微波傳輸設(shè)備監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

大連大和尚山微波站 劉 洋 張 巍 唐為臻

微波站作為廣電系統(tǒng)的重要一環(huán)，為保證微波信號(hào)的安全優(yōu)質(zhì)傳輸，微波傳輸設(shè)備需24h不間斷運(yùn)行。一套實(shí)時(shí)、穩(wěn)定、準(zhǔn)確的設(shè)備監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)微波設(shè)備的異常狀態(tài)，幫助工作人員快速響應(yīng)，第一時(shí)間對(duì)異常狀態(tài)進(jìn)行處理，提高微波設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性。

微波傳輸系統(tǒng)中的主要設(shè)備包括：配電系統(tǒng)、防雷系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)、組合電源、微波收發(fā)信機(jī)、調(diào)制解調(diào)設(shè)備和解碼器等，要保證信號(hào)安全穩(wěn)定不間斷傳輸，值班工作人員不僅要熟悉掌握傳輸設(shè)備的組成和流程，還要實(shí)時(shí)了解這些24h不間斷運(yùn)行的設(shè)備的數(shù)據(jù)和狀態(tài)，只有這樣，才可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，并通過有效的處理流程，解決設(shè)備運(yùn)行中出現(xiàn)的各種突發(fā)狀況，從而大幅提高設(shè)備的穩(wěn)定性和值班工作人員的工作效率。根據(jù)以往的工作經(jīng)驗(yàn)和處理各種異常狀況的經(jīng)歷，本站自主開發(fā)的一套微波傳輸設(shè)備監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，下面來介紹下該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路、實(shí)現(xiàn)方法和實(shí)際運(yùn)行狀況。

1 設(shè)計(jì)思路

1.1 數(shù)據(jù)的采集

微波傳輸過程中有多種設(shè)備參與運(yùn)行，有的設(shè)備自帶采集模塊，可以直接提供設(shè)備運(yùn)行參數(shù)信息。有的設(shè)備不具備采集模塊，則需要外接一套采集模塊，如常見的模擬量采集模塊等。這種采集模塊可以對(duì)微波收發(fā)信機(jī)、調(diào)制解調(diào)機(jī)等設(shè)備中的一些電流、電壓等模擬量參數(shù)進(jìn)行采集，如收發(fā)信電平、告警指示電平、中頻電平等等，之后將采集到的電壓模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量進(jìn)行傳輸和儲(chǔ)存。

微波傳輸一般涉及廣播電視信號(hào)，此時(shí)就需要一套視頻和音頻的采集模塊，經(jīng)解碼器輸出后的音頻可以使用專用的音頻采集器進(jìn)行信號(hào)采集；視頻可以使用ASI to IP適配器將視頻ASI信號(hào)轉(zhuǎn)成IP信號(hào)進(jìn)行采集。

1.2 數(shù)據(jù)的傳輸與設(shè)備通訊方式

由于涉及多種設(shè)備，擺放位置各不相同，相距較遠(yuǎn)的設(shè)備與終端間的數(shù)據(jù)傳輸需要一種有效穩(wěn)定的傳輸方式，所以這里我們采用了RS-485、RS-232以及IP等的傳輸方式。RS-485通訊運(yùn)行穩(wěn)定，傳輸速率高，最高傳輸速率可達(dá)10Mbps，抗干擾能力強(qiáng)，并且最大通信距離可達(dá)1219m，可以有效解決設(shè)備與終端距離較遠(yuǎn)的問題；RS-232可以兼容老式設(shè)備，解決了兼容性問題；IP方式編碼多樣，適用廣泛，更適合計(jì)算機(jī)通信，可以用來解決視頻信號(hào)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)問題。

1.3 數(shù)據(jù)協(xié)議和終端平臺(tái)

由于微波傳輸相關(guān)設(shè)備型號(hào)、廠商以及接口等各不相同，所以需要一個(gè)支持多種協(xié)議的平臺(tái)作為終端設(shè)備。我們選取了計(jì)算機(jī)作為平臺(tái)，使用KingView軟件架設(shè)終端，它的特點(diǎn)是適應(yīng)性強(qiáng)、易于擴(kuò)展、支持的協(xié)議和設(shè)備廣泛，還可以將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化、動(dòng)態(tài)等的處理，并且便于開發(fā)以及維護(hù)。

以上是設(shè)備監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的大體設(shè)計(jì)思路，它的設(shè)計(jì)流程如圖1所示。

