廣播發(fā)射機遠程監(jiān)控系統(tǒng)是利用計算機和網(wǎng)絡對發(fā)射機進行全天候、跨地域實時監(jiān)測與控制的智能化系統(tǒng)，它能有效地減輕工作人員的勞動強度，提高發(fā)射機運行的安全性、可靠性，從根本上提升發(fā)射臺的管理水平。通常，廣播發(fā)射機遠程監(jiān)控系統(tǒng)包括中心服務器、發(fā)射臺本地服務器(上位機" title="上位機">上位機)、監(jiān)控代理(下位機)、客戶端等部分，服務器由裝有大型監(jiān)控軟件的計算機組成。圖1描繪了該系統(tǒng)在一個發(fā)射臺內的組成結構。要實行監(jiān)控，首要問題是實現(xiàn)與發(fā)射機的接口，以完成發(fā)射機的數(shù)據(jù)采集及將服務器的控制信號傳給發(fā)射機。但目前使用的發(fā)射機大多沒有數(shù)據(jù)采集和控制執(zhí)行的監(jiān)控接口，即使有這樣的監(jiān)控接口，由于沒有統(tǒng)一的接口標準，使得不同廠商生產的發(fā)射機在接口的電氣特性、端口排列、控制方式等定義上不同。因此將不同廠家生產的發(fā)射機納入同一個計算機監(jiān)控系統(tǒng)中進行管理是很困難的。針對以上問題，目前的廣播發(fā)射機監(jiān)控系統(tǒng)采用以下兩種方案：一種是專門針對某一使用廣泛的發(fā)射機開發(fā)的監(jiān)控系統(tǒng)，如專門針對Harres公司的發(fā)射機。這樣的發(fā)射機一般都帶有監(jiān)控接口，在系統(tǒng)中不需要監(jiān)控代理，當然這樣的監(jiān)控系統(tǒng)應用范圍也是有限的；另一種監(jiān)控系統(tǒng)的系統(tǒng)結構類似于圖1所示的結構，也采用一個監(jiān)控代理（下位機）作為發(fā)射機接入監(jiān)控系統(tǒng)的接口，但由于技術及設計上的問題，其監(jiān)控代理都不具有通用性，需要作硬件和軟件上的改動才能將種類不同的發(fā)射機接入到監(jiān)控系統(tǒng)，也就是說針對每一類發(fā)射機都要設計一個專門的監(jiān)控代理(下位機)。這種方法雖能提高系統(tǒng)的兼容性，但大大增加了系統(tǒng)復雜度，增加開發(fā)成本，限制了監(jiān)控系統(tǒng)大規(guī)模推廣應用。對于這個問題，在開發(fā)分布式發(fā)射機遠程智能監(jiān)控系統(tǒng)時，通過對各廠商各種類型發(fā)射機的功能、技術特點和監(jiān)控要求進行全面分析，開發(fā)出一個通用的、軟件可配制的監(jiān)控代理(下位機)，它能保證目前幾乎所有的發(fā)射機接入同一個監(jiān)控系統(tǒng)，對今后生產的發(fā)射機也具有兼容性。

1 總體設計思想
　　下位機與發(fā)射機接口的一個引腳稱為端口。與一般通訊接口類似，通常的下位機在設計和開發(fā)階段就規(guī)定了每個端口的電氣特性、功能、控制時序等，這樣一個設備生產出來后，其接口所提供的各端口的電氣特性、功能、控制時序等就固定不能改變了，而這樣的接口也只適于連接某一類受控設備。本設計是將下位機各端口的電氣特性固定，而各端口的功能、作用、控制時序等要到工程應用時，根據(jù)所監(jiān)控的發(fā)射機實際情況以及與下位機各端口連接的各個監(jiān)控點的特征，用一個端口語義和語法定義表來規(guī)定。該語法定義表用自行開發(fā)的一個專用軟件生成，并下載到下位機的Flash中。這樣該下位機才是與某一特定發(fā)射機相關的產品，并且，在實際應用過程中，還可以根據(jù)應用情況作調整。這種采用端口定義表的方法，不需要對下位機的硬件作改動，只需要改變端口定義表的數(shù)據(jù)，就能保證同樣的下位機硬件適合各種類型的發(fā)射機，其設計有極大的靈活性。
