廣播電視發(fā)射臺(tái)發(fā)射機(jī)房溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘 要 針對(duì)廣播電視發(fā)射臺(tái)發(fā)射機(jī)房現(xiàn)有的情況，為實(shí)現(xiàn)廣播電視發(fā)射臺(tái)發(fā)射系統(tǒng)真正意義的全自動(dòng)，設(shè)計(jì)該系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以對(duì)發(fā)射機(jī)房所設(shè)置的各個(gè)點(diǎn)進(jìn)行溫度的檢測(cè)，以取代現(xiàn)有的靠人工記錄，溫度計(jì)顯示的模式，有助于對(duì)整個(gè)發(fā)射系統(tǒng)參數(shù)的掌握并實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制。

關(guān)鍵詞 發(fā)射機(jī)房 溫度監(jiān)測(cè) RS485接口 SQL2000數(shù)據(jù)庫 VB語言

中圖分類號(hào)：TP311.52 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

目前我國大部分廣播電視發(fā)射臺(tái)均是由中央控制室和獨(dú)立的發(fā)射機(jī)房構(gòu)成，值班人員在中央控制室負(fù)責(zé)全部的播出業(yè)務(wù)。發(fā)射機(jī)房內(nèi)無人值班，只進(jìn)行定期的巡視。雖然現(xiàn)階段機(jī)房安裝的各種進(jìn)口高功率發(fā)射機(jī)，性能穩(wěn)定，自我保護(hù)功能完善，但目前發(fā)射機(jī)在一些關(guān)鍵點(diǎn)上設(shè)置的溫度傳感器，僅僅是為了保護(hù)設(shè)備安全的開關(guān)式傳感器，無法在溫度越限之前提供有效溫度的信息，這就導(dǎo)致整個(gè)機(jī)房和重要設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行溫度等數(shù)據(jù)信息不能及時(shí)反饋到中央控制室，這就成為整體可靠運(yùn)行的一個(gè)缺口。鑒于此，安裝一套監(jiān)測(cè)范圍廣、采集精度高、運(yùn)行穩(wěn)定、報(bào)警靈敏的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)顯得尤其重要，對(duì)當(dāng)前“有人留守，無人值班”運(yùn)行模式下的安全播出提供又一個(gè)可靠的保障。

本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)分為硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩方面：

1 硬件設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)構(gòu)建

發(fā)射臺(tái)內(nèi)只有控制值班室是24小時(shí)有人值班，因此采集到的數(shù)據(jù)信息最后必須統(tǒng)一在控制值班室顯示和報(bào)警。控制值班室和發(fā)射機(jī)房雖然在一棟建筑內(nèi)，但相隔距離較遠(yuǎn)，而且發(fā)射機(jī)房也由主機(jī)部分、饋線部分和冷凝器設(shè)備等幾個(gè)獨(dú)立空間，面積大、設(shè)備多、分布廣、傳輸距離遠(yuǎn)，另外需要溫度檢測(cè)的點(diǎn)比較多，直接由主機(jī)訪問所有的傳感器難度較大。因此整個(gè)系統(tǒng)必須采取分布式的架構(gòu)，即每個(gè)機(jī)房作為一個(gè)獨(dú)立單元，由一個(gè)下位機(jī)模塊統(tǒng)一采集管理這些采集點(diǎn)，在中央控制室設(shè)立上位機(jī)，對(duì)所有的下位機(jī)進(jìn)行統(tǒng)一的管理，形成上位機(jī)、下位機(jī)和傳感器這種分布式系統(tǒng)架構(gòu)，使結(jié)構(gòu)清晰，管理方便，而且易于擴(kuò)展。

在系統(tǒng)通訊方面，RS485接口規(guī)范的通信模式，傳輸速度快、抗干擾能力強(qiáng)、布線少、接入方便，被廣泛采用。但RS485的通信距離為1.2千米左右，考慮到有效的傳輸性能，距離會(huì)更短一些，因此在一個(gè)機(jī)房內(nèi)使用RS485總線比較合適，但從機(jī)房到中央控制室的距離較遠(yuǎn)、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣，使用RS485總線在傳輸上難以滿足系統(tǒng)需求，另外總線位置相對(duì)固定，不利于后期的調(diào)整。隨著信息化的蓬勃發(fā)展，目前各臺(tái)站的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)日趨完善，尤其臺(tái)內(nèi)網(wǎng)的建設(shè)方面都已比較成熟，在各機(jī)房都可以方便地接入網(wǎng)絡(luò)，因此采用臺(tái)內(nèi)網(wǎng)連接上位機(jī)和下位機(jī)，可以用最少的用線量和最低的施工成本實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與下位機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸，利用網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)不僅使子系統(tǒng)接入方便，而且上位機(jī)可以設(shè)置在任意一個(gè)網(wǎng)絡(luò)終端，更加靈活方便。

