基于單片機(jī)的中波廣播發(fā)射機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

王建民

（內(nèi)蒙古自治區(qū)廣播電視傳輸發(fā)射中心烏海廣播發(fā)射中心臺(tái)阿拉善左782發(fā)射臺(tái)，內(nèi)蒙古 阿拉善左旗 750300）

0 引 言

中波廣播是借助地面波和電離層反射波為主要形式進(jìn)行傳輸?shù)囊环N傳播方式，具有傳播距離遠(yuǎn)，不容易受障礙物影響的特點(diǎn)[1]。以往中波發(fā)射機(jī)以板調(diào)發(fā)射機(jī)為主，隨著科技發(fā)展，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楣δ芨訌?qiáng)大以單片機(jī)為核心的全固態(tài)中波發(fā)射機(jī)，其機(jī)箱外部設(shè)置有LCD彩色顯示屏、振蕩器、A/D轉(zhuǎn)換、顯示音頻輸出、輸出監(jiān)測(cè)等基本功能，具有能夠直觀看到設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及各項(xiàng)主要數(shù)據(jù)的優(yōu)勢(shì)，操作也更加簡(jiǎn)便。當(dāng)前，隨著社會(huì)的進(jìn)一步發(fā)展，廣播電臺(tái)格局發(fā)生了進(jìn)一步轉(zhuǎn)變，安全、可靠以及穩(wěn)定更加受到人們關(guān)注，需要在保障技術(shù)發(fā)展和運(yùn)行安全的基礎(chǔ)上對(duì)發(fā)射機(jī)進(jìn)行在線實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、整理和存儲(chǔ)，還要在網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上施工，構(gòu)建互通互聯(lián)和信息交互的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，促進(jìn)發(fā)射機(jī)智能化與自動(dòng)化發(fā)展。

1 發(fā)射機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)目標(biāo)及結(jié)構(gòu)組成

中波廣播作為目前最主要的廣播形式之一，為確保發(fā)射機(jī)的安全性和智能化，需要對(duì)基于單片機(jī)的中波廣播發(fā)射機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和建設(shè)時(shí)，需要分別從本地控制臺(tái)和異地控制臺(tái)兩方面著手，結(jié)合使用移動(dòng)設(shè)備對(duì)整個(gè)體系進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集與整理、故障報(bào)警與記錄、開關(guān)機(jī)控制、狀態(tài)檢測(cè)等功能目標(biāo)。

從技術(shù)層面看，發(fā)射機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成主要包含發(fā)射機(jī)體系、節(jié)目傳輸、信號(hào)源、供電系統(tǒng)以及天饋線等設(shè)備，其中，發(fā)射機(jī)體系，主要通過采集器全面采集和控制發(fā)射機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)，具有自動(dòng)故障備用機(jī)、自動(dòng)開關(guān)機(jī)等功能，可以應(yīng)用哈廣DAM 10 kW中波廣播發(fā)射機(jī)建設(shè)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)[2]。節(jié)目傳輸體系通過自動(dòng)或手段方式，利用音頻切換源將信號(hào)進(jìn)行數(shù)字處理，得到數(shù)字音頻和模擬音頻信號(hào)，發(fā)送至各相關(guān)設(shè)備及系統(tǒng)，涉及數(shù)字微波、衛(wèi)星接收天線、調(diào)頻接收器、發(fā)射機(jī)以及監(jiān)控系統(tǒng)等[3]。信號(hào)源體系主要對(duì)節(jié)目信號(hào)源和解調(diào)信號(hào)進(jìn)行對(duì)比分析，一旦發(fā)現(xiàn)異常，立即進(jìn)行異常報(bào)警并進(jìn)行實(shí)時(shí)查看。

從系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)層面看，發(fā)射機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)利用分布式工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建專用VPN網(wǎng)絡(luò)，通過公用網(wǎng)絡(luò)加密方式，將兩個(gè)不同地點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)通過數(shù)據(jù)隧道連通在一起，便于兩地通信和遠(yuǎn)程訪問，實(shí)現(xiàn)分散控制和集中管理。專用VPN網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建基礎(chǔ)為PPTP安全協(xié)議，具有安全性、包容性及易用性特征，在VPN中十分普遍，而且VPN的連接模式為站點(diǎn)連接，能夠保障整體監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)在線通信，確保遠(yuǎn)程通信安全可靠。

2 發(fā)射機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主要應(yīng)用技術(shù)

