廣播自動應急切換器設計方案

楊宏偉

摘 要 廣播應急切換設備是廣播前端播出環節的極為重要的一環。市場上這類產品較多，但是功能與價格不是很符合筆者所在電視臺前端播出的需要，為此自行開發設計了這款帶斷電直通、內部墊樂、三路信號自動切換、信號電平顯示與信號監聽等功能的廣播自動應急切換器來滿足安全播出工作的要求。

關鍵詞 安全播出；自動切換；報警

中圖分類號 G2 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2018）223-0104-02

《廣播電視安全播出管理規定》廣播中心實施細則中總控部分明確要求總控系統中應配備應急切換設備，新疆奎屯廣播電視臺在2007年設計總控系統時，自辦頻率配備有自動應急切換器，轉播頻率并未配備，轉播頻率在主用信號中斷后需人工切換至備用信號播出，是奎屯市廣播電視臺安全播出的一大隱患。2015年奎屯廣播電視臺制定了在轉播頻率的信號通路中加入自動應急切換設備的計劃。經過考察現有的自動應急切換設備，發現功能不太符合我臺的需求，同時費用偏高。決定自己開發制作自動應急切換器。

1 功能分析

根據需求確定自動應急切換器應具備的功能：

1）是在主信號中斷時報警并能自動切換至備信號，備信號也沒有時報警并應切換到墊樂。

2）自動切換時間可調。

3）自帶墊樂信號。

4）對主、備信號同時監測，當主信號正常備信號沒有時也報警提醒值機員及時解決備信號問題，同時墊樂信號啟動作為備信號。

5）能夠在設備上直接監聽主、備信號和墊樂信號。

6）要有三種信號的電平顯示，讓值機員可以直觀看到信號是否正常。

2 設計思路

根據以上需求，參考其他一些相關報警監測類的電路，借鑒其中的設計思路，自行設計制作了符合奎屯臺需求的三選一廣播應急自動切換報警器。設備要具備斷電主信號直通功能。信號切換采用小信號繼電器，信號切換用機械式切換，減小電路產生的各種意外干擾。輸入輸出均采用平衡信號，內部信號處理轉換成不平衡信號以簡化電路。報警切換電路利用經過長期使用過的安全可靠的電路。墊樂信號要具備斷電記憶，來電自動播放功能。

信號處理流程如圖1。

主信號、備信號、墊樂信號送入由一組小信號繼電器組成的信號切換電路進行選擇輸出。輸出信號分兩路，一路為設備輸出，一路送入平衡轉換電路進行平衡到不平衡的轉換，轉換后的不平衡信號送入電壓跟隨器進行處理，然后分三路分別送入電平顯示電路、信號監聽電路、報警及切換電路。

3 電路設計

此設備需要具備長期通電工作的情況下電路能穩定可靠的工作，抗干擾能力要強。因此各個電路設計，集成電路型號的選擇就顯得尤為重要。

具體電路原理圖如圖2。

3.1 信號切換電路

主、備、墊樂三組信號使用全密封的小信號態繼電器來進行切換。信號切換電路由兩組共四只小信號繼電器組成。

主信號、備用信號與墊樂信號二選一為一組，備用信號與墊樂信號為一組。每組信號采用兩只雙刀雙擲的小信號繼電器。具體電路如圖2。

主信號兩個聲道的正負極性信號接繼電器JDQ1與JDQ2的2、9腳。備用信號與墊樂信號兩個聲道的正負極性信號接繼電器JDQ3與JDQ4的2、9腳與4腳。備用信號與墊樂信號經兩只繼電器選擇后接繼電器JDQ1與JDQ2的4、7腳。四只繼電器的信號輸出腳均為3、8腳。

