广播电视无线发射台站智能监控系统设计与分布式技术运用

张宏斌，赵军棋

（云南省广播电视局迪庆实验台，云南迪庆，674499）

无线发射台站通常采用人员长期值守进行故障排查，监测过程中容易出现疏忽、遗漏以及技术手段欠缺等问题导致发射系统工作性能难以持续，可靠性以及稳定性难以保证[1]。因此，如何充分运用计算机与智能感知技术实现监控系统的自动化与智能化，更好地进行数据监控、过程管理和服务反馈，加强系统稳定性与可持续性，这是值得深入研究与分析的。

1 无线发射台站智能监控系统建设的可行性研究

无线发射台站智能监控系统设计结构图如图1 所示，通过模块设计与需求分析，广播电视无线台站的智能监控系统应满足以下主要功能[2]：

图1 无线发射台站智能监控设计结构图

(1)智能预警

在发射系统正常工作中，除了输入/输出信号外，还会产生大量的中间数据和待检测的参数，需要通过监控系统对相关数据进行采集、分析和存储，在智能监控系统设计时需要将相关业务加入模块构建，通过实时不间断的数据分析处理对整个发射系统的运转进行调整和优化，已达到系统稳定可靠长效运行的目的。

(2)信号监测

通过智能感知技术、认知计算等机器算法以及网络通信、电子线路与信号处理等新型技术的运用，使得发射系统能够全域、全时、全频段实现自动化监控、无人化管理合理配置，并利用数据分析中的可靠结果反馈于系统运行中的各个方面，满足系统功能的同时，科学合理配置资源和设施设备。

(3)无线传输

由于自动进行数据采集与处理，并通过门限设置管控设施设备运行的整个过程，将数据层面体现的故障隐患进行预警与智能处置，此外，还可以通过远程终端对系统进程进行干预。安全加密机制同样适用于监控系统，能够自动反制非法入侵，对于数据安全和信息保密的能力得到较好保证。

(4)智能接口

系统建设时采取的模块化设计、功能性区分以及接口标准技术，使得智能监控系统未来升级改造时可以直接采取任务式模式，对于提升系统容量、升级传输速度、加大处理模式等扩展需求，只需要针对具体需求提出升级标准即可。

2 无线发射台站智能监控系统设计与实现

智能监控系统主要包括两项重要技术：智能化处理与计算机控制。智能化处理能够实现系统根据预设参数与方案，实现对系统工作情况的自动判断处置；而计算机控制则是针对智能化处理的要求，进行实时数据采集、工作模式管理以及远程终端干预等[3]。对于无线发射台站智能监控系统设计的核心关键就是主控设备的设计搭建与系统功能的扩展应用，确保发射台的稳定运行时所需的一切条件和基本要求，如图2 所示。

图2 无线发射台站智能监控系统设计原理框图

■2.1 主控设备

从智能监控系统建设的整体出发，主控设备作为数据处理的“大脑”，不仅要求数据处理速度快、信息传输能力强，还应保证工作稳定可靠、技术维护简单等。因此，通常选定STM32F107RC 型号单片机来作为主控设备的芯片进行功能设计和技术扩展。该芯片的最大优势在于数据接口多（模数转换、USB 以及MAC 等），多功能串口满足WIFI技术对接的需求，模/数接口连接好数据传感器，通过内部FLASH 存储模块烧入系统功能设计编写的代码，完成基本功能实现，并将数模口外接PHY 芯片使得无线通信与智能传感功能对接，全面实现智能监控。

■2.2 功能实现

2.2.1 智能预警与临机处置

对于智能预警功能事项，需要在系统运行多个关键位置安装多路数据监测传感器，实时采样数据，对于可能出现异常的情况，及时反馈信息到数据处理平台，同时根据前期由技术人员界定的门限告警值和突发情况处置方案，由智能监控系统针对性地做好数据研读、分析和情况预判、处置等工作。

设计中，选择数据传感器非常重要，现阶段功能全面的传感器很多，例如温湿度传感器THS301 系列，气敏式烟雾传感器MQ-2，光电传感器GL6G-P1211 等，安装方便，使用简单，能够实现在发射系统运行状态下的实时监测功能。这类数据监测传感器共性特点是接入技术实现简单，其中OUT 输出数据为检测信号输出电平，通过数据处理，当出现超出门限的高电平或者低电平情况时自动判断是否达到预警条件，此外还可以通过接口技术对接主控设备STM32F107RC的模/数接口，将数据情况、判断结果和处理依据实时共享至数据处理终端和远程服务终端，便于技术人员远程实时控制该传感器模块。

