專利名稱：一種用于學生管理的無線公用電話機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種無線公用電話機，特別是指一種利用射頻ID卡進行人員管理特別是學生管理的無線公用電話機。
背景技術：
隨著通信技術的飛速發展，固定電話機和移動電話機(手機)的普及率日益提高，電話無論是產品功能還是外觀款式等均已成熟和完善。但現有固定電話與手機的固有缺陷也日益明顯，主要是固定電話基本上無移動功能，雖然子母機的出現在一定范圍內解決了問題，但稍微“越界”即告失靈；手機雖然攜帶方便，但其輻射對人體的危害卻始終是人們關注而一起未能解決的難題。由此，能否在一定程度上將兩者結合起來呢？在通信行業，有線電話在通信成本上占有較大的優勢，但需要專門配置通信線纜，使得其應用范圍受到地域或地形的制約，因而在一些特殊地段工程成本成為主要的成本因素。在此前提下，通信產業領域開始推出固定無線電話，其中最典型的就是可通過無線信道接入到GSM蜂窩移動通信系統而進行通信的固定無線電話。GSM固定無線電話的基本形式為利用與無線移動電話(手機)基本相同的無線通信模塊并配置基本的電話功能電路而形成外觀和操作方式與一般的有線電信固定電話機基本一致的電話機，但通信的信道不是通過有線電信固網及其網絡交換設備，而是通過GSM蜂窩移動通信系統所提供的空中信道。
另一方面，和有線電話所受到的制約因素類似，有線公用電話也面臨工程成本問題。在此前提下，國內一些電信運營商(例如中國聯通)開始推出無線公用電話。其特征為利用和GSM固定無線電話類似的無線通信接口模塊和基本的有線電話功能模塊構成無線公用電話基本的呼叫及通信功能，然后配置類似于有線公用電話的IC卡讀卡器。和有線公用電話類似的是，無線公用電話中的費率統一由一個系統中心進行管理，以便在調整費率時能夠及時地通過短信方式下載到各無線公用電話終端并存儲起來。系統中心除了通過短信模式及時下傳調整后的費率數據外，還定時收集每部無線公用電話終端在一天時間內所發生的業務情況(包括通話次數、時間、計費、話務累計、IC卡特征信息等)，通常是在夜間以短信方式發送到系統中心。當然，系統中心的工作模式具有多種，前述僅僅是其中的一種。
然而，公用電話的發展一直局限于通信本身，用戶利用通信系統或終端的目的往往為了常規意義上的信息交流與溝通，而實際上通信技術已經具有相當強的向其它應用領域輻射的能力。例如，在眾多中小學的在校學生管理工作日益被人們所重視之際，如何利用通信技術發揮作用，成為通信技術應用目標之一。
實用新型內容本實用新型需解決的問題是提供一種用于學生管理的無線公用電話機，主要目標為解決中小學生的安全管理、道德監控和老師與家長間的及時溝通。
根據上述需解決的問題設計了一種用于學生管理的無線公用電話機，作為終端該電話機的造型為傳統IC卡公用電話機的造型，電路部分包括中央處理單元，中央處理單元分別與包含人機界面單元和常規電話電聲單元在內的常規電話組合、與基站實現信號聯系的無線空中接口單元聯接并實施與各單元信息的交流和控制，各單元執行中央處理單元的指令和控制，各單元均與電源電路聯通，中央處理單元還與SIM卡座電路、對使用者的使用范圍和權限進行規定及管理的權限管理單元聯通。
其中，作為整個終端和中央處理控制核心部分的中央中央單元采用了SIM100-E模塊，該模塊與常規電話組合中的人機界面、叉簧及其動作檢測電路聯接；用于支持SIM卡中的各類信息與中央處理單元的信息交換和處理并作為核心電路的SIM100-E模塊實現機-卡分離支持部件的SIM卡座通過中央處理單元與無線空中接口單元聯通。該SIM100-E模塊包括對基本通話過程進行控制和處理的芯片、用于權限管理的射頻ID卡刷卡處理器的芯片U4、在信息處理過程中作為存儲器的芯片U5、具有信息轉換功能的芯片U2以及各芯片的周邊電路，芯片U2、U5與U4聯通，射頻ID卡通過芯片U4成為基本通話芯片的啟動開關。
