本发明涉及一种电话通信的计量系统，更确切地说是涉及一种采用微机控制的长途直拨电话机的现场计费系统。

国内、国际的长途电话直拨业务，由于没有话务员参加工作，因而自动计费的问题相当突出。长途自动计费方式，一般可分为两类：一类是分散式，即利用市话用户的计次表，当用户进行长途通话时，由长途自动局送出长途计费脉冲，驱动用户端计次表，进行累积计费;另一类是集中式，在长途自动局内配合电话交换机安装集中的计费、打印设备，根据用户通话时间、通话距离计算、打印各用户每次进行长途通话的话费，立即收费（如长话局营业厅）或经自动计费、会计中心分拣、汇总，定期打印话单、集中收费。目前国内外大都采用后一种计费方式，所建立的计费中心，根据业务量的大小，分别采用大、中、小、微型计算机控制处理计费。

长途电话每接通一次就要计算一次话费，话费由主叫用户负担，因此在长途电话自动拨号时，自动计算话费的设备，应能自动记下开始通话的时间、通话终了的时间，主被叫用户电话号码、根据被叫所在地区确定费率，然后根据通话时长计算话费，并自动记录打印每次通话的话单，话单内容应包括流水号，主叫用户号码、被叫用户号码、通话月、日，始话时刻，终话时刻、通话时长、费率、主叫类别（定期收费，立即收费、优先类）、话费等。

目前我国的长途直拨电话，还只限于在电话局有帐号的记帐合同用户使用，在一些其他场合，如：各公共场所、各种集会会场、各种国内国际科技贸易展览、洽谈、订货会等，各体育赛区场馆、国内外新闻及经济信息发布会会场、以及各宾馆、饭店、长途电话代办户等，如果不能准确地立即计算话费，就不能加开长途直拨业务，使长途直拨电话的营业范围受到限制。因此，对这些带有临时性的非记帐电话用户，而且现场往往有多部话机，要加开长途国内、国际直拨业务，需要一种话机现场计费系统，来准确地计算并打印各部话机完成一次通话的话单，立即收取话费。本发明所涉及的就是这样的话机现场计费系统。

现有技术中，在用户电话机旁安装的采用专用微机控制处理计费的设备，一般都包括：（1）话机接口电路，用以监视电话线路的状态，将与计费有关的信息如主叫摘机、主叫拨号、被叫摘机、主叫挂机等信号正确地录入到计算机中。

（2）存贮器，随机存贮器RAM和只读存贮器ROM，用于存贮与计费有关的信息、数据，包括被叫电话号码、费率数据，通话时长及程序等。

（3）与存贮器和话机接口电路相连的微处理器，作为核心部件协调整个计费设备工作，对检测到的电话线路状态进行分析、加工，提取有用信息，检索存贮区，提取费率数据，最后计算话费。

（4）打印或显示设备，打印或显示话单。

上述4项主要技术的后3项技术，一般来说属于公知的成熟技术，但话机接口电路及对计费信号的处理方式差别较大。

美国专利US4264956，“电话话费监视器”，采用电感线圈，根据所监测电话线路中的信号的频率来区别电话线上的信号（拨号脉冲或话音）然后分别进行处理。有内部定时器，由人工控制启动键和复位键，通过显示值监视通话建立后的电话费。

法国专利FR2566118“用户通话费用计算器”是安装于用户处的适用于号盘话机的独立计费设备。采用一只串接在电话线路中的光电耦合器来收集线路中的信息，启动计费机构，用一只发光二极管指示通话状态，最后由计费器统计总费用，该项技术中必须注意光电耦合器与电话线的联接极性。

法国专利FR2481034“用户电话自动计费装置”，说明书中未提供接口电路，由微处理机检测线路的状态，并将来自用户的呼叫信息信号与存贮在存贮器中的呼叫信息进行比较，例如：被叫号码，以产生确定相应计费时间的输出。当电话线极性出现反转（即反极信号，在自动电话网中，用户话机的电源由电话交换局提供，b线为负极性，a线为正极性，被叫用户摘机应答时，为了便于交换机本身进行计费处理，被叫用户交换机将向主叫用户交换机送反极信号，即a、b线极性反转，b线为正极性，a线为负极性），就表示被叫摘机应答，通话建立，微处理机控制脉冲发生器，送出脉冲至计数器计时、计费。