　　監(jiān)控中的一些復雜控制功能無法僅用單一的端口完成，在設計中采用控制動作集的思想。它基于端口語義和語法定義表，將多個端口組合在一起，并規(guī)定各個端口之間的聯(lián)系，形成一個可單獨使用的功能塊，然后以包的形式下載到下位機的Flash中。這樣上位機發(fā)送某單個命令就可引起下位機的一系列動作，從而完成一個復雜功能。至于完成這個復雜功能需要哪些動作，這些動作是怎樣完成的，使用到哪些端口等問題對上位機監(jiān)控軟件的開發(fā)人員來說是透明的，因此大大簡化了開發(fā)過程，也使得上位機監(jiān)控軟件具有更強的兼容性和靈活性。
　　圖2是以功能層次圖方式說明的下位機的設計思想。

2 具體技術實現(xiàn)方案
2.1 與各類發(fā)射機電氣特性相匹配的硬件接口設計
　　通過對各廠商、各型號的發(fā)射機進行深入分析，發(fā)現(xiàn)所有發(fā)射機的端口電氣特性可歸結為三類：模擬量、狀態(tài)量、控制量。相對于中心監(jiān)控系統(tǒng)，模擬量和狀態(tài)量是輸入量，代表了發(fā)射機的運行狀態(tài)，供監(jiān)測和分析使用?？刂屏渴禽敵隽?，以完成對發(fā)射機的控制功能。模擬量就是電平在一定范圍變化的端口，如發(fā)射機末級功放輸出功率；狀態(tài)量就是只有高低兩個電平變化的端口，如輸出指示；而控制量又分為電平控制" title="電平控制">電平控制、脈沖控制和模擬控制三個小類，分別表示以高低電平控制、以脈沖控制和以范圍可變的電平控制。本設計的下位機中設置了33個模擬量端口、24個狀態(tài)量端口、16個控制量端口(8個電平&脈沖輸出，8個模擬量輸出)。將發(fā)射機監(jiān)控信號抽象為三類端口是保證下位機兼容所有發(fā)射機的先決條件。根據(jù)以上分類方法設計的下位機硬件原理圖如圖3所示。

　　下位機選用μPSD3212C單片機作為控制核心，該單片機是包含8032內核的高速SOC51微控制器MCU，它具有雙Flash存儲器、SRAM、外設接口可編程邏輯以及JTAG在系統(tǒng)編程(ISP)。由于該單片機本身具有強大功能，所以使下位機硬件電路顯得格外簡單。模擬量的采集采用3片TLC1543，每片的A0～A10為模擬輸入端，共33路。TLC1543是CMOS 10位逐次逼近A/D轉換器，芯片內部有一個多路選擇器用來選擇其中一路采樣，該芯片具有高速、高精度和低噪聲的特點。狀態(tài)量輸入電路共有24路，通過3片三態(tài)收發(fā)器74HC245連至μPSD3212C的PB口。電平&脈沖控制量輸出電路共8路，由1片74HC373、1片74HC240和8個繼電器組成。74HC373為共用單片機PB口而設立，74HC240用以驅動繼電器。如果對應的監(jiān)控信號需要由電平控制，則由軟件設置PB口的對應引腳為高電平或低電平并保持。脈沖可由電平的高低變化來模擬，所以沒有設置專門的脈沖控制電路。如果需要脈沖控制，則由軟件設置PB口對應引腳為先高電平然后低電平，或先低電平然后高電平，這樣就產生了控制脈沖。模擬控制量共8路，通過D/A轉換后輸入到LM324進行放大，產生需要的電位作為監(jiān)控信號控制對應的監(jiān)控量。
2.2 監(jiān)控端口的語義及語法定義表的設計
