張宏斌，趙軍棋

（云南省廣播電視局迪慶實(shí)驗(yàn)臺(tái)，云南迪慶，674499）

無(wú)線(xiàn)發(fā)射臺(tái)站通常采用人員長(zhǎng)期值守進(jìn)行故障排查，監(jiān)測(cè)過(guò)程中容易出現(xiàn)疏忽、遺漏以及技術(shù)手段欠缺等問(wèn)題導(dǎo)致發(fā)射系統(tǒng)工作性能難以持續(xù)，可靠性以及穩(wěn)定性難以保證[1]。因此，如何充分運(yùn)用計(jì)算機(jī)與智能感知技術(shù)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的自動(dòng)化與智能化，更好地進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)控、過(guò)程管理和服務(wù)反饋，加強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性與可持續(xù)性，這是值得深入研究與分析的。

1 無(wú)線(xiàn)發(fā)射臺(tái)站智能監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)的可行性研究

無(wú)線(xiàn)發(fā)射臺(tái)站智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖如圖1 所示，通過(guò)模塊設(shè)計(jì)與需求分析，廣播電視無(wú)線(xiàn)臺(tái)站的智能監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)滿(mǎn)足以下主要功能[2]：

圖1 無(wú)線(xiàn)發(fā)射臺(tái)站智能監(jiān)控設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖

(1)智能預(yù)警

在發(fā)射系統(tǒng)正常工作中，除了輸入/輸出信號(hào)外，還會(huì)產(chǎn)生大量的中間數(shù)據(jù)和待檢測(cè)的參數(shù)，需要通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、分析和存儲(chǔ)，在智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要將相關(guān)業(yè)務(wù)加入模塊構(gòu)建，通過(guò)實(shí)時(shí)不間斷的數(shù)據(jù)分析處理對(duì)整個(gè)發(fā)射系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，已達(dá)到系統(tǒng)穩(wěn)定可靠長(zhǎng)效運(yùn)行的目的。

(2)信號(hào)監(jiān)測(cè)

通過(guò)智能感知技術(shù)、認(rèn)知計(jì)算等機(jī)器算法以及網(wǎng)絡(luò)通信、電子線(xiàn)路與信號(hào)處理等新型技術(shù)的運(yùn)用，使得發(fā)射系統(tǒng)能夠全域、全時(shí)、全頻段實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)控、無(wú)人化管理合理配置，并利用數(shù)據(jù)分析中的可靠結(jié)果反饋于系統(tǒng)運(yùn)行中的各個(gè)方面，滿(mǎn)足系統(tǒng)功能的同時(shí)，科學(xué)合理配置資源和設(shè)施設(shè)備。

(3)無(wú)線(xiàn)傳輸

由于自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與處理，并通過(guò)門(mén)限設(shè)置管控設(shè)施設(shè)備運(yùn)行的整個(gè)過(guò)程，將數(shù)據(jù)層面體現(xiàn)的故障隱患進(jìn)行預(yù)警與智能處置，此外，還可以通過(guò)遠(yuǎn)程終端對(duì)系統(tǒng)進(jìn)程進(jìn)行干預(yù)。安全加密機(jī)制同樣適用于監(jiān)控系統(tǒng)，能夠自動(dòng)反制非法入侵，對(duì)于數(shù)據(jù)安全和信息保密的能力得到較好保證。

(4)智能接口

系統(tǒng)建設(shè)時(shí)采取的模塊化設(shè)計(jì)、功能性區(qū)分以及接口標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，使得智能監(jiān)控系統(tǒng)未來(lái)升級(jí)改造時(shí)可以直接采取任務(wù)式模式，對(duì)于提升系統(tǒng)容量、升級(jí)傳輸速度、加大處理模式等擴(kuò)展需求，只需要針對(duì)具體需求提出升級(jí)標(biāo)準(zhǔn)即可。

2 無(wú)線(xiàn)發(fā)射臺(tái)站智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

