的情况相反，本发明是用从低电压源来的基本上比较小容量的电源使碳精送话器工作，低电压源提供跨接在碳精送话器两端的直流偏压，使得其输出电压可被放大以提供一个输出，它在高度上类似于动态送话器的输出。由于这两种型式的送话器具有不同的频率响应，所以提供一个电路，根据是用碳精或是用动态送话器转接到不同的滤波器。当开关处于一个位置时，碳精送话器的高频响应得到改善，而当开关处于另一位置时，动态送话器的低频响应得到改善。对于所产生的音频信号还提供放大，而且在所用的那个送话器和线路之间插入一个合适的音频网络，以便平衡该线路。
本发明更详细情况在下面结合附图的讨论进行说明。
图1是具有无源平衡线路的碳精送话器的电话环路电路的简化模型，以便说明在标准的西电公司付费电话机中使用碳精送话器的现有技术;
图2说明根据本发明用低功率控制器改装的一个标准付费电话机，它通过一个低功率控制器接到一个中心局;
图3是根据本发明一个实施例的图2的低功率控制器方框图;
图4是现有技术前置放大器的电路图和只与动态送话器一起使用的手机检测电路;和
图5是根据本发明的前置放大器的电路图和手机检测电路，它允许使用碳精送话器或动态送话器。
作为背景情况，碳精送话器可以模拟为一个可变电阻，当打电话者对包含该碳精送话器的口承说话时，其电阻值随声压的变化而变化。用于付费电话使用，碳精送话器一般设计为与线路阻抗匹配，使得它容易得到大约5mA或更大的工作电流。
相反地，动态送话器可以模拟为电压源，而且不需要工作电流;但是，它们的输出必须适当地放大并且对该线路平衡。举例来说，Mars Electronics公司的LES 100低功率电话控制器在严格的功率限制下工作。它与它的动态送话器电路一起，大约使用100μA电流用于测试。使用本发明，任一型式的送话器可以采用足够小的驱动电流，使得任一送话器可以与线路供电的控制器一起使用。
参照附图，图1是一个简化的电路图，它提供了如现有技术所教导的具有一个碳精送话器50无源平衡该线路的电话环路电路的大致模型。48伏直流电压源7代表由中心局4（示于图2）提供的环路电源，电阻R1代表环路阻抗，可变电阻R2和固定电阻R3一起代表碳精送话器50。
正如图1中所画的，碳精送话器50模拟为其阻值随打电话者讲话的声压而变化的一个电阻。碳精送话器典型地是32欧姆，当打电话者对送话器讲话时，使得送话器中的碳精粉移动，其阻值增加或减少10欧姆变化。设计成无源地匹配线路的阻抗，碳精送话器，如由Audiosears公司生产的碳精送话器，已在标准的投币电话机中使用很多年了。在它们的标准连接中，它们稳定地得到5mA或更大的电流。
由于它的总功率限制和使用非常有限的功率控制很多其它功能，线路供电的低功率控制器或许不能给送话器提供稳定的5mA或更大的电流。因此，在申请号为199129的美国专利申请的低功率控制器电路中，使用了具有更高保真度的动态送话器。在这个控制器中，送话器的输出被放大了，并且使用全动态平衡技术使动态送话器与电话线路平衡。
本发明认为，希望有一个低功率控制器来控制各种付费电话功能的性能，而这种功能不要更换标准的碳精送话器就可被改装为付费电话机。正如在下面要进一步说明的，本发明通过将用于检测动态送话器的电流设计成适当偏置碳精送话器一样小的电流来满足这样的要求。
图2是接到包括一个低功率控制器3的标准投币电话机或付费电话机2的方框图，该控制器3详细情况示于图3。打电话者把硬币投入投币口16，在键盘14上拨号码，并用手机10进行通话。中心局4在塞尖6和塞环8线路上给付费电话机2提供电源并连接呼叫。正如已在前面美国199129号专利申请中描述的，中心局4提供的变化的直流电压和交流振铃电压由低功率控制器3翻译为提供操作的命令，和用于控制投币电话机2的各种操作的电源。1988年5月26日提交的美国199129号专利申请引用在此供参考。在目前的最佳实施例中，本发明是作为申请号为199129的美国专利申请的控制电路的改进，和作为申请号为_和_的美国专利申请的改进而实施的，后两个申请是与本申请同时提交的并转让给与本发明相同的受让人。后两个申请也援引在这里以供参考。必须知道，本发明很容易应用于其它线路供电的投币电话机的低功率电控制器中，如果希望使那些控制器与碳精送话器一起使用，或者有选择地采用碳精或动态送话器与那些控制器一起使用，则本发明可能获得进一步的开发与应用。
