基于单片机的中波广播发射机监控系统的设计与实现

王建民

（内蒙古自治区广播电视传输发射中心乌海广播发射中心台阿拉善左782发射台，内蒙古 阿拉善左旗 750300）

0 引 言

中波广播是借助地面波和电离层反射波为主要形式进行传输的一种传播方式，具有传播距离远，不容易受障碍物影响的特点[1]。以往中波发射机以板调发射机为主，随着科技发展，逐渐转变为功能更加强大以单片机为核心的全固态中波发射机，其机箱外部设置有LCD彩色显示屏、振荡器、A/D转换、显示音频输出、输出监测等基本功能，具有能够直观看到设备运行状态及各项主要数据的优势，操作也更加简便。当前，随着社会的进一步发展，广播电台格局发生了进一步转变，安全、可靠以及稳定更加受到人们关注，需要在保障技术发展和运行安全的基础上对发射机进行在线实时监控，对各项数据进行采集、整理和存储，还要在网络基础上施工，构建互通互联和信息交互的网络平台，促进发射机智能化与自动化发展。

1 发射机监控系统的建设目标及结构组成

中波广播作为目前最主要的广播形式之一，为确保发射机的安全性和智能化，需要对基于单片机的中波广播发射机进行实时监控，在系统设计和建设时，需要分别从本地控制台和异地控制台两方面着手，结合使用移动设备对整个体系进行监控，实现数据的采集与整理、故障报警与记录、开关机控制、状态检测等功能目标。

从技术层面看，发射机监控系统结构组成主要包含发射机体系、节目传输、信号源、供电系统以及天馈线等设备，其中，发射机体系，主要通过采集器全面采集和控制发射机的各项参数，具有自动故障备用机、自动开关机等功能，可以应用哈广DAM 10 kW中波广播发射机建设自动化监控系统[2]。节目传输体系通过自动或手段方式，利用音频切换源将信号进行数字处理，得到数字音频和模拟音频信号，发送至各相关设备及系统，涉及数字微波、卫星接收天线、调频接收器、发射机以及监控系统等[3]。信号源体系主要对节目信号源和解调信号进行对比分析，一旦发现异常，立即进行异常报警并进行实时查看。

从系统网络层面看，发射机监控系统利用分布式工业以太网技术构建专用VPN网络，通过公用网络加密方式，将两个不同地点的网络通过数据隧道连通在一起，便于两地通信和远程访问，实现分散控制和集中管理。专用VPN网络的构建基础为PPTP安全协议，具有安全性、包容性及易用性特征，在VPN中十分普遍，而且VPN的连接模式为站点连接，能够保障整体监控系统的实时在线通信，确保远程通信安全可靠。

2 发射机监控系统主要应用技术

2.1 RS-485通信方式

RS-485通信方式的前身是RS-232，RS-232通信方式主要应用于传输速率低于20 000 b/s的通信中，具有操作便捷和传输速度快的优势，但容易受外部电气环境影响，导致传输数据错误，故而技术人员对其开展了进一步研究，最终研发出了RS-485通信方式。RS-485通信方式以平衡驱动器和差分接收器为接口，能够抵消外界干扰磁场信号，具有强抗干扰能力，还具有较远距离传输及低成本的优势，在元器件信号传输之间有着十分广泛的应用空间。基于单片机的中波广播发射机传输距离较远，分布区域较为分散，很容易受到电磁信号干扰，应用RS-485通信方式既能保障中波广播发射通信的准确性和稳定性，而且能够实现零散分布系统的实时监控[4]。

基于单片机的中波广播发射机监控系统主要采用串行通信协议，通过RS-485通信方式能够实现发出指令的上位机与发射机控制单元的数据传输和实时监控。根据RS-485通信方式的相关规定，工控机发出具体操作指令，发射机接收指令后，对输入信号进行处理传输至下位机。在这一过程中，监控系统会受到电气系统和物理环境的干扰，发射机反应时间通常为0.1～0.2 s，因此当发射机接收到指令后，工作人员需要及时反应，将主控单元恢复，确保下位机能够顺利接收信号[5]。倘若在这一过程中控制系统显示信号接收失败，说明信号传输过程故障，工作人员需要根据实际情况及时排除故障，开展针对性修复工作，保障传输畅通，也为发射机数据采集和监控奠定基础。

2.2 信源监控系统配置

中波广播发射机监控系统中信源监控系统设计对整个广播播放效果具有重要影响。信源智能切换系统主要设备为信源自动切换处理器，兼具信源智能切换、应急手动切换、断电等功能，能够实现输入输出信号的合理分配，解决信源盲区，提升广播效率，实现全面监控。具体工作原理为将接收到的源信号进行数字处理，通过自动/手动切换选择一路信号进行数字处理后传输至相应发射机、监控系统及监听监测系统，并且还具有自动判定音频正常与否的功能，倘若发现主路信号源丢失，将会自动切换至备用信号源，主路信号源恢复后自动切换回去。

2.3 采集器的设置

中波广播发射机监控系统中采集器的设置至关重要。目前，采集器主要有两种采集方法，一种是通过数字接口方式获得底层数据，在遵守通信协议的基础上收集发射机各项参数和状态量，完成发射机开关、复位等操作[6]。另一种是在发射机预留模拟监控接口，包括状态量、模拟量及控制量接口，采集器通过数据采集与计算获得发射机相关工作参数，利用状态量接口获得发射机工作状态及故障报警状态。控制接口则具有控制发射机功率开机、升/降功率复位等功能，具体见图1。

