廣播電視無線發(fā)射臺站智能監(jiān)控系統(tǒng)設計與分布式技術運用

張宏斌，趙軍棋

（云南省廣播電視局迪慶實驗臺，云南迪慶，674499）

無線發(fā)射臺站通常采用人員長期值守進行故障排查，監(jiān)測過程中容易出現(xiàn)疏忽、遺漏以及技術手段欠缺等問題導致發(fā)射系統(tǒng)工作性能難以持續(xù)，可靠性以及穩(wěn)定性難以保證[1]。因此，如何充分運用計算機與智能感知技術實現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的自動化與智能化，更好地進行數據監(jiān)控、過程管理和服務反饋，加強系統(tǒng)穩(wěn)定性與可持續(xù)性，這是值得深入研究與分析的。

1 無線發(fā)射臺站智能監(jiān)控系統(tǒng)建設的可行性研究

無線發(fā)射臺站智能監(jiān)控系統(tǒng)設計結構圖如圖1 所示，通過模塊設計與需求分析，廣播電視無線臺站的智能監(jiān)控系統(tǒng)應滿足以下主要功能[2]：

圖1 無線發(fā)射臺站智能監(jiān)控設計結構圖

(1)智能預警

在發(fā)射系統(tǒng)正常工作中，除了輸入/輸出信號外，還會產生大量的中間數據和待檢測的參數，需要通過監(jiān)控系統(tǒng)對相關數據進行采集、分析和存儲，在智能監(jiān)控系統(tǒng)設計時需要將相關業(yè)務加入模塊構建，通過實時不間斷的數據分析處理對整個發(fā)射系統(tǒng)的運轉進行調整和優(yōu)化，已達到系統(tǒng)穩(wěn)定可靠長效運行的目的。

(2)信號監(jiān)測

通過智能感知技術、認知計算等機器算法以及網絡通信、電子線路與信號處理等新型技術的運用，使得發(fā)射系統(tǒng)能夠全域、全時、全頻段實現(xiàn)自動化監(jiān)控、無人化管理合理配置，并利用數據分析中的可靠結果反饋于系統(tǒng)運行中的各個方面，滿足系統(tǒng)功能的同時，科學合理配置資源和設施設備。

(3)無線傳輸

由于自動進行數據采集與處理，并通過門限設置管控設施設備運行的整個過程，將數據層面體現(xiàn)的故障隱患進行預警與智能處置，此外，還可以通過遠程終端對系統(tǒng)進程進行干預。安全加密機制同樣適用于監(jiān)控系統(tǒng)，能夠自動反制非法入侵，對于數據安全和信息保密的能力得到較好保證。

(4)智能接口

系統(tǒng)建設時采取的模塊化設計、功能性區(qū)分以及接口標準技術，使得智能監(jiān)控系統(tǒng)未來升級改造時可以直接采取任務式模式，對于提升系統(tǒng)容量、升級傳輸速度、加大處理模式等擴展需求，只需要針對具體需求提出升級標準即可。

2 無線發(fā)射臺站智能監(jiān)控系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

智能監(jiān)控系統(tǒng)主要包括兩項重要技術：智能化處理與計算機控制。智能化處理能夠實現(xiàn)系統(tǒng)根據預設參數與方案，實現(xiàn)對系統(tǒng)工作情況的自動判斷處置；而計算機控制則是針對智能化處理的要求，進行實時數據采集、工作模式管理以及遠程終端干預等[3]。對于無線發(fā)射臺站智能監(jiān)控系統(tǒng)設計的核心關鍵就是主控設備的設計搭建與系統(tǒng)功能的擴展應用，確保發(fā)射臺的穩(wěn)定運行時所需的一切條件和基本要求，如圖2 所示。

圖2 無線發(fā)射臺站智能監(jiān)控系統(tǒng)設計原理框圖

■2.1 主控設備

從智能監(jiān)控系統(tǒng)建設的整體出發(fā)，主控設備作為數據處理的“大腦”，不僅要求數據處理速度快、信息傳輸能力強，還應保證工作穩(wěn)定可靠、技術維護簡單等。因此，通常選定STM32F107RC 型號單片機來作為主控設備的芯片進行功能設計和技術擴展。該芯片的最大優(yōu)勢在于數據接口多（模數轉換、USB 以及MAC 等），多功能串口滿足WIFI技術對接的需求，模/數接口連接好數據傳感器，通過內部FLASH 存儲模塊燒入系統(tǒng)功能設計編寫的代碼，完成基本功能實現(xiàn)，并將數模口外接PHY 芯片使得無線通信與智能傳感功能對接，全面實現(xiàn)智能監(jiān)控。

■2.2 功能實現(xiàn)

2.2.1 智能預警與臨機處置

對于智能預警功能事項，需要在系統(tǒng)運行多個關鍵位置安裝多路數據監(jiān)測傳感器，實時采樣數據，對于可能出現(xiàn)異常的情況，及時反饋信息到數據處理平臺，同時根據前期由技術人員界定的門限告警值和突發(fā)情況處置方案，由智能監(jiān)控系統(tǒng)針對性地做好數據研讀、分析和情況預判、處置等工作。

設計中，選擇數據傳感器非常重要，現(xiàn)階段功能全面的傳感器很多，例如溫濕度傳感器THS301 系列，氣敏式煙霧傳感器MQ-2，光電傳感器GL6G-P1211 等，安裝方便，使用簡單，能夠實現(xiàn)在發(fā)射系統(tǒng)運行狀態(tài)下的實時監(jiān)測功能。這類數據監(jiān)測傳感器共性特點是接入技術實現(xiàn)簡單，其中OUT 輸出數據為檢測信號輸出電平，通過數據處理，當出現(xiàn)超出門限的高電平或者低電平情況時自動判斷是否達到預警條件，此外還可以通過接口技術對接主控設備STM32F107RC的模/數接口，將數據情況、判斷結果和處理依據實時共享至數據處理終端和遠程服務終端，便于技術人員遠程實時控制該傳感器模塊。

