中波發(fā)射機監(jiān)控系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計與實現(xiàn)

張樹彬

中波發(fā)射機自動化的監(jiān)控系統(tǒng)是在計算機技術(shù)、軟件數(shù)據(jù)庫技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的基礎(chǔ)之上結(jié)合而成的發(fā)射臺管理體系，能夠完成實時監(jiān)控與采集數(shù)據(jù)的工作，同時還能夠完成信息存儲工作，具有較大的實用意義。為此，中心臺工作人員應(yīng)該結(jié)合當(dāng)前中波發(fā)射機的使用現(xiàn)狀，積極地構(gòu)建中波發(fā)射機自動化的監(jiān)控系統(tǒng)，強化通信網(wǎng)絡(luò)的功能，提升內(nèi)蒙古新聞出版廣電局整體的發(fā)展水平。

1 目前主要應(yīng)用的通信方式

從近些年國內(nèi)的應(yīng)用情況來看，應(yīng)用的串行通信方式主要有RS-232通信方式和RS-485通信方式兩種。目前，RS-232通信方式成為了計算機的標(biāo)配，無論是在工業(yè)領(lǐng)域還是日常的工作領(lǐng)域中，其應(yīng)用的范圍較廣。

1.1 RS-232通信方式

一般來說，RS-232比較適用于數(shù)據(jù)傳輸速度介于0～20 000 b/s的通信當(dāng)中，具有傳輸速度快、易操作的特點，在工業(yè)領(lǐng)域中得到了較好的應(yīng)用。然而其在工業(yè)領(lǐng)域里實際使用的過程中，外界的電氣因素很容易對RS-232數(shù)據(jù)傳輸信號進(jìn)行大面積的干擾，容易導(dǎo)致傳輸數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯誤。為了有效避免這一情況的發(fā)生，研究人員在對RS-232研究的基礎(chǔ)上，研制出了RS-485通信方式，并開始得到了應(yīng)用[1]。

1.2 RS-485通信方式

RS-485通信方式與RS-232通信方式最大的區(qū)別在于接口情況有所不同。RS-485一般選擇采用平衡驅(qū)動器以及差分接收器，使其具有較強的抗噪性，能夠有效地抵消線路產(chǎn)生的磁場干擾信號。最重要的是，RS-485具有較低的布線成本以及超遠(yuǎn)傳輸距離的特性，使得RS-485串行接口被廣泛地應(yīng)用于電子通信領(lǐng)域當(dāng)中。在本系統(tǒng)中，發(fā)射機的距離較遠(yuǎn)，相對的分布點缺乏均勻性，較容易受到周圍電磁信號的干擾，因此筆者建議工作人員最好采取RS-485主從式串行通信，能夠保證分布點的均勻性，同時還能夠有效地實現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控的需求。

2 對中波發(fā)射機通信協(xié)議的相關(guān)分析

在本系統(tǒng)中，中波發(fā)射機一般采用串行通信協(xié)議，且中波發(fā)射機監(jiān)控系統(tǒng)的上位機需要通過RS-485網(wǎng)絡(luò)與發(fā)射機主控單元進(jìn)行實時的數(shù)據(jù)傳輸與通信工作，按照約定的通信協(xié)議對系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)的采集與輸送，執(zhí)行系統(tǒng)發(fā)布的指令，能夠?qū)h(yuǎn)程控制發(fā)射機實行多機位的監(jiān)控工作[2]。一般來說，中波發(fā)射機完成一次通信工作需要分為兩個具體的步驟：其一，工控機按照協(xié)議的要求發(fā)送指定的命令；其二，發(fā)射機接收工控機發(fā)射的指令，并對其進(jìn)行接收和處理的工作。系統(tǒng)由于受到電氣條件和物理條件等因素的限制，工作人員必須給發(fā)射機預(yù)設(shè)一定的響應(yīng)時間，最好控制在100～200 ms。

當(dāng)發(fā)射機主控單元接收到命令碼時，工作人員應(yīng)該讓主控單元迅速返回到“ACK00，Command”狀態(tài)當(dāng)中，以便確保下位機能夠成功接收到系統(tǒng)的指令；如果返回數(shù)據(jù)出現(xiàn)“NAK00”的提示，則表明系統(tǒng)數(shù)據(jù)在接收的過程中出現(xiàn)了錯誤，需要工作人員結(jié)合具體的情況，進(jìn)行改正確保通信數(shù)據(jù)的安全。本系統(tǒng)應(yīng)該嚴(yán)格地遵循上述的要求，通過事先擬定的協(xié)議去控制中波發(fā)射機的一系列指令動作，不斷地采集和處理中波發(fā)射機當(dāng)前存在的數(shù)據(jù)，進(jìn)而可以有效實現(xiàn)對發(fā)射機進(jìn)行實時監(jiān)控的控制要求。

3 中波發(fā)射機監(jiān)控系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計和實現(xiàn)

一般來說，中波發(fā)射機的監(jiān)控系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)主要是由硬件部分合格上位機軟件部分組成。