2.1 RS-485通信方式

RS-485通信方式的前身是RS-232，RS-232通信方式主要應(yīng)用于傳輸速率低于20 000 b/s的通信中，具有操作便捷和傳輸速度快的優(yōu)勢(shì)，但容易受外部電氣環(huán)境影響，導(dǎo)致傳輸數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，故而技術(shù)人員對(duì)其開展了進(jìn)一步研究，最終研發(fā)出了RS-485通信方式。RS-485通信方式以平衡驅(qū)動(dòng)器和差分接收器為接口，能夠抵消外界干擾磁場(chǎng)信號(hào)，具有強(qiáng)抗干擾能力，還具有較遠(yuǎn)距離傳輸及低成本的優(yōu)勢(shì)，在元器件信號(hào)傳輸之間有著十分廣泛的應(yīng)用空間?；趩纹瑱C(jī)的中波廣播發(fā)射機(jī)傳輸距離較遠(yuǎn)，分布區(qū)域較為分散，很容易受到電磁信號(hào)干擾，應(yīng)用RS-485通信方式既能保障中波廣播發(fā)射通信的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，而且能夠?qū)崿F(xiàn)零散分布系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控[4]。

基于單片機(jī)的中波廣播發(fā)射機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主要采用串行通信協(xié)議，通過RS-485通信方式能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)出指令的上位機(jī)與發(fā)射機(jī)控制單元的數(shù)據(jù)傳輸和實(shí)時(shí)監(jiān)控。根據(jù)RS-485通信方式的相關(guān)規(guī)定，工控機(jī)發(fā)出具體操作指令，發(fā)射機(jī)接收指令后，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行處理傳輸至下位機(jī)。在這一過程中，監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)受到電氣系統(tǒng)和物理環(huán)境的干擾，發(fā)射機(jī)反應(yīng)時(shí)間通常為0.1～0.2 s，因此當(dāng)發(fā)射機(jī)接收到指令后，工作人員需要及時(shí)反應(yīng)，將主控單元恢復(fù)，確保下位機(jī)能夠順利接收信號(hào)[5]。倘若在這一過程中控制系統(tǒng)顯示信號(hào)接收失敗，說明信號(hào)傳輸過程故障，工作人員需要根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)排除故障，開展針對(duì)性修復(fù)工作，保障傳輸暢通，也為發(fā)射機(jī)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控奠定基礎(chǔ)。

2.2 信源監(jiān)控系統(tǒng)配置

中波廣播發(fā)射機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中信源監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)整個(gè)廣播播放效果具有重要影響。信源智能切換系統(tǒng)主要設(shè)備為信源自動(dòng)切換處理器，兼具信源智能切換、應(yīng)急手動(dòng)切換、斷電等功能，能夠?qū)崿F(xiàn)輸入輸出信號(hào)的合理分配，解決信源盲區(qū)，提升廣播效率，實(shí)現(xiàn)全面監(jiān)控。具體工作原理為將接收到的源信號(hào)進(jìn)行數(shù)字處理，通過自動(dòng)/手動(dòng)切換選擇一路信號(hào)進(jìn)行數(shù)字處理后傳輸至相應(yīng)發(fā)射機(jī)、監(jiān)控系統(tǒng)及監(jiān)聽監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并且還具有自動(dòng)判定音頻正常與否的功能，倘若發(fā)現(xiàn)主路信號(hào)源丟失，將會(huì)自動(dòng)切換至備用信號(hào)源，主路信號(hào)源恢復(fù)后自動(dòng)切換回去。

2.3 采集器的設(shè)置

中波廣播發(fā)射機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中采集器的設(shè)置至關(guān)重要。目前，采集器主要有兩種采集方法，一種是通過數(shù)字接口方式獲得底層數(shù)據(jù)，在遵守通信協(xié)議的基礎(chǔ)上收集發(fā)射機(jī)各項(xiàng)參數(shù)和狀態(tài)量，完成發(fā)射機(jī)開關(guān)、復(fù)位等操作[6]。另一種是在發(fā)射機(jī)預(yù)留模擬監(jiān)控接口，包括狀態(tài)量、模擬量及控制量接口，采集器通過數(shù)據(jù)采集與計(jì)算獲得發(fā)射機(jī)相關(guān)工作參數(shù)，利用狀態(tài)量接口獲得發(fā)射機(jī)工作狀態(tài)及故障報(bào)警狀態(tài)?？刂平涌趧t具有控制發(fā)射機(jī)功率開機(jī)、升/降功率復(fù)位等功能，具體見圖1。

