廣播發射機遠程監控系統是利用計算機和網絡對發射機進行全天候、跨地域實時監測與控制的智能化系統，它能有效地減輕工作人員的勞動強度，提高發射機運行的安全性、可靠性，從根本上提升發射臺的管理水平。通常，廣播發射機遠程監控系統包括中心服務器、發射臺本地服務器(上位機" title="上位機">上位機)、監控代理(下位機)、客戶端等部分，服務器由裝有大型監控軟件的計算機組成。圖1描繪了該系統在一個發射臺內的組成結構。要實行監控，首要問題是實現與發射機的接口，以完成發射機的數據采集及將服務器的控制信號傳給發射機。但目前使用的發射機大多沒有數據采集和控制執行的監控接口，即使有這樣的監控接口，由于沒有統一的接口標準，使得不同廠商生產的發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射機納入同一個計算機監控系統中進行管理是很困難的。針對以上問題，目前的廣播發射機監控系統采用以下兩種方案：一種是專門針對某一使用廣泛的發射機開發的監控系統，如專門針對Harres公司的發射機。這樣的發射機一般都帶有監控接口，在系統中不需要監控代理，當然這樣的監控系統應用范圍也是有限的；另一種監控系統的系統結構類似于圖1所示的結構，也采用一個監控代理（下位機）作為發射機接入監控系統的接口，但由于技術及設計上的問題，其監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射機接入到監控系統，也就是說針對每一類發射機都要設計一個專門的監控代理(下位機)。這種方法雖能提高系統的兼容性，但大大增加了系統復雜度，增加開發成本，限制了監控系統大規模推廣應用。對于這個問題，在開發分布式發射機遠程智能監控系統時，通過對各廠商各種類型發射機的功能、技術特點和監控要求進行全面分析，開發出一個通用的、軟件可配制的監控代理(下位機)，它能保證目前幾乎所有的發射機接入同一個監控系統，對今后生產的發射機也具有兼容性。

1 總體設計思想
　　下位機與發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階段就規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，根據所監控的發射機實際情況以及與下位機各端口連接的各個監控點的特征，用一個端口語義和語法定義表來規定。該語法定義表用自行開發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射機相關的產品，并且，在實際應用過程中，還可以根據應用情況作調整。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據，就能保證同樣的下位機硬件適合各種類型的發射機，其設計有極大的靈活性。
　　監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，并規定各個端口之間的聯系，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控軟件的開發人員來說是透明的，因此大大簡化了開發過程，也使得上位機監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 具體技術實現方案
2.1 與各類發射機電氣特性相匹配的硬件接口設計
　　通過對各廠商、各型號的發射機進行深入分析，發現所有發射機的端口電氣特性可歸結為三類：模擬量、狀態量、控制量。相對于中心監控系統，模擬量和狀態量是輸入量，代表了發射機的運行狀態，供監測和分析使用。控制量是輸出量，以完成對發射機的控制功能。模擬量就是電平在一定范圍變化的端口，如發射機末級功放輸出功率；狀態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)。將發射機監控信號抽象為三類端口是保證下位機兼容所有發射機的先決條件。根據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。狀態量輸入電路共有24路，通過3片三態收發器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控信號控制對應的監控量。
2.2 監控端口的語義及語法定義表的設計
　　以上用來連接發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，根據連接的發射機的具體監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射機B相連時則可定義為“以電平方式關發射機”。為了使同一端口適應不同的發射機，只需根據具體要監控的發射機建立一張端口語義和語法定義表，說明各端口的監控屬性，它與下位機硬件相結合形成具有監控發射機功能的監控代理。

　　端口定義表在設計時，要包含足夠的信息，以滿足監控要求。表1是端口定義表的一個框架，列出了數據表中所定義的各個字段。在數據表中，“是否有效”字段用來設置實際中是否使用該端口，因為一臺發射機一般情況下的監控量不會超過下位機所提供的33個模擬量端口、24個狀態量端口、16個控制量端口的數目；“端口類型”字段說明該端口屬于模擬量、狀態量還是控制量，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，用數字標識；因為下位機采樣進來的數據都是在0～2 048之間的一個數值，是原始數據，但其實際顯示的可能是一個功率，“比例關系”字段就是根據實際情況來確定采樣數據與實際顯示數據之間的關系；使用以上的“比例關系”進行計算后，還要進行數值校正，“比例校正基數”就是設定校正值的大小；同時，為了檢測、報警和控制，要確定每個端口的正常工作數值范圍，用“上限值”和“下限值”來表示。其他一些數據字段在此不一一列出。任何一臺發射機的監控要求都可以在表1中體現。
2.3 復雜控制功能的實現
　　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。控制動作集可以在上位機中執行，也可在下位機中執行。在下位機中執行時，只需上位機發送一個執行該功能的消息，下位機就會根據先前定義的次序逐步執行。自動開關機功能就是其中的一個典型例子。因為有些發射機的開關機過程需要幾步完成，每一步先發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量端口的數值，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，這樣下位機能根據設置的時間自動完成開關機。控制動作集的設計思路使得下位機可以實現許多復雜的控制功能，可以滿足各種不同發射機的控制需要，從而大大增強了監控系統的靈活性，進一步提高了其通用性。
　　根據以上思想設計的監控代理（下位機）已成為分布式廣播發射機遠程監控系統的一部分，并在浙江部分地區得到應用。在應用該系統的廣播發射臺中，有各種類型的發射機，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射機監控上，還可以應用到包括電視發射機監控、其他弱電設備監控等領域中。
參考文獻