本實用新型設計簡潔明快，實施過程簡單易行，經將現有技術有機地重組使之實現了新的功能——通過射頻ID卡及其刷卡電路、信息轉換芯片、配以SIM100-E模塊和叉簧的開關作用，在實現了計時計費的同時，使GSM體制下的無線蜂窩移動電話用于學生管理和公用電話成為可能。
附圖1是本實用新型在實用中的聯接示意圖；附圖2是本實用新型的電路邏輯設計示意框圖；附圖3是附圖2的進一步具體化的框圖；附圖4是本實用新型電話部分的電路原理框圖；附圖5是本實用新型中插座電路的電路原理示意圖；附圖6是本實用新型SIM100-E模塊中對射頻ID卡及其刷卡電路進行控制的芯片電路原理示意圖；附圖7是附屬于附圖6的存儲器芯片電路原理示意圖；附圖8是附屬于附圖6的信息轉換芯片電路原理示意圖；附圖9是SIM卡座電路原理示意圖。
具體實施方式
本實用新型可俗稱“校訊通”，主要針對如下應用目標(1)中小學生的安全管理問題。中小學生在上學途中常因獨立判斷能力的不足而發生各類危險(例如人口拐賣、交通事故等)。
(2)中小學生的道德監控問題。一些中小學生在家長和學校疏遠管理的前提下，常發生對家長聲稱上學而實際上卻混入社會的情況，該類問題已經成為較為嚴重的社會問題。因此，加強對學生行為的監控已日益為家長和學校所關注。
(3)中小學生并無經濟來源，但他們的通信消費支出往往占據家庭支出的相當部分，其重要原因便在于學校未考慮學生的通信問題。因此在學校結合多方位的需求而配置通信終端為市場需求的必然體現。
(4)在計劃生育的大背景下，學生與家長之間的及時通信或老師與家長之間的及時溝通，成為家長和學校雙向關注的問題。
于是，本實用新型根據上述需解決的問題設計了一種GSM體制下用于學生管理的無線公用射頻ID卡刷卡電話機，作為終端該電話機的造型為傳統座式或掛式IC(刷卡)電話機，電路部分包括中央處理單元，中央處理單元分別與包含人機界面單元和常規電話電聲單元在內的常規電話組合、與基站實現信號聯系的無線空中接口單元聯接并實施與各單元信息的交流和控制，各單元執行中央處理單元的指令和控制，中央處理單元還與權限管理單元、SIM卡座電路聯通。實施時，作為整個終端和中央處理控制核心部分的中央中央單元采用了SIM100-E模塊，該模塊與常規電話組合中的人機界面、叉簧及其動作檢測電路聯接；而用于支持SIM卡中的各類信息與中央處理單元的信息交換和處理并作為SIM100-E核心電路模塊實現機-卡分離支持部件的SIM卡座通過中央處理單元與無線空中接口單元聯通。其中，常規電話組合中的人機界面單元包括專用鍵盤及其檢測電路、用于操作信息和通話費用顯示的LCD及其驅動電路、電話機狀態指示電路、話筒操作及免提電話操作自動控制信號反饋電路。
具體裝配時，中央處理單元、常規電話組合、無線空中接口單元、權限管理單元等組成射頻模組并裝配在一塊PCB板上，該PCB板通過插口插在常規插座上，在常規插座周圍設有語意功放等電話電路。SIM卡座電路通過SIM-VDD、SIM-RST、SIM-CLK、SIM-I/O接口與插座電聯接。由圖可見，SIM100-E模塊包括對基本通話過程進行控制和處理的芯片、用于權限管理的射頻ID卡刷卡處理器的芯片U4、在信息處理過程中作為存儲器的芯片U5、具有信息轉換功能的芯片U2以及各芯片的周邊電路，芯片U2、U5與U4聯通，射頻ID卡通過芯片U4成為基本通話芯片的啟動開關。