以上所列举的与本发明相关的现有技术，显然不能以最低成本完成对多部话机的现场计费;计费所需要的信息（主叫摘机、主叫拨号、被叫电话号码、被叫摘机、主叫挂机）及计时还或多或少地需依靠电话局的交换机或人工控制的办法来实现。

本发明所涉及的是话机现场计费系统，因为是临时安装在有多部电话机的现场，因此该系统必须能对多部话机（根据需要有较大的扩充范围）同时计费;必须能随车随人携带;必须能安装、拆卸方便;不必在电话局交换机或电话机上增加任何装置;也不必对现有交换机或电话机作任何改动，更不能影响交换机和电话机的工作，这种话机现场计费系统，可以灵活方便地接在任何国际、国内长途电话直拨有权用户的话机线上，进行自动计费打印话单，本系统不仅能适用于程控用户，也适用于非程控用户。

围绕上述发明目的，本系统是通过下述技术来实现的：（1）话机接口电路，采用两只反向并接的光电耦合器，与一条电话线（a或b）串接，从主叫摘机至挂机的整个通话全过程中，两只光电耦合器的工作状态是动态变化的，取其状态组合，由软件进行加工处理，进而获得全部与计费有关的信息，包括主叫摘机、主叫拨号、被叫号码、被叫摘机、主叫挂机等。

（2）采用前、后台微机系统：扫描记录微机系统和计费打印微机系统。配以合适的应用程序：扫描记录程序和计费打印程序，分别完成数据采集与计费打印两大功能。

扫描记录微机系统的CPU按一定周期顺序扫描多路话机状态，完成对多路话机的计费信息采集，并对有用信息加以存贮，每一部话机在扫描记录微机系统的存贮区内都有一个容量为16个字节的电话记录表，一一对号入座存贮一次通话的全部计费数据。除了电话记录表外，还对应有一个容量为2个字节的扫描定时表，专门用以确定话机各种状态的时间关系，对话机信号进行定时处理。

计费打印微机系统的CPU通过输入输出数据通讯接口（I/O）接收由扫描记录微机系统CPU送来的电话记录表，从表内记录的被叫用户电话号码中截取被叫用户国号、区号，按号检索存放在EPROM中的全部国内、国际长话费率，用检索到的通话费率和电话记录表中记录的通话时长，按有关规定的方法计算话费，包括附加服务费等。

（3）采用微型打印设备输出纸条话单或采用80行打印机打印标准票据话单，为简单经济也可用数码显示话费数据。

下面结合一个1-8路的话机现场计费系统的实施例，详细说明本发明的技术。按同样的工作原理，增加部分硬件，适当修改软件，可以很方便的扩展到1-16路，1-24路系统。

附图1.扫描记录微机系统逻辑框图附图2.计费打印微机系统逻辑框图附图3.扫描记录程序流程图附图4.计费打印程序流程图附图1.扫描记录微机系统逻辑框图话机接口电路1-8（其余6路省略），用虚线框出，以1路为例说明其工作原理。a1b1为电话线，1-1为电话机，1-2、1-3为光电耦合器，两只光电耦合器的二极管部分反向并接与二根电话线其中的任何一根话线任意串接，例如象图中所示的连接。

当主叫用户摘机时（a1为正、b1为负）1-3正向有电流，1-2反向无电流，所对应的三极管部分1-3有光导通，集电极输出“0”经二级反相器1-6、1-7整形，B1信号为逻辑“0”。1-2无光截止，输出“1”经二级反相器1-4、1-5整形，A1信号为逻辑“1”。

当主叫拨号时，电话线路中的电流时断时续，光电耦合器1-3也时通时断，B1信号交替为逻辑“0”、“1”，其交替次数总和即代表一位位电话号码，A1信号为逻辑“1”。

当被叫摘机应答时，电话线极性反转（a1为负、b1为正），光电耦合器1-2正向有电流，A1信号为逻辑“0”，1-3反向无电流，B1信号为逻辑“1”。

当主叫挂机即为话机空闲状态时，线路上无电流，光电耦合器1-2、1-3均截止，A1、B1信号均为逻辑“1”。通过上述分析可知，A1-A8，B1-B8信号状态能简单而又准确地反映话机的现行状态，这些状态信号由软件进行逻辑“或”运算后，录入计算机，再进行其他处理。