圖1 設(shè)計(jì)流程

2 設(shè)備數(shù)據(jù)的實(shí)際采集過程

2.1 配電部分

本站在配電部分主要有一體化電源和發(fā)電機(jī)兩部分組成，一體化電源由隔離變壓器、穩(wěn)壓器、UPS等部分組成，發(fā)電機(jī)設(shè)備由發(fā)電機(jī)組和控制模塊兩部分組成。兩組設(shè)備都帶有相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集模塊，可以實(shí)時(shí)查詢輸入電壓、電流、頻率等多種數(shù)據(jù)，所以只需將兩組設(shè)備的采集模塊通信部分與終端連接即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。一體化電源使用的接口是DB9接口，傳輸方式是RS-232。發(fā)電機(jī)使用的是DB9接口，RS-485傳輸方式。

2.2 微波收發(fā)信機(jī)部分

微波收發(fā)信機(jī)并沒有自帶采集模塊，需要使用到外接模擬量采集模塊，將采集模塊的采集點(diǎn)連接到微波收發(fā)信機(jī)上的檢測(cè)點(diǎn)，就可以得到收信電平、發(fā)信電平等實(shí)時(shí)模擬量數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)成數(shù)字量信號(hào)后，通過RS-485傳輸方式發(fā)送到計(jì)算機(jī)終端。

2.3 調(diào)制解調(diào)設(shè)備

調(diào)制和解調(diào)設(shè)備也沒有自帶的采集模塊，使用電壓模擬量采集模塊，連接到相應(yīng)的采集點(diǎn)。當(dāng)信號(hào)出現(xiàn)誤碼等異常狀態(tài)時(shí)，調(diào)制解調(diào)設(shè)備的告警燈亮起，此時(shí)采集點(diǎn)的電壓值會(huì)低于某一臨界值，當(dāng)調(diào)制解調(diào)恢復(fù)正常時(shí)，告警燈熄滅，電壓值又會(huì)回到高于臨界值的狀態(tài)。只要確定好相應(yīng)的臨界值，將采集到的電壓數(shù)據(jù)傳給計(jì)算機(jī)終端，經(jīng)過對(duì)比處理即可判斷調(diào)制解調(diào)設(shè)備的告警狀態(tài)。

2.4 視音頻信號(hào)的采集

音頻信號(hào)：使用音頻采集適配器，將解碼器輸出的音頻信號(hào)通過音頻線連接到音品采集器的輸入口，使用小卡農(nóng)接口，經(jīng)過采集器處理后轉(zhuǎn)換成電平信號(hào)，之后通過RS-485通信將采集到的電平信號(hào)送到計(jì)算機(jī)終端。

視頻信號(hào)：由于微波接收機(jī)經(jīng)解調(diào)后輸出的是MPEG-2編碼和ASI接口的碼流，計(jì)算機(jī)終端無法直接讀取并解碼，所以將解調(diào)后的碼流信號(hào)送入一臺(tái)ASI to IP適配器，該適配器可以將ASI輸入信號(hào)復(fù)用并轉(zhuǎn)換成IP信號(hào)，通過網(wǎng)線口以RTP的形式傳輸?shù)接?jì)算機(jī)終端。

至此，設(shè)備數(shù)據(jù)的采集工作基本完成。

3 終端平臺(tái)的搭建和程序的編寫

3.1 計(jì)算機(jī)終端接口

由于計(jì)算機(jī)無法直接接收RS-232及RS-485等通信方式傳來的信號(hào)，所以在計(jì)算機(jī)上外接了數(shù)據(jù)通訊板卡和USB接口的RS-485、RS-232通信模塊轉(zhuǎn)換器，之后要在計(jì)算機(jī)上安裝相應(yīng)的板卡和USB設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序。然后再將電腦的網(wǎng)口經(jīng)交換機(jī)與ASI to IP適配器相連接。

3.2 設(shè)備與終端間的通訊連接

本系統(tǒng)使用KingView軟件開發(fā)，該軟件針對(duì)不同廠商不同類型的設(shè)備提供了大量驅(qū)動(dòng)和協(xié)議。首先是一體化電源，它采用的是MODBUS-RTU協(xié)議，所以在軟件的配置中選擇莫迪康、MODBUSRTU、COM，然后對(duì)應(yīng)的通訊地址。

發(fā)電機(jī)的協(xié)議與一體化電源相同，修改對(duì)應(yīng)的通訊地址即可。微波收發(fā)信機(jī)使用的模擬量采集模塊的協(xié)議選擇Adam4017，然后選擇對(duì)應(yīng)的通訊地址。調(diào)制解調(diào)設(shè)備的電壓采集模塊和音頻采集器也是用的MODBUS-RTU協(xié)議，設(shè)置方法與一體化電源和發(fā)電機(jī)相同。

最后，視頻的采集需要使用到Windows Media Player插件，插件的播放地址輸入ASI to IP適配器的RTP組播地址即可。

3.3 軟件界面的設(shè)計(jì)

