對上游水庫水情的可靠準確掌握是實現灌區配水調度、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，用無線傳輸的方式使用方便，但信號強度可能不穩定，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，也不用聘用專業職員，而且在通信數據量不大的情況下，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 系統組成
本遙測系統由超聲波水位傳感器、采集前端機、電信交換機和調度站遙測終端組成，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，等待調度站的遙測指令，若收到正確的遙測指令立即將采集的數據傳到調度中心；調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 硬件系統組成
本系統主要分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動電路、鍵盤掃描電路和數據采集電路。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
公用電話網的傳輸線路為二線模擬線路，采用直流環路信號方式，能向模擬話機提供直流饋電、振鈴信號、話音數據、音頻數據、雙音頻數據等。我國規定的標準為，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，交流信號經過穩壓管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
當系統檢測到有振鈴，且振鈴次數為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，是通過對直流環路上電流的通斷來實現的。用戶掛機時，直流環路開路，電流為0；反之，用戶摘機后，直流環路接通，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摘機。圖4中，NPN三極管VQ202接收到CPU控制端發出的高電平就開通，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信號收發器。DTMF信號的接收部分采用DTMF信號接收單片機MT8870的工業制造標準；發送部分采用開關電容進行D／A轉換發送高精度、低畸變的DTMF信號。內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送出去。可選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是內部放大器的輸出端，R10和R11可調節增益；信號的耦合方式上采用阻容隔離，由C10來實現；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是內部寄存器控制端，用于操作內部寄存器；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的數據線。
2．5 CPU及其最小系統
CPU采用silicom公司的單片機C8051F021，這是一款混合信號ISP FLASH、高速8051內核的微控制器。片內集成多路12位和8位ADC，為數據采集提供方便；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JTAG調試電路可進行非侵入式(不占用片內資源)、全速、在系統調試。該調試系統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調試時，所有的模擬和數字外設都可全功能運行。圖6是單片機的最小系統。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，本系統還有電源電路、信號調理部分、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進行了試驗，經過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，為后續進一步生產推廣提供技術保障。