　　以上用來連接發(fā)射機采樣點和控制點的下位機端口只確定了電氣特性，在開發(fā)與生產階段其具體功能沒有確定，而是到實際的應用時，根據(jù)連接的發(fā)射機的具體監(jiān)控要求來定義該端口的功能。如下位機的同一個3#控制端口，在與發(fā)射機A相連時定義為“以脈沖方式控制輸出功率”，而在與不同類型的發(fā)射機B相連時則可定義為“以電平方式關發(fā)射機”。為了使同一端口適應不同的發(fā)射機，只需根據(jù)具體要監(jiān)控的發(fā)射機建立一張端口語義和語法定義表，說明各端口的監(jiān)控屬性，它與下位機硬件相結合形成具有監(jiān)控發(fā)射機功能的監(jiān)控代理。

　　端口定義表在設計時，要包含足夠的信息，以滿足監(jiān)控要求。表1是端口定義表的一個框架，列出了數(shù)據(jù)表中所定義的各個字段。在數(shù)據(jù)表中，“是否有效”字段用來設置實際中是否使用該端口，因為一臺發(fā)射機一般情況下的監(jiān)控量不會超過下位機所提供的33個模擬量端口、24個狀態(tài)量端口、16個控制量端口的數(shù)目；“端口類型”字段說明該端口屬于模擬量、狀態(tài)量還是控制量，分別用00H、01H、02H表示相對應的量；每個端口用一個惟一的編號標識，即“端口號”。如狀態(tài)量端口編號為1～24；“端口名稱”是對該端口的一種稱呼，只用于顯示；“電氣類型”用于說明該端口是屬于電壓、電流還是功率等類型，用數(shù)字標識；因為下位機采樣進來的數(shù)據(jù)都是在0～2 048之間的一個數(shù)值，是原始數(shù)據(jù)，但其實際顯示的可能是一個功率，“比例關系”字段就是根據(jù)實際情況來確定采樣數(shù)據(jù)與實際顯示數(shù)據(jù)之間的關系；使用以上的“比例關系”進行計算后，還要進行數(shù)值校正，“比例校正基數(shù)”就是設定校正值的大??；同時，為了檢測、報警和控制，要確定每個端口的正常工作數(shù)值范圍，用“上限值”和“下限值”來表示。其他一些數(shù)據(jù)字段在此不一一列出。任何一臺發(fā)射機的監(jiān)控要求都可以在表1中體現(xiàn)。
2.3 復雜控制功能的實現(xiàn)
　　一些復雜的控制功能可用一個控制序列即控制動作集來完成，它基于端口語義和語法定義表?？刂苿幼骷梢栽谏衔粰C中執(zhí)行，也可在下位機中執(zhí)行。在下位機中執(zhí)行時，只需上位機發(fā)送一個執(zhí)行該功能的消息，下位機就會根據(jù)先前定義的次序逐步執(zhí)行。自動開關機功能就是其中的一個典型例子。因為有些發(fā)射機的開關機過程需要幾步完成，每一步先發(fā)送一個控制命令到一個控制端口，然后檢測某一個模擬量或狀態(tài)量端口的數(shù)值，如果檢測正常再進行下一步操作，直到完成開關機。以上過程可以利用作者開發(fā)的一個專用軟件來生成自動開關機動作集，配置相應的字段，寫到下位機的存儲器中，這樣下位機能根據(jù)設置的時間自動完成開關機?？刂苿幼骷脑O計思路使得下位機可以實現(xiàn)許多復雜的控制功能，可以滿足各種不同發(fā)射機的控制需要，從而大大增強了監(jiān)控系統(tǒng)的靈活性，進一步提高了其通用性。
　　根據(jù)以上思想設計的監(jiān)控代理（下位機）已成為分布式廣播發(fā)射機遠程監(jiān)控系統(tǒng)的一部分，并在浙江部分地區(qū)得到應用。在應用該系統(tǒng)的廣播發(fā)射臺中，有各種類型的發(fā)射機，本文論述的下位機不作任何硬件改動即可以兼容。本文敘述的設計思想不僅能應用到廣播發(fā)射機監(jiān)控上，還可以應用到包括電視發(fā)射機監(jiān)控、其他弱電設備監(jiān)控等領域中。
參考文獻