Полудуплексное переговорное устройство

На предприятиях в производственных цехах, там где рабочие находятся на отдалённом расстоянии друг от друга, при совершении какого-либо процесса возникает необходимость обмениваться информацией. В наше время появились мобильные телефоны, но использовать их для организации производственной связи не совсем удобно по некоторым причинам: отсутствие связи в труднодоступных местах, на глубине в подвалах, в кессонах, действие металлических экранов в стенах помещений, а также на больших расстояниях от населённого пункта в зоне неуверенного приёма. Иногда бывает просто неуместно использовать свой личный телефон для производственных целей. В этой статье речь пойдёт о полудуплексном переговорном устройстве, с помощью которого осуществляется надёжная громкоговорящая связь двух и более абонентов, находящихся на одной линии. Остановимся кратко на применяемых видах связи на производствах: Симплексная связь - это односторонняя связь между двумя абонентами, в которой направление связи осуществляется в одну сторону. Абонент, который передаёт сообщение, не может получить подтверждение, о переданной информации. А тот абонент, который получает послание, не может ответить. Он только может слушать. Симплексную связь можно организовать не только между двумя абонентами. Например, в операторской стоит микрофон, а динамики расположены в трёх цехах и рабочие одновременно слушают указания оператора. Данная связь является не полноценной и используется лишь в крайних случаях. Полудуплексная связь - это двусторонняя связь между двумя абонентами, в которой разговор осуществляется поочерёдно. Абонент, передающий информацию, переключает свой аппарат в режим "передача" и говорит в микрофон. На другом конце линии в это время принимающий абонент слушает. И он не может перебивать, возражать, до тех пор, пока передающий абонент не переключит свой аппарат в режим приёма. В последние годы появились аппараты полудуплексной связи, где переключение происходит автоматически, коммутатором управляет продетектированный сигнал ЗЧ, преобразованный с микрофона. Пока абонент молчит, аппарат находится в режиме приёма, как только абонент начинает говорить, автоматически происходит передача. Преимущество передачи получает тот абонент, который заговорил первым. Практика показала, что в шумных цехах такая схема работает ненадёжно и происходят ложные срабатывания переключающего коммутатора из за посторонних индустриальных шумов, воздействующих на микрофон. Шум иногда бывает на порядок громче голоса передающего абонента. И получается так, что совершенно исправный аппарат становится неработоспособным в данных условиях. Дуплексная связь – это двусторонняя связь, которая осуществляется одновременно. Два абонента могут, как принимать, так и посылать сообщения, могут одновременно спорить, перебивать друг друга. Различные телефонные разговоры являются отличным примером дуплексной связи. В таких устройствах одновременно работают приёмник и передатчик. Связь приходится организовывать по двум линиям. В простых схемах разносят динамик с микрофоном на некоторое расстояние, чтобы избежать акустическое возбуждение усилителя. Приходится применять сложные устройства гашения писка в динамике, уменьшать паразитное влияние положительной обратной связи.

Исходя из всего этого, было принято решение организовать полудуплексную связь с ручным переключением. Рассмотрим структурную схему устройства: 

Устройство состоит из микрофонного усилителя с микрофоном и усилителя мощности, нагруженного на динамическую головку. На рисунке изображено два таких устройства. По умолчанию оба аппарата находятся в режиме "приём". Предположим, что первый абонент хочет передать информацию второму абоненту. Он нажимает и удерживает кнопку, при этом аппарат переключается в режим "передача". Микрофонный усилитель начинает работать. С выхода микрофонного усилителя сигнал звуковой частоты уходит в линию, на конце которой стоит такое же устройство. Сигнал усиливается вторым устройством и принимаемый абонент слышит в динамике речь.

