調頻發射機數據采集和遠程控制的實現方法

鄧偉林

（作者單位：德陽市廣播電視臺）

目前，調頻廣播是大部分地區廣播電視臺主要使用的廣播覆蓋方式，為農村和城市聽眾提供廣播節目。要實現調頻廣播節目信號的有效覆蓋，切實維護人民群眾收聽權益，讓人民群眾及時收聽到豐富多彩的廣播，就必須將廣播電視發射臺（站）設置于海拔相對較高的地方，在農村一般將其設置在偏遠且無遮擋的高山上，在城市一般將調頻發射機置于鐵塔上。

主備調頻發射機、發射臺供配電系統、廣播節目信號源接收傳輸設備、高增益天饋系統等組成了強大而復雜的調頻廣播發射系統。其中，調頻發射機是整個發射系統的核心部分，由多組電源模塊、多組功放模塊、激勵器和合成器等多個功能組件組成，這些功能組件的性能、參數及工作狀態均直接影響整個發射系統的工作效能。

因此，實時監控調頻發射機和各功能組件的工作狀態參數，及時準確判定并排除故障，對于廣播節目信號覆蓋及安全播出都具有非常重要的意義。

1 調頻發射機數據采集和遠程控制系統的組成介紹

如圖1所示，調頻發射機數據采集和遠程控制系統的組成分為左右兩部分，分別是被控端和控制端。左邊為被控端，也是該系統的物理配置的核心部分，主要由A/D數據采集模塊、串口服務器模塊、交流接觸器、繼電器控制模塊、音頻切換器、各類傳感器等組成。右邊是控制端，它的組成相對簡單，可以和被控端不在同一個地方，只需要在PC機、手機或平板電腦等終端安裝配套的集成系統軟件，接入互聯網，進行相應的系統配置和連接就能作為監測控制中心，就可以對被控端各個接入設備進行相應的數據采集和遠程控制。本文主要介紹以PC終端為控制端的情況。

2 調頻發射機數據采集和遠程控制系統實現的功能

該系統將控制端作為監測控制中心，監測和控制多個異地發射臺站的多套接入設備的工作狀態，包括主備調頻發射機、發射臺供配電系統、廣播節目信號源接收傳輸等設備，可以為地方廣播電視臺運維技術人員提供高效率可擴展的運維參考服務。該系統主要包括調頻發射機實時數據采集和遠程控制兩個方面的功能。

2.1 支持實時數據采集

經過合理規劃和安裝，按需設置接入設備，利用互聯網數據傳輸技術，各模塊相互配合把需要的數據實時回傳，運維技術人員通過有網絡接入的遠程終端軟件就可以及時了解和掌握接入設備運行情況，如監測調頻發射機主備機開機狀態、調頻發射機功率輸出是否在設定的范圍內、調頻發射機所在機房溫濕度是否適度、每塊功放模塊工作溫度、電流、電壓、輸出功率等是否正常。圖2是數據采集的部分線路連接示意圖，各采集模塊和接入設備相互連接進行數據采集，并將采集到的數據一并送至串口服務器。

2.2 支持遠程控制

經過對接入設備數據采集到的結果進行分析判斷，如果調頻廣播發射系統中接入設備有異常或者例行日常運維，工作人員可以利用控制端通過遠程控制終端發出開關量操作指令，借助網絡繼電器控制模塊執行相應操作。該系統支持對異地多臺調頻發射機及周邊設備實施遠程控制操作，能夠完成調頻發射機主備機應急倒換、天饋線系統雙工倒換控制、信號源鏈路切換控制、機房空調開關控制等功能。圖3是該系統中遠程控制的部分線路連接圖。

圖1 調頻發射機數據采集和遠程控制系統原理

圖2 數據采集的部分線路連接示意圖

3 各模塊具有的功能

3.1 A/D數據采集模塊

該模塊屬于工業級設備，具有抗干擾性強、隔離防雷、運行穩定、精度高等特點，主要完成主備調頻發射機及各功能組件運行參數的模擬量數據采集，可同時完成電流電壓的采集，包括對各傳感器輸出信號的采集，并且能將采集到的模擬數據進行A/D模數轉換，將數字信號送至串口服務器模塊。

3.2 傳感器

繼電器控制模塊作為一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將感受到的信息，按一定規律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。系統中選用了電流傳感器、光敏傳感器、熱敏傳感器，配合A/D數據采集模塊，實現對調頻發射機交流電流電壓、直流電流電壓和環境溫濕度等參數的監測回采功能。

3.3 串口服務器模塊

該模塊可以將RS-232/485/422串口設備轉換成TCP/IP網絡接口進行跨外網通信功能，系統中A/D數據采集模塊屬于串行設備，所以該模塊也發揮著串口設備和網絡之間的橋梁作用，主要完成A/D數據采集模塊傳來數據的實時跨網傳輸。

圖3 遠程控制的部分線路連接圖

3.4 交流接觸器

該設備的工作原理是將電磁力與彈簧彈力相配合，實現觸頭的接通和分斷，有兩種工作狀態：失電狀態和得電狀態。系統中選用了高電流承載能力的交流接觸器，安裝于調頻發射機的三相電源輸入端，起到調頻發射機電源總控作用，外加控制信號可以靈活執行供斷電開關任務，為發射機主備機倒換應急播出提供簡單可靠的硬件保障。

