Passez des appels GSM avec votre téléphone fixe

Relié au téléphone fixe de la maison, cet appareil se connecte automatiquement au réseau GSM chaque fois que vous composez un numéro de téléphone mobile. Ainsi, vous économisez sur la facture France Télécom, puisqu’un appel mobile-mobile coûte la moitié d’un appel fixe-mobile. L’appareil utilise le module GSM GR47, bien entendu !

Figure 1 : Organigramme du téléphone fixe-GSM.

L’appareil que nous vous proposons de construire doit instaurer une liaison en phonie entre le réseau filaire de téléphonie fixe et le réseau mobile GSM.

CLe montage que cet article vous propose remplit en effet la fonction suivante : relié entre le téléphone fixe et la ligne téléphonique, il permet d’envoyer et de recevoir normalement les appels destinés aux autres téléphones, fixes ou mobiles. Quand nous voulons que l’appel sortant soit effectué avec le module GSM incorporé dans notre appareil (car nous appelons un numéro de mobile), nous n’avons qu’à faire précéder ce numéro par les symboles *# (étoile dièse). Le circuit commute alors automatiquement le téléphone vers la section GSM laquelle reconnaît le numéro composé sur le clavier, établit la liaison avec l’usager appelé et effectue la connexion en phonie entre le téléphone et le module GSM. Le tout, répétons-le, de manière totalement automatique et transparente. Au terme de la conversation, quand on raccroche, le téléphone se reconnecte tout seul à la ligne France Télécom et attend de lancer ou recevoir de nouveaux appels. L’organigramme de la figure 1 permet de mieux comprendre tout cela.
Le téléphone est relié à la ligne à travers un double inverseur dont l’activation est contrôlée par un microcontrôleur PIC16F876-EF565 déjà programmé en usine auquel sont liées beaucoup d’autres fonctions. Ce micro est doté d’une mémoire “flash” programmable et reprogrammable facilement et pour pas cher. La ligne est constamment surveillée par un reconnaisseur de niveau signalant au microcontrôleur le moment où l’usager décroche le combiné.
Un décodeur DTMF détecte les poussoirs pressés sur le clavier et envoie ces informations au PIC. Si le système détecte la pression des touches *# (étoile dièse), il commute immédiatement le téléphone sur un réseau local dont les caractéristiques d’impédance et de tension sont les mêmes que celles du réseau téléphonique normal, ce qui permet au téléphone de continuer à fonctionner normalement. En fait on utilise un générateur de tension continue de 48 V pour recréer les conditions de la ligne (raccroché : 48 V environ et décroché : 10 V environ du fait de l’impédance de l’appareil). Un coupleur téléphonique fait aussi partie de ce réseau local : il permet le transfert du signal BF du téléphone au module GSM et vice versa.
C’est d’ailleurs la fonction la plus critique de ce montage, car le signal provenant de la sortie BF du module GSM ne doit pas rentrer dans l’entrée BF de ce même module. D’autre part, la composante audio du combiné doit être transférée correctement au module GSM. Le tout, bien sûr, en “full-duplex” (liaison bilatérale simultanée), comme il se doit dans une conversation téléphonique normale.
Pour réussir ce couplage analogique en phonie, nous avons utilisé des transformateurs.
Cerise sur le gâteau, notre circuit incorpore un réglage du volume d’écoute dans l’auriculaire du combiné : il suffit de presser les touches 3 (“up”, augmente) et 9 (“down”, diminue) du clavier. De plus, si notre interlocuteur nous dit que son niveau d’écoute est un peu faible, nous pouvons augmenter la sensibilité microphonique en agissant sur les touches 1 (“up”) et 7 (“down”). Ces réglages s’effectuent sur cinq niveaux. Quand la limite (inférieure et supérieure) est atteinte, la LED de signalisation du circuit devient rouge pendant une seconde.
Le numéro tapé sur le clavier est reconnu (à travers le décodeur DTMF) par le micro lequel produit les flux de contrôle correspondants pour le module GSM afin que ce dernier effectue l’appel correctement.
Nous l’avons dit, si nous voulons que le circuit entre en fonction, il est nécessaire de taper *# avant le numéro du mobile à appeler. Après l’avoir tapé, il est possible de presser * (touche étoile) pour envoyer tout de suite l’appel au mobile, ou d’attendre cinq secondes après lesquelles l’appel est effectué automatiquement par le GSM. Bien sûr, sans symboles *# avant le numéro l’appel est lancé sur la ligne fixe.
Par exemple pour appeler le numéro 0123456789 avec la ligne fixe, il n’y a rien d’autre à faire que de taper ce numéro. Par contre pour appeler le 0623456789 vous devez taper *#0623456789* ou bien *#0623456789 et attendre cinq secondes avec la ligne GSM. Notez qu’un appel par GSM prend toujours une dizaine de secondes. La communication s’achève quand on raccroche le combiné.
Notre circuit utilise un module GSM Sony Ericsson GR47 et dispose d’une LED de signalisation émettant trois éclairs ver ts à la mise sous tension, pour devenir rouge pendant l’initialisation du GR47 : si elle a lieu sans problème et si le système entre en réseau, après environ une seconde la LED émet une lumière verte fixe pour signifier que le système est opérationnel.
Si on décroche, la LED devient rouge et elle clignote lentement en orange quand un appel GSM est en cours.