智能監(jiān)控系統(tǒng)主要包括兩項(xiàng)重要技術(shù)：智能化處理與計(jì)算機(jī)控制。智能化處理能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)根據(jù)預(yù)設(shè)參數(shù)與方案，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)工作情況的自動(dòng)判斷處置；而計(jì)算機(jī)控制則是針對(duì)智能化處理的要求，進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、工作模式管理以及遠(yuǎn)程終端干預(yù)等[3]。對(duì)于無(wú)線(xiàn)發(fā)射臺(tái)站智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心關(guān)鍵就是主控設(shè)備的設(shè)計(jì)搭建與系統(tǒng)功能的擴(kuò)展應(yīng)用，確保發(fā)射臺(tái)的穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)所需的一切條件和基本要求，如圖2 所示。

圖2 無(wú)線(xiàn)發(fā)射臺(tái)站智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理框圖

■2.1 主控設(shè)備

從智能監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)的整體出發(fā)，主控設(shè)備作為數(shù)據(jù)處理的“大腦”，不僅要求數(shù)據(jù)處理速度快、信息傳輸能力強(qiáng)，還應(yīng)保證工作穩(wěn)定可靠、技術(shù)維護(hù)簡(jiǎn)單等。因此，通常選定STM32F107RC 型號(hào)單片機(jī)來(lái)作為主控設(shè)備的芯片進(jìn)行功能設(shè)計(jì)和技術(shù)擴(kuò)展。該芯片的最大優(yōu)勢(shì)在于數(shù)據(jù)接口多（模數(shù)轉(zhuǎn)換、USB 以及MAC 等），多功能串口滿(mǎn)足WIFI技術(shù)對(duì)接的需求，模/數(shù)接口連接好數(shù)據(jù)傳感器，通過(guò)內(nèi)部FLASH 存儲(chǔ)模塊燒入系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)編寫(xiě)的代碼，完成基本功能實(shí)現(xiàn)，并將數(shù)?？谕饨覲HY 芯片使得無(wú)線(xiàn)通信與智能傳感功能對(duì)接，全面實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)控。

■2.2 功能實(shí)現(xiàn)

2.2.1 智能預(yù)警與臨機(jī)處置

對(duì)于智能預(yù)警功能事項(xiàng)，需要在系統(tǒng)運(yùn)行多個(gè)關(guān)鍵位置安裝多路數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)傳感器，實(shí)時(shí)采樣數(shù)據(jù)，對(duì)于可能出現(xiàn)異常的情況，及時(shí)反饋信息到數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，同時(shí)根據(jù)前期由技術(shù)人員界定的門(mén)限告警值和突發(fā)情況處置方案，由智能監(jiān)控系統(tǒng)針對(duì)性地做好數(shù)據(jù)研讀、分析和情況預(yù)判、處置等工作。

設(shè)計(jì)中，選擇數(shù)據(jù)傳感器非常重要，現(xiàn)階段功能全面的傳感器很多，例如溫濕度傳感器THS301 系列，氣敏式煙霧傳感器MQ-2，光電傳感器GL6G-P1211 等，安裝方便，使用簡(jiǎn)單，能夠?qū)崿F(xiàn)在發(fā)射系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)下的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能。這類(lèi)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)傳感器共性特點(diǎn)是接入技術(shù)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，其中OUT 輸出數(shù)據(jù)為檢測(cè)信號(hào)輸出電平，通過(guò)數(shù)據(jù)處理，當(dāng)出現(xiàn)超出門(mén)限的高電平或者低電平情況時(shí)自動(dòng)判斷是否達(dá)到預(yù)警條件，此外還可以通過(guò)接口技術(shù)對(duì)接主控設(shè)備STM32F107RC的模/數(shù)接口，將數(shù)據(jù)情況、判斷結(jié)果和處理依據(jù)實(shí)時(shí)共享至數(shù)據(jù)處理終端和遠(yuǎn)程服務(wù)終端，便于技術(shù)人員遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)控制該傳感器模塊。