（1）導(dǎo)航界面

導(dǎo)航界面將設(shè)備的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分成4個(gè)板塊：綜合、微波、配電、設(shè)置。其中綜合板塊整合了微波設(shè)備運(yùn)行中所有設(shè)備的常用參數(shù)，并帶有實(shí)時(shí)告警和歷史告警查詢功能；微波板塊提供了包括微波收發(fā)信機(jī)、調(diào)試解調(diào)、視音頻等設(shè)備的詳細(xì)運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)；配電板塊提供了包括一體化電源和發(fā)電機(jī)在內(nèi)的所有配電設(shè)備的詳細(xì)運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)。導(dǎo)航模塊可以起到目錄的功能，方便使用者快速找到相應(yīng)的功能頁面。

（2）綜合板塊

綜合板塊由三個(gè)頁面組成：綜合信息、告警信息、歷史數(shù)據(jù)，如圖2所示。

圖2 綜合板塊

綜合信息頁面由四個(gè)部分組成，左上角顯示的是所有微波收發(fā)信機(jī)和調(diào)制解調(diào)采集來的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，用于監(jiān)測(cè)微波機(jī)和調(diào)制解調(diào)狀態(tài)；左下角顯示的是實(shí)時(shí)音頻指示，用于監(jiān)測(cè)解碼器音頻輸出狀態(tài)；右上角左半部分是實(shí)時(shí)視頻信號(hào)，用來監(jiān)測(cè)視頻信號(hào)質(zhì)量；左上角右半部分顯示的是全局告警狀態(tài)；右下角顯示的是一體化電源采集來的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

這些數(shù)據(jù)是微波傳輸中最值得關(guān)注的數(shù)據(jù)，當(dāng)這些數(shù)據(jù)和指示出現(xiàn)異常或超過臨界值時(shí)，對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)數(shù)字或背景就會(huì)出現(xiàn)紅色閃爍并伴有告警提示音來提醒值班工作人員，點(diǎn)擊任意一項(xiàng)數(shù)據(jù)可進(jìn)入該數(shù)據(jù)提供設(shè)備的詳細(xì)頁面查看。

告警信息界面顯示的是實(shí)時(shí)的告警狀態(tài)，包括告警時(shí)間、恢復(fù)時(shí)間、告警設(shè)備、告警值、恢復(fù)值等。

歷史數(shù)據(jù)界面依靠訪問搭建的access數(shù)據(jù)庫可提供的告警數(shù)據(jù)的歷史查詢功能。

（3）微波板塊

微波板塊由四個(gè)不同的微波通路的頁面組成，每個(gè)頁面設(shè)計(jì)成該通路的信號(hào)流程圖形式，顯示了采集到的微波設(shè)備的詳細(xì)信息，如圖3所示。

圖3 微波板塊

當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)異常時(shí)，流程圖中對(duì)應(yīng)的點(diǎn)位就會(huì)紅色閃爍告警，值班工作人員可以直接對(duì)照流程圖查找故障點(diǎn)，提高排查效率。

（4）配電板塊

配電板塊包括一體化電源和發(fā)電機(jī)兩個(gè)頁面，如圖4所示。

圖4 配電板塊

其中一體化電源頁面顯示了從市電輸入、旁路、隔離變壓器、穩(wěn)壓器、UPS等的一系列配電的詳細(xì)信息，包括了供電狀態(tài)、輸入輸出電壓、電池組的電壓、電池組的剩余電量和使用時(shí)間等。

發(fā)電機(jī)頁面能夠顯示當(dāng)發(fā)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的一系列詳細(xì)信息，包括市電電壓、發(fā)動(dòng)機(jī)的水溫油壓等狀態(tài)、充電機(jī)電壓、發(fā)電機(jī)輸出電壓電流、發(fā)在功率等，還可以根據(jù)啟動(dòng)停止?fàn)顟B(tài)計(jì)算出啟動(dòng)時(shí)間。

（5）設(shè)置板塊

設(shè)置板塊可以設(shè)置告警的閾值和打開關(guān)閉每組設(shè)備的告警狀態(tài)。

至此，微波傳輸設(shè)備監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)已全部完成。

結(jié)語：微波傳輸設(shè)備監(jiān)測(cè)系統(tǒng)自投入運(yùn)行以來，對(duì)整個(gè)微波信號(hào)傳輸系統(tǒng)的設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、處理、監(jiān)測(cè)，起到穩(wěn)定、安全、智能，綠色的保障作用，從而堅(jiān)實(shí)地保證微波設(shè)備的穩(wěn)定正常運(yùn)行，滿足國(guó)家廣電總局對(duì)微波信號(hào)傳輸“不間斷、高質(zhì)量、既經(jīng)濟(jì)、又安全”的要求。該設(shè)備監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)和運(yùn)行中還有很多不足之處，需要在今后的開發(fā)改進(jìn)中進(jìn)一步整改完善，并嘗試開發(fā)新的功能模塊。