112-Notruftrainer

Dieses kleine Gerätchen in schwarzem Kunststoffgehäuse und mit aufgesetzter doppelter Telefondose ist ein sogenannter Notruftrainer, Typ ST112 von der Firma Hagenuk. Gedacht ist das Ganze zur Unterrichtung von Kindern in Kindergarten und Grundschule, damit diese lernen, wie man bei Notfällen handeln und die Feuerwehr bzw. den Notruf alarmieren kann.

Notruftrainer

An die Telefondose werden zwei Telefone angeschlossen. Es müssen analoge Telefone mit Impulswahl (IWV) sein, modernere Telefone mit Mehrfrequenzwahl (MFV) funktionieren nicht. Das rechte Telefon ("Notruf 112") ist für die Kids gedacht, wenn man es abhebt, hört man das Freizeichen wie beim echten Telefon. Wählt man die 112, hört man im Hörer das Wählzeichen und es klingelt das an der linken Dose angeschlossene Telefon. Nimmt dort die "Feuerwehr" ab, kann zwischen beiden Telefonen ganz normal gesprochenwerden.

Versorgt wird die komplette Schaltung über ein Steckernetzteil (rechts im Bild).

Reparaturbedarf

Prinzipiell geht die Schaltung, jedoch spielt der Wählton bzw. das Freizeichen etwas verrückt. Während dem Klingeln des anderen Telefons ist er dauerhaft zu hören, und auch wenn die Gegenstelle abnimmt, hört er nicht auf, sondern tutet munter weiter. Man hat also im Hintergrund immer den Wählton, was beim Sprechen natürlich sehr störend ist.

Also: Mach auf die Kiste! :-)

Innenleben

Im Bild sieht man den geöffneten Trainer. Das Kabel links (gelb, grün, weiß, blau) kommt vom Netzteil, die beiden Leitungspaare oben (2x gelb, 2x violett) gehen zur Telefondose. Wenn man so eine Schaltung heute aufbauen würde, denkt man vermutlich als erstes daran, einen Mikrocontroller zu benutzen, aber nicht so hier, die gesamte Schaltung ist komplett mit CMOS-Logik-ICs der 4000er-Serie aufgebaut. Hach, das war halt noch Elektronik der alten Schule ... ;-)

Um das Gerätchen reparieren zu können, und auch weil mich die Schaltung und wie Hagenuk das gemacht hat, interessiert, hab ich mir mal die Mühe gemacht, den Schaltplan herauszuzeichnen. Nach einiger Hirnaktivität und einem zwischenzeitlichen mittelschweren Wottsefack! aufgrund eines Fehlers in meinem 4000er-Datenbuch (Murphy lauert wirklich überall!!) ...

Die Schaltung

... ist es mir dann doch gelungen, dem Kästchen sein Geheimnis zu entlocken.

Die Schaltung

Hier kann man den nachgezeichneten Schaltplan als PDF herunterladen.

Netzteil

Auf der 1. Seite ist oben die Stromversorgung zu sehen. Das Steckernetzteil besitzt drei Ausgangsspannungen, von denen aber nur zwei genutzt werden. Die 24V des Netzteils werden gleichgerichtet, gepuffert und mit einem LM317 auf etwa 20V stabilisiert. Ein zweiter Regler vom Typ 7812 generiert stabile 12V für die Versorgung der Logikbausteine.

Telefonanschlüsse

Das "Feuerwehrtelefon" ist am oberen Anschluss (P5 und P6) angeschlossen. Über das Relais REL1 kann die 50V-Klingelspannung vom Netzteil auf die Leitungen geschaltet werden, um das Telefon klingeln zu lassen. Die Erkennung, ob der Hörer abgenommen wurde, erfolgt über den Optokoppler IC2. Bei abgenommenem Hörer fließt ein Gleichstrom über R11, die Dioden in IC2 bzw. R9 und das Telefon, so dass am Ausgang des Optokopplers am Signal TEL2 ein Low-Pegel ansteht (Ruhezustand: High).

