林耐云，李 碩

（唐山廣播電視臺，河北 唐山 063000）

調(diào)頻發(fā)射機房一般坐落在高山，遠離市區(qū)。一些調(diào)頻發(fā)射機生產(chǎn)廠家為了實現(xiàn)發(fā)射機的遠程監(jiān)測，提供了RJ45 接口，方便用戶通過以太網(wǎng)方式實現(xiàn)遠程監(jiān)控。但是，這種監(jiān)測方式需要架設(shè)光纖及光傳輸設(shè)備，成本較高，并且監(jiān)測地點固定，不夠靈活。近年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，唐山廣播電視臺研發(fā)了一種基于阿里云物聯(lián)網(wǎng)云平臺的調(diào)頻發(fā)射機遠程監(jiān)測系統(tǒng)。阿里云物聯(lián)網(wǎng)云平臺可以提供數(shù)據(jù)傳輸通道，使嵌入式設(shè)備和云端能夠雙向通信。這種方式不需要架設(shè)光纖，而是根據(jù)當(dāng)?shù)責(zé)o線覆蓋情況，靈活選擇4G、NB-IoT 等傳輸模式，將采集的發(fā)射機入射功率、反射功率以及報警信息等，通過MQTT 協(xié)議發(fā)布，傳輸至阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺。電腦終端只需要能連接互聯(lián)網(wǎng)，通過阿里云提供的IoT Studio 即可實現(xiàn)發(fā)射機的遠程監(jiān)測。本文基于MQTT 通信協(xié)議，使用自主開發(fā)的數(shù)據(jù)遠程傳輸單元實現(xiàn)發(fā)射機信息的采集，通過4G 或NB-IoT 的方式完成數(shù)據(jù)上傳至阿里云平臺，可在任意一臺移動終端上做到發(fā)射機的實時監(jiān)測，實現(xiàn)了發(fā)射機低成本的靈活監(jiān)測。調(diào)頻發(fā)射機遠程監(jiān)測框圖如圖1 所示。

1 發(fā)射機信息采集

唐山廣播電視臺近期采購的調(diào)頻發(fā)射機具備D-SUB25 遠程測量連接器，對外提供正向功率、反向功率、不平衡以及報警等信息。這里采用stm32f103 為核心的單片機做成采集終端來采集上述信息。

對于報警信息，直接采用標(biāo)準(zhǔn)IO 讀取高低電平方式采集。IO 端口采用TTL 電路，定義了電平傳輸?shù)倪壿?。通常認(rèn)為5 V 為高電平，0 V 為低電平［1］?？紤]到傳輸?shù)脑肼?、線路的損耗以及負載的匹配，高低電平的定義應(yīng)該是一個范圍的形式，因此開發(fā)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)時需注意這種情況。

對于正向功率和反向功率，采用讀取模擬量的方式，將輸出的0～5 V 電壓進行A/D 轉(zhuǎn)換。stm32 提供了轉(zhuǎn)化精度為12 bit 的ADC 轉(zhuǎn)換，可以將發(fā)射機的正反向功率變成數(shù)字信息，最后轉(zhuǎn)換成一個電壓值的二進制形式。為了提高效率，這里直接采用DMA 的形式，提高了AD 轉(zhuǎn)化效率。電路PCB 3D 效果，如圖2 所示。

2 遠程數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)關(guān)

遠程數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)關(guān)可以根據(jù)所在地區(qū)發(fā)射塔所在位置的網(wǎng)絡(luò)覆蓋情況，靈活選擇GPRS、4G 或NB-IoT 模式傳輸信號。傳輸協(xié)議采用MQTT 方式。MQTT 是消息隊列遙測傳輸協(xié)議，是一種基于發(fā)布/訂閱模式的“輕量級”通信協(xié)議。該協(xié)議構(gòu)建在TCP/IP 協(xié)議之上，可以通過有限的帶寬為需要遠程傳輸?shù)脑O(shè)備提供及時可靠的消息傳輸，非常適合遠程監(jiān)測。遠程數(shù)據(jù)傳輸單元是MQTT 的發(fā)布端，遠程監(jiān)測用計算機是MQTT 的訂閱端。

本項目中采用NB-IoT 的數(shù)據(jù)傳輸方式，傳輸單元NB 模塊采用AIR302。Stm32f103 為核心的單片機采集的功率和報警等信息，通過通用異步收發(fā)器（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，UART）將信息傳輸?shù)紸IR302 模塊，通過全雙工方式最終完成信息傳輸。