在图2表示为一方框的低功率控制器3中，（虽然典型地表示为在电话机2的外部，当然该控制器是放置在电话机2的机壳内），一个音频网络提供了塞尖与塞环线路和手机10中的口承11与听筒12之间的音频信号接口。从中心局4来的音频信号被加在塞尖6和塞环8，补偿出现的任何直流电压。该信号最终被传送到该音频网络进行处理并送到听筒12用于变换为可闻信号。
在从投币电话机2到中心局4的话音传输期间，打电话者对包括在口承11中的碳精送话器50或动态送话器50′（示于图5）讲话。该送话器把话音信号变换为电信号，该电信号由在控制器3中的滤波器和前置放大器电路进行处理。也设置在控制器3中的语音网络380（示于图3）处理已滤波的信号并最终把该信号传送到电话线路。
参见附图的图3，这个图表示低功率控制电路3目前最佳实施例的方框图。线路接口电路55包括一个地电位提升继电器电路160和摘机检测电路190把塞尖6和塞环8线路从中心局接到电源电路230。该地电位提升继电器电话160还用于把塞尖和塞环线6和8有选择地接到硬币累加器控制电路350，该电路包含累加器继电器电路355，硬币监视检测电路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的连接也示于图3中，该硬币接收器负责接收和验证投入图2的投币口16中的硬币。硬币接收器30把接收的硬币导向一个标准的保存容器（未画出）。这个保存容器暂时保存该硬币，直到硬币投入时间结束为止，然后根据中心局4的命令和由累加器控制电路350产生的合成控制信号收集这些硬币。硬币接收器30给处理单元100提供输出信号，又从处理单元100接收操作控制输入信号。处理单元100示于图3中，包括实时时钟102，存储器104和微控制器110。
回到电源电路230，该电路示于图3中，具有连接到门螺线管（gate solenoid）电源电路250的输出端，+5V电源电路260，和音频网络380。更具体地说，电源电路230给标准的双音多频（DTMF）键盘提供电源，该键盘用作图2的键盘14目前是最佳的，给DTMF译码电路395和语音网络390供电。除了从监视系统510组成部分的电池511供电的有限功能外，电源电路230与处理单元100来的控制信号一起控制低功率控制器50所有的电源的供给装置。通过电源电路230给硬币接收器30的硬币传送门提供电源，该电源到达门螺线管电源250，并从电源250再到硬币传送门，需要5VDC电源的所有数字电子元件的电源通过电源电路230提供给+5V电源电路260。当音频网络接通电源时，它给电话机2提供发送与接收语音和音频单音信号的能力。这些信号在塞尖6和塞环8上作为AC电压被发送和接收，这些信号由中心局4提供的直流电压偏置。处理单元100通过它的单个微控制器110控制包括音频网络380，硬币接收器30和电源电路230的电话机2的所有操作。微控制器110还记录电话机2的状态，而且如果这状态许可通话，在备用方式期间具有开始通信的能力。
音频网络380包括在微控制器110控制下的很多互连的部件。具体地说，语音网络390接到DTMF译码电路395和DTMF键盘14。另外，语音网络390还接到投币信号音发生器320，DTMF发生器321和音频平衡电路480，第一开关405和陷波滤波器电路470上。DTMF译码电路395，投币信号音发生器320和DTMF发生器321又接到调制解调器（Modem）电路400。Modem电路400还接到第一开关405和第二开关420。陷波滤波器电路470通过低通滤波器（LPF）电路415接到第二开关420。第二开关420还接到手机10的口承11中的送话器上。第一开关405接到电平调节电路410，该电路又接到手机10的听筒12。手机10还接到手机检测电路430。DTMF译码电路395，投币信号音发生器320，DTMF发生器321，Modem400，第一和第二开关405和420，电平调节电路410，手机检测器430，以及陷波滤波器电路470又都接到微控制器110和监视系统510。