扫描记录微机系统的核心部件，采用单片机11如8039，其RAM区用作扫描定时表，每表为两个字节，第一个字节为定时单元、以10ms为单位进行计时。第二个字节为收号指针即在主叫拨号时，按此指针所指定的地址存放被叫用户电话号码，每存入一位号码，指针修改加1，指向下一个号码存放地址，8路系统的扫描定时表共占16个字节，单片机8039的内部定时器，组成6秒时钟。10为单片机系统扩展接口片，如8243，将单片机8039P20-P23扩展成4×4＝16条输入/输出（I/O）线，作为话机接口（A1-A8、B1-B8）信号输入线，采集电话状态信号。12为只读存贮器，如采用2K×8EPROM2716，固化扫描记录程序。13为地址锁存器，如八D型触发器74LS273，为只读存贮器2716〔12〕提供程序地址。14为单片机系统接口和存贮器扩展片，如采用8155，其256×8RAM区，存贮电话记录表。电话记录表的第一个字节为标志单元，包括状态标志，表示话机当前所处的状态;摘机参考标志，用以检测反极信号;拨号脉冲计数器，用以记录一串拨号脉冲的个数。第二至第十五字节，顺序存放被叫用户电话号码。由上述拨号脉冲计数器记下的每一位被叫用户号码，按先后顺序依次从第二个字节开始往下存放。用户号码由长途字冠、国家号码、长途区号、市内电话号码组成，最长允许14位，第十六字节存放通话时长、从被叫摘机开始计时，计时单位为0.1分钟（6秒）。通话时长最长计时为25.5分钟，超出时，计时溢出，电话记录表被复制，计时单元请0，并继续计时，直至主叫挂机。8部话机共占16×8＝128K字节。8155〔14〕有两个8位I/O口PA和PB，一个6位I/O口PC，其中PA输出电话记录表数据，PC0-PC2作PC口联络信号，两者一起输至计费打印微机系统。PB用于手控计时输入，1-8路手控计时17的作用是：当被叫用户的交换机不具备送出反极信号的功能时（如非程控局），通过本系统设置的1-8路监听设备（18-1…18-8），根据监听确定被叫摘机应答时，可搬动手控计时键（17-1…17-8），置入通话开始时间。图中15、16均为反相器，以满足信号电平要求。

附图2.计费打印微机系统逻辑框图计费打印微机系统可以采用市售的各种型号微处理机与扫描记录微机系统直接联机使用。

附图2给出的是以Z-80CPU为核心，配以Z-80PIO、Z-80CTC、RAM、ROM及必要的译码器、地址锁存器组成一个专用微机系统的逻辑框图。

由扫描记录微机系统输出的电话记录表数据及联络信号，经Z-80PIO〔20〕口A输入，口B输出话单数据至打印机〔21〕。用Z-80CTC〔22〕，连接为一个标准1秒定时，用以组成时钟并显示。

由于现场用户摘、挂机动作是随机发生的，当有几个用户同时挂机时，这几个话机的记录表都要送给计费打印CPU进行计费处理和打印，而打印一张话费清单约需7秒钟时间，为避免同时有几个电话记录表需要处理打印而可能出现的积压与丢失，为此开辟了一定容量的缓冲区〔23〕，如采用随机存贮器6116。电话记录表数据，首先进入缓冲区，然后由计费打印Z-80CPU〔31〕按顺序从缓冲区取出记录表，进行计费处理和打印。

24、25为2K×8EPROM2716，24固化有计费处理程序，25固化有全部国内、国际费率及附加服务费率，23、24、25的选片信号由译码器26如74LS138产生，Z-80PIO〔20〕，Z-80CTC〔22〕的选片信号由译码器〔27〕如74LS138产生。

采用两片8D型触发器如74LS273〔28〕、〔29〕，驱动6位数码管显示器，用于显示时钟（时、分、秒）。

由于国内长途夜间话费和节假日话费按半价处理，本系统安装全/半价控制开关K1，人工搬动K1，系统则按半价计算话费，开关K2、K3、K4分别为时钟校准开关，分别用于开机时校准时钟时、分、秒。采用三态输出八缓冲器和总线驱动器74LS244〔30〕完成全/半价及时钟校准功能的信息输入。

附图3.扫描记录程序流程图扫描记录程序的作用是定时地（比如每10ms）通过话机接口电路扫描1-8路话机用户的状态（A1-A8、B1-B8），由软件对A、B信号进行处理，以建立电话记录表第一个字节标志单元的状态，进而建立电话记录表的全部数据。标志单元D7-D0的具体意义为：D7D6＝00表示话机空闲状态D7D6＝01表示主叫摘机状态D7D6＝10表示主叫拨号状态D7D6＝11表示被叫摘机（通话）状态D5的意义为：当话机空闲时，电话线a、b间的直流环路为开路状态，电话线上的电平为逻辑“1”，D5＝1，当用户摘机时，a、b间的直流环路变为闭路状态，电话线上的电平为逻辑“0”，D5＝0。用户拨号时，拨号脉冲电压上升时D5状态为“1”，电压下降时状态为“0”。