其中，由U4構成本實用新型特定操作模式下的中央處理器，其對信息的處理范圍主要包括如學生刷卡信息的處理等特定的業務范圍內的信息處理與管理。需要注意的是，U4所示的CPU不包括對基本通話過程的控制處理，該基本通話過程的控制處理由SIM100-E模塊完成；構成信息處理過程中存儲單元的U4，采用了具有掉電保護功能的FLASH方式；U2為一具有信息格式轉換功能的芯片，將U4輸出的并行數據轉換成特定的和符合SIM100-E模塊接口通訊規程的串行數據格式進行通信；SIM100-E模塊還含有無線接口單元并實現了所有與基本的GSM無線通信相關的功能，包括無線空中接口、基本的電話機電聲功能電路、基本的通信進程控制與管理。
本實用新型的外觀造型類似與中國電信的IC卡公用電話或中國聯通的無線公用電話，但啟動“鑰匙”不是接觸式IC卡，而是非接觸式射頻ID卡。實用中，射頻ID卡由中國移動通信指定商發行，包括教師用卡和學生用卡兩種，在應用特色上分別具有兩個方面的對應功能(1)學生用卡——用于學生的安全管理和及時通信學生用卡包括兩個功能A)每天到校后向家長發送安全短信。學生每天上學到校后，只需要將無線學生卡在本實用新型的刷卡位置簡單地刷卡(類似于乘坐公交車的無線刷卡)，則本實用新型自動接收無線學生卡上的特征信息并通過GPRS數字通道將特征信息發送到專屬的運營平臺(如位于移動通信系統指定的運營商所在地)，由運營平臺接收相應的無線學生卡特征信息后在系統中調出預定短信內容(例如我已到校，或其它可預制的個性化短信內容)，然后按照發放無線學生卡時所預先登記的家長電話號碼(通常為移動通信終端，已經開通固定電話短信功能的終端也可以登記)發送自己子女報平安的短信。
B)及時與家長通信。無線學生卡支持學生通過刷卡后直接操作“本實用新型主機向自己的家長撥打電話。這時，每張卡僅支持三個電話號碼的預先注冊登記，控制學生只能撥打已經注冊的電話號碼。
(2)教師用卡——用于老師與家長之間的及時溝通。教師用卡與學生用卡在及時通信方面的功用基本一致，可通過無線教師卡在刷卡后直接操作本實用新型主機撥打已經知道的家長電話號碼，但教師卡不支持撥打登記注冊以外的電話號碼。
一般情況下，無論學生卡還是教師卡，每次通話費均為對方付費。
從功能構成上看，本實用新型主機更多的是將GSM無線移動電話機以一種壁掛式電話機的結構形式予以體現，實現的功能也和GSM手機大同小異。主要特征如下(1)將諸多的手機功能以壁掛機的鍵盤布局形式給予實現，并在此基礎上添加一些具有針對性的功能。例如可利用本實用新型主機發送數據；利用教師ID卡和學生ID卡作為本實用新型的使用鑰匙。
(2)主要功能部件直接采用手機的功能模塊，以保障可靠和穩定。
(3)利用相應的設置，在本實用新型數據業務管理平臺實現對分布在校園各處的本實用新型的操作進行實時的監控管理。例如限制學生撥打預先注冊以外的電話、限制教師利用撥打與學生無關的電話。
(4)這種限制性管理的設置是在系統中心，而一旦完成設置后，則通過數據信道下載到本實用新型主機內保存，或者說權限的過濾是由本實用新型完成的。
從電路上，本實用新型主要由六個部分組成。
(1)無線空中接口單元——是指GSM移動通信系統的無線空中接口。在本實用新型電話終端上，采用一種市售的標準模塊構成接口的無線連接所需要的硬件部分。從基本功能看，無線空中接口模塊本身就是一部沒有配置鍵盤的GSM無線移動電話的核心功能部分。其作用類似于有線電話線纜及其兩端的接口部分，只是信道不是有線介質，而是無線空中信道，信號方式也不是有線介質下的電壓和電流，而是空中電磁波。
