對上游水庫水情的可靠準(zhǔn)確掌握是實現(xiàn)灌區(qū)配水調(diào)度、科學(xué)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(zhǔn)確及時的掌握。因此，某灌區(qū)管理局?jǐn)M對其上游三座水庫進(jìn)行水庫水位的遠(yuǎn)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?qiáng)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(shè)一次性投資較高，運(yùn)行期間需專業(yè)人員維護(hù)。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(yùn)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(jī)、電信交換機(jī)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(jī)對超聲波傳感器測到的水位信號進(jìn)行編碼，并通過電話線傳送到調(diào)度中心，前端機(jī)工作模式為被動式，即不進(jìn)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(jī)，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(jìn)行詳細(xì)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(jī)、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(xì)地進(jìn)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(jī)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(biāo)準(zhǔn)為，話機(jī)在不通話時，電話線中的直流電壓是48 V。當(dāng)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(dāng)該信號進(jìn)入振鈴檢測電路后，首先用電容C41進(jìn)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(jìn)行轉(zhuǎn)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(jī)電路
當(dāng)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(jī)電路，如圖4所示。用戶話機(jī)的摘掛機(jī)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(jī)時，直流環(huán)路開路，電流為0；反之，用戶摘機(jī)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(jī)對電話摘機(jī)的響應(yīng)，交換機(jī)檢測到回路電流變大就認(rèn)為電話機(jī)已經(jīng)摘機(jī)。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(jī)MT8870的工業(yè)制造標(biāo)準(zhǔn)；發(fā)送部分采用開關(guān)電容進(jìn)行D／A轉(zhuǎn)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(shè)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(dāng)收到有效DTMF信號或準(zhǔn)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(jī)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(jī)、振鈴檢測、譯碼和解碼芯片而無需外擴(kuò)IO口；片內(nèi)JTAG調(diào)試電路可進(jìn)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?jǐn)帱c、觀察點、單步及運(yùn)行和停機(jī)命令。在使用JTAG調(diào)試時，所有的模擬和數(shù)字外設(shè)都可全功能運(yùn)行。圖6是單片機(jī)的最小系統(tǒng)。U1是單片機(jī)；其P0口主要是多功能口，有2個串口(與人機(jī)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(jī))；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(fù)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(zhuǎn)換電路，由于篇幅有限不在這里論述。
3 結(jié)論
本文提出的方案和具體電路在陜西某灌區(qū)進(jìn)行了試驗，經(jīng)過30天的不間斷工作，結(jié)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(dá)到無人值守或少人值守的要求，為后續(xù)進(jìn)一步生產(chǎn)推廣提供技術(shù)保障。