對(duì)上游水庫(kù)水情的可靠準(zhǔn)確掌握是實(shí)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(shí)的掌握,。因此,，某灌區(qū)管理局?jǐn)M對(duì)其上游三座水庫(kù)進(jìn)行水庫(kù)水位的遠(yuǎn)程遙測(cè)，鑒于水庫(kù)均處于山區(qū),，用無(wú)線(xiàn)傳輸?shù)姆绞绞褂梅奖?，但信?hào)強(qiáng)度可能不穩(wěn)定，因而采用有線(xiàn)方式,。有線(xiàn)方式種類(lèi)較多,，主要有雙絞線(xiàn)(如網(wǎng)線(xiàn)、電話(huà)線(xiàn)),、同軸電纜和光纖等,，專(zhuān)用電纜的鋪設(shè)一次性投資較高，運(yùn)行期間需專(zhuān)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(fèi)用,，也不用聘用專(zhuān)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(huà)線(xiàn),，即PSTN方式,。
1 系統(tǒng)組成
本遙測(cè)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(cè)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(duì)超聲波傳感器測(cè)到的水位信號(hào)進(jìn)行編碼,，并通過(guò)電話(huà)線(xiàn)傳送到調(diào)度中心，前端機(jī)工作模式為被動(dòng)式,，即不進(jìn)行自動(dòng)上報(bào)水位,，等待調(diào)度站的遙測(cè)指令，若收到正確的遙測(cè)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(cè)終端由人工操作,，只要按下招測(cè)鍵即可在液晶顯示器上顯示水庫(kù)水位。本文研究遙測(cè)終端的通訊部分,，采集終端和遙測(cè)終端的電路類(lèi)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(cè)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(duì)其通信電路進(jìn)行詳細(xì)的論述,。每個(gè)單元電路框圖如圖2所示,，主要包括CPU、電話(huà)來(lái)電振鈴檢測(cè),、模擬摘機(jī),、編碼和解碼、語(yǔ)音提示電路以及其他電路,。其他電路包括液晶顯示驅(qū)動(dòng)電路,、鍵盤(pán)掃描電路和數(shù)據(jù)采集電路。下面對(duì)幾個(gè)主要模塊電路詳細(xì)地進(jìn)行論述,。
2．2 振鈴檢測(cè)電路
公用電話(huà)網(wǎng)的傳輸線(xiàn)路為二線(xiàn)模擬線(xiàn)路,，采用直流環(huán)路信號(hào)方式，能向模擬話(huà)機(jī)提供直流饋電,、振鈴信號(hào),、話(huà)音數(shù)據(jù)、音頻數(shù)據(jù),、雙音頻數(shù)據(jù)等,。我國(guó)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)為，話(huà)機(jī)在不通話(huà)時(shí),，電話(huà)線(xiàn)中的直流電壓是48 V,。當(dāng)有電話(huà)呼入時(shí)，同時(shí)還有(25±15)V,、25 Hz的正弦信號(hào)加在電話(huà)線(xiàn)上,，所以向用戶(hù)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(cè)電路如圖3所示,。當(dāng)該信號(hào)進(jìn)入振鈴檢測(cè)電路后，首先用電容C41進(jìn)行隔直,，交流信號(hào)經(jīng)過(guò)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(hào)可以直接被CPU檢測(cè),。
2．3 模擬摘機(jī)電路
當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到有振鈴,，且振鈴次數(shù)為3次，就“接通”電話(huà),，這里采用模擬摘機(jī)電路,，如圖4所示。用戶(hù)話(huà)機(jī)的摘掛機(jī)狀態(tài),，是通過(guò)對(duì)直流環(huán)路上電流的通斷來(lái)實(shí)現(xiàn)的,。用戶(hù)掛機(jī)時(shí)，直流環(huán)路開(kāi)路,，電流為0,；反之，用戶(hù)摘機(jī)后,，直流環(huán)路接通,，饋電電流在20 mA以上。因?yàn)槌炭仉娫?huà)交換機(jī)對(duì)電話(huà)摘機(jī)的響應(yīng),，交換機(jī)檢測(cè)到回路電流變大就認(rèn)為電話(huà)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(kāi)通,，然后將PNP三極管VQ201的基極電位拉低,，VQ201開(kāi)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(kāi)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(gè)帶有呼叫處理濾波器的單片DTMF信號(hào)收發(fā)器,。DTMF信號(hào)的接收部分采用DTMF信號(hào)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(kāi)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(hào),。內(nèi)部寄存器提供一個(gè)群模式,。在雙音頻群模式下DTMF信號(hào)可以通過(guò)精確的時(shí)序被發(fā)送出去?？蛇x擇呼叫處理濾波器讓一個(gè)微處理器處理呼叫音頻信號(hào),。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(hào)的輸入端，本設(shè)計(jì)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(hào)的耦合方式上采用阻容隔離，由C10來(lái)實(shí)現(xiàn),；OSC1和OSC2是TDMF時(shí)鐘輸入端,，Y1是石英晶體時(shí)鐘，頻率為3．579 545 MHz,；TONE是雙音頻信號(hào)輸出端,；R／W是讀寫(xiě)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(shí),，當(dāng)收到有效DTMF信號(hào)或準(zhǔn)備發(fā)送DTMF信號(hào)時(shí)該端由高電平變到低電平,；在呼叫處理模式(CP)且檢測(cè)到有效信號(hào)音時(shí)，該端輸出方波,；D0-3是寫(xiě)入命令或讀出狀態(tài)的數(shù)據(jù)線(xiàn),。
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(hào)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(gè)8位雙向IO口可直接控制鍵盤(pán)輸入,、液晶輸出、聲音播放,、模擬摘機(jī),、振鈴檢測(cè)、譯碼和解碼芯片而無(wú)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(guān)察和修改存儲(chǔ)器和寄存器,，支持?jǐn)帱c(diǎn)、觀(guān)察點(diǎn),、單步及運(yùn)行和停機(jī)命令,。在使用JTAG調(diào)試時(shí)，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(gè)串口(與人機(jī)界面通訊,，與傳感器通訊),、1個(gè)I2C口(用于EEPROM)、中斷入口(振鈴檢測(cè))和1個(gè)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(hào)調(diào)理部分,、存儲(chǔ)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(yàn),，經(jīng)過(guò)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(wú)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,。