Питается устройство от внешнего источника постоянным напряжением 12...18 в. Я использовал сетевой адаптер 12 в 1000 мА. Причём два переговорных устройства питаются от одного адаптера. Также возможны варианты на одну линию подключать одновременно 3..5 таких аппарата, заменив источник питания на более мощный. Можно питать каждое устройство от отдельного источника. Предусмотрена возможность питания от переменного источника напряжением 9...12 в через диодный мост, который находится непосредственно на плате устройства. Выходная мощность с динамической головкой 4 Ома составляет 6 вт. Ток покоя не более 70 мА. Рассмотрим работу устройства по принципиальной электрической схеме изображенной на рисунке:

При подаче питания на клемму 12 в, напряжение поступает на усилитель мощности, выполненный на микросхеме DA2. Схема включения микросхемы TDA2003 стандартная и никаких особенностей не имеет. Напряжение также поступает на стабилизатор напряжения U1, который служит для питания микрофонного усилителя. В режиме "передача" контакт кнопки S1 замкнут и напряжение со стабилизатора U1 поступает на операционный усилитель и электретный микрофон Мк1. Сюда же подключен светодиод VD1, который служит индикатором включения микрофона Мк1. Микрофонный усилитель выполнен на микросхеме DA1 по схеме с однополярным питанием. С помощью подстроечного резистора R5 можно изменять коэффициент усиления микросхемы DA1, настраивать чувствительность микрофона Мк1. Усиленный сигнал снимается с выхода микросхемы (выв.1) через разделительную цепочку C4R6 поступает на линейный выход устройства. Сигнал также поступает на подстроечный резистор R7, который является регулятором громкости. Для предотвращения акустического возбуждения в режиме "передача", которое обычно возникает из-за принятия микрофоном собственного сигнала из динамика, введена схема блокировки на транзисторе VT1. В режиме "передача" звуковой сигнал не проходит на вход микросхемы DA2, поскольку транзистор VT1 открыт, на его базу действует управляющий ток через резистор R8. Поэтому при передаче в динамической головке не прослушивается собственная речь и не возникает акустического самовозбуждения устройства. В режиме "приём" контакт кнопки S1 разомкнут, питание с микрофонного усилителя снято, транзистор VT1 закрыт и принимаемый сигнал от абонента, находящегося на другом конце линии поступает на усилитель мощности и прослушивается в динамической головке Гд1. 

Устройство выполнено на печатной плате из одностороннего стеклотекстолита размерами 50Х80 мм:

Плата с компонентами:

Лицевая сторона платы с компонентами:

Печатная плата уложена в пластиковую коробку и смонтирована в металлическом шкафу вместе с производственным оборудованием. Микрофон подключен к устройству экранированным проводом. Светодиод вставлен в просверленное отверстие в панели и зафиксирован клеем.

Копка S1 переключения режима работы, микрофон и светодиод, установлены на лицевую панель шкафа (вид спереди).

После монтажа и установки, при отсутствии ошибок, устройство как правило начинает работать сразу. Аппараты соединены между собой компьютерным проводом. Я использовал этот провод, так как он имеет защитный алюминиевый экран, необходимое количество жил и более доступный по цене. Блок питания расположен в одном шкафу с переговорным устройством. От этого же блока по компьютерному проводу осуществляется питание +12 в второго, третьего и т. д. переговорного устройства. См. рисунок:

Для увеличения сечения и компенсации потерь в питании, несколько жил соединены в одну. Провод имеет алюминиевый экран, который подсоединён к общей клемме GND, для предотвращения фона и помех. Можно также использовать экранированный кабель с питающими жилами от аналоговых камер видеонаблюдения. После подключения и проверки работоспособности необходимо по месту настроить чувствительность микрофона с помощью подстроечного резистора R5 и отрегулировать громкость в динамике с помощью подстроечного резистора R7.

О деталях: В устройстве можно использовать практически любые выводные резисторы мощностью 0,125...0,5 Вт. Конденсаторы С1, С10 - металлоплёночные. Электролитические - К50-35 и других производителей. Важно, чтобы конденсаторы соответствовали ёмкости, указанной на схеме и рабочему напряжению не ниже 25 в. Вместо транзистора VT1 можно использовать КТ315, 2SC633, 2SC380, 2N3397 и многие другие маломощные. Микросхема TDA2003, заменима на К174УН14. Динамическая головка мощностью 1...4 Вт, сопротивлением звуковой катушки 4...8 Ом. Микрофон электретный конденсаторный от магнитофона. Кнопка практически любого типа с нормально открытым контактом и возвратной пружиной.

При монтаже и настройке соблюдайте меры электробезопасности.

Список радиоэлементов

^{Скачать список элементов (PDF)}