在基于單片機(jī)的中波廣播發(fā)射機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中，每個(gè)采集器對(duì)應(yīng)一臺(tái)發(fā)射機(jī)，采集器可獨(dú)立運(yùn)營(yíng)，不會(huì)干擾發(fā)射機(jī)運(yùn)行參數(shù)，采集器相互獨(dú)立，不具有依存關(guān)系，單一采集器故障不會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行造成巨大影響。采集器負(fù)責(zé)采集發(fā)射機(jī)相關(guān)工作參數(shù)的職責(zé)，是發(fā)射機(jī)與監(jiān)控系統(tǒng)之間的橋梁，也可以通過遠(yuǎn)程指令控制發(fā)射機(jī)。

3 基于單片機(jī)的中波廣播發(fā)射機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件系統(tǒng)

基于單片機(jī)的中波廣播發(fā)射機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)是一個(gè)通過程序語(yǔ)言和軟件編程構(gòu)成的系統(tǒng)平臺(tái)，能夠利用集成工具對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和管理，如TIA軟件平臺(tái)和SQL Server2005數(shù)據(jù)庫(kù)管理平臺(tái)。在目前的系統(tǒng)平臺(tái)中，計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件系統(tǒng)主要包含核心監(jiān)測(cè)、總體觀察、信源調(diào)度、工況監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)查詢、故障查詢以及運(yùn)行參數(shù)等，由整個(gè)PLC程序進(jìn)行控制，系統(tǒng)啟動(dòng)后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化操作，進(jìn)行參數(shù)采集和處理，確定監(jiān)控發(fā)射機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，并根據(jù)采集數(shù)據(jù)做出判斷，具體見圖2。其中，核心監(jiān)測(cè)模塊指在發(fā)射機(jī)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)模塊中，工作人員可以通過柱形圖變化觀察了解發(fā)射機(jī)調(diào)幅及功率等實(shí)時(shí)變化，倘若某一發(fā)射機(jī)功率低于下限值，就會(huì)自動(dòng)報(bào)警，此時(shí)單擊任一發(fā)射機(jī)就能看到詳細(xì)的實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)[7]。信源調(diào)度模塊包含各個(gè)節(jié)目主信源和備用信源，系統(tǒng)設(shè)置為自動(dòng)模式，當(dāng)主信源發(fā)生故障或者無信號(hào)時(shí)，自動(dòng)切換至備用信源，或者設(shè)置為手動(dòng)模式，人工切換至備用信源。數(shù)據(jù)查詢能夠查詢發(fā)射機(jī)所有數(shù)據(jù)，將發(fā)射機(jī)使用起止時(shí)間段內(nèi)所有信息通過曲線形式展現(xiàn)給工作人員，工作人員可詳細(xì)觀察某一項(xiàng)數(shù)據(jù)量的變化情況。故障查詢模塊中，工作人員可以在系統(tǒng)平臺(tái)上設(shè)置一定條件，查詢相關(guān)故障及報(bào)警信息，也可對(duì)單個(gè)設(shè)備進(jìn)行查詢，或者查詢某一時(shí)間段內(nèi)所有信息。

圖2 PLC主程序流程

3.2 通信網(wǎng)絡(luò)的硬件結(jié)構(gòu)

監(jiān)控系統(tǒng)主控單元可劃分為上位機(jī)和下位機(jī)，上位機(jī)具有數(shù)據(jù)搜集、查詢以及傳輸?shù)裙δ埽挛粰C(jī)以外部信號(hào)搜集和信號(hào)處理為主，還能通過其他接口完成數(shù)據(jù)傳輸，具有開發(fā)成本低和性能優(yōu)越的特征，能夠顯著降低監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行成本，提升監(jiān)控效率和質(zhì)量。中波廣播發(fā)射機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)由硬件和軟件組成，為確保監(jiān)控系統(tǒng)正常運(yùn)行，需要確保硬件和軟件設(shè)備的質(zhì)量與安全水平，確保相關(guān)設(shè)備能夠按照設(shè)計(jì)預(yù)期運(yùn)行。關(guān)于操作界面，為確保監(jiān)控系統(tǒng)簡(jiǎn)單便捷，可采用人機(jī)交互界面，為工作人員使用提供便利。