3 阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺的設(shè)置

阿里云物聯(lián)網(wǎng)云平臺由IoT Hub、設(shè)備管理、數(shù)據(jù)分析、規(guī)則引擎以及安全認(rèn)證等5 個模塊組成，其中IoT Hub 負責(zé)嵌入設(shè)備等與阿里云平臺連接，提供數(shù)據(jù)傳輸通道。

設(shè)置阿里云平臺首先要創(chuàng)建產(chǎn)品，由物聯(lián)網(wǎng)平臺為產(chǎn)品頒發(fā)唯一的ProductKey，然后在該產(chǎn)品下添加設(shè)備，如要檢測的5 臺調(diào)頻發(fā)射機。此時，產(chǎn)品就是發(fā)射機監(jiān)測終端，設(shè)備就是發(fā)射機1、發(fā)射機2……發(fā)射機5。發(fā)射機1～發(fā)射機5 將具備定義的產(chǎn)品功能。與產(chǎn)品、設(shè)備相關(guān)的是三元組，包 括ProductKey、DeviecsName 和DevicesSecret。當(dāng)創(chuàng)建好產(chǎn)品并且在產(chǎn)品下創(chuàng)建新設(shè)備發(fā)射機后，每個發(fā)射機都會擁有一個唯一的三元組信息。每個設(shè)備的三元組信息都是獨一無二的。ProductKey 和DevicesName 確保了設(shè)備的唯一性，而DeviecesSecret 用于設(shè)備的鑒權(quán)，使設(shè)備信息不容易被盜用。圖3 為在阿里云平臺上創(chuàng)建的fm_transmitter 產(chǎn)品，并且添加了fm_transmitter_1 設(shè)備，同時具有三元組信息。定義產(chǎn)品的功能，也就是物模型，包括正向功率、反向功率、報警信息和遠程開關(guān)發(fā)射機，還可以添加溫度、濕度、電壓電流采樣值等，從而完成發(fā)射機的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品和設(shè)備的創(chuàng)建。

此外，要確定物模型。物模型屬于功能定義，是從屬性、服務(wù)和事件3 個方面描述發(fā)射機這個實體［2］。物模型用JSON 格式的數(shù)據(jù)來表示。JSON是一種輕量級的數(shù)據(jù)交換格式，可以提升網(wǎng)絡(luò)傳輸效率。本項目中只需要對發(fā)射機做監(jiān)測，因此產(chǎn)品的功能只需要定義產(chǎn)品的屬性就可以完成。后期可以根據(jù)實際應(yīng)用的需求擴展服務(wù)和事件的功能，如可以增加發(fā)射機溫度監(jiān)測功能，當(dāng)溫度升高后可以遠程控制機房調(diào)節(jié)空調(diào)溫度。

4 Web 可視化開發(fā)

在創(chuàng)建好產(chǎn)品和設(shè)備后，可以通過阿里云提供的IoT Studio 完成Web 可視化開發(fā)，包括應(yīng)用開發(fā)、服務(wù)開發(fā)和數(shù)據(jù)分析。此次發(fā)射機遠程監(jiān)測項目只需涉及到應(yīng)用開發(fā)即可滿足。Web 應(yīng)用交互過程是通過http 請求獲取數(shù)據(jù)，然后Web 服務(wù)器將html 頁面通過http 響應(yīng)的形式傳輸給瀏覽器進行顯示。IoT Studio 提供了可視化搭建Web 功能，即組件通過拖拽配置調(diào)試后即可快速使用。組件托管在IoT Studio 平臺上，節(jié)約了開發(fā)者的開發(fā)時間，省去了購買配置服務(wù)器的煩瑣操作。圖4 為發(fā)射機遠程監(jiān)測的Web 界面。通過Web 界面能實時監(jiān)測正反向功率和報警信息，并能根據(jù)反向功率的大小或者報警信息遠程開關(guān)發(fā)射機，同時發(fā)射機正向功率也可以通過曲線形式開展實時監(jiān)測。

5 結(jié)語

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，使得一些高山臺站的調(diào)頻發(fā)射機等通過物聯(lián)網(wǎng)進行遠程監(jiān)測的方案變?yōu)榭赡?。這種方案能節(jié)約鋪設(shè)光纜和購買光傳輸設(shè)備的資金，可以自己通過阿里云提供的Web 可視化開發(fā)方式做到遠程實時監(jiān)測。目前，此方案已經(jīng)在唐山廣播電視臺高山臺站測試成功，運轉(zhuǎn)情況良好，希望能為廣電同行提供借鑒。