Genauso funktioniert es bei Telefon 2. Hier dient der Optokoppler IC3 nicht nur zur Erkennung, ob der Hörer abgenommen wird, sondern er leitet auch die Wählimpulse an die Schaltung weiter. Bei Telefonen mit Impulswahlverfahren werden die Ziffern übertragen, indem der Stromfluss im Telefon kurzzeitig (ca. 60ms) unterbrochen wird, für eine 1 kommt ein Impuls, für eine 2 zwei Impulse und so weiter. Zwischen den einzelnen Ziffern folgt eine längere Pause. (Näheres zum Impulswahlverfahren findet ihr zum Beispiel hier.)

Um zwischen den Telefonen sprechen zu können, ist C7 vorgesehen, der die Audiosignale bei hergestellter Verbindung zwischen beiden Telefonen koppelt. Die Versorgung der Telefone erfolgt weiterhin über R11/IC2/R9 und R12/IC3/R10. Über C8 wird schließlich das Freizeichen und der Wählton in das Telefon 2 eingekoppelt.

Wähltongenerator und Klingelschaltung

Das Freizeichen und der Wählton werden von einem NE555-Timer-IC generiert. Es ist als astabiler Multivibrator geschaltet und erzeugt einen Ton, dessen Höhe mit dem Trimmer P9 eingestellt werden kann (im deutschen Telefonnetz hat er eine Frequenz von 425Hz). Über R23/C17 und R24/R25 wird das Rechtecksignal noch etwas gefiltert und abgeschwächt und gelangt dann über C8 auf das Notruftelefon.

Der Ton wird jedoch nicht ständig ausgegeben. Über den Reset-Eingang des NE555 wird die Freigabe des Tons gesteuert. Über D7 wird er aus der Logik dauerhaft freigeschaltet, wenn der Wählton (ertönt dann, wenn man den Hörer abhebt und noch nicht gewählt hat) ausgegeben werden soll. Außerdem wird der Ton ausgegeben, wenn das zweite Telefon klingelt. Dazu gibt es einen zweiten astabilen Multivibrator, der mit den Transistoren T2 und T3 aufgebaut ist. Er schaltet zum einen das Relais, um die Klingelspannung an das 1.Telefon zu legen, zum anderen gibt er den Timer frei, um für das 2.Telefon das Freizeichen zu generieren. Das Timing ist wegen der unterschiedlichen Kapazitäten von C14 und C16 asynchron, ca. 1 Sekunde Klingeln - 4 Sekunden Pause. Dieser Schaltungsteil wird auch aus der Logik freigegeben, wenn das Signal FREIZEICHEN Low ist, wird der Multivibrator über D11 gesperrt.

Impulsverarbeitung

Auf der zweiten Seite ist die Logik dargestellt. Am Signal TEL2 kommen die Wählimpulse des 2.Telefons an. Nach dem Abheben ist hier eine High-Low-Flanke, die über U2A, das Filterglied um D2, R5, R3 und C2 sowie U4F, U4B und C5 einen kurzen Impuls an den Set-Eingang des Flipflops U1A ausgibt. Dessen Ausgang geht dann auf High und gibt den Wählton frei (Dauerton). Gleichzeitig werden die Zähler U3A, U3B und das Register U8A geresettet. Wenn dann die Nummer gewählt wird, gelangen die Wählimpulse über U2B an den Reseteingang des Flipflops und schalten den Wählton wieder ab, außerdem werden die Impulse vom Zähler U3A gezählt.

Über D1 und das Filterglied R2, C3 und R4 werden die einzelnen Ziffern maskiert, d.h. am Ausgang von U2E sieht man dann einen EINZELNEN High-Impuls für jede Ziffer. Mit dem Zähler U3B wird also gezählt, wie viele Ziffern gewählt wurden. Das Signal TEL1 ist bei aufgelegtem 1.Telefon high, deswegen gelangen diese Impulse auch über das UND-Gatter U7A auf das Register U8A, das den Zustand des niederwertigsten Bits von U3A jeweils eintaktet.

