對上游水庫水情的可靠準確掌握是實現(xiàn)灌區(qū)配水調(diào)度,、科學管理的先決條件,，水情信息主要是靠人工完成，人為因素影響較大，做不到準確及時的掌握,。因此,，某灌區(qū)管理局擬對其上游三座水庫進行水庫水位的遠程遙測，鑒于水庫均處于山區(qū),，用無線傳輸?shù)姆绞绞褂梅奖?，但信號強度可能不穩(wěn)定，因而采用有線方式,。有線方式種類較多,，主要有雙絞線(如網(wǎng)線、電話線),、同軸電纜和光纖等,，專用電纜的鋪設一次性投資較高，運行期間需專業(yè)人員維護,。而采用租用電纜的方式則可免去一次性投資的費用,，也不用聘用專業(yè)職員，而且在通信數(shù)據(jù)量不大的情況下,，運行成本低,。因此，本方案在通信方式上采用租用電話線,，即PSTN方式,。
1 系統(tǒng)組成
本遙測系統(tǒng)由超聲波水位傳感器、采集前端機,、電信交換機和調(diào)度站遙測終端組成,，如圖1所示。超聲波傳感器采集水位信息,，采集前端機對超聲波傳感器測到的水位信號進行編碼,，并通過電話線傳送到調(diào)度中心，前端機工作模式為被動式,，即不進行自動上報水位,，等待調(diào)度站的遙測指令，若收到正確的遙測指令立即將采集的數(shù)據(jù)傳到調(diào)度中心,；調(diào)度站遙測終端由人工操作,，只要按下招測鍵即可在液晶顯示器上顯示水庫水位。本文研究遙測終端的通訊部分,，采集終端和遙測終端的電路類似,。
2 單元電路
2．1 硬件系統(tǒng)組成
本系統(tǒng)主要分2部分，即遙測終端和采集前端機,，兩者之間雙工通訊,，其通訊電路基本相同,，本文主要對其通信電路進行詳細的論述。每個單元電路框圖如圖2所示,，主要包括CPU,、電話來電振鈴檢測、模擬摘機,、編碼和解碼,、語音提示電路以及其他電路。其他電路包括液晶顯示驅(qū)動電路,、鍵盤掃描電路和數(shù)據(jù)采集電路,。下面對幾個主要模塊電路詳細地進行論述,。
2．2 振鈴檢測電路
公用電話網(wǎng)的傳輸線路為二線模擬線路,，采用直流環(huán)路信號方式，能向模擬話機提供直流饋電,、振鈴信號,、話音數(shù)據(jù)、音頻數(shù)據(jù),、雙音頻數(shù)據(jù)等,。我國規(guī)定的標準為，話機在不通話時,，電話線中的直流電壓是48 V,。當有電話呼入時，同時還有(25±15)V,、25 Hz的正弦信號加在電話線上,，所以向用戶振鈴的鈴流電壓為(75±15)V、25 Hz的交流電壓,。振鈴以5 s為周期,，即1 s送，4 s斷,。振鈴檢測電路如圖3所示,。當該信號進入振鈴檢測電路后，首先用電容C41進行隔直,，交流信號經(jīng)過穩(wěn)壓管VD41降壓30 V,，然后輸入到光電耦合器進行轉換，電阻R41起限流作用,。光電耦合器輸出的信號可以直接被CPU檢測,。
2．3 模擬摘機電路
當系統(tǒng)檢測到有振鈴，且振鈴次數(shù)為3次,，就“接通”電話,，這里采用模擬摘機電路,，如圖4所示。用戶話機的摘掛機狀態(tài),，是通過對直流環(huán)路上電流的通斷來實現(xiàn)的,。用戶掛機時，直流環(huán)路開路,，電流為0,；反之，用戶摘機后,，直流環(huán)路接通,，饋電電流在20 mA以上。因為程控電話交換機對電話摘機的響應,，交換機檢測到回路電流變大就認為電話機已經(jīng)摘機,。圖4中，NPN三極管VQ202接收到CPU控制端發(fā)出的高電平就開通,，然后將PNP三極管VQ201的基極電位拉低,，VQ201開通，即直流環(huán)路接通,，R203(300 Ω)是限流電阻,，B201是整流橋，保證VQ201一直開通,。
