基于STM32的六路廣播調諧器的設計與實現

（廣西廣播電視無線傳播樞紐臺）

1 引言

市場常見的調諧器通常只可以實現多路監聽卻不能監測當前的信號強度、調制度等，功能單一、不全。而目前技術中心所轄臺站在用的四路調諧器接收效果和穩定性差，無場強、GPS定位等功能，因此有必要對原四路調諧器進行升級改造。根據遠程監控的實際應用需求，本系統設計一款接收效果好、穩定性好，可以監測當前信號強度、調制度的廣播調諧器，增加了GPS定位功能，用于遠場、近場接收解調臺站的發射廣播信號。對解調出來的音頻信號進行解析并可以通過設置時間表、告警門限等處理，得出場強低、無音頻、噪聲、平均調制度過低過高等告警信息，這些信息不僅可以從設備面板上以及客戶端軟件直觀的觀看，還可以通過網絡返傳中心服務器實現遠程監測，中心服務器再將調諧器上報的信息進行數據處理，實時反饋發射信息給平臺值班人員，實現臺站發射效果的實時監測告警。

2 設計目標

本系統設計的6路廣播調諧器具備以下功能：

1. 支持最多可以同時接收監測6個頻點的FM/AM節目。

2. 支持客戶端實時查看和客戶端參數設置。

3. 通信方式為UDP，接口為RJ45。

4. 天線接口為BNC接口，每個通道對應1個BNC接口。

5. 支持無音頻告警、場強低告警、調制度高告警、調制度低告警、噪聲告警等告警功能。

6. 支持輪詢監聽輸出，定時輪詢監聽每一路節目。

7. 支持網絡升級功能。

8. 支持GPS定位功能。

9. 支持設置時間表，在時間表內監測，時間表外不監測。

10. 每路音量輸出接口為蓮花頭接口，并支持數字調節音量大小。

3 系統框圖

本系統使用STM32單片機作為主控制器，6個SGM-4754AF廣播調諧器模塊進行采集，實現6個頻點的廣播信號解調，然后將解調信號進行放大處理，通過音頻接口輸出監測。并通過ENC28J60網卡，以UDP的通信方式與本地上位機客戶端及遠端中心服務器通信。本系統增加了GPS模塊，實現定位功能，并采用OLED屏顯示調諧器的基本信息。系統框圖如圖1。

圖1 六路廣播調諧器系統框圖

4 硬件設計

根據廣播調諧器的功能應用需求，對主控單元及集成模塊進行了選型。STM32F系列屬于內核為Cortex-M3的32位ARM微控制器，集成了豐富的外設接口，如RTC、定時器、CAN總線控制器、ADC、UART、SPI、I2C等，故選擇ST公司的STM32F103單片機作為主控MCU。

Silicon Labs的Si475x系列AM/FM調諧器IC提供了既具有成本效益而又功能豐富的高性能解決方案，技術指標好，接收穩定，性能可靠，可以把當前頻率、場強、信噪比都運算好后存儲在內部寄存器中，主控芯片只需要讀取即可。Si475x調諧器IC支持世界范圍的無線電頻段，擁有業界領先的高集成度，節省了許多昂貴外部元器件的需要。故選型以Si4754為核心的SGM-4754AF調諧器模塊。

調諧器模塊解調出來的信號是比較微弱的，需要對該信號做高保真放大處理。NE5532是高性能低噪聲雙運算放大器集成電路，電路成熟，它具有很好的噪聲性能，優良的輸出驅動能力及相當高的小信號帶寬，用作音頻放大時音色溫暖，保真度高。

由于此設計的廣播調諧器需要能夠數字調節輸出，用于監聽，采用數字電位器可以實現此效果。經選型，X9241內部包括一個I2C接口和4個數字電位器。每個數字電位器由電阻陣列及與之對應的滑動計數寄存器WCR、四個8為數據寄存器R0~R3等部分構成，完全滿足了電路設計的要求。

本系統采用的GPS模塊是和芯星通UM220-III N雙系統高性能GNSS模塊，能夠同時支持BD2 B1、GPS L1兩個頻點，采用串口的通信方式，可以直接與微控制器的串行口相接，外圍電路設計簡單，低成本、低功耗等優勢。圖2為部分硬件電路圖。

5 軟件設計

5.1 下位機軟件設計

通過對微控制器STM32F103的編程，實現對外圍電路的控制及傳輸。首先對系統的初始化，主要包含了單片機初始化、GPS初始化、網絡初始化、調諧器模塊初始化、數字電位器初始化等。然后啟用定時器，等待用戶對調諧器的設置，包含通信參數設置、通道參數設置、通道告警門限設置等。若系統啟動完成后，對其進行網絡參數設置，系統修改完參數后，將重新啟動，使用新的網絡參數才能與上位機連接。

當系統初始化啟動完后，設置相應頻率，開始對調諧器模塊進行解析。解析出當前頻率的場強值、調制度值、音頻有無、噪聲等狀態信息。

將當前接收到的場強值（dB）標定為發射機發射的功率值（按照實際發射功率/額定功率*100%），當接收到的場強值持續低于該標定值時，產生告警，觸發蜂鳴器告警，并主動上報客戶端以及遠端服務器。同樣，當接收到的調制度高于或低于設定值、當采集到的音頻信號低于設定的門限值時，都會產生告警，觸發蜂鳴器告警，并主動上報客戶端以及遠端服務器。

本系統增加了播出監測時間表，用戶可以根據自己的需求，自行定義本調諧器的監測時間段。

本系統使用的北斗GPS模塊，可以采集到本設備的安裝位置信息，上報給遠端服務中心，使遠端平臺能夠獲得該設備的海拔、經緯度等地理信息。

圖3為下位機軟件設計流程圖。

圖2 部分硬件電路圖

圖3 軟件流程圖

5.2 上位機軟件設計

根據設計要求，需要一款可視化的上位機軟件與6路廣播調諧器進行通信，可以直觀的查看調諧器的基本信息以及對調諧器進行參數設置。為此專門為六路廣播調諧器設計了一款上位機軟件，實現臺站端本地的客戶端實時監測。該上位機具備調諧器的通道參數設置、通道設置、通信參數設置、時間表設置、其他信息、告警記錄查詢及六路音頻采集實時狀態信息等功能。上位機客戶端軟件如圖4所示。

圖4 上位機客戶端軟件

在調諧器接上接收天線后，電腦與調諧器使用網線連接。在硬件設計時，設備是支持廣播搜索設備IP功能的，所以上位機只需在通信參數選項里的查找設備，即可搜索出設備IP等信息。然后在上位機中輸入設備IP和端口號，點擊連接設備即可連接上設備。此時，就可以對調諧器進行各項參數設置以及查看設備運行狀態了。

6 結束語

本系統可以實現同時解調六個頻點FM或者AM。擁有六路蓮花接頭的雙聲道音頻輸出接口以及一路監聽輸出接口，可輪詢監聽每一路，可以非常方便的將解調出來的音頻輸出保存記錄在本地的音視頻服務器中。并且能夠通過聯網，主動返傳狀態、告警等信息給遠端服務器進行分析處理，平臺值班人員可以及時了解臺站發射情況。

本項目已于2017年完成研發并投入生產，目前用于全區臺站遠場監測系統的搭建，今后將陸續更換臺站內原有調諧器。

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