顾名思义，监视系统510监视电话机2的状态。典型的监视系统510从电源电路230获得其电源，当手机10摘机时，电源电路230从塞尖6和塞环8线的电源供给能量。因此，监视电路520正常工作电源是从电话线路供给的。有关低功率控制器3的进一步详细情况可参考引用在这里的专利申请文件。
图4是现有技术的前置放大器和相应于图3的方框430的手机检测电路30。电路30与动态送话器一起用于美国199129号专利申请的低功率控制器中。大约50μA的小直流电流通过电阻R55，利用判别手机中的动态送话器50′是否存在来判别该手机是否存在。当门电路U2F输出为高电位时，微控制器110确定动态送话器50′是存在的，而当门电路U2F的输出为低电位超过10秒时，则送话器50′被认为是不存在。微控制器110根据送话器的状态采取适合的措施，包括产生到中心局的呼叫以报告手机的问题。
图4的电路还允许调节听筒12的音量。图2的手机10中的按钮23是与送话器50′串联的，当打电话者瞬时地按下该按钮时，到门电路U2F的电路断开，使得它的输出为低电位。微控制器110测试该低电压并控制电阻网络，电阻网络渐渐地改变听筒12中的音量。如果按钮按下10秒或更长，微控制器110认为送话器50′不在。
图4的现有技术电路用来与低功率控制器的组成部分动态送话器一起工作。根据开关U13A的位置，前置放大器和手机检测电路30上处理的从动态送话器50′或从Modem400来的信号。微控制器控制了开关U13A。然后从前置放大器电路的输出信号被动态平衡并由音频电路输出到线路上。
图5是根据本发明目前最佳实施例的前置放大器电路图和手机检测电路33。在图5中，与图4中的功能相同的元件以相同标记表示。图5类似于图4的现有技术的电路;但是，存在很多差别。图4的开关U13A和电容C50去掉了。跨接线JP1，电容器C13和C76以及一对二极管D11与D17接入图5中，还有很多元件的数值改变了以适应手机中的动态送话器或碳精送话器的存在情况。
最重要的改变是R55的数值从100K变为12.1K。进行这样的改变给碳精送话器50提供正确的偏压值。另外，加上高通滤波器以改善碳精送话器50的响应。除外，跨接线JP1用于适应任一型式的送话器。当跨接线连接图5的位置2和位置1时，电路33被接通，用于碳精送话器50。当用跨接线JP1把位置2连接到位置3时，电路33被接通，用于动态送话器50′。因为碳精送话器和动态送话器具有不同的频率响应，所以每个送话器使用不同的滤波器以改善它的音频输出。
在图5中，电阻R55的数值已改变，但是正如图4的情况一样，它仍然用于判别送话器单元和调整听筒的音量。但是，现在电阻R55用于第三个目的。通过适当地选择电阻R55的数值，适当的直流偏压值馈送给碳精送话器的输出，这样使得电路33的输出基本上与音频电路380的其余部分相同，而不管是碳精或动态送话器50或50′接到送话器入（MlC IN）线路上。
前置放大器电路33还包括放大器UlC。电容C53和电阻R51与R52的数值已改变了，但是它们的功能没有改变。这些数值被改变以便适应电容C48和C13的标准数值而且还适应二极管对D17上的压降。加上二极管对D17以提供电路33的音频限幅。
当跨接线JP1连接位置2和3时，电容C76转接到该电路，为了改善动态送话器的低通频率响应。在这种配置中，图5的电路以和上面所述的图4的电路类似的方式与动态送话器一起工作。电路33处理并转发送话器的输出信号到音频电路380的其他部分，在输出信号输出到电话线路上之前，音频电路380进一步处理该信号，然后动态地平衡该信号。
图5的电路是通用的，并且在使用电话手机中的碳精送话器的方法方面是新颖的。在现有技术中，由于送话器用无源方法平衡电话线路，在付费电话机正常工作时大约最小需要5mA电流使碳精送话器工作。在本发明中，碳精送话器不再平衡该线路，而且大约只用330μA。低功率控制器3的音频电路390动态地平衡该线路并且还把碳精送话器与该线路隔离，使得330μA的直流小电流足以工作。这样相同的电流被用于手机检测测试。
因此，如果低功率控制器用于包括碳精送话器的投币电话机中时，对于正确工作的控制器不再需要以动态送话器替换碳精送话器。另外，本发明允许使用任一型式的送话器。