該系統(tǒng)主要利用RS-485通信方式與其他接口相互連通，便于監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行各類數(shù)據(jù)采集，并為工作人員針對(duì)性處理問題提供依據(jù)，并且積極應(yīng)用各種計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和網(wǎng)路控制技術(shù)實(shí)時(shí)把控整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)，控制各項(xiàng)系統(tǒng)參數(shù)，從而保障監(jiān)控系統(tǒng)的工作效率。該系統(tǒng)涉及數(shù)據(jù)體量較大，如發(fā)射機(jī)電壓、電流、功率及系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，監(jiān)控系統(tǒng)需要將這些數(shù)據(jù)及時(shí)采集和傳回，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整信號(hào)輸入，對(duì)系統(tǒng)硬件和軟件性能有較高要求。為確保監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性，需要加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)物理環(huán)境和設(shè)備的管控，不斷優(yōu)化數(shù)據(jù)編碼及存儲(chǔ)方式，以實(shí)現(xiàn)各類數(shù)據(jù)高效管理，確保工作人員能夠快速定位所需數(shù)據(jù)，為系統(tǒng)監(jiān)控提供助力。

3.3 系統(tǒng)監(jiān)測(cè)功能模塊設(shè)計(jì)

基于單片機(jī)的中波廣播發(fā)射機(jī)的系統(tǒng)監(jiān)測(cè)功能模塊主要涉及網(wǎng)絡(luò)狀況檢測(cè)、設(shè)備及設(shè)備運(yùn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)、設(shè)備合理控制等，其中網(wǎng)絡(luò)狀況檢測(cè)是保障發(fā)射機(jī)正常運(yùn)行的關(guān)鍵，倘若網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行不佳，就會(huì)對(duì)相應(yīng)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)造成影響，繼而阻礙整個(gè)系統(tǒng)功能的發(fā)揮。因此，在進(jìn)行發(fā)射機(jī)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控設(shè)計(jì)時(shí)，需要高度重視網(wǎng)絡(luò)狀況的設(shè)置與檢測(cè)，加入適宜網(wǎng)絡(luò)嗅探模塊，對(duì)網(wǎng)絡(luò)狀況進(jìn)行檢測(cè)。針對(duì)常見流量超限、網(wǎng)絡(luò)延緩或癱瘓等故障，提前做好應(yīng)對(duì)預(yù)案，以便在最短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)，保障各項(xiàng)設(shè)備正常運(yùn)行。通過設(shè)備及設(shè)備運(yùn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)，可以在整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行過程中全面掌握各項(xiàng)設(shè)備實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，最大限度避免故障發(fā)生。在開發(fā)設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)結(jié)合實(shí)際情況，加入適當(dāng)科學(xué)技術(shù)和相應(yīng)軟件設(shè)備，如開源軟件，確保系統(tǒng)處于正常運(yùn)行狀態(tài)，倘若發(fā)現(xiàn)網(wǎng)路終端問題，可以通過設(shè)備檢測(cè)系統(tǒng)及時(shí)發(fā)出預(yù)警信號(hào)，判斷故障點(diǎn)位置，以便更加準(zhǔn)確地排除故障，保障設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)[8,9]。針對(duì)設(shè)備運(yùn)行環(huán)境，可以設(shè)置溫濕度傳感器和煙霧傳感器等，對(duì)機(jī)房各項(xiàng)環(huán)境數(shù)據(jù)和狀態(tài)進(jìn)行采集，尤其是有特殊環(huán)境要求的設(shè)備，要進(jìn)一步加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行環(huán)境與周圍環(huán)境條件不匹配，會(huì)自動(dòng)發(fā)出預(yù)警信息，要求人員進(jìn)行查看，避免設(shè)備出現(xiàn)故障[10]。

4 結(jié) 論

通過中波廣播發(fā)射機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)能夠顯著降低運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，確保廣播安全穩(wěn)定發(fā)出。文章分別從技術(shù)層面和網(wǎng)絡(luò)層面對(duì)中波廣播發(fā)射機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)及結(jié)構(gòu)組成進(jìn)行論述，對(duì)發(fā)射機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主要應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行研究，如RS-485通信方式、信源監(jiān)控系統(tǒng)配置以及采集器的設(shè)置等，最終從計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件系統(tǒng)、通信網(wǎng)絡(luò)的硬件結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)監(jiān)測(cè)功能模塊設(shè)計(jì)3個(gè)方面討論整個(gè)系統(tǒng)的功能模塊，希望能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)射機(jī)故障自用判斷、報(bào)警和處理，實(shí)現(xiàn)發(fā)射機(jī)的自動(dòng)化與智能化發(fā)展。