基于物联网技术的调频备播系统

□ 韦国慧 唐宗欢 陆星光 唐颂钧

为提升台站的安全播出保障能力，将科技前沿技术运用到广播电视安全播出体系中，本文设计了一套基于物联网技术的调频备播系统。该系统独立于台站原有的播出系统，通过自主研发的物联网控制器将备播设备与云端服务器相连，实现设备物联网化，再通过自主开发的微信小程序在手机上对台站备播系统进行监控，从而增强了台站的安全播出保障能力。

一、物联网调频备播系统的设计

（一）物联网调频备播系统的工作原理

本系统的工作原理是将发射台站备播系统的设备通过物联网控制器连到云服务器（租用腾讯云），从而达到设备上云目的，然后通过微信小程序利用云平台实现对台站备播设备的监控。系统的接口程序放在云端，云平台主要用作透明传输，提供手机端与物联网控制器的对接服务。当台站因某种原因无法播出时，维护人员可通过微信小程序控制物联网控制器，该控制器与备播设备关联，从而实现对备播设备更改频率、切换信号源、开关发射机、开关发电机、倒电等功能，及时掌握设备运行状态，快速恢复播出，极大提升了台站的安全播出水平。手机端界面如图1所示。

图1 物联网调频备播系统手机界面

（二）系统结构

物联网调频备播系统框图如图2所示。技术人员在手机上运行备播系统微信小程序，建立手机端与云服务器之间的通信，手机端向云服务器发送信息，服务器接收信息后以透明传输方式将信息发送给台站端的物联网控制器（该控制器24小时保持与云服务器通信），控制器接收到信息后进行解析并执行相关动作。备播系统独立于台站现有的播出系统，具有独立发射机、天馈线、信号源及特殊的供电机制（如台站的供电出现故障造成停播，可以通过手机APP启动发电机给备播系统供电，恢复信号播出）。该系统平时处于休眠状态，无论台站原有的播出系统哪个环节出现问题造成停播，都可以通过手机远程唤醒备播系统恢复播出。

图2 物联网调频备播系统框图

（三）实现方法

在整个备播系统中，所有的信息传递、解析以及执行相应动作都是由系统核心部件物联网控制器来实现的。市场上没有现成的符合系统要求的物联网控制器，因此本文利用单片机开发物联网控制器。单片机内嵌物联网程序和控制台站设备的程序。控制器上电后自动连接到云平台，备播系统的设备与控制器相连，从而实现设备控制功能。具体实现方法为：

1.搭建云平台，编写云服务器的协议程序，创建平台与物联网控制器间的交互语言。云平台支持发布/订阅模式，平台基于TCP协议栈同时支持TCP心跳长连接。用户先在云平台注册获取私钥UID，物联网控制器利用这个私钥UID与云平台按照事先制定的消息机制进行数据交互。即远程终端（手机或电脑）往私钥UID推送消息指令，注册了UID的物联网控制器可以收到发往该UID的消息，从而达到通过手机控制物联网控制器的目的，同时物联网控制器与台站的设备相连，按照设备的通信协议进行数据交互，实现远程终端通过云平台控制台站设备的目的。

2.设计物联网控制器。该物联网控制器硬件方面主要由物联网主处理器、物联网数据收发装置和物联网逻辑控制装置组成。软件方面主要包含物联网数据解析程序、物联网控制器与备播设备接口程序、控制器控制设备逻辑程序和物联网控制器接入云服务器程序。该物联网控制器的工作流程及逻辑框图如图3所示。

图3 物联网控制器的工作流程及逻辑框图

当物联网控制器通电后，就会开启透明传输模式，自动通过4G路由器连接到互联网，并向云端服务器发送相关身份标识，在获得云端服务器身份认可后，即建立物联网控制器与云服务器之间的专用通道。此时控制器实时侦听来自专用通道的各种消息并进行解析，如果消息中包含有控制指令，则对指令进行判断并通过串口与备播设备进行通信且执行相关动作（如：开关备播发射机、给备播发射机改频、切换备播系统信号源、开关发电机以及发电机给备播系统供电等）。同时备播系统的设备把相关状态通过串口回传给物联网控制器，再通过透明传输经云服务器发送给具备身份标识的远程终端，该终端将消息解析并在屏幕上显示出来。

3.开发远程终端程序（手机APP或微信小程序）。程序运行后与云平台对接，利用云平台发布指令和获取数据，以实现对台站设备的监控，其工作流程及逻辑框图如图4所示。

图4 远程终端工作流程及逻辑框图

在手机上运行备播系统的APP，该APP向云服务器发送身份标识，再通过云服务器身份认证后即建立起手机与服务器之间的专用通道进行数据透明传输。此时手机端实时侦听来自专用通道的各种消息并进行解析，同时将解析的消息在手机屏幕上显示出来。当技术人员需要对备播系统进行操控时，可以在APP上点击相关按钮，即可发送消息到服务器，服务器则将手机端发过来的消息透传给台站端的物联网控制器，控制器对接收到的消息进行解析并将解析出来的控制指令传递给台站备播设备，台站备播设备收到控制指令后执行相关动作，手机端操作界面如图1所示。

二、系统功能

与现有技术相比，本项目的有益效果是：1.可以将广播电视发射台站不具备联网功能的设备接入物联网。2.可以通过远程终端对广播电视发射台站设备进行监控，理论上在有互联网云端的条件下随时可以进行操作。3.系统结构简单、设计合理、工作效率高、性能稳定、操作简单、实用性强。

具体有如下五项功能：一是台站信号源系统出现故障造成停播时，可以启动备播系统，恢复播出。二是台站发射机系统出现故障造成停播时，可以启动备播系统，恢复播出。三是台站天馈系统出现故障造成停播时，可以启动备播系统，恢复播出。四是台站配电系统出现故障造成停播时，可以远程启动发电机给备播系统供电，恢复播出。五是实时查看台站备播设备状态。

三、结语

目前该系统已成功运用于广西广播电视技术中心南宁分中心所辖的村村通台站。该系统安全稳定、方便快捷，自投入使用以来切实有效地增强了南宁分中心村村通台站的安全播出保障能力。