2.2.2 信號(hào)監(jiān)測(cè)與信息反饋

參數(shù)監(jiān)測(cè)除了需要傳感器準(zhǔn)確采集數(shù)據(jù)外，還需要將相關(guān)數(shù)據(jù)在遠(yuǎn)程終端的顯示器上實(shí)時(shí)進(jìn)行顯示，在智能監(jiān)控信息傳輸設(shè)備上預(yù)留的RS485 數(shù)據(jù)接口對(duì)接發(fā)射機(jī)數(shù)據(jù)接口，確保技術(shù)人員能夠?qū)崟r(shí)觀(guān)察數(shù)據(jù)情況，能夠有效把握發(fā)射系統(tǒng)整體運(yùn)轉(zhuǎn)情況，并通過(guò)遠(yuǎn)程控制對(duì)系統(tǒng)信息反饋和控制干預(yù)。

RS485 接口簡(jiǎn)單，在信號(hào)監(jiān)測(cè)過(guò)程中，實(shí)測(cè)DOUT輸出信號(hào)電平，以便于進(jìn)行實(shí)時(shí)量測(cè)，信號(hào)峰值較高時(shí)轉(zhuǎn)入預(yù)警模式?？梢蕴崆霸O(shè)置芯片電位級(jí)調(diào)整監(jiān)測(cè)信號(hào)的靈敏度，AOUT接入主控芯片STM32F107RC 標(biāo)準(zhǔn)接口，實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換后的處理、傳輸，便于傳感器實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)實(shí)時(shí)不間斷的采集提取，可以通過(guò)RS485 數(shù)據(jù)接口將相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)平臺(tái)進(jìn)一步分析處理，此時(shí)基于單片機(jī)預(yù)留串口位置，并通過(guò)無(wú)線(xiàn)信號(hào)探測(cè)模塊MINI-001 實(shí)現(xiàn)機(jī)房?jī)?nèi)數(shù)據(jù)監(jiān)控功能，并結(jié)合AVID多波段多類(lèi)串聯(lián)信號(hào)反饋開(kāi)關(guān)至共享顯示終端，在有效降低干擾因素的基礎(chǔ)上，更好地實(shí)現(xiàn)信息反饋功能。

2.2.3 實(shí)時(shí)穩(wěn)定的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信

無(wú)線(xiàn)模塊的使用可以有效解決問(wèn)題，這里需要設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)通信通路，并通過(guò)串口將無(wú)線(xiàn)模塊接入主控設(shè)備，使得系統(tǒng)具備無(wú)線(xiàn)傳輸功能，能夠?qū)崟r(shí)向外傳遞數(shù)據(jù)，并通過(guò)手機(jī)、IPAD 等設(shè)備智能接入系統(tǒng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)端，查看相關(guān)信息[4]。

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上，選擇RTL8211CU WiFi 模塊是基于現(xiàn)代電子技術(shù)應(yīng)用的擴(kuò)展無(wú)線(xiàn)通信設(shè)備。該型號(hào)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸小、功率要求低，但對(duì)外擴(kuò)展應(yīng)用功能強(qiáng)大，通過(guò)串口直連單片機(jī)，通過(guò)設(shè)置好的信號(hào)傳輸協(xié)議和傳輸策略，確保實(shí)現(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)與模塊之間的遠(yuǎn)程無(wú)線(xiàn)通信，即實(shí)現(xiàn)WIFI 功能準(zhǔn)入，便于手機(jī)/平板實(shí)現(xiàn)對(duì)智能監(jiān)控系統(tǒng)的管理控制。

