基于單片機的中波廣播發射機監控系統的設計與實現

王建民

（內蒙古自治區廣播電視傳輸發射中心烏海廣播發射中心臺阿拉善左782發射臺，內蒙古 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行傳輸的一種傳播方式，具有傳播距離遠，不容易受障礙物影響的特點[1]。以往中波發射機以板調發射機為主，隨著科技發展，逐漸轉變為功能更加強大以單片機為核心的全固態中波發射機，其機箱外部設置有LCD彩色顯示屏、振蕩器、A/D轉換、顯示音頻輸出、輸出監測等基本功能，具有能夠直觀看到設備運行狀態及各項主要數據的優勢，操作也更加簡便。當前，隨著社會的進一步發展，廣播電臺格局發生了進一步轉變，安全、可靠以及穩定更加受到人們關注，需要在保障技術發展和運行安全的基礎上對發射機進行在線實時監控，對各項數據進行采集、整理和存儲，還要在網絡基礎上施工，構建互通互聯和信息交互的網絡平臺，促進發射機智能化與自動化發展。

1 發射機監控系統的建設目標及結構組成

中波廣播作為目前最主要的廣播形式之一，為確保發射機的安全性和智能化，需要對基于單片機的中波廣播發射機進行實時監控，在系統設計和建設時，需要分別從本地控制臺和異地控制臺兩方面著手，結合使用移動設備對整個體系進行監控，實現數據的采集與整理、故障報警與記錄、開關機控制、狀態檢測等功能目標。

從技術層面看，發射機監控系統結構組成主要包含發射機體系、節目傳輸、信號源、供電系統以及天饋線等設備，其中，發射機體系，主要通過采集器全面采集和控制發射機的各項參數，具有自動故障備用機、自動開關機等功能，可以應用哈廣DAM 10 kW中波廣播發射機建設自動化監控系統[2]。節目傳輸體系通過自動或手段方式，利用音頻切換源將信號進行數字處理，得到數字音頻和模擬音頻信號，發送至各相關設備及系統，涉及數字微波、衛星接收天線、調頻接收器、發射機以及監控系統等[3]。信號源體系主要對節目信號源和解調信號進行對比分析，一旦發現異常，立即進行異常報警并進行實時查看。

從系統網絡層面看，發射機監控系統利用分布式工業以太網技術構建專用VPN網絡，通過公用網絡加密方式，將兩個不同地點的網絡通過數據隧道連通在一起，便于兩地通信和遠程訪問，實現分散控制和集中管理。專用VPN網絡的構建基礎為PPTP安全協議，具有安全性、包容性及易用性特征，在VPN中十分普遍，而且VPN的連接模式為站點連接，能夠保障整體監控系統的實時在線通信，確保遠程通信安全可靠。

2 發射機監控系統主要應用技術

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勢，但容易受外部電氣環境影響，導致傳輸數據錯誤，故而技術人員對其開展了進一步研究，最終研發出了RS-485通信方式。RS-485通信方式以平衡驅動器和差分接收器為接口，能夠抵消外界干擾磁場信號，具有強抗干擾能力，還具有較遠距離傳輸及低成本的優勢，在元器件信號傳輸之間有著十分廣泛的應用空間?；趩纹瑱C的中波廣播發射機傳輸距離較遠，分布區域較為分散，很容易受到電磁信號干擾，應用RS-485通信方式既能保障中波廣播發射通信的準確性和穩定性，而且能夠實現零散分布系統的實時監控[4]。

基于單片機的中波廣播發射機監控系統主要采用串行通信協議，通過RS-485通信方式能夠實現發出指令的上位機與發射機控制單元的數據傳輸和實時監控。根據RS-485通信方式的相關規定，工控機發出具體操作指令，發射機接收指令后，對輸入信號進行處理傳輸至下位機。在這一過程中，監控系統會受到電氣系統和物理環境的干擾，發射機反應時間通常為0.1～0.2 s，因此當發射機接收到指令后，工作人員需要及時反應，將主控單元恢復，確保下位機能夠順利接收信號[5]。倘若在這一過程中控制系統顯示信號接收失敗，說明信號傳輸過程故障，工作人員需要根據實際情況及時排除故障，開展針對性修復工作，保障傳輸暢通，也為發射機數據采集和監控奠定基礎。

2.2 信源監控系統配置

中波廣播發射機監控系統中信源監控系統設計對整個廣播播放效果具有重要影響。信源智能切換系統主要設備為信源自動切換處理器，兼具信源智能切換、應急手動切換、斷電等功能，能夠實現輸入輸出信號的合理分配，解決信源盲區，提升廣播效率，實現全面監控。具體工作原理為將接收到的源信號進行數字處理，通過自動/手動切換選擇一路信號進行數字處理后傳輸至相應發射機、監控系統及監聽監測系統，并且還具有自動判定音頻正常與否的功能，倘若發現主路信號源丟失，將會自動切換至備用信號源，主路信號源恢復后自動切換回去。

2.3 采集器的設置

中波廣播發射機監控系統中采集器的設置至關重要。目前，采集器主要有兩種采集方法，一種是通過數字接口方式獲得底層數據，在遵守通信協議的基礎上收集發射機各項參數和狀態量，完成發射機開關、復位等操作[6]。另一種是在發射機預留模擬監控接口，包括狀態量、模擬量及控制量接口，采集器通過數據采集與計算獲得發射機相關工作參數，利用狀態量接口獲得發射機工作狀態及故障報警狀態。控制接口則具有控制發射機功率開機、升/降功率復位等功能，具體見圖1。