Le schéma électrique
Le schéma électrique est visible figure 2. Tout d’abord, pour alimenter le circuit, il est nécessaire d’utiliser une alimentation secteur 230 V capable de fournir sous 12 V continu un courant d’au moins 500 mA avec une bonne réserve d’énergie, c’est-à-dire des condensateurs de sortie de fortes capacités (la consommation au repos n’est que de 50 mA mais elle atteint 350 mA en connexion et des pics de 1 à 2 A lors d’appels GSM).
Si vous avez un doute sur la qualité de l’alimentation utilisée (ses condensateurs de sortie), prenez une 12 V 1 à 2 A. Deux régulateurs de tension fournissent le 5 V et le 3,6 V nécessaires à l’alimentation du micro, du 8870 et du module GR47 (le 12 V sert à alimenter le relais de commutation de la ligne et l’alimentation à découpage produisant le 48 Vcc).
Le PIC communique avec le GR47 à travers une interface composée de D2, de T4 et de T5. Il est nécessaire de recourir à un adaptateur de niveau car les lignes du micro ont des niveaux logiques de 0 ou 5 V et le module GSM 0 ou 3 V environ.
La mise en marche du module est contrôlée par le microcontrôleur à travers le port RA1, lequel active et désactive le régulateur U2 MIC2941 alimentant le GSM. Ce dernier est relié, à travers les lignes de contrôle correspondant aux broches 15 à 19, au lecteur de la carte SIM (sans laquelle de dispositif ne peut fonctionner).
La section de l’interface comporte un reconnaisseur de ligne correspondant à PT1, T1, T2 et FC1. Quand la ligne n’est pas occupée (combiné posé), le photocoupleur ne conduit pas et le port RC2 est au niveau logique haut. Dans le cas contraire (combiné décroché, prise de ligne), la tension de ligne est de 8 à 10 V et le niveau de RC2 passe au niveau logique bas. Ce circuit tout simple permet donc au micro de savoir quand le combiné est décroché.
En ce qui concerne le transfert du signal audio, nous avons prévu un condensateur de découplage C14 et un coupleur téléphonique analogique TR1 permettant aux signaux audio (tons DTMF et voix) d’arriver au terminal de sortie RX (broche 4). La configuration interne de ce dispositif (un transformateur à enroulements multiples) permet d’obtenir deux canaux d’E / S pour l’audio, ce qui atténue nettement le pénible effet d’écho.
La sortie audio de ce transformateur rejoint le décodeur DTMF 8870 lequel, à travers les lignes Q1, Q2, Q3 et Q4 fournit des indications au microcontrôleur à propos de la touche du clavier éventuellement pressée. Si la séquence *# est reconnue, le micro, à travers son port RA4 (collecteur ouvert) déclenche RL1 et ainsi le téléphone est déconnecté de la ligne téléphonique et connecté entre la masse et le positif du générateur à découpage de haute tension constitué par le MOSFET T6, L1, D3 et C17.
Le signal PWM nécessaire au fonctionnement de ce générateur est produit par la broche 13 (CCP1 / RC2) du micro qui, à travers le convertisseur A/N correspondant au port RA0, contrôle la tension de sortie de l’alimentation.
Normalement cet étage n’est pas actif et ne produit aucune tension mais, quand le combiné est décroché, l’oscillateur entre en fonction et produit la tension prévue afin d’alimenter le circuit téléphonique dans le cas où les touches *# du clavier seraient pressées. R10 simule l’impédance de la ligne.
Aux extrémités du téléphone, quand le combiné est décroché, nous n’avons pas 48 V mais seulement 8 V (normal : le combiné est décroché !). Le numéro tapé sur le clavier est alors reconnu par le 8870 et acquis par le microcontrôleur qui l’envoie ensuite au GSM pour qu’il lance l’appel. L’audio provenant du combiné relié au circuit est envoyé vers l’entrée microphonique du GR47 et atteint donc (via l’éther) le haut-parleur du téléphone mobile de l’interlocuteur.
Ce que dit cet interlocuteur dans le microphone de son mobile est présent à la sortie AOUT du module GR47 et est envoyé au téléphone à travers le fameux coupleur téléphonique.
À la fin de la conversation, la totalité du circuit est réinitialisée (retour à la condition de repos) dès que le combiné est raccroché.