2．4 編碼譯碼電路
編碼譯碼電路采用MITEL公司的低功耗,、高穩(wěn)定性芯片MT8880，這是一個帶有呼叫處理濾波器的單片DTMF信號收發(fā)器,。DTMF信號的接收部分采用DTMF信號接收單片機MT8870的工業(yè)制造標準,；發(fā)送部分采用開關電容進行D／A轉換發(fā)送高精度、低畸變的DTMF信號,。內(nèi)部寄存器提供一個群模式,。在雙音頻群模式下DTMF信號可以通過精確的時序被發(fā)送出去?？蛇x擇呼叫處理濾波器讓一個微處理器處理呼叫音頻信號,。圖5是編碼解碼電路，IN+,、IN-分別為內(nèi)部放大器的同相輸入端和反相輸入端,，即接收DTMF信號的輸入端，本設計采用單端輸入,；GS是內(nèi)部放大器的輸出端,，R10和R11可調(diào)節(jié)增益；信號的耦合方式上采用阻容隔離,，由C10來實現(xiàn),；OSC1和OSC2是TDMF時鐘輸入端,，Y1是石英晶體時鐘，頻率為3．579 545 MHz,；TONE是雙音頻信號輸出端,；R／W是讀寫控制端，RS0是內(nèi)部寄存器控制端,，用于操作內(nèi)部寄存器,；IRQ／CP在雙音頻模式并且在中斷模式(IRQ)時，當收到有效DTMF信號或準備發(fā)送DTMF信號時該端由高電平變到低電平,；在呼叫處理模式(CP)且檢測到有效信號音時,，該端輸出方波；D0-3是寫入命令或讀出狀態(tài)的數(shù)據(jù)線,。
2．5 CPU及其最小系統(tǒng)
CPU采用silicom公司的單片機C8051F021,，這是一款混合信號ISP FLASH、高速8051內(nèi)核的微控制器,。片內(nèi)集成多路12位和8位ADC,，為數(shù)據(jù)采集提供方便,；4個8位雙向IO口可直接控制鍵盤輸入,、液晶輸出、聲音播放,、模擬摘機,、振鈴檢測、譯碼和解碼芯片而無需外擴IO口,；片內(nèi)JTAG調(diào)試電路可進行非侵入式(不占用片內(nèi)資源),、全速、在系統(tǒng)調(diào)試,。該調(diào)試系統(tǒng)支持觀察和修改存儲器和寄存器,，支持斷點、觀察點,、單步及運行和停機命令,。在使用JTAG調(diào)試時，所有的模擬和數(shù)字外設都可全功能運行,。圖6是單片機的最小系統(tǒng),。U1是單片機；其P0口主要是多功能口,，有2個串口(與人機界面通訊,，與傳感器通訊)、1個I2C口(用于EEPROM),、中斷入口(振鈴檢測)和1個通用IO口(模擬摘機),；P1口主要完成和MC8880的通訊,；P2口和部分P3和ISD1420相連；AD口可連接傳感器,；另外,，還有復位電路(由圖6中R1、R2,、C3和C4組成),，J1接口是JTAG接口用于調(diào)試和下載程序，振蕩電路(由X1,、C1和C2組成),。
2．6 其他電路
除了上述的CPU和PSTN通訊部分電路外，本系統(tǒng)還有電源電路,、信號調(diào)理部分,、存儲電路和串口電平轉換電路，由于篇幅有限不在這里論述,。
3 結論
本文提出的方案和具體電路在陜西某灌區(qū)進行了試驗,，經(jīng)過30天的不間斷工作，結果表明,，該方案是可行的也是可靠的,，硬件電路是正確的，可達到無人值守或少人值守的要求,，為后續(xù)進一步生產(chǎn)推廣提供技術保障,。