摘要

　　廣播電視技術(shù)的不斷發(fā)展，對廣播電視發(fā)射機的監測和控制提出了越來(lái)越高的要求。廣播電視發(fā)射機的自動(dòng)監測控制系統建設是保證廣播電視節目正常播出，實(shí)現"有人留守，無(wú)人值班"的關(guān)鍵環(huán)節。并且通過(guò)加強自動(dòng)化監測，可幫助廣播電視主管部門(mén)獲取各設備實(shí)時(shí)狀況，進(jìn)行數據分析，最大程度上保證不中斷實(shí)時(shí)廣播電視播出。

　　首先本文在對國內外廣播電視監控技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行調研分析的基礎上，采用分散控制、集中管理架構，設計并實(shí)現了專(zhuān)門(mén)用于廣播電視發(fā)射機自動(dòng)監測控制系統。

　　本系統通過(guò)核心服務(wù)器，對信息進(jìn)行集中管理，同時(shí)監測和控制多個(gè)單片機子系統。單片機子系統采用的分布式架構，可以避免個(gè)別終端子系統出現故障而影響了整個(gè)監控系統的性能。由于單片機只在系統初始化時(shí)接收控制字參數，故在服務(wù)器出現故障時(shí)，終端子系統可獨自運行，從而保證可正常監測廣播電視發(fā)射機。

　　其次鑒于單片機子系統的重要性，本文的重點(diǎn)是單片機子系統的軟硬件設計及實(shí)現。

　　子系統中采用STC12C5A60S2單片機來(lái)負責終端和服務(wù)器、主發(fā)射機、備用發(fā)射機之間的通信。為了保證傳輸數據的健壯性，串口采用RS232或RS422傳輸數據，并適配不同廣播電視發(fā)射機通信接口。采用16C550擴展出第3路串口，解決了串口資源不足的問(wèn)題，并為擴展出多路串口提供了思路，提高了系統兼容性。

　　單片機子系統軟件采用模塊化設計思想，共分為四大部分進(jìn)行設計。分別為主控模塊、主發(fā)射機模塊、備發(fā)射機模塊和看門(mén)狗模塊。主控模塊負責單片機子系統與服務(wù)器之間的通信、并控制主發(fā)射機模塊和備發(fā)射機模塊等。主（備）發(fā)射機模塊實(shí)現主控模塊和主（備）發(fā)射機的通信，并按照主控模塊指令控制主（備）發(fā)射機。看門(mén)狗模塊采用X5045監測主控模塊是否正常運行，進(jìn)一步提高系統的健壯性。由于采用模塊化設計，應用于不同型號的廣播電視發(fā)射機時(shí)，只需修改相應的發(fā)射機模塊，而無(wú)需重新編寫(xiě)主控模塊和看門(mén)狗模塊。因此復用效率高，具有良好的經(jīng)濟效益。

　　最后通過(guò)實(shí)際運行，證明廣播電視發(fā)射機自動(dòng)監測控制系統運行穩定、實(shí)時(shí)性好，提高了工作效率，具有良好的應用前景。

　　關(guān)鍵詞：廣播電視發(fā)射機；自動(dòng)監測控制；單片機；串口

abstract

　　With the continuous development of radio and television technology, higher and higher requirements are put forward for the monitoring and control of radio and television transmitters. The construction of automatic monitoring and control system of radio and television transmitter is the key link to ensure the normal broadcast of radio and television programs and to realize "someone left behind, no one on duty". And through strengthening the automatic monitoring, it can help the competent radio and television departments to obtain the real-time status of each equipment, carry out data analysis, and guarantee the real-time radio and television broadcasting without interruption to the greatest extent.

　　First of all, based on the investigation and analysis of the development of radio and television monitoring technology at home and abroad, this paper designs and implements an automatic monitoring and control system for radio and television transmitters, using a decentralized control and centralized management framework.

　　Through the core server, the system can manage the information centrally, and monitor and control many single-chip microcomputer subsystems at the same time. The distributed architecture adopted by the single chip microcomputer subsystem can avoid the failure of inpidual terminal system and affect the performance of the whole monitoring system. Since the single chip microcomputer only receives the control word parameters when the system is initialized, the terminal subsystem can operate alone when the server fails, so as to ensure the normal monitoring of the radio and television transmitter.

　　Secondly, in view of the importance of the single-chip microcomputer subsystem, this paper focuses on the hardware and software design and implementation of the single-chip microcomputer subsystem.

　　STC12C5A60S2 single chip microcomputer is used in the subsystem to be responsible for the communication between the terminal and the server, the main transmitter and the standby transmitter. In order to ensure the robustness of data transmission, the serial port uses RS232 or RS422 to transmit data, and adapts to different communication interfaces of radio and television transmitters. Using 16C550 to expand the third serial port solves the problem of insufficient serial port resources, and provides ideas for expanding the multi-channel serial port, and improves the system compatibility.