Figure 2 : Schéma électrique du téléphone fixe-GSM.

Liste des composants
R1 .... 200 kΩ 1 %
R2 .... 100 kΩ 1 %
R3 .... 390 Ω
R4 .... 470 kΩ
R5 .... 10 kΩ
R6 .... 470 kΩ
R7 .... 1 kΩ
R8 .... 47 Ω
R9 .... 10 kΩ
R10 ... 470 Ω 1 W
R11 ... 10 kΩ
R12 ... 390 Ω
R13 ... 390 Ω
R14 ... 4,7 kΩ
R15 ... 2,2 kΩ
R16 ... 4,7 kΩ
R17 ... 390 Ω
R18 ... 4,7 kΩ
R19 ... 1 kΩ
R20 ... 1 kΩ
R21 ... 330 kΩ
R22 ... 100 kΩ
R23 ... 10 kΩ
R24 ... 470 kΩ
R25 ... 4,7 kΩ
R26 ... 100 kΩ
R27 ... 180 kΩ
R28 ... 10 kΩ
R29 ... 4,7 kΩ
R30 ... 4,7 kΩ
R31 ... 10 kΩ
R32 ... 4,7 kΩ
R33 ... 4,7 kΩ
R34 ... 4,7 kΩ
R35 ... 390 Ω
R36 ... 390 Ω
R37 ... 470 kΩ
R38 ... 390 Ω
R39 ... 470 kΩ
R40 ... 470 kΩ
C1 .... 100 nF multicouche
C2 .... 470 μF 25 V électrolytique
C3 .... 100 nF multicouche
C4 .... 1000 μF 16 V électrolytique
C5 .... 100 nF multicouche
C6 .... 1000 μF 16 V électrolytique
C7 .... 1 μF 100 V électrolytique
C8 .... 10 pF céramique
C9 .... 10 pF céramique
C10 .. 100 nF multicouche
C11 .. 100 nF multicouche
C12 .. 1 μF 100 V électrolytique
C13 .. 100 nF multicouche
C14 .. 4,7 μF 100 V polyester
C15 .. 10 pF céramique
C16 .. 10 pF céramique
C17 .. 470 μF 63 V électrolytique
C18 .. 100 nF multicouche
C19 .. 1 μF 100 V électrolytique
C20 .. 100 nF multicouche
C21 .. 10 pF céramique
C22 .. 100 nF multicouche
C23 .. 100 nF multicouche
C24 .. 100 nF multicouche
C25 .. 10 pF céramique
Q1 .... quartz 20 MHz
Q2 .... quartz 3,58 MHz
D1 .... 1N4007
D2 .... BAT85
D3 .... MBR745
D4 .... 1N4007
DZ1 .. zener 5,1 V - 0,5 W
U1 .... 7805
U2 .... MIC2941
U3 .... PIC16F876-EF565A déjà programmé en usine
U4 .... 8870
TR1... P3000
FC1... 4N25
GSM . GR47-EF565B programmé en usine
T1..... MPSA44
T2..... MPSA44
T3..... BC547
T4..... BC557
T5..... BC547
T6..... STP36NE06
LD1 .. LED bicolore 3 mm
RL1... relais 12 V 2 contacts
PT1... pont W02M
L1..... 47 μH - 1,3 A

Divers :
1 ...... bornier 2 pôles
1 ...... support 2 x 14
1 ...... support 2 x 9
1 ...... support 2 x 3
1 ...... porte-SIM
2 ...... prises RJ11 pour ci
2 ...... dissipateurs TO220
1 ...... connecteur 60 pôles
........ pour GR47
1 ...... adaptateur d’antenne
........ MMCX-FME
1 ...... boîtier Teko TENCLOS 660 (145 x 85 x 37 mm)
Sauf spécification contraire, toutes les résistances sont des 1/4 W à 5 %.