在基于單片機的中波廣播發射機監控系統中，每個采集器對應一臺發射機，采集器可獨立運營，不會干擾發射機運行參數，采集器相互獨立，不具有依存關系，單一采集器故障不會對整個系統運行造成巨大影響。采集器負責采集發射機相關工作參數的職責，是發射機與監控系統之間的橋梁，也可以通過遠程指令控制發射機。

3 基于單片機的中波廣播發射機監控系統的設計與實現

3.1 計算機監控軟件系統

基于單片機的中波廣播發射機監控系統平臺是一個通過程序語言和軟件編程構成的系統平臺，能夠利用集成工具對數據庫進行數據監測和管理，如TIA軟件平臺和SQL Server2005數據庫管理平臺。在目前的系統平臺中，計算機監控軟件系統主要包含核心監測、總體觀察、信源調度、工況監測、數據查詢、故障查詢以及運行參數等，由整個PLC程序進行控制，系統啟動后對系統進行初始化操作，進行參數采集和處理，確定監控發射機運行狀態，并根據采集數據做出判斷，具體見圖2。其中，核心監測模塊指在發射機動態監測模塊中，工作人員可以通過柱形圖變化觀察了解發射機調幅及功率等實時變化，倘若某一發射機功率低于下限值，就會自動報警，此時單擊任一發射機就能看到詳細的實時監控數據[7]。信源調度模塊包含各個節目主信源和備用信源，系統設置為自動模式，當主信源發生故障或者無信號時，自動切換至備用信源，或者設置為手動模式，人工切換至備用信源。數據查詢能夠查詢發射機所有數據，將發射機使用起止時間段內所有信息通過曲線形式展現給工作人員，工作人員可詳細觀察某一項數據量的變化情況。故障查詢模塊中，工作人員可以在系統平臺上設置一定條件，查詢相關故障及報警信息，也可對單個設備進行查詢，或者查詢某一時間段內所有信息。

圖2 PLC主程序流程

3.2 通信網絡的硬件結構

監控系統主控單元可劃分為上位機和下位機，上位機具有數據搜集、查詢以及傳輸等功能，下位機以外部信號搜集和信號處理為主，還能通過其他接口完成數據傳輸，具有開發成本低和性能優越的特征，能夠顯著降低監控系統運行成本，提升監控效率和質量。中波廣播發射機監控系統由硬件和軟件組成，為確保監控系統正常運行，需要確保硬件和軟件設備的質量與安全水平，確保相關設備能夠按照設計預期運行。關于操作界面，為確保監控系統簡單便捷，可采用人機交互界面，為工作人員使用提供便利。

該系統主要利用RS-485通信方式與其他接口相互連通，便于監控系統進行各類數據采集，并為工作人員針對性處理問題提供依據，并且積極應用各種計算機網絡技術和網路控制技術實時把控整個監控系統，控制各項系統參數，從而保障監控系統的工作效率。該系統涉及數據體量較大，如發射機電壓、電流、功率及系統運行參數，監控系統需要將這些數據及時采集和傳回，并根據這些數據及時調整信號輸入，對系統硬件和軟件性能有較高要求。為確保監控系統的可靠性，需要加強現場物理環境和設備的管控，不斷優化數據編碼及存儲方式，以實現各類數據高效管理，確保工作人員能夠快速定位所需數據，為系統監控提供助力。

3.3 系統監測功能模塊設計

基于單片機的中波廣播發射機的系統監測功能模塊主要涉及網絡狀況檢測、設備及設備運行環境監測、設備合理控制等，其中網絡狀況檢測是保障發射機正常運行的關鍵，倘若網絡運行不佳，就會對相應設備運轉造成影響，繼而阻礙整個系統功能的發揮。因此，在進行發射機自動化網絡監控設計時，需要高度重視網絡狀況的設置與檢測，加入適宜網絡嗅探模塊，對網絡狀況進行檢測。針對常見流量超限、網絡延緩或癱瘓等故障，提前做好應對預案，以便在最短的時間內恢復網絡，保障各項設備正常運行。通過設備及設備運行環境監測，可以在整個監控系統實際運行過程中全面掌握各項設備實際運行狀態，最大限度避免故障發生。在開發設計階段，設計人員應當結合實際情況，加入適當科學技術和相應軟件設備，如開源軟件，確保系統處于正常運行狀態，倘若發現網路終端問題，可以通過設備檢測系統及時發出預警信號，判斷故障點位置，以便更加準確地排除故障，保障設備運行狀態[8,9]。針對設備運行環境，可以設置溫濕度傳感器和煙霧傳感器等，對機房各項環境數據和狀態進行采集，尤其是有特殊環境要求的設備，要進一步加強監測，一旦發現設備運行環境與周圍環境條件不匹配，會自動發出預警信息，要求人員進行查看，避免設備出現故障[10]。

4 結 論

通過中波廣播發射機監控系統能夠顯著降低運行風險，確保廣播安全穩定發出。文章分別從技術層面和網絡層面對中波廣播發射機的監控系統建設目標及結構組成進行論述，對發射機監控系統主要應用技術進行研究，如RS-485通信方式、信源監控系統配置以及采集器的設置等，最終從計算機監控軟件系統、通信網絡的硬件結構、系統監測功能模塊設計3個方面討論整個系統的功能模塊，希望能夠實現發射機故障自用判斷、報警和處理，實現發射機的自動化與智能化發展。