該模塊內部集成了硬件TCP/IP協議棧、Socket編程實現，支持多組控制單元，內置和遠程終端控制軟件的一對一配對通訊功能，接口分為WiFi、網口、GPRS和RS485多種接口方式，同時具有相同數量的繼電器輸出和開關量輸入接口。繼電器控制模塊輸出功能有3種模式，分別是正常閉合、脈沖輸出、延時動作，正常閉合是最常用的模式，如控制各設備的電源通斷；脈沖輸出是閉合一段時間自動斷開，時間可以手動設定2 ms～60 min；延時動作是一條指令每路繼電器按照設置時間自行閉合或者斷開，減少瞬時功率或者邏輯場景實現。

系統中該設備主要執行遠程終端發出的開關量操作指令，根據需要將控制信號傳達給交流接觸器對調頻發射機進行遠程控制，也可將控制信號傳送給天饋系統雙工倒換器、信源鏈路等接入設備進行相應控制，并實時反饋遠程控制結果。

3.5 音頻切換器

該設備能實現自動或者手動切換音頻信號輸入源，從而實現整個系統的音頻主備切換功能。在調頻廣播發射系統中，控制音頻信號源輸入也是非常重要的工作，一般通過光纖、微波、網絡等形式的信源鏈路完成多路音頻信號作為輸入源，有了該音頻切換器，就可以實現對這些調頻發射機的音頻信號輸入源的選擇控制，從而達到自動識別與切換的效果，無須人工干預，也能夠保證調頻廣播發射系統的音頻部分安全有效運行。

4 調頻發射機數據采集和遠程控制系統軟件

該系統采用遠程終端集成系統軟件進行集中管理，使用的軟件由C++編寫，可安裝在Windows環境的PC機上，使用了點對點技術（P2P）做遠程即時通信，具有低時延、高可靠性和高安全性的特點，界面友好，操作簡單，按類別同樣分為數據采集和遠程控制兩個方面，相輔相成。一是數據采集方面，軟件可虛擬多個Com端口、模擬RS-485串口通信，和硬件模塊一一對應，完成對接入設備的數據傳輸并呈現到軟件界面上，讓遠端技術人員更直觀地了解到各接入設備的各項參數。也可對各參數數據進行更新頻次的設置，如每2 s更新一次，可提高監控數據的時效性。二是遠程控制方面，通過鼠標點擊相應按鈕，即可發出開關量指令控制繼電器模塊工作，將對應控制信號送至各設備執行相應操作，完成對調頻發射機的各種控制，如上電、拉閘或主備調頻發射機倒換等操作。

5 調頻發射機數據采集和遠程控制系統特點

5.1 系統運行成本低

一套系統軟件控制多臺接入設備，按需接入，硬件成本低。且該系統方案用先進技術手段代替傳統人

工值守，以極小的代價即可實現調頻發射機的數據采集和遠程控制。

5.2 系統結構清晰簡單

系統由多個功能模塊組成，而且安裝布置簡單，各模塊可相互獨立工作，相互隔離，運行可靠，性能穩定，具有較高的可靠性、穩定性和安全性。

5.3 系統不受時域和地域限制

系統基于網絡控制，只要互聯網能夠觸及的地方都可以作為遠程控制端或被控端，不受時域和地域的限制，可全天時、全地域將采集的數據傳輸至監測控制中心，也可以提高廣播電視發射臺站布點選址的靈活性。

5.4 系統具有良好的擴展性

系統軟件支持二次開發、數據開源，易于修改和擴展，因此，可以開發專用應用程序（Application，App），并運行于PC端、手機端或者平板等可定制性監控軟件產品上，實現對接入系統內所有調頻發射機及周邊多個功能模塊的監測與控制，經過改良還可應用到電力、電信、能源、交通、環保等領域。

6 結語

本文是筆者在參與調頻發射機數據采集和遠程控制系統的設計、安裝和調試工作中學習和了解到的相關知識，也介紹了該系統的實現方法。筆者結合調頻發射機數據采集和遠程控制系統的完成，總結如下設計心得：工作人員在設計、安裝和調試調頻發射機數據采集和遠程控制系統中，做了很多測試，也走了彎路，最后選擇采用了市場上現有的高精度A/D數據采集模塊、低時延串口服務器模塊、網絡繼電器控制模塊等組成一套完整的集成系統，縮短了各種環境研發設計周期，在短時間內完成系統的安裝調試工作。實踐證明，在廣播電視領域，節目安全播出要求越來越高，在高效率的技術發展面前，應重視技術創新，而調頻發射機數據采集和遠程控制的項目就是一個創新，系統的實施完成不僅能解決傳統運維方式所帶來的一些弊端，提高工作效率的同時還能降低廣播電視發射臺站運行成本，最重要的是可以降低調頻發射機故障造成的節目停播率，減少安全播出事故， 值得借鑒參考。