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本文介紹了一種地下水位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。該系統(tǒng)主要包括信號(hào)采集、無(wú)線(xiàn)模塊、數(shù)據(jù)處理及存儲(chǔ)三部分。該方案對(duì)提高監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的便攜性，降低成本和能耗，有一定的參考價(jià)值。
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)。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；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。
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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。
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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。光電耦合器輸出的信號(hào)可以直接被CPU檢測(cè)。
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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。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。
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2.4 編碼譯碼電路
在計(jì)算機(jī)硬件中，編碼（coding）是在一個(gè)主題或單元上為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，管理和分析的目的而轉(zhuǎn)換信息為編碼值（典型地如數(shù)字）的過(guò)程。在軟件中，編碼意味著邏輯地使用一個(gè)特定的語(yǔ)言如C或C++來(lái)執(zhí)行一個(gè)程序。在密碼學(xué)中，編碼是指在編碼或密碼中寫(xiě)的行為。用預(yù)先規(guī)定的方法將文字、數(shù)字或其他對(duì)象編成數(shù)碼，或?qū)⑿畔?、?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成規(guī)定的電脈沖信號(hào)。編碼在電子計(jì)算機(jī)、電視、遙控和通訊等方面廣泛使用。 編碼是根據(jù)一定的協(xié)議或格式把模擬信息轉(zhuǎn)換成比特流的過(guò)程。
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)。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；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；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)。
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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、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。圖6是單片機(jī)的最小系統(tǒng)。U1是單片機(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，J1接口是JTAG接口用于調(diào)試和下載程序，振蕩電路。
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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。
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工商網(wǎng)監(jiān)
評(píng)論