　　The software of single-chip microcomputer subsystem adopts the idea of modular design, which is pided into four parts. Main control module, main transmitter module, standby transmitter module and watchdog module respectively. The main control module is responsible for the communication between the SCM subsystem and the server, and controls the main transmitter module and the standby transmitter module. The main （standby） transmitter module realizes the communication between the main control module and the main （standby） transmitter, and controls the main （standby） transmitter according to the command of the main control module. The watchdog module uses X5045 to monitor the normal operation of the main control module, further improving the robustness of the system. Due to the modular design, when it is applied to different types of radio and television transmitters, only the corresponding transmitter module needs to be modified, and there is no need to rewrite the main control module and watchdog module. Therefore, it has high reuse efficiency and good economic benefits.

　　Finally, through the actual operation, it is proved that the automatic monitoring and control system of radio and television transmitter is stable and real-time, which improves the working efficiency and has a good application prospect.

　　Key words: Radio and television transmitter; automatic monitoring control; single chip microcomputer; serial port

目錄

　　第1章緒論

　　1.1課題的研究背景及意義

　　隨著(zhù)廣播電視數字化、智能化的發(fā)展，廣播電視節目越來(lái)越豐富，進(jìn)而廣播電視發(fā)射機越來(lái)越復雜，值班員值班任務(wù)越來(lái)越重【1].為了保證廣播電視臺安全播出，減輕值班員工作壓力，減少人為責任事故的發(fā)生，實(shí)現"有人留守，無(wú)人值班"的廣播電視發(fā)射臺運行目標，廣播電視發(fā)射機的自動(dòng)監測控制系統建設成為關(guān)鍵環(huán)節廣播電視發(fā)射機自動(dòng)監測控制的研究具有極其重要意義。廣播電視是目前數字化媒體的重要組成部分，是觀(guān)眾獲取國家重要政策信息和了解社會(huì )熱點(diǎn)的重要渠道。

　　廣播電視發(fā)射機自動(dòng)監測控制系統可確保監測的發(fā)射機節目安全準確傳輸，避免了發(fā)射機故障停播帶來(lái)的損失。系統可實(shí)時(shí)、準確監測廣播電視發(fā)射機運行狀態(tài)和主要參數，方便值班人員隨時(shí)查看，減少巡機次數[5].

　　本文研制的系統，打破地域的限制，因此只需在終端界面操作，便可獲取系統設備運行狀態(tài)。自動(dòng)監測控制系統在監測到設備嚴重故障情況下能夠嚴格按照倒機步驟自動(dòng)倒備機，并提供報警功能，反應速度極快|6].但目前，大部分的廣播電視發(fā)射機沒(méi)有設計同軸轉換開(kāi)關(guān)控制器，不能自動(dòng)倒換天線(xiàn)，所以不能達到安全播出的目的[7].

　　發(fā)射機供配電部分不能滿(mǎn)足自動(dòng)監測控制的需要，不能滿(mǎn)足防雷擊的需求18].目前市場(chǎng)上還未出現專(zhuān)門(mén)自動(dòng)監測控制廣播電視發(fā)射機用的單片機系統|9].因此，設計實(shí)現廣播電視發(fā)射機自動(dòng)監測控制系統己迫在眉睫。廣播電視發(fā)射機自動(dòng)監測控制系統是衡量廣播電視行業(yè)發(fā)展的里程碑事件，且該系統在國內外市場(chǎng)具有極其廣泛的應用前景。本系統不僅達到了自動(dòng)監測的目的，同時(shí)具有穩定性好、復用性高、實(shí)時(shí)性好的優(yōu)點(diǎn)。

　　1.2廣播電視自動(dòng)監測控制現狀

　　美國在上世紀九十年代就實(shí)現了廣播電視發(fā)射機自動(dòng)監測控制系統的研制。具有發(fā)射機自動(dòng)控制，發(fā)生故障自動(dòng)倒換備機，發(fā)布告警信號到維修人員終端機的功能。目前己有海外的廣播電視發(fā)射機進(jìn)入我國市場(chǎng)，例如美國HARRIS的Z10CD-10KW發(fā)射機和FAX系列發(fā)射機，德國R&S8000系列和9000系列發(fā)射機等^12].

　　以上發(fā)射機都配套有自動(dòng)監測控制系統，并提供遠程連接協(xié)議與端口。相比國外發(fā)展來(lái)說(shuō)，我國廣播電視自動(dòng)監測控制系統起步較晚，與國外有不小差距。很長(cháng)時(shí)間以來(lái)，我國廣播電視監測業(yè)務(wù)存在監控手段單一、人工成本高、評價(jià)方式不夠客觀(guān)等問(wèn)題n3].直到21世紀初只有部分廣播電視發(fā)射臺實(shí)現了自動(dòng)監測控制，但其他大部分廣播電視發(fā)射臺仍是以人工操作為主。大部分發(fā)射機生產(chǎn)商都為自己品牌開(kāi)發(fā)了專(zhuān)用的自動(dòng)監測控制系統，例如中國的吉兆公司為自己的發(fā)射機提供發(fā)射機監測控制系統（TransmiterMonitor&ControlSystem,TMCS）[14].