2.2.2 信號監(jiān)測與信息反饋

參數監(jiān)測除了需要傳感器準確采集數據外，還需要將相關數據在遠程終端的顯示器上實時進行顯示，在智能監(jiān)控信息傳輸設備上預留的RS485 數據接口對接發(fā)射機數據接口，確保技術人員能夠實時觀察數據情況，能夠有效把握發(fā)射系統(tǒng)整體運轉情況，并通過遠程控制對系統(tǒng)信息反饋和控制干預。

RS485 接口簡單，在信號監(jiān)測過程中，實測DOUT輸出信號電平，以便于進行實時量測，信號峰值較高時轉入預警模式。可以提前設置芯片電位級調整監(jiān)測信號的靈敏度，AOUT接入主控芯片STM32F107RC 標準接口，實現(xiàn)信號轉換后的處理、傳輸，便于傳感器實現(xiàn)系統(tǒng)參數實時不間斷的采集提取，可以通過RS485 數據接口將相關數據傳輸至數據平臺進一步分析處理，此時基于單片機預留串口位置，并通過無線信號探測模塊MINI-001 實現(xiàn)機房內數據監(jiān)控功能，并結合AVID多波段多類串聯(lián)信號反饋開關至共享顯示終端，在有效降低干擾因素的基礎上，更好地實現(xiàn)信息反饋功能。

2.2.3 實時穩(wěn)定的無線網絡通信

無線模塊的使用可以有效解決問題，這里需要設計數據通信通路，并通過串口將無線模塊接入主控設備，使得系統(tǒng)具備無線傳輸功能，能夠實時向外傳遞數據，并通過手機、IPAD 等設備智能接入系統(tǒng)監(jiān)控數據端，查看相關信息[4]。

在系統(tǒng)設計上，選擇RTL8211CU WiFi 模塊是基于現(xiàn)代電子技術應用的擴展無線通信設備。該型號結構簡單，尺寸小、功率要求低，但對外擴展應用功能強大，通過串口直連單片機，通過設置好的信號傳輸協(xié)議和傳輸策略，確保實現(xiàn)單片機系統(tǒng)與模塊之間的遠程無線通信，即實現(xiàn)WIFI 功能準入，便于手機/平板實現(xiàn)對智能監(jiān)控系統(tǒng)的管理控制。

2.2.4 接口擴展與智能技術應用

主控設備上預留以太網數據接口，對接數據通信的要求以及滿足數據處理平臺、遠程服務終端等信息傳輸能力。未來功能需要優(yōu)化、系統(tǒng)需要完善時，通過分布式技術+多功能接口能夠方便快捷實現(xiàn)系統(tǒng)改進，這對于升級改造項目而言是非常高效的。應用擴展的問題主要是為了針對分布式技術應用中存在的遠程終端與發(fā)射系統(tǒng)的信息傳輸和遠程管控等能力，能夠使得技術人員通過智能監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)對無線臺站整體運行狀態(tài)的管理，這也是為了對接人工干預和技術更新的預留接口。

基于單片機數據端口無法實現(xiàn)網絡信號的模/數差分轉換，利用擴展AR8033的PHY 芯片，通過MII 接口與主控芯片直連，將數據信號差分轉換后，經網絡模式分類識別后分兩組信號連接無線傳輸端口或以太網，此時遠程終端可以實時觀測、調取和控制發(fā)射系統(tǒng)內部運行狀態(tài)數據，即遠程的智能化控制可以實現(xiàn)。

3 無線發(fā)射臺站智能監(jiān)控系統(tǒng)分布式技術運用

分布式技術是智能監(jiān)控系統(tǒng)中通過計算機設置多線程任務智能控制多條數據通路的工作模式，是實現(xiàn)無線臺站自動化控制的核心技術[5]。實際應用中，系統(tǒng)建模時通常會按照工作模塊進行板塊劃分，通過安裝微型計算設備于無線臺站發(fā)射系統(tǒng)的各個核心工作單元，以分布式的組網模式實現(xiàn)整體功能的優(yōu)化，可以在保證基本運行狀態(tài)穩(wěn)定的前提下，實現(xiàn)系統(tǒng)整體功能的最優(yōu)化。

■3.1 智能預警模塊分布式設計策略

智能預警是分布式技術實現(xiàn)智能監(jiān)測的核心所在，通過分布式的設計，在系統(tǒng)建模時可以初步將溫濕度、光敏度、煙霧與防火報警進行業(yè)務區(qū)分，如圖3 所示，并在輸出形式上采取不同表現(xiàn)方式即可，從而有效實現(xiàn)結構分散、功能一致的分布式設計與統(tǒng)一式監(jiān)管，從控制論的思路考慮，智能預警模塊的功能實現(xiàn)是相互獨立且相互關聯(lián)的，能夠較好提高智能監(jiān)控的整體性能。

圖3 智能預警模塊分布式設計與數據傳輸鏈路

■3.2 信號監(jiān)測模塊分布式設計策略

信號檢測的核心是微型計算機進行的數據采集，通過分布式的設計，使得局部出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)整體不會出現(xiàn)崩潰的工作狀態(tài)，能夠通過不同信號傳輸設備對監(jiān)控區(qū)域的切換，降低故障或干擾造成的影響，便于技術人員及時發(fā)現(xiàn)問題，通過遠程干預實現(xiàn)功能替換或設備切換，以實現(xiàn)對發(fā)射系統(tǒng)的全面監(jiān)控。