廣播發(fā)射機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是利用計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)對發(fā)射機(jī)進(jìn)行全天候、跨地域?qū)崟r(shí)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(dòng)強(qiáng)度，提高發(fā)射機(jī)運(yùn)行的安全性、可靠性，從根本上提升發(fā)射臺(tái)的管理水平。通常，廣播發(fā)射機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)包括中心服務(wù)器、發(fā)射臺(tái)本地服務(wù)器(上位機(jī)" title="上位機(jī)">上位機(jī))、監(jiān)控代理(下位機(jī))、客戶端等部分，服務(wù)器由裝有大型監(jiān)控軟件的計(jì)算機(jī)組成。圖1描繪了該系統(tǒng)在一個(gè)發(fā)射臺(tái)內(nèi)的組成結(jié)構(gòu)。要實(shí)行監(jiān)控，首要問題是實(shí)現(xiàn)與發(fā)射機(jī)的接口，以完成發(fā)射機(jī)的數(shù)據(jù)采集及將服務(wù)器的控制信號傳給發(fā)射機(jī)。但目前使用的發(fā)射機(jī)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(biāo)準(zhǔn)，使得不同廠商生產(chǎn)的發(fā)射機(jī)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(chǎn)的發(fā)射機(jī)納入同一個(gè)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中進(jìn)行管理是很困難的。針對以上問題，目前的廣播發(fā)射機(jī)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(jī)開發(fā)的監(jiān)控系統(tǒng)，如專門針對Harres公司的發(fā)射機(jī)。這樣的發(fā)射機(jī)一般都帶有監(jiān)控接口，在系統(tǒng)中不需要監(jiān)控代理，當(dāng)然這樣的監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用范圍也是有限的；另一種監(jiān)控系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)類似于圖1所示的結(jié)構(gòu)，也采用一個(gè)監(jiān)控代理（下位機(jī)）作為發(fā)射機(jī)接入監(jiān)控系統(tǒng)的接口，但由于技術(shù)及設(shè)計(jì)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(dòng)才能將種類不同的發(fā)射機(jī)接入到監(jiān)控系統(tǒng)，也就是說針對每一類發(fā)射機(jī)都要設(shè)計(jì)一個(gè)專門的監(jiān)控代理(下位機(jī))。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(fù)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(yīng)用。對于這個(gè)問題，在開發(fā)分布式發(fā)射機(jī)遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)，通過對各廠商各種類型發(fā)射機(jī)的功能、技術(shù)特點(diǎn)和監(jiān)控要求進(jìn)行全面分析，開發(fā)出一個(gè)通用的、軟件可配制的監(jiān)控代理(下位機(jī))，它能保證目前幾乎所有的發(fā)射機(jī)接入同一個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)，對今后生產(chǎn)的發(fā)射機(jī)也具有兼容性。

1 總體設(shè)計(jì)思想
　　下位機(jī)與發(fā)射機(jī)接口的一個(gè)引腳稱為端口。與一般通訊接口類似，通常的下位機(jī)在設(shè)計(jì)和開發(fā)階段就規(guī)定了每個(gè)端口的電氣特性、功能、控制時(shí)序等，這樣一個(gè)設(shè)備生產(chǎn)出來后，其接口所提供的各端口的電氣特性、功能、控制時(shí)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(shè)備。本設(shè)計(jì)是將下位機(jī)各端口的電氣特性固定，而各端口的功能、作用、控制時(shí)序等要到工程應(yīng)用時(shí)，根據(jù)所監(jiān)控的發(fā)射機(jī)實(shí)際情況以及與下位機(jī)各端口連接的各個(gè)監(jiān)控點(diǎn)的特征，用一個(gè)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(gè)專用軟件生成，并下載到下位機(jī)的Flash中。這樣該下位機(jī)才是與某一特定發(fā)射機(jī)相關(guān)的產(chǎn)品，并且，在實(shí)際應(yīng)用過程中，還可以根據(jù)應(yīng)用情況作調(diào)整。這種采用端口定義表的方法，不需要對下位機(jī)的硬件作改動(dòng)，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(jī)硬件適合各種類型的發(fā)射機(jī)，其設(shè)計(jì)有極大的靈活性。