Figure 3a : Schéma d’implantation des composants du téléphone fixe-GSM.

Figure 3b-1 : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé double face à trous métallisés du téléphone fixe- GSM, côté soudures.

Figure 3b-2 : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé double face à trous métallisés du téléphone fixe- GSM, côté composants.

Figure 4a : Photo d’un des prototypes de la platine du téléphone fixe-GSM, face composants.

Figure 4b : Photos d’un des prototypes de la platine du téléphone fixe-GSM, face soudures, où est monté le porte-SIM (ci-dessus : détail).

Figure 5 : Le téléphone fixe-GSM dans son boîtier plastique avec l’antenne GSM et les deux câbles RJ11 de connexion à la ligne téléphonique fixe et au téléphone fixe.

Le programme résident
Pour pouvoir fonctionner selon le mode que l’on vient de décrire, le microcontrôleur et le module GSM doivent être dûment programmés. Sur le site Internet de la revue vous trouverez le “listing” du programme résidant dans le PIC (précisément la partie concernant la procédure d’acquisition du numéro de téléphone et de sa composition). Ce programme est en Basic et utilise les instructions prévues par le compilateur PIC BasicPro de MicroEngineering.
L’instruction IF TEL=0 établit si le combiné est décroché et, si oui, le temps où il le reste est vérifié : en effet, en cas d’appel arrivant sur la ligne, l’entrée TEL (PORT2) est mise à 0 pour simuler la ligne occupée.
Avec ce temporisateur le micro est en mesure de distinguer si l’entrée est basse à cause de la sonnerie ou de la prise de ligne. Si c’est l’usager qui a décroché le combiné, la LED rouge est allumée et le générateur PWM produit de quoi activer l’alimentation à découpage de 48 V. La subroutine DTMF est alors appelée : elle s’occupe de vérifier quelle touche est pressée.
Si c’est la touche * (11), le micro attend que soit pressée la touche # (12), si elle aussi est pressée, à travers l’instruction LOW LINEA, RL1 est commuté et le numéro à appeler est acquis jusqu’à la pression de la touche * ou jusqu’à l’écoulement du délai de cinq secondes.
Alors, si le combiné est toujours décroché et si le numéro inséré est de trois chiffres au moins, la commande AT (envoi de l’appel) est envoyée au GR47.
Tant que la ligne est occupée, le microcontrôleur fait clignoter la LED en orange et vérifie si une touche de réglage du volume est pressée. Si oui, il envoie les commandes AT relatives à la sensibilité microphonique ou au volume de sortie. Quand le combiné est raccroché, la commande ATH est envoyée au module GSM afin d’interrompre la liaison.

La réalisation pratique
Procurez-vous tout d’abord (ou réalisez) le circuit imprimé double face à trous métallisés dont la figure 3b-1 et 2 donne les dessins à l’échelle 1 et montez tous les composants comme le montrent les figures 3a, 4a et b en commençant (côté composants) par les trois supports de circuits intégrés et, pour le module GR47, le connecteur CMS à 60 pôles (utilisez un fer de 20 W à pointe très fine) et en terminant (côté soudures) par le porte SIM (sur la figure 3a le porte-SIM est dessiné en pointillés, reportez-vous à la figure 4b).
Soignez bien les soudures, contrôlez bien les valeurs sur la liste des composants et faites bien attention à l’orientation des composants polarisés.
Prenez le boîtier Teko TENCLOS 660 et percez-le pour laisser passer, sur un petit côté, le bornier et les deux RJ11, sur le petit côté opposé la prise socle FME d’antenne et en face avant la LED multicolore, comme le montre la figure 5.
L’antenne est une bibande et elle doit être branchée avant la mise sous tension de l’appareil sous peine d’endommager le module GSM.
La liaison externe est un jeu d’enfant (voir figure 5) : la RJ11 du milieu va à la ligne téléphonique (utilisez une prise murale munie d’une RJ11 femelle ou à défaut un adaptateur) et la RJ11 de droite va à la RJ11 femelle de votre téléphone fixe (tout cela bien entendu au moyen de deux câbles munis chacun de deux prises RJ11 mâles à leurs extrémités).
Avant de procéder aux essais, n’oubliez pas de munir le porte-SIM d’une carte en cours de validité dans laquelle vous aurez au préalable déshabilité la demande de PIN.

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