(2)常規電話電聲單元——無線空中接口單元所起的作用僅僅是電話終端與GSM移動通信系統之間形成可通訊的信道作用，其本質為信道設備。信道設備所起的作用在于將符合標準電話電聲信號形態轉換成可在空中傳播的信號形態，或將GSM移動通信系統基站發出的空中無線信號通過信道設備還原為標準的電話電聲信號形態。因此作為電話終端，符合標準的電聲功能部件是必不可少的部分。電話電聲部分包括受話器、麥克風(或拾音器)等音頻輸入輸出器件及其驅動電路、摘機或掛機狀態檢測、GSM系統端傳送的忙音及撥號回鈴音檢測等各類信號的處理電路，均屬于常規電聲功能電路部分。
(3)人機界面組合單元——是指包括鍵盤、液晶顯示器及其驅動電路、電源及終端狀態指示燈等功能單元的集散組合。
(4)權限管理功能單元——在本實用新型中，權限管理功能由兩個方面的協調工作而實現A)系統中心。本實用新型系統中心屬于移動通信運營商指定設置的SP平臺，即利用GSM蜂窩移動通信系統的數據交互業務平臺而設置的接入平臺，其主要功用在于和系統中的無線終端進行信息交流。交流的信息內容包括家長電話號碼、學生編號、學生到校后的短信通知等。在系統中心，分別就學生所能呼叫的電話號碼、學生卡號等進行了授權規定；對教師的權設置限則包括教師卡號和所能呼叫的電話號碼范圍進行了權限設置。
B)本實用新型電話終端。系統中心所設置的權限通過數據方式下載到終端，且信息中心每有信息變更，均會及時地下載到終端。因此，本實用新型系統權限管理的執行者，為電話終端。
為了管理的方便，本實用新型的電話終端沒有配置計費功能，所有呼出的電話和短信費用，均以協議方式規定被叫電話方付費。
(5)中央處理功能單元——中央處理單元的任務包括五個大的方面其一，按照規定的協議規程對無線空中接口進行控制管理；其二，按照既定協議規程對SIM卡及其接口信息進行控制與管理；
其三，對電聲信息檢測進行控制管理；其四，對人機界面的操作動作進行處理并按照協議規程執行相應的軟件，實現相關功能；其五，根據權限設置信息對“校訊通”公話終端的使用進行過程監控。
(6)電源單元——負責為上述五個方面的功能單元提供功率輸出。
下面敘述一下具體使用過程的工作原理和有關協議進程。
1.作為主叫發起呼出。
(1)對采用教師ID卡操作者，當本實用新型作為主叫而呼出時，用戶首先利用電話機鍵盤輸入要呼叫的目標電話號碼，然后按“確認”鍵發送被叫信息(其中包含有主叫信息供對方實現來電顯示功能)。
對采用學生ID卡操作者，采用本實用新型顯示屏上的三條電話號碼進行選擇，然后確認即可(不需要通過鍵盤撥號)。
(2)鍵盤按鍵信息由中央處理器(嵌入式單片機即MCU)判斷所撥號碼，然后由中央處理器按照規定的信號格式編碼輸出。
(3)撥出的號碼信息通過電話的數據口輸入到本電話機的GSM無線空中接口模塊，由模塊將基帶數據(即低頻的信號)轉換為數字編碼(目的在于減少無線傳輸時間和提高抗干擾能力)，然后轉換為可作為無線電磁波發射的射頻信號供GSM蜂窩移動通信系統的基站接收。
(4)呼叫信息通過無線空中接口與GSM蜂窩移動通信系統的基站實現相互連接與通信，在基站對本電話機進行用戶鑒權后將呼叫信息傳輸給GSM蜂窩移動通信系統中心(本地網中心，下同)。
(5)如果被叫終端為本系統終端，則由GSM蜂窩移動通信系統中心查詢數據庫，以確定被叫終端目前所在的位置，然后通過軟交換方式呼叫被叫終端并在被叫應答后完成主叫與被叫之間的接續，傳輸主叫信息(用戶號碼)供被叫終端顯示。