　　監(jiān)控中的一些復(fù)雜控制功能無法僅用單一的端口完成，在設(shè)計(jì)中采用控制動(dòng)作集的思想。它基于端口語義和語法定義表，將多個(gè)端口組合在一起，并規(guī)定各個(gè)端口之間的聯(lián)系，形成一個(gè)可單獨(dú)使用的功能塊，然后以包的形式下載到下位機(jī)的Flash中。這樣上位機(jī)發(fā)送某單個(gè)命令就可引起下位機(jī)的一系列動(dòng)作，從而完成一個(gè)復(fù)雜功能。至于完成這個(gè)復(fù)雜功能需要哪些動(dòng)作，這些動(dòng)作是怎樣完成的，使用到哪些端口等問題對上位機(jī)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(jī)監(jiān)控軟件具有更強(qiáng)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(jī)的設(shè)計(jì)思想。

2 具體技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案
2.1 與各類發(fā)射機(jī)電氣特性相匹配的硬件接口設(shè)計(jì)
　　通過對各廠商、各型號的發(fā)射機(jī)進(jìn)行深入分析，發(fā)現(xiàn)所有發(fā)射機(jī)的端口電氣特性可歸結(jié)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(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，供監(jiān)測和分析使用。控制量是輸出量，以完成對發(fā)射機(jī)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(jī)末級功放輸出功率；狀態(tài)量就是只有高低兩個(gè)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(gè)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(shè)計(jì)的下位機(jī)中設(shè)置了33個(gè)模擬量端口、24個(gè)狀態(tài)量端口、16個(gè)控制量端口(8個(gè)電平&脈沖輸出，8個(gè)模擬量輸出)。將發(fā)射機(jī)監(jiān)控信號抽象為三類端口是保證下位機(jī)兼容所有發(fā)射機(jī)的先決條件。根據(jù)以上分類方法設(shè)計(jì)的下位機(jī)硬件原理圖如圖3所示。

　　下位機(jī)選用μPSD3212C單片機(jī)作為控制核心，該單片機(jī)是包含8032內(nèi)核的高速SOC51微控制器MCU，它具有雙Flash存儲(chǔ)器、SRAM、外設(shè)接口可編程邏輯以及JTAG在系統(tǒng)編程(ISP)。由于該單片機(jī)本身具有強(qiáng)大功能，所以使下位機(jī)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(zhuǎn)換器，芯片內(nèi)部有一個(gè)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(diǎn)。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(gè)繼電器組成。74HC373為共用單片機(jī)PB口而設(shè)立，74HC240用以驅(qū)動(dòng)繼電器。如果對應(yīng)的監(jiān)控信號需要由電平控制，則由軟件設(shè)置PB口的對應(yīng)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(shè)置專門的脈沖控制電路。如果需要脈沖控制，則由軟件設(shè)置PB口對應(yīng)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(chǎn)生了控制脈沖。模擬控制量共8路，通過D/A轉(zhuǎn)換后輸入到LM324進(jìn)行放大，產(chǎn)生需要的電位作為監(jiān)控信號控制對應(yīng)的監(jiān)控量。
2.2 監(jiān)控端口的語義及語法定義表的設(shè)計(jì)