1.2 硬件的選擇

1.2.1 傳感器的選擇

在傳感器的選擇上主要考慮以下幾方面問題：（1）需要采集的點(diǎn)較多，設(shè)備類型和安裝位置多樣化，所以需要傳感器體積較小，方便安裝；（2）需要傳感器工作范圍較寬，從–25€癈 ～+120€癈以上，且在此范圍內(nèi)有較好的工作穩(wěn)定性和測(cè)量精度；（3）需要傳感器有較強(qiáng)的抗干擾能力；（4）傳感器接入系統(tǒng)方便，硬件開銷小。通過考察市場(chǎng)和相應(yīng)的研究，發(fā)現(xiàn)采用符合一線制（1-Wire）的數(shù)字溫度傳感器DS18B20比較適合當(dāng)前系統(tǒng)。

1-Wire總線是美國Dallas公司的一項(xiàng)專有技術(shù)——單總線技術(shù)(1-Wire Bus Technology)，該技術(shù)在理論上每條總線連接的1-Wire器件數(shù)量可達(dá)248支，適用于單主機(jī)、多從設(shè)備的系統(tǒng)。它與其他串行通信方式最大的不同在于它采用單一信號(hào)線，同時(shí)傳輸時(shí)鐘又傳輸數(shù)據(jù)，而且數(shù)據(jù)傳輸是雙向的。1-Wire使用較低的數(shù)據(jù)傳輸速率，通常是用來溝通小型設(shè)備，如數(shù)位溫度計(jì)等。1-Wire有兩種速率：標(biāo)準(zhǔn)模式16kbps，驅(qū)動(dòng)模式142kbps。

DS18B20是由美國DALLAS公司生產(chǎn)的數(shù)字溫度傳感器，支持單總線數(shù)據(jù)通信；有超小的體積，多種封裝方式，封裝后的DS18B20可用于各種非極限溫度場(chǎng)合。適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測(cè)溫和控制領(lǐng)域。溫度在檢測(cè)點(diǎn)即轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸出全集成于一個(gè)芯片之上，從而抗干擾能力更強(qiáng)；測(cè)溫范圍寬，檢測(cè)范圍可達(dá)-55€癈 ～ +125€癈；每個(gè)傳感器內(nèi)置產(chǎn)品序列號(hào)（ID），方便多機(jī)掛接；對(duì)溫度反應(yīng)靈敏，傳輸速度快；傳感器內(nèi)含CRC校驗(yàn)碼，更有效地保證了數(shù)據(jù)交換的可靠性。

多個(gè)DS18B20并聯(lián)在一根總線上，采用碼分多址、串行方式進(jìn)行訪問，訪問過程一般分為三步：首先系統(tǒng)反復(fù)操作搜索每個(gè)傳感器的內(nèi)置產(chǎn)品序列號(hào)，然后啟動(dòng)所有在線DS18B20進(jìn)行溫度檢測(cè)，最后逐個(gè)讀出DS18B20的輸出溫度。

1.2.2 下位機(jī)的設(shè)計(jì)

下位機(jī)即數(shù)據(jù)采集器是聯(lián)系溫度傳感器和上位機(jī)的紐帶，是現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的處理和轉(zhuǎn)發(fā)，向下傳遞給統(tǒng)一管理所有的溫度傳感器，采集各個(gè)點(diǎn)的溫度，向上響應(yīng)上位機(jī)的訪問請(qǐng)求并傳送數(shù)據(jù)。

通過市場(chǎng)調(diào)研，發(fā)現(xiàn)市場(chǎng)上有專門針對(duì)DS18B20的數(shù)據(jù)采集器，每個(gè)數(shù)據(jù)采集器同時(shí)支持8條單總線，每條總線支持16個(gè)溫度傳感器，即一個(gè)采集器可以管理128個(gè)傳感器，滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要。數(shù)據(jù)采集器在初始化中讀取所有總線上的每個(gè)溫度傳感器ID，然后按照一定的延時(shí)循環(huán)讀取每個(gè)傳感器的溫度信息，并將每個(gè)代表溫度信息的二進(jìn)制碼轉(zhuǎn)換為易識(shí)別的十進(jìn)制溫度值，存入對(duì)應(yīng)的不同數(shù)據(jù)寄存器中，隨時(shí)準(zhǔn)備響應(yīng)上位機(jī)的訪問。數(shù)據(jù)采集器與上位機(jī)的連接采用RS485協(xié)議規(guī)范，在同一現(xiàn)場(chǎng)，可以將多個(gè)數(shù)據(jù)采集器通過RS485總線相連構(gòu)成一個(gè)小型的采集網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行更多采集點(diǎn)的管理。另外數(shù)據(jù)采集器支持Modbus協(xié)議，方便程序的通用性，便于以后系統(tǒng)的擴(kuò)展。