(6)如果被叫終端為非本系統終端，則由GSM蜂窩移動通信系統中心直接根據被叫號碼前面的局號(例如139、138、261、357等等)或長途區號(例如0752、010等)直接將呼叫信息轉發到目標局，由目標局提取相應的信息并處理，然后呼叫被叫終端及完成接續。
2.作為被叫接受呼入本實用新型未配置作為被叫時的功能部件。
3.通話狀態概要(1)本電話機作為主叫并完成接續后即進入與對方之間的通話狀態。
(2)通話狀態下，從本地的話音接收并發送給對方，到接收對方的話音信號經還原處理后發送給本地的聽者，不經過中央處理器，而是由獨立的電話電聲電路獨立完成，但始終處于中央處理器的監控下。
(3)一旦通話結束，中央處理器檢測到相應的標志信號后，立刻進入相應的結束處理過程并重新讓電話機進入初始的待機狀態。
權利要求1.一種用于學生管理的無線公用電話機，作為終端該電話機的造型為傳統IC卡公用電話機造型，電路部分包括中央處理單元，中央處理單元分別與包含人機界面單元和常規電話電聲單元在內的常規電話組合、與基站實現信號聯系的無線空中接口單元聯接并實施與各單元信息的交流和控制，各單元執行中央處理單元的指令和控制，各單元均與電源電路聯通，其特征是中央處理單元還與SIM卡座電路、對使用者的使用范圍和權限進行規定及管理的權限管理單元聯通；其中，作為整個終端和中央處理控制核心部分的中央中央單元采用了SIM100-E模塊，該模塊與常規電話組合中的人機界面、叉簧及其動作檢測電路聯接；用于支持SIM卡中的各類信息與中央處理單元的信息交換和處理并作為核心電路的SIM100-E模塊實現機-卡分離支持部件的SIM卡座通過中央處理單元與無線空中接口單元聯通。
2.根據權利要求1所述的用于學生管理的無線公用電話機，其特征是所述的常規電話組合中的人機界面單元包括專用鍵盤及其檢測電路、用于操作信息和通話費用顯示的LCD及其驅動電路、電話機狀態指示電路、話筒操作及免提電話操作自動控制信號反饋電路。
3.根據權利要求2所述的用于學生管理的無線公用電話機，其特征是所述的SIM100-E模塊包括對基本通話過程進行控制和處理的芯片、用于權限管理的射頻ID卡刷卡處理器的芯片U4、在信息處理過程中作為存儲器的芯片U5、具有信息轉換功能的芯片U2以及各芯片的周邊電路，芯片U2、U5與U4聯通，射頻ID卡通過芯片U4成為基本通話芯片的啟動開關。
4.根據權利要求3所述的用于學生管理的無線公用電話機，其特征是中央處理單元、常規電話組合、無線空中接口單元、權限管理單元組成射頻模組并裝配在一塊PCB板上，該PCB板通過插口插在常規插座上。
5.根據權利要求4所述的用于學生管理的無線公用電話機，其特征是SIM卡座電路通過SIM-VDD、SIM-RST、SIM-CLK、SIM-I/O接口與插座電聯接。
專利摘要一種用于學生管理的無線公用電話機，電路部分包括中央處理單元及受控于中央處理單元的包含人機界面單元和常規電話電聲單元在內的常規電話組合、無線空中接口單元、SIM卡座電路、對使用者的使用范圍和權限進行規定及管理的權限管理單元。中央中央單元采用了SIM100－E模塊，該模塊與用于權限管理的射頻ID卡刷卡處理器的芯片和起開關作用的叉簧電路、SIM卡及其電路等配合，在利用手機的無線通信模塊配置、通過GSM蜂窩移動通信系統提供的空中信道及其系統基站通話的同時即時計時及計費，使GSM體制下的無線蜂窩移動電話作為用于學生管理的無線公用電話機成為可能。
文檔編號H04M15/28GK2874936SQ20062005518
公開日2007年2月28日 申請日期2006年2月17日 優先權日2006年2月17日
發明者王桂鈞, 萬斌, 蔣宗斌, 蒲德渠, 孔慶佐 申請人:德賽電子(惠州)有限公司