在基于单片机的中波广播发射机监控系统中，每个采集器对应一台发射机，采集器可独立运营，不会干扰发射机运行参数，采集器相互独立，不具有依存关系，单一采集器故障不会对整个系统运行造成巨大影响。采集器负责采集发射机相关工作参数的职责，是发射机与监控系统之间的桥梁，也可以通过远程指令控制发射机。

3 基于单片机的中波广播发射机监控系统的设计与实现

3.1 计算机监控软件系统

基于单片机的中波广播发射机监控系统平台是一个通过程序语言和软件编程构成的系统平台，能够利用集成工具对数据库进行数据监测和管理，如TIA软件平台和SQL Server2005数据库管理平台。在目前的系统平台中，计算机监控软件系统主要包含核心监测、总体观察、信源调度、工况监测、数据查询、故障查询以及运行参数等，由整个PLC程序进行控制，系统启动后对系统进行初始化操作，进行参数采集和处理，确定监控发射机运行状态，并根据采集数据做出判断，具体见图2。其中，核心监测模块指在发射机动态监测模块中，工作人员可以通过柱形图变化观察了解发射机调幅及功率等实时变化，倘若某一发射机功率低于下限值，就会自动报警，此时单击任一发射机就能看到详细的实时监控数据[7]。信源调度模块包含各个节目主信源和备用信源，系统设置为自动模式，当主信源发生故障或者无信号时，自动切换至备用信源，或者设置为手动模式，人工切换至备用信源。数据查询能够查询发射机所有数据，将发射机使用起止时间段内所有信息通过曲线形式展现给工作人员，工作人员可详细观察某一项数据量的变化情况。故障查询模块中，工作人员可以在系统平台上设置一定条件，查询相关故障及报警信息，也可对单个设备进行查询，或者查询某一时间段内所有信息。

图2 PLC主程序流程

3.2 通信网络的硬件结构

监控系统主控单元可划分为上位机和下位机，上位机具有数据搜集、查询以及传输等功能，下位机以外部信号搜集和信号处理为主，还能通过其他接口完成数据传输，具有开发成本低和性能优越的特征，能够显著降低监控系统运行成本，提升监控效率和质量。中波广播发射机监控系统由硬件和软件组成，为确保监控系统正常运行，需要确保硬件和软件设备的质量与安全水平，确保相关设备能够按照设计预期运行。关于操作界面，为确保监控系统简单便捷，可采用人机交互界面，为工作人员使用提供便利。

该系统主要利用RS-485通信方式与其他接口相互连通，便于监控系统进行各类数据采集，并为工作人员针对性处理问题提供依据，并且积极应用各种计算机网络技术和网路控制技术实时把控整个监控系统，控制各项系统参数，从而保障监控系统的工作效率。该系统涉及数据体量较大，如发射机电压、电流、功率及系统运行参数，监控系统需要将这些数据及时采集和传回，并根据这些数据及时调整信号输入，对系统硬件和软件性能有较高要求。为确保监控系统的可靠性，需要加强现场物理环境和设备的管控，不断优化数据编码及存储方式，以实现各类数据高效管理，确保工作人员能够快速定位所需数据，为系统监控提供助力。

3.3 系统监测功能模块设计

基于单片机的中波广播发射机的系统监测功能模块主要涉及网络状况检测、设备及设备运行环境监测、设备合理控制等，其中网络状况检测是保障发射机正常运行的关键，倘若网络运行不佳，就会对相应设备运转造成影响，继而阻碍整个系统功能的发挥。因此，在进行发射机自动化网络监控设计时，需要高度重视网络状况的设置与检测，加入适宜网络嗅探模块，对网络状况进行检测。针对常见流量超限、网络延缓或瘫痪等故障，提前做好应对预案，以便在最短的时间内恢复网络，保障各项设备正常运行。通过设备及设备运行环境监测，可以在整个监控系统实际运行过程中全面掌握各项设备实际运行状态，最大限度避免故障发生。在开发设计阶段，设计人员应当结合实际情况，加入适当科学技术和相应软件设备，如开源软件，确保系统处于正常运行状态，倘若发现网路终端问题，可以通过设备检测系统及时发出预警信号，判断故障点位置，以便更加准确地排除故障，保障设备运行状态[8,9]。针对设备运行环境，可以设置温湿度传感器和烟雾传感器等，对机房各项环境数据和状态进行采集，尤其是有特殊环境要求的设备，要进一步加强监测，一旦发现设备运行环境与周围环境条件不匹配，会自动发出预警信息，要求人员进行查看，避免设备出现故障[10]。

4 结 论

通过中波广播发射机监控系统能够显著降低运行风险，确保广播安全稳定发出。文章分别从技术层面和网络层面对中波广播发射机的监控系统建设目标及结构组成进行论述，对发射机监控系统主要应用技术进行研究，如RS-485通信方式、信源监控系统配置以及采集器的设置等，最终从计算机监控软件系统、通信网络的硬件结构、系统监测功能模块设计3个方面讨论整个系统的功能模块，希望能够实现发射机故障自用判断、报警和处理，实现发射机的自动化与智能化发展。