Modbus協(xié)議是應(yīng)用于電子控制器上的一種通用語言，已成為一個(gè)通用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。通過此協(xié)議，不同廠商生產(chǎn)的控制設(shè)備可以組成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行集中監(jiān)控。

Modbus的物理層和RS232/485等都是一樣的，屬于串行通信，二進(jìn)制從左到右傳輸，一般來說，標(biāo)準(zhǔn)Modbus組成包括四部分：（1）地址碼；（2）功能碼；（3）數(shù)據(jù)區(qū)；（4）CRC校驗(yàn)。Modus支持一主多從，主機(jī)發(fā)出命令，只能是地址相對(duì)的從機(jī)回應(yīng)，從機(jī)和從機(jī)之間無法通信。

數(shù)據(jù)采集器與網(wǎng)絡(luò)間的接口轉(zhuǎn)換通過串口服務(wù)器實(shí)現(xiàn)，利用市場(chǎng)上成熟的硬件產(chǎn)品可以方便地將RS485接口轉(zhuǎn)換為RJ45接口，而且通過為每個(gè)串口服務(wù)器配置不同的虛擬串口，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同數(shù)據(jù)采集器方便快捷的訪問。

2 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)下位機(jī)采用市場(chǎng)成熟產(chǎn)品，因此不需要額外編程，僅需要根據(jù)廠家提供的資料對(duì)設(shè)備進(jìn)行訪問即可，因此軟件的編寫主要是對(duì)上位機(jī)的軟件編寫，主要包括兩方面：（1）對(duì)下位機(jī)的訪問，包括對(duì)下位機(jī)的訪問設(shè)置和溫度數(shù)據(jù)的讀取；（2）用戶界面及相關(guān)的數(shù)據(jù)處理程序。

上位機(jī)的軟件編寫采用VB和SQL2000兩種編寫模式，采用兩層結(jié)構(gòu)。

第一層主要實(shí)現(xiàn)：（1）總界面的編寫，實(shí)現(xiàn)與用戶的交互和重要數(shù)據(jù)的顯示。（2）從總體上管理各個(gè)機(jī)房，響應(yīng)各機(jī)房如報(bào)警等公共數(shù)據(jù)。

第二層主要實(shí)現(xiàn)：（1）各機(jī)房子界面的系統(tǒng)編寫。（2）訪問各機(jī)房的溫度數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和相應(yīng)的響應(yīng)。

采用這種結(jié)構(gòu)使整個(gè)程序結(jié)構(gòu)清晰，每個(gè)機(jī)房訪問各自機(jī)房的下位機(jī)和傳感器，獨(dú)立處理采集的數(shù)據(jù)并進(jìn)行報(bào)警和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等相關(guān)工作，因此程序可以方便地進(jìn)行擴(kuò)展，如增加或減少機(jī)房數(shù)量，程序的編寫和維護(hù)也更加清晰和簡(jiǎn)單。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)可以采用兩種方式：一是按固定時(shí)間間隔存儲(chǔ)所有溫度數(shù)據(jù)；二是判斷每個(gè)點(diǎn)溫度的變化值，當(dāng)溫差超過設(shè)定的值后存儲(chǔ)該溫度值。第一種存儲(chǔ)方式在后期查詢中溫度變化信息顯示更直觀，由于周期固定，數(shù)據(jù)分析也更容易實(shí)現(xiàn)。但因?yàn)椴杉c(diǎn)多、數(shù)據(jù)量相當(dāng)大，幾天運(yùn)行下來數(shù)據(jù)就達(dá)百萬條之多，對(duì)數(shù)據(jù)庫是個(gè)不小的負(fù)擔(dān)，因此也影響到后期檢索的速度。第二種方法雖然具有精細(xì)度和連續(xù)性稍差的缺陷，但可以有效地控制數(shù)據(jù)量，同時(shí)在程序正常運(yùn)行下也不影響對(duì)設(shè)備運(yùn)行情況的判斷，因此最后決定采用第二種存儲(chǔ)方法。從目前使用看，效果良好。