工作原理：主信號接常閉觸點，可以保證在設備斷電后主信號能正常輸出。在主信號出現故障后JDQ1與JDQ2受控常開觸點閉合，這時備用信號經JDQ3與JDQ4常閉觸點送到JDQ1與JDQ2的4、7腳，備用信號輸出。當主備信號同時故障時，JDQ1與JDQ2，JDQ3與JDQ4的常開觸點均閉合，墊樂信號經JDQ3與JDQ4的3、8腳送到JDQ1與JDQ2的4、7腳，此時JDQ1與JDQ2常開觸點閉合，墊樂信號從JDQ1與JDQ2的3、8腳輸出。當主信號恢復正常時，JDQ1與JDQ2線圈掉電釋放，主用信號由2、9腳經3、8腳輸出。當主信號未恢復、備用信號恢復正常時，JDQ3與JDQ4線圈掉電釋放，備用信號由2、9腳經3、8腳輸出到JDQ1與JDQ2的4、7腳，經3、8腳輸出。

3.2 平衡轉不平衡電路

從JDQ1與JDQ2的3、8腳取一組平衡信號，送到INA117的2、3腳，經INA117轉換后從6腳輸出一路不平衡信號。總控系統傳輸的音頻信號都是平衡信號，在對信號進行監聽顯示時所需要的電路比較復雜，因此利用INA117將平衡信號轉為不平衡信號，簡化后級信號處理電路。主、備信號的每個聲道需要一只INA117來進行信號轉換，電路中一共需要4只INA117。

3.3 音頻分配電路

音頻分配電路采用NE5532運放來完成。兩個聲道的平衡信號經過INA117轉為不平衡信號后，分別送到NE5532的3腳與5腳，經1腳與7腳輸出。因輸出需要為電平顯示電路、報警電路和監聽電路提供音頻信號，所以NE5532采用電壓跟隨器方式工作，來提高電路帶負載的能力。主、備信號兩個聲道各用一只NE5532來做信號處理。

3.4 報警與信號切換控制電路

報警電路由LM567鎖相環集成電路與NE555時基電路為核心組成。LM567基本功能之一是用以識別某一定頻率的信號。在門限電壓以上的輸入信號落在其識別帶寬以內時，輸出端就為低電平，否則輸出端為高電平。廣播音頻信號主要的頻譜分量在 1kHz左右，所以選取1kHz作為取樣信號的中心頻率，中心頻率由5、6腳間的電阻和6腳對地電容值決定，通過計算得出準確值。自動切換和告警電路用NE555時基電路作為遲滯比較器，其外圍電路R3，C5、D1組成延時電路。當LM567的⑧腳輸出高電平時，12V電源通過R3對C5進行充電，充電時間可以通過R3來調整；當⑧腳輸出低電平時，電容C5通過D1放電。在使用時，我們把NE555的高觸發端⑥腳和低觸發端②腳連接起來，其電壓由C5的電位確定。當主用信號正常時，LM567輸出低電平，電容的電位為OV，NE555輸出端③腳為高電平，繼電器不動作，主用信號正常工作，指示燈LED2亮。當主用信號中斷時，LM567輸出高電平，電容C5開始充電，直到C5充電到供電電壓的2/3時，NE555③腳為低電平，繼電器接點吸合，備用信號通道接通。同時⑦腳也為低電平，警鈴B1告警，指示燈LED1亮，提醒值班人員信號進行了切換。這里延時時間t=1.1？R3*C5，根據延時需求對R3、C5取值。當主用信號恢復時，LM567輸出低電平，電容C5通過D1放電，電位變為0，？NE555③腳變為高電平，繼電器接點斷開，主用信號又自動投入工作，指示燈LED2亮。主、備信號各需要一套報警切換電路。

3.5 電平顯示電路

電平顯示電路采用LM3916來驅動十段LED條形顯示模塊。

3.6 其他電路

墊樂信號采用成品MP3播放模塊，數字功放模塊、監聽切換模塊均采用成品電路板，無需重新做電路設計。

該設備制作完成后，經過測試，完全達到最初的設計要求。在奎屯臺前端總控系統與中波前端播出系統中經過近兩年的實際使用，有效保證了安全播出工作。