　　以上用來連接發(fā)射機(jī)采樣點(diǎn)和控制點(diǎn)的下位機(jī)端口只確定了電氣特性，在開發(fā)與生產(chǎn)階段其具體功能沒有確定，而是到實(shí)際的應(yīng)用時(shí)，根據(jù)連接的發(fā)射機(jī)的具體監(jiān)控要求來定義該端口的功能。如下位機(jī)的同一個(gè)3#控制端口，在與發(fā)射機(jī)A相連時(shí)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(jī)B相連時(shí)則可定義為“以電平方式關(guān)發(fā)射機(jī)”。為了使同一端口適應(yīng)不同的發(fā)射機(jī)，只需根據(jù)具體要監(jiān)控的發(fā)射機(jī)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(jī)硬件相結(jié)合形成具有監(jiān)控發(fā)射機(jī)功能的監(jiān)控代理。

　　端口定義表在設(shè)計(jì)時(shí)，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(gè)框架，列出了數(shù)據(jù)表中所定義的各個(gè)字段。在數(shù)據(jù)表中，“是否有效”字段用來設(shè)置實(shí)際中是否使用該端口，因?yàn)橐慌_(tái)發(fā)射機(jī)一般情況下的監(jiān)控量不會(huì)超過下位機(jī)所提供的33個(gè)模擬量端口、24個(gè)狀態(tài)量端口、16個(gè)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(yīng)的量；每個(gè)端口用一個(gè)惟一的編號標(biāo)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(biāo)識；因?yàn)橄挛粰C(jī)采樣進(jìn)來的數(shù)據(jù)都是在0～2 048之間的一個(gè)數(shù)值，是原始數(shù)據(jù)，但其實(shí)際顯示的可能是一個(gè)功率，“比例關(guān)系”字段就是根據(jù)實(shí)際情況來確定采樣數(shù)據(jù)與實(shí)際顯示數(shù)據(jù)之間的關(guān)系；使用以上的“比例關(guān)系”進(jìn)行計(jì)算后，還要進(jìn)行數(shù)值校正，“比例校正基數(shù)”就是設(shè)定校正值的大小；同時(shí)，為了檢測、報(bào)警和控制，要確定每個(gè)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(tái)發(fā)射機(jī)的監(jiān)控要求都可以在表1中體現(xiàn)。
2.3 復(fù)雜控制功能的實(shí)現(xiàn)
　　一些復(fù)雜的控制功能可用一個(gè)控制序列即控制動(dòng)作集來完成，它基于端口語義和語法定義表?？刂苿?dòng)作集可以在上位機(jī)中執(zhí)行，也可在下位機(jī)中執(zhí)行。在下位機(jī)中執(zhí)行時(shí)，只需上位機(jī)發(fā)送一個(gè)執(zhí)行該功能的消息，下位機(jī)就會(huì)根據(jù)先前定義的次序逐步執(zhí)行。自動(dòng)開關(guān)機(jī)功能就是其中的一個(gè)典型例子。因?yàn)橛行┌l(fā)射機(jī)的開關(guān)機(jī)過程需要幾步完成，每一步先發(fā)送一個(gè)控制命令到一個(gè)控制端口，然后檢測某一個(gè)模擬量或狀態(tài)量端口的數(shù)值，如果檢測正常再進(jìn)行下一步操作，直到完成開關(guān)機(jī)。以上過程可以利用作者開發(fā)的一個(gè)專用軟件來生成自動(dòng)開關(guān)機(jī)動(dòng)作集，配置相應(yīng)的字段，寫到下位機(jī)的存儲(chǔ)器中，這樣下位機(jī)能根據(jù)設(shè)置的時(shí)間自動(dòng)完成開關(guān)機(jī)。控制動(dòng)作集的設(shè)計(jì)思路使得下位機(jī)可以實(shí)現(xiàn)許多復(fù)雜的控制功能，可以滿足各種不同發(fā)射機(jī)的控制需要，從而大大增強(qiáng)了監(jiān)控系統(tǒng)的靈活性，進(jìn)一步提高了其通用性。
　　根據(jù)以上思想設(shè)計(jì)的監(jiān)控代理（下位機(jī)）已成為分布式廣播發(fā)射機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的一部分，并在浙江部分地區(qū)得到應(yīng)用。在應(yīng)用該系統(tǒng)的廣播發(fā)射臺(tái)中，有各種類型的發(fā)射機(jī)，本文論述的下位機(jī)不作任何硬件改動(dòng)即可以兼容。本文敘述的設(shè)計(jì)思想不僅能應(yīng)用到廣播發(fā)射機(jī)監(jiān)控上，還可以應(yīng)用到包括電視發(fā)射機(jī)監(jiān)控、其他弱電設(shè)備監(jiān)控等領(lǐng)域中。
參考文獻(xiàn)