D4的意义为：被叫摘机参考标志，即在检测反极信号时，用D4内容进行核实。

D3-D0是用于逐位记录拨号脉冲个数的拨号脉冲计数器，每记录完一位电话号码即将D3-D0的内容顺序存放在电话记录表第2-15个字节中。

扫描记录程序的扫描方法是顺序读取每路话机的当前状态（D7D6D5），并与存贮的过去状态（D7D6D5）进行核对比较，分别对“状态有变化”和“状态无变化”进行处理，完成不同的处理功能，逐步建立起1-8路电话记录表的全部数据。

附图3所示扫描记录程序为模块型结构，即程序功能的实现是由许多单一功能的小程序块组合而成的。

步骤A：程序初始化，建立各项指针，准备初始数据，启动扫描记录程序，电话记录表标志单元D7D6D5＝001，00表示话机空闲，1表示话机线直流环路为开路状态。

步骤B：检测话机当前状态，取出电话记录表状态标志单元D7D6D5的内容，准备好跳转地址。

步骤C：比较取出的状态标志单元D7D6D5与检测的电话用户当前状态D7D6D5的内容，判断状态有无变化，有变化执行步骤E，无变化执行步骤D。

由状态标志单元的D7D6D5可得到8种状态组合（E1-E8、D1-D8）每一种状态代表一种处理方式，用户在使用电话的过程中，状态标志的内容随扫描的进行而不断变化，使程序的执行也动态地改变，用以完成各种不同的处理功能。

我们采用主叫摘机（包括300ms主叫摘机证实）、主叫拨号（包括中途挂机和拨号间隔处理）、被叫摘机应答通话和主叫挂机（包括300ms挂机证实）的长话直拨过程详细说明程序块E1-E8、D1-D8的操作内容。

（1）当主叫摘机时，标志单元D7D6D5＝000，D5从“1”变为“0”，说明状态有变化，程序执行“主叫摘机处理”程序E8，将单片机8039中RAM区对应的扫描定时表清0，开始定时。为了防止主叫摘机瞬间机械抖动所引起的误动，本实施例设置了300ms的延时，即扫描定时表从清0开始定时起300ms时间内，每10ms的扫描周期中，该标志单元D7D6D5＝000表示状态无变化，程序执行“主叫摘机证实”程序D8，每执行一次，扫描定时表增加10ms，直至扫描定时表内容等于300ms时，确认主叫摘机，标志单元D7D6被置成01，为主叫摘机状态：D7D6D5＝010。

（2）当主叫拨号时，D5状态由“0”变为“1”，D7D6D5＝011，状态有变化，程序执行“拨号起始程序E5，该程序首先将D7D6置为10，为主叫拨号状态（表示下面程序开始进入收号处理）。

扫描定时表清0，对拨号脉冲定时。拨号脉冲的标准断续间隔为100ms，其中断（电压上升）为61.5ms，续（电压下降）为38.5ms，一串断续脉冲的个数代表一位电话号码。考虑到主叫可能在拨号的过程中随时中途挂机，因此，本程序除了要在规定的时间内监视拨号脉冲的断续变化作收号记录外，还要区别拨号脉冲间隔与中途挂机，扫描定时表的作用就在于此。主叫开始拨号D7D6D5＝101，下一个10ms扫描周期中，状态无变化，程序执行“拨号或中途挂机处理”程序D3，当扫描定时表计时为20ms时，对拨号脉冲取样（D5＝1）。当计时超过61.5ms，正常情况下，拨号脉冲应发生变化由“1”（断）变为“0”（续），如果超过61.5ms，不发生这种变化，程序继续计时，达到100ms状态仍不发生变化，就认为是中途挂机，此时程序把所有标志置成空闲状态、在拨号脉冲计时达到61.5ms后，状态发生变化，D5由“1”变为“0”，D7D6D5＝100，这个脉冲记录在标志单元D3-D0中。下一个扫描周期，程序将再次执行“拨号定时处理程序E4（E3），扫描定时表重新开始定时，对38.5ms的续进行计时，下一个10ms扫描周期内，D7D6D5＝100，状态无变化，程序执行“拨号或间隔处理”程序D4。当计时超过38.5ms时，正常情况下，下一个拨号脉冲应该到来（断61.5ms），D5状态由“0”变为“1”，D7D6D5＝101，状态有变化，程序再次执行“拨号定时处理”程序E3（E4），继续上述过程。