2.2.2 信号监测与信息反馈

参数监测除了需要传感器准确采集数据外，还需要将相关数据在远程终端的显示器上实时进行显示，在智能监控信息传输设备上预留的RS485 数据接口对接发射机数据接口，确保技术人员能够实时观察数据情况，能够有效把握发射系统整体运转情况，并通过远程控制对系统信息反馈和控制干预。

RS485 接口简单，在信号监测过程中，实测DOUT输出信号电平，以便于进行实时量测，信号峰值较高时转入预警模式。可以提前设置芯片电位级调整监测信号的灵敏度，AOUT接入主控芯片STM32F107RC 标准接口，实现信号转换后的处理、传输，便于传感器实现系统参数实时不间断的采集提取，可以通过RS485 数据接口将相关数据传输至数据平台进一步分析处理，此时基于单片机预留串口位置，并通过无线信号探测模块MINI-001 实现机房内数据监控功能，并结合AVID多波段多类串联信号反馈开关至共享显示终端，在有效降低干扰因素的基础上，更好地实现信息反馈功能。

2.2.3 实时稳定的无线网络通信

无线模块的使用可以有效解决问题，这里需要设计数据通信通路，并通过串口将无线模块接入主控设备，使得系统具备无线传输功能，能够实时向外传递数据，并通过手机、IPAD 等设备智能接入系统监控数据端，查看相关信息[4]。

在系统设计上，选择RTL8211CU WiFi 模块是基于现代电子技术应用的扩展无线通信设备。该型号结构简单，尺寸小、功率要求低，但对外扩展应用功能强大，通过串口直连单片机，通过设置好的信号传输协议和传输策略，确保实现单片机系统与模块之间的远程无线通信，即实现WIFI 功能准入，便于手机/平板实现对智能监控系统的管理控制。

2.2.4 接口扩展与智能技术应用

主控设备上预留以太网数据接口，对接数据通信的要求以及满足数据处理平台、远程服务终端等信息传输能力。未来功能需要优化、系统需要完善时，通过分布式技术+多功能接口能够方便快捷实现系统改进，这对于升级改造项目而言是非常高效的。应用扩展的问题主要是为了针对分布式技术应用中存在的远程终端与发射系统的信息传输和远程管控等能力，能够使得技术人员通过智能监控系统实现对无线台站整体运行状态的管理，这也是为了对接人工干预和技术更新的预留接口。

基于单片机数据端口无法实现网络信号的模/数差分转换，利用扩展AR8033的PHY 芯片，通过MII 接口与主控芯片直连，将数据信号差分转换后，经网络模式分类识别后分两组信号连接无线传输端口或以太网，此时远程终端可以实时观测、调取和控制发射系统内部运行状态数据，即远程的智能化控制可以实现。

3 无线发射台站智能监控系统分布式技术运用

分布式技术是智能监控系统中通过计算机设置多线程任务智能控制多条数据通路的工作模式，是实现无线台站自动化控制的核心技术[5]。实际应用中，系统建模时通常会按照工作模块进行板块划分，通过安装微型计算设备于无线台站发射系统的各个核心工作单元，以分布式的组网模式实现整体功能的优化，可以在保证基本运行状态稳定的前提下，实现系统整体功能的最优化。

■3.1 智能预警模块分布式设计策略

智能预警是分布式技术实现智能监测的核心所在，通过分布式的设计，在系统建模时可以初步将温湿度、光敏度、烟雾与防火报警进行业务区分，如图3 所示，并在输出形式上采取不同表现方式即可，从而有效实现结构分散、功能一致的分布式设计与统一式监管，从控制论的思路考虑，智能预警模块的功能实现是相互独立且相互关联的，能够较好提高智能监控的整体性能。

图3 智能预警模块分布式设计与数据传输链路

■3.2 信号监测模块分布式设计策略

信号检测的核心是微型计算机进行的数据采集，通过分布式的设计，使得局部出现故障时，系统整体不会出现崩溃的工作状态，能够通过不同信号传输设备对监控区域的切换，降低故障或干扰造成的影响，便于技术人员及时发现问题，通过远程干预实现功能替换或设备切换，以实现对发射系统的全面监控。