基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的調(diào)頻備播系統(tǒng)

□ 韋國(guó)慧 唐宗歡 陸星光 唐頌鈞

為提升臺(tái)站的安全播出保障能力，將科技前沿技術(shù)運(yùn)用到廣播電視安全播出體系中，本文設(shè)計(jì)了一套基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的調(diào)頻備播系統(tǒng)。該系統(tǒng)獨(dú)立于臺(tái)站原有的播出系統(tǒng)，通過自主研發(fā)的物聯(lián)網(wǎng)控制器將備播設(shè)備與云端服務(wù)器相連，實(shí)現(xiàn)設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)化，再通過自主開發(fā)的微信小程序在手機(jī)上對(duì)臺(tái)站備播系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，從而增強(qiáng)了臺(tái)站的安全播出保障能力。

一、物聯(lián)網(wǎng)調(diào)頻備播系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

（一）物聯(lián)網(wǎng)調(diào)頻備播系統(tǒng)的工作原理

本系統(tǒng)的工作原理是將發(fā)射臺(tái)站備播系統(tǒng)的設(shè)備通過物聯(lián)網(wǎng)控制器連到云服務(wù)器（租用騰訊云），從而達(dá)到設(shè)備上云目的，然后通過微信小程序利用云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)臺(tái)站備播設(shè)備的監(jiān)控。系統(tǒng)的接口程序放在云端，云平臺(tái)主要用作透明傳輸，提供手機(jī)端與物聯(lián)網(wǎng)控制器的對(duì)接服務(wù)。當(dāng)臺(tái)站因某種原因無法播出時(shí)，維護(hù)人員可通過微信小程序控制物聯(lián)網(wǎng)控制器，該控制器與備播設(shè)備關(guān)聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)備播設(shè)備更改頻率、切換信號(hào)源、開關(guān)發(fā)射機(jī)、開關(guān)發(fā)電機(jī)、倒電等功能，及時(shí)掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，快速恢復(fù)播出，極大提升了臺(tái)站的安全播出水平。手機(jī)端界面如圖1所示。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)調(diào)頻備播系統(tǒng)手機(jī)界面

（二）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)調(diào)頻備播系統(tǒng)框圖如圖2所示。技術(shù)人員在手機(jī)上運(yùn)行備播系統(tǒng)微信小程序，建立手機(jī)端與云服務(wù)器之間的通信，手機(jī)端向云服務(wù)器發(fā)送信息，服務(wù)器接收信息后以透明傳輸方式將信息發(fā)送給臺(tái)站端的物聯(lián)網(wǎng)控制器（該控制器24小時(shí)保持與云服務(wù)器通信），控制器接收到信息后進(jìn)行解析并執(zhí)行相關(guān)動(dòng)作。備播系統(tǒng)獨(dú)立于臺(tái)站現(xiàn)有的播出系統(tǒng)，具有獨(dú)立發(fā)射機(jī)、天饋線、信號(hào)源及特殊的供電機(jī)制（如臺(tái)站的供電出現(xiàn)故障造成停播，可以通過手機(jī)APP啟動(dòng)發(fā)電機(jī)給備播系統(tǒng)供電，恢復(fù)信號(hào)播出）。該系統(tǒng)平時(shí)處于休眠狀態(tài)，無論臺(tái)站原有的播出系統(tǒng)哪個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題造成停播，都可以通過手機(jī)遠(yuǎn)程喚醒備播系統(tǒng)恢復(fù)播出。

圖2 物聯(lián)網(wǎng)調(diào)頻備播系統(tǒng)框圖

（三）實(shí)現(xiàn)方法

在整個(gè)備播系統(tǒng)中，所有的信息傳遞、解析以及執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作都是由系統(tǒng)核心部件物聯(lián)網(wǎng)控制器來實(shí)現(xiàn)的。市場(chǎng)上沒有現(xiàn)成的符合系統(tǒng)要求的物聯(lián)網(wǎng)控制器，因此本文利用單片機(jī)開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)控制器。單片機(jī)內(nèi)嵌物聯(lián)網(wǎng)程序和控制臺(tái)站設(shè)備的程序。控制器上電后自動(dòng)連接到云平臺(tái)，備播系統(tǒng)的設(shè)備與控制器相連，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備控制功能。具體實(shí)現(xiàn)方法為：

1.搭建云平臺(tái)，編寫云服務(wù)器的協(xié)議程序，創(chuàng)建平臺(tái)與物聯(lián)網(wǎng)控制器間的交互語言。云平臺(tái)支持發(fā)布/訂閱模式，平臺(tái)基于TCP協(xié)議棧同時(shí)支持TCP心跳長(zhǎng)連接。用戶先在云平臺(tái)注冊(cè)獲取私鑰UID，物聯(lián)網(wǎng)控制器利用這個(gè)私鑰UID與云平臺(tái)按照事先制定的消息機(jī)制進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。即遠(yuǎn)程終端（手機(jī)或電腦）往私鑰UID推送消息指令，注冊(cè)了UID的物聯(lián)網(wǎng)控制器可以收到發(fā)往該UID的消息，從而達(dá)到通過手機(jī)控制物聯(lián)網(wǎng)控制器的目的，同時(shí)物聯(lián)網(wǎng)控制器與臺(tái)站的設(shè)備相連，按照設(shè)備的通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程終端通過云平臺(tái)控制臺(tái)站設(shè)備的目的。