3.1 系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計

主控單元基本上都是由上位機和下位機兩部分組成。其中，下位機主要是由核心芯片STM32進(jìn)行實際的調(diào)度工作，能夠有效地對主控單元乃至整個系統(tǒng)實行運行、監(jiān)測以及控制的要求。內(nèi)蒙古新聞出版廣電局使用的STM32芯片是基于ARM V7架構(gòu)的芯片結(jié)構(gòu)，其具有外設(shè)豐富以及實時性能優(yōu)異的特性，最重要的是它的開發(fā)成本較低，不會給內(nèi)蒙古新聞出版廣電局帶來較大的經(jīng)濟負(fù)擔(dān)。下位機主要采用STM32芯片的AD采集口，對外部模擬數(shù)量進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)采集，并且可以通過其他的通用口完成數(shù)字量的輸入與輸出工作，進(jìn)而能夠有效實現(xiàn)對發(fā)射機進(jìn)行實時監(jiān)控與控制的要求。

3.2 上位機的監(jiān)控軟件設(shè)計

Delphi是Windows平臺下應(yīng)用發(fā)展最快的一種程序開發(fā)工具。中波發(fā)射機監(jiān)控軟件在實際開發(fā)的過程中可以通過利用Delphi中的工具與編譯器，實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的監(jiān)測功能。除此之外，Microsoft SQL Server2005也是一個功能較多的數(shù)據(jù)庫管理平臺，其可以通過集成BI工具的方式，為數(shù)據(jù)庫管理平臺提供有效的數(shù)據(jù)管理功能。從具體的應(yīng)用情況來看，上位機軟件主要應(yīng)用于對用戶信息進(jìn)行采集、數(shù)據(jù)采集以及存儲數(shù)據(jù)的工作當(dāng)中，可以設(shè)定用戶的參數(shù)，同時也可以查詢歷史的使用數(shù)據(jù)，因此內(nèi)蒙古新聞出版廣電局若想實現(xiàn)中波發(fā)射機監(jiān)控系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)的功能，必須提高上位機監(jiān)控軟件的設(shè)計水平，進(jìn)而實現(xiàn)實時監(jiān)測的要求，提高廣播電視的播出質(zhì)量。

3.3 監(jiān)控系統(tǒng)的功能設(shè)計

監(jiān)控系統(tǒng)的功能主要是對發(fā)射機工作系統(tǒng)進(jìn)行全方位的把控，并對發(fā)射機系統(tǒng)下達(dá)各種控制指令，以便完成有效地監(jiān)測工作。對它的功能設(shè)計具體如下。

其一，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控的功能。通過發(fā)送指令讓上位機進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)的工作，便于更好地監(jiān)測中波發(fā)射機的實時工作狀態(tài)，同時還可以存儲中波發(fā)射機工作中產(chǎn)生的實時參數(shù)數(shù)據(jù)，如入射功率、反射功率等參數(shù)數(shù)據(jù)。一旦監(jiān)測數(shù)據(jù)超出限定值，系統(tǒng)會自動彈出紅色或者黃色的指示條，用以提示用戶。

其二，實現(xiàn)開關(guān)量監(jiān)測功能。這個功能的實現(xiàn)可以有效解決對功放等開關(guān)量的檢測問題，并且它的狀態(tài)變化可以通過聲光或者屏幕彈窗等方式，對用戶施以警告，極大程度上可以有效保證運行系統(tǒng)的安全性。

其三，實現(xiàn)對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取和打印的功能。一般來說，它還具有自動或手動記錄發(fā)射機參數(shù)記錄以及故障的功能，可以將運行中產(chǎn)生的參數(shù)數(shù)據(jù)存儲在SQL Server 2005數(shù)據(jù)庫當(dāng)中，兼?zhèn)浯蛴〉墓δ芤约胺治鰯?shù)據(jù)的功能。

其四，實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制功能。該系統(tǒng)可以通過預(yù)先約定的通信協(xié)議發(fā)送指定的命令代碼，進(jìn)而實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的要求，如自動控制開關(guān)機、升降功率以及設(shè)定系統(tǒng)時間等要求。

4 結(jié)論

中波發(fā)射機監(jiān)控系統(tǒng)正式投入運行之后，可以充分地發(fā)揮計算機技術(shù)的優(yōu)勢，實現(xiàn)從“人控”到“機控”的轉(zhuǎn)變，能夠?qū)崟r地對運行系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控和采集。最重要的是，通過設(shè)計與實現(xiàn)中波發(fā)射機的監(jiān)控系統(tǒng)，能夠有效地避免多機通信出現(xiàn)總線沖突的情況，進(jìn)一步對通訊網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化，防備出現(xiàn)節(jié)點故障，實現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計要求。

[1]閆保中,謝睿達(dá).中波發(fā)射機監(jiān)控系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)設(shè)計與實現(xiàn)[J].應(yīng)用科技,2015.

[2]高秀華.基于ARM的中波發(fā)射機實時監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].濟南:山東大學(xué),2013.