如果计时超过38.5ms仍无状态变化，在计时等于250ms时，就认为这是拨号脉冲间隔，一串拨号脉冲结束（即一位电话号码）。标志单元拨号脉冲计数器D3-D0的内容，就是这串拨号脉冲的个数及电话号码数，将此号码按拨号指针所指的地址（扫描记录表第2个字节的内容）存入电话记录表中。

（3）当被叫摘机时，在拨号间隔期间，为确定被叫是否摘机，程序要检测反极信号。其方法是首先取出标志单元D4的内容（0或1），然后与当前话机状态（即主叫摘机状态下的D4内容0或1），进行比较，不管D4的原来内容是什么，只看比较结果，如果状态相同，则判断无反极信号，等下个扫描周期时再检测。如果状态不同，则判断有反极信号，D7D6置为11，为被叫摘机应答，D5＝0，状态有变化，执行“被叫摘机处理”程序E2，将电话记录表第十六个字节计时单元清0，开始正式通话计时。

（4）当主叫挂机时，标志单元D5由“0”变为“1”，D7D6D5＝111，状态有变化，程序执行“主叫挂机处理”程序E1，为消除机械抖动，设计300ms的挂机证实时间，扫描定时表内容为300ms时，D7D6D5＝111状态无变化，执行“主叫挂机通话结束，输出记录表”程序D1，将电话记录表内容送计费打印微机系统中，进行计费处理和打印。

步骤F：6秒计时程序，由单片机中的6秒时钟控制计时即每当6秒时钟到来时（D7D6＞00），就将话机记录表第十六个字节的计时单元+1，直至主叫挂机。

步骤G：修改各项指针，准备扫下一路话机，直至8路全部处理完。

步骤H：判断8路是否全部扫视完，是，则等待下一个10ms扫描周期，否，则转步骤B。上述D1-D8的8种状态中，D7：001为话机空闲不处理D6：010为主叫摘机不处理D5：011无意义D2：110为通话时间不处理E1-E8的8种状态中，E7：001为话机空闲不处理E6：010无意义E3：101与E4：100都为拨号定时处理。

附图4.计费打印程序流程图计费打印程序接收由扫描记录程序送来的电话记录表，表中存有一次通话的全部计费数据，按先后顺序存入缓冲区〔23〕，并按同样顺序取出记录表，从该表内的被叫用户电话号码部分截取用户地区号，按号检索EPROM〔25〕的通话费率，用通话费率与通话时长计算话费（也可按规定增加附加费等）。最后将计算结果送微型打印机输出打印，或由显示单元显示。缓冲区空时，程序则显示时钟。

程序步骤简述如下：J步骤：接收由扫描记录程序送来的一个电话记录表K步骤：对记录内容进行分析加工，截取被叫用户地区号。

L步骤：由地区号判断是国内长途、国际长途、市内电话，然后分别进行处理。

M步骤：是市内电话一般不做计费处理，但为方便检查仍将话单内容送W步骤输出打印。

N步骤：国内、国际长途，要按地区号检索费率。

P步骤：判断检索结果，有费率转Q步骤执行，无费率则转R步骤执行。

R步骤：由人工按通话时长计算话费。

Q步骤：按（费率×通话时长）计算话费。

S步骤：按全价计算话费。

T步骤：按半价计算话费。

W步骤：按有关规定增加附加费，输出打印话单，包括：主叫话机号（或隔音间号）、通话时长、被叫用户电话号码，通话费率、通话话费、附加话费、话费总计、流水号、话终时间。

本发明解决了临时性长途直拨有权用户的现场自动计费问题。不必对交换机或电话作任何改动或增加附件。对交换机和电话机的工作也没有任何影响。采用两只反向并接的光电耦合器与一根电话线任意串接采集话机状态信号，不必考虑电流的方向，也不必考虑A、B线与计费系统的联接要求，所以本计费系统与外线的连接非常简单，因为程序的执行取决于话机现状态与过去状态的比较结果，因此二只光电耦合器不管哪个导通都有效，同时光电耦合器对外界有良好的隔离作用。本系统程序的执行，完全取决于标志单元的8种状态组合内容，每种状态都有自己的程序入口，不会发生执行程序的错误，而且具有处理速度快的优点。