2.設(shè)計(jì)物聯(lián)網(wǎng)控制器。該物聯(lián)網(wǎng)控制器硬件方面主要由物聯(lián)網(wǎng)主處理器、物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)收發(fā)裝置和物聯(lián)網(wǎng)邏輯控制裝置組成。軟件方面主要包含物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)解析程序、物聯(lián)網(wǎng)控制器與備播設(shè)備接口程序、控制器控制設(shè)備邏輯程序和物聯(lián)網(wǎng)控制器接入云服務(wù)器程序。該物聯(lián)網(wǎng)控制器的工作流程及邏輯框圖如圖3所示。

圖3 物聯(lián)網(wǎng)控制器的工作流程及邏輯框圖

當(dāng)物聯(lián)網(wǎng)控制器通電后，就會(huì)開啟透明傳輸模式，自動(dòng)通過4G路由器連接到互聯(lián)網(wǎng)，并向云端服務(wù)器發(fā)送相關(guān)身份標(biāo)識(shí)，在獲得云端服務(wù)器身份認(rèn)可后，即建立物聯(lián)網(wǎng)控制器與云服務(wù)器之間的專用通道。此時(shí)控制器實(shí)時(shí)偵聽來自專用通道的各種消息并進(jìn)行解析，如果消息中包含有控制指令，則對(duì)指令進(jìn)行判斷并通過串口與備播設(shè)備進(jìn)行通信且執(zhí)行相關(guān)動(dòng)作（如：開關(guān)備播發(fā)射機(jī)、給備播發(fā)射機(jī)改頻、切換備播系統(tǒng)信號(hào)源、開關(guān)發(fā)電機(jī)以及發(fā)電機(jī)給備播系統(tǒng)供電等）。同時(shí)備播系統(tǒng)的設(shè)備把相關(guān)狀態(tài)通過串口回傳給物聯(lián)網(wǎng)控制器，再通過透明傳輸經(jīng)云服務(wù)器發(fā)送給具備身份標(biāo)識(shí)的遠(yuǎn)程終端，該終端將消息解析并在屏幕上顯示出來。

3.開發(fā)遠(yuǎn)程終端程序（手機(jī)APP或微信小程序）。程序運(yùn)行后與云平臺(tái)對(duì)接，利用云平臺(tái)發(fā)布指令和獲取數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)臺(tái)站設(shè)備的監(jiān)控，其工作流程及邏輯框圖如圖4所示。

圖4 遠(yuǎn)程終端工作流程及邏輯框圖

在手機(jī)上運(yùn)行備播系統(tǒng)的APP，該APP向云服務(wù)器發(fā)送身份標(biāo)識(shí)，再通過云服務(wù)器身份認(rèn)證后即建立起手機(jī)與服務(wù)器之間的專用通道進(jìn)行數(shù)據(jù)透明傳輸。此時(shí)手機(jī)端實(shí)時(shí)偵聽來自專用通道的各種消息并進(jìn)行解析，同時(shí)將解析的消息在手機(jī)屏幕上顯示出來。當(dāng)技術(shù)人員需要對(duì)備播系統(tǒng)進(jìn)行操控時(shí)，可以在APP上點(diǎn)擊相關(guān)按鈕，即可發(fā)送消息到服務(wù)器，服務(wù)器則將手機(jī)端發(fā)過來的消息透?jìng)鹘o臺(tái)站端的物聯(lián)網(wǎng)控制器，控制器對(duì)接收到的消息進(jìn)行解析并將解析出來的控制指令傳遞給臺(tái)站備播設(shè)備，臺(tái)站備播設(shè)備收到控制指令后執(zhí)行相關(guān)動(dòng)作，手機(jī)端操作界面如圖1所示。

二、系統(tǒng)功能

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本項(xiàng)目的有益效果是：1.可以將廣播電視發(fā)射臺(tái)站不具備聯(lián)網(wǎng)功能的設(shè)備接入物聯(lián)網(wǎng)。2.可以通過遠(yuǎn)程終端對(duì)廣播電視發(fā)射臺(tái)站設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，理論上在有互聯(lián)網(wǎng)云端的條件下隨時(shí)可以進(jìn)行操作。3.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)合理、工作效率高、性能穩(wěn)定、操作簡(jiǎn)單、實(shí)用性強(qiáng)。

具體有如下五項(xiàng)功能：一是臺(tái)站信號(hào)源系統(tǒng)出現(xiàn)故障造成停播時(shí)，可以啟動(dòng)備播系統(tǒng)，恢復(fù)播出。二是臺(tái)站發(fā)射機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)故障造成停播時(shí)，可以啟動(dòng)備播系統(tǒng)，恢復(fù)播出。三是臺(tái)站天饋系統(tǒng)出現(xiàn)故障造成停播時(shí)，可以啟動(dòng)備播系統(tǒng)，恢復(fù)播出。四是臺(tái)站配電系統(tǒng)出現(xiàn)故障造成停播時(shí)，可以遠(yuǎn)程啟動(dòng)發(fā)電機(jī)給備播系統(tǒng)供電，恢復(fù)播出。五是實(shí)時(shí)查看臺(tái)站備播設(shè)備狀態(tài)。

三、結(jié)語

目前該系統(tǒng)已成功運(yùn)用于廣西廣播電視技術(shù)中心南寧分中心所轄的村村通臺(tái)站。該系統(tǒng)安全穩(wěn)定、方便快捷，自投入使用以來切實(shí)有效地增強(qiáng)了南寧分中心村村通臺(tái)站的安全播出保障能力。