在程序設(shè)計(jì)時(shí)，為了更直觀反映設(shè)備長期的工作狀態(tài)，程序自動(dòng)分析并存儲(chǔ)每個(gè)采集點(diǎn)每天溫度的最值和歷史溫度的最值，并將一些重要設(shè)備的最值溫度顯示在主界面上。

監(jiān)測(cè)主界面按機(jī)房設(shè)備的實(shí)際位置繪制，每個(gè)點(diǎn)代表每個(gè)傳感器，其在界面上的位置也盡量按照實(shí)際位置放置，便于值班人員直觀了解各位置的運(yùn)行信息，正常工作時(shí)，傳感器為綠色，報(bào)警時(shí)為紅色，不工作時(shí)為灰色。同時(shí)設(shè)置報(bào)警顯示框，可以方便查看連續(xù)發(fā)生的報(bào)警信息。當(dāng)有報(bào)警信息時(shí)，通過聲音、顏色、對(duì)話框等多種形式進(jìn)行提醒。

界面也按照設(shè)備實(shí)際位置繪制，實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前采集的溫度，當(dāng)有報(bào)警時(shí)，越限的溫度用紅色顯示。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的需要注意的問題

機(jī)房有多部大功率發(fā)射機(jī)，總功率高達(dá)幾千KW，工作頻率從幾MHz到幾十MHz，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過程中出現(xiàn)的一些問題大多數(shù)和高頻干擾有關(guān)所以對(duì)于溫度傳感器的布局，在可以檢測(cè)到溫度的前提下，盡量遠(yuǎn)離高功率的高頻器件，如電子管、真空電容、天饋線等；下位機(jī)的布局應(yīng)考慮總線的布局，并在總線最短的前提下，接入所有的傳感器，如果跨度太大，可以多布幾根總線，同時(shí)盡量減少總線的分支，另外下位機(jī)的布局也要考慮離網(wǎng)絡(luò)接入端盡可能近些，最好安裝在帶有高頻屏蔽的柜子里。

在系統(tǒng)器件的選擇時(shí)，應(yīng)采用高品質(zhì)的器件，如總線和接插件，質(zhì)量較次的器件在正常環(huán)境中的測(cè)試和實(shí)驗(yàn)都正常，但在此系統(tǒng)如此惡劣的環(huán)境中長期使用時(shí)，將成為系統(tǒng)的隱患，所以要采用品質(zhì)高的元器件。

雖然在硬件設(shè)計(jì)和施工時(shí)進(jìn)行了很多的處理防止錯(cuò)誤信號(hào)的產(chǎn)生，但在大量的數(shù)據(jù)采集、并在多變的（下轉(zhuǎn)第182頁）（上接第176頁）高頻環(huán)境中，仍不能完全杜絕錯(cuò)誤數(shù)據(jù)的返回，因此在設(shè)計(jì)軟件時(shí)必須考慮對(duì)錯(cuò)誤數(shù)據(jù)的處理。錯(cuò)誤數(shù)據(jù)主要分兩種：一是完全范圍外的數(shù)據(jù)，如（-99.9），當(dāng)返回此類數(shù)據(jù)時(shí)可以直接丟棄；二是數(shù)據(jù)屬于正常范圍內(nèi)，但與上一次的采集數(shù)據(jù)相差較大，因此對(duì)于此類數(shù)據(jù)采用多次比較的方法，只有對(duì)連續(xù)多次返回的數(shù)據(jù)相差較小的情況，才將此數(shù)據(jù)認(rèn)為是當(dāng)前采集點(diǎn)的正確返回值。

4 系統(tǒng)的完善想法

目前系統(tǒng)已可投入使用，但在以下幾方面仍可以進(jìn)一步改進(jìn)，使系統(tǒng)更趨于完整和完善：（1）目前濕度傳感器暫未加入系統(tǒng)，可以通過支持單總線或RS485接口的傳感器方便地接入系統(tǒng)，以方便實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)房適度信號(hào)的采集；（2）擴(kuò)大監(jiān)測(cè)范圍，將其它機(jī)房的設(shè)備，如UPS、開關(guān)柜、應(yīng)急發(fā)電機(jī)等設(shè)備也進(jìn)行監(jiān)測(cè)；（3）開發(fā)網(wǎng)絡(luò)版軟件，方便在各網(wǎng)絡(luò)終端監(jiān)測(cè)和查看機(jī)房溫濕度信息；（4）開發(fā)無線通信系統(tǒng)，以便于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的遙控遙測(cè)功能。