2.2.4 接口擴(kuò)展與智能技術(shù)應(yīng)用

主控設(shè)備上預(yù)留以太網(wǎng)數(shù)據(jù)接口，對(duì)接數(shù)據(jù)通信的要求以及滿(mǎn)足數(shù)據(jù)處理平臺(tái)、遠(yuǎn)程服務(wù)終端等信息傳輸能力。未來(lái)功能需要優(yōu)化、系統(tǒng)需要完善時(shí)，通過(guò)分布式技術(shù)+多功能接口能夠方便快捷實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)改進(jìn)，這對(duì)于升級(jí)改造項(xiàng)目而言是非常高效的。應(yīng)用擴(kuò)展的問(wèn)題主要是為了針對(duì)分布式技術(shù)應(yīng)用中存在的遠(yuǎn)程終端與發(fā)射系統(tǒng)的信息傳輸和遠(yuǎn)程管控等能力，能夠使得技術(shù)人員通過(guò)智能監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)線(xiàn)臺(tái)站整體運(yùn)行狀態(tài)的管理，這也是為了對(duì)接人工干預(yù)和技術(shù)更新的預(yù)留接口。

基于單片機(jī)數(shù)據(jù)端口無(wú)法實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的模/數(shù)差分轉(zhuǎn)換，利用擴(kuò)展AR8033的PHY 芯片，通過(guò)MII 接口與主控芯片直連，將數(shù)據(jù)信號(hào)差分轉(zhuǎn)換后，經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式分類(lèi)識(shí)別后分兩組信號(hào)連接無(wú)線(xiàn)傳輸端口或以太網(wǎng)，此時(shí)遠(yuǎn)程終端可以實(shí)時(shí)觀(guān)測(cè)、調(diào)取和控制發(fā)射系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，即遠(yuǎn)程的智能化控制可以實(shí)現(xiàn)。

3 無(wú)線(xiàn)發(fā)射臺(tái)站智能監(jiān)控系統(tǒng)分布式技術(shù)運(yùn)用

分布式技術(shù)是智能監(jiān)控系統(tǒng)中通過(guò)計(jì)算機(jī)設(shè)置多線(xiàn)程任務(wù)智能控制多條數(shù)據(jù)通路的工作模式，是實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)臺(tái)站自動(dòng)化控制的核心技術(shù)[5]。實(shí)際應(yīng)用中，系統(tǒng)建模時(shí)通常會(huì)按照工作模塊進(jìn)行板塊劃分，通過(guò)安裝微型計(jì)算設(shè)備于無(wú)線(xiàn)臺(tái)站發(fā)射系統(tǒng)的各個(gè)核心工作單元，以分布式的組網(wǎng)模式實(shí)現(xiàn)整體功能的優(yōu)化，可以在保證基本運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定的前提下，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整體功能的最優(yōu)化。

■3.1 智能預(yù)警模塊分布式設(shè)計(jì)策略

智能預(yù)警是分布式技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)測(cè)的核心所在，通過(guò)分布式的設(shè)計(jì)，在系統(tǒng)建模時(shí)可以初步將溫濕度、光敏度、煙霧與防火報(bào)警進(jìn)行業(yè)務(wù)區(qū)分，如圖3 所示，并在輸出形式上采取不同表現(xiàn)方式即可，從而有效實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)分散、功能一致的分布式設(shè)計(jì)與統(tǒng)一式監(jiān)管，從控制論的思路考慮，智能預(yù)警模塊的功能實(shí)現(xiàn)是相互獨(dú)立且相互關(guān)聯(lián)的，能夠較好提高智能監(jiān)控的整體性能。

圖3 智能預(yù)警模塊分布式設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)傳輸鏈路

■3.2 信號(hào)監(jiān)測(cè)模塊分布式設(shè)計(jì)策略

信號(hào)檢測(cè)的核心是微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行的數(shù)據(jù)采集，通過(guò)分布式的設(shè)計(jì)，使得局部出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)整體不會(huì)出現(xiàn)崩潰的工作狀態(tài)，能夠通過(guò)不同信號(hào)傳輸設(shè)備對(duì)監(jiān)控區(qū)域的切換，降低故障或干擾造成的影響，便于技術(shù)人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，通過(guò)遠(yuǎn)程干預(yù)實(shí)現(xiàn)功能替換或設(shè)備切換，以實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)射系統(tǒng)的全面監(jiān)控。