Rufnummernauswertung

Das Feuerwehrtelefon darf natürlich nur klingeln, wenn auch wirklich die 112 gewählt wurde. Um das sicherzustellen, gibt es insgesamt drei Mechanismen. Es muss die richtige Anzahl an Impulsen aus allen Ziffern eintreffen, also 1+1+2 = 4 Impulse. Diese werden mit U3A gezählt. Der Zähler läuft solange hoch, bis über ein High an Q4 (nach 8 Impulsen) der Enable-Eingang über U2C gesperrt wird. Bei 4 Impulsen muss Q1=Low, Q2=Low, Q3=High und Q4=Low sein. Diese Bedingung wird mit den Invertern U4E, U4D und den UND-Gattern U7D und U7C abgebildet. Der Ausgang von U7C ist nach 4 eingetroffenen Wählimpulsen High.

Der zweite Mechanismus betrifft die Anzahl der gewählten Ziffern, für die 112 also 3. Die Anzahl wird mit U3B gezählt, einem Zähler der bei einem Zählerstand 4 (Q3=Low) über U2D verriegelt wird. Bei 3 Ziffern muss Q1=High, Q2=High und Q3=Low sein, was mit U5A und U5B abgeprüft wird. Am Ausgang von U5B liegt dann ein High an.

Der dritte Mechanismus schließlich kümmert sich um die Reihenfolge der gewählten Ziffern. Man könnte ja mit den ersten beiden Mechanismen auch die Rufnummer 121 oder 211 wählen, diese wären auch gültig und würden zum Klingeln des Telefons führen. Um das zu vermeiden, wird mit dem Register U8A jeweils das niederwertigste Bit von U3A gleich während des ersten Wählimpulses der jeweiligen Ziffer weggetaktet. Dieses ist High nach der ersten Ziffer 1, Low nach der zweiten Ziffer 1, und wieder High nach der letzten Ziffer 2. Somit müssen von U8A Q1=High, Q2=Low und Q3=High sein, was mit dem UND-Gatter U7B abgeprüft wird.

Die drei Mechanismen werden anschließend über die UND-Gatter U5D und U5C zum Signal FREIZEICHEN verknüpft, welches das Feuerwehr-Telefon klingeln lässt. Wird es abgehoben, wird das Signal TEL1 Low und generiert über U4A, T1, und U7A eine Low-High-Flanke am Ausgang von U4C. Diese Flanke taktet das Register U8A weiter, so dass der Ausgang von U7B Low wird somit auch die Freigabe des Freizeichens wieder wegfällt. Anschließend kann zwischen beiden Telefonen ganz normal gesprochen werden.

Die Reparatur

Nachdem die Schaltung und deren Funktion verstanden ist, war die Reparatur nicht mehr schwierig. Der Wählton war ständig und ohne Pause zu hören, ansonsten arbeitete die Schaltung so, wie sie sollte. Ich bin also mit dem Oszi an den Reset-Eingang von IC4, und sah, dass die Freigabe für den NE555 richtig kommt: Sie war nach dem Abheben des Hörers von Telefon 2 Low, nach dem Wählen der Nummer konnte ich das Signal im Takt mit dem Relais wechseln sehen, und nach Abheben von Telefon 1 war es ständig High. Also muss der NE555 defekt sein, wenn er nicht mehr auf seinen RESET-Eingang hört. Darauf deuten auch die Spuren auf der Platine hin, offenbar ist der mal etwas heißer geworden:

Gettin hot ...

Also hab ich den getauscht, zur Sicherheit gleich mal ne Fassung spendiert (siehe Foto oben, das ist schon nach der Reparatur), und siehe da - es funktioniert wieder alles! So muss das.

Fazit: Nicht nur eine Schaltung repariert, sondern auch noch ein paar Grundlagen über analoge Telefone und Wählverfahren gelernt. :-)