　　但是不具有通用性，因此對適用于各個(gè)不同生產(chǎn)廠(chǎng)商與型號發(fā)射機的監測設備，市場(chǎng)仍然有不小的空白。目前業(yè)界針對廣播電視發(fā)射機自動(dòng)監測控制系統主流設計方案有三種。第一種采用"分級結構，單點(diǎn)控制，多點(diǎn)監視，任意點(diǎn)查詢(xún)"方式，下位機系統實(shí)現接收上位機控制信號、自動(dòng)完成各種控制動(dòng)作并采集設備狀態(tài)及報警信息，當上位機出現故障，監控功能仍可以按照存儲在下位機中的監控程序按步驟執行[15].

　　第二種是采用集中管理的控制方式或分散性的控制方式，優(yōu)點(diǎn)為能夠最大限度的避免系統出現的各種風(fēng)險，避免由于個(gè)別的單元出現問(wèn)題影響整體系統的運行[16].第三種為增強型單片機-服務(wù)器模式，這種方式使用單個(gè)終端系統控制一主一備兩臺發(fā)射機，通過(guò)服務(wù)器實(shí)現多串口卡采集終端系統狀態(tài)并控制終端系統，采用數據庫進(jìn)行數據的存儲和管理[17].服務(wù)器采用SQLServer數據庫存儲信息集中管理，瀏覽器和服務(wù)器之間進(jìn)行分布式編程[18,|9].

　　1.3自動(dòng)監測控制的思路及目標

　　廣播電視發(fā)射機自動(dòng)監測控制系統采用分散控制、集中管理架構。單片機子系統是分散控制的單元，可以避免個(gè)別子系統出現故障而影響了整個(gè)監測控制系統的運行。單片機子系統控制一套節目的主備發(fā)射機，按照服務(wù)器的命令完成對發(fā)射機的操作，并自動(dòng)采集廣播電視發(fā)射機的運行狀態(tài)和主要參數，將信息上傳到服務(wù)器。如果服務(wù)器出現故障不工作時(shí)，單片機子系統可以按照預設的程序對發(fā)射機進(jìn)行監測控制。服務(wù)器是集中管理的單元，匯總分析信息，同時(shí)監測和控制多個(gè)單片機子系統。用戶(hù)可以在客戶(hù)端對服務(wù)器數據庫的數據進(jìn)行瀏覽打印，可以直接在客戶(hù)端對發(fā)射機進(jìn)行控制操作。最終達到了對發(fā)射機遠程監測和控制的目的。

　　1.4本論文的組織結構

　　本論文具體的章節和內容安排如下：

　　第1章主要介紹了廣播電視發(fā)射機自動(dòng)監測控制系統研宄意義、現狀、思路和目標。

　　第2章主要介紹核心單片機及外圍電路的硬件部分。包括同軸轉換開(kāi)關(guān)控制器的設計與實(shí)現，發(fā)射機供配電部分的設計和實(shí)現。

　　第3章主要介紹單片機子系統實(shí)現廣播電視發(fā)射機自動(dòng)監測控制所用的模塊化軟件設計思路。

　　第4章主要簡(jiǎn)述廣播電視發(fā)射機自動(dòng)監測控制系統運行測試項目及其結果。

　　第5章主要對廣播電視發(fā)射機自動(dòng)監測控制系統做一個(gè)總結.

　　第2章單片機子系統及附屬設備硬件的設計與實(shí)現
　　2.1自動(dòng)監測控制系統簡(jiǎn)介
　　2.2單片機子系統硬件的設計和實(shí)現
　　2.2.1單片機子系統的設計要求
　　2.2.2單片機子系統硬件的設計和實(shí)現
　　2.2.3單片機子系統的對外連線(xiàn)

　　2.3同軸轉換開(kāi)關(guān)控制器的設計與實(shí)現
　　2.3.1同軸轉換開(kāi)關(guān)的功能
　　2.3.2同軸轉換開(kāi)關(guān)控制器的設計與實(shí)現
　　2.3.3聯(lián)鎖擴展的設計和實(shí)現
　　2.3.4聯(lián)鎖故障應急預案

　　2.4發(fā)射機供配電部分的設計與實(shí)現
　　2.4.1單片機子系統通斷發(fā)射機電源
　　2.4.2單片機子系統監測電源狀態(tài)
　　2.4.3單片機子系統電源應急預案
　　2.5本章小結

　　第3章單片機子系統軟件實(shí)現
　　3.1單片機的編程模塊化設計
　　3.2主控模塊
　　3.2.1主函數
　　3.2.2發(fā)射機控制程序
　　3.3主發(fā)射機模塊
　　3.4備發(fā)射機模塊233.5看門(mén)狗模塊
　　3.3.6單片機子系統和服務(wù)器的通信協(xié)議及檢驗
　　3.7單片機子系統應急預案
　　3.8本章小結

　　第4章運行測試
　　4.1實(shí)時(shí)性、準確性測試
　　4.2自動(dòng)監測控制系統遠程開(kāi)關(guān)機測試和定時(shí)自動(dòng)開(kāi)關(guān)機測試
　　4.3自動(dòng)監測控制系統主機故障自動(dòng)倒備機測試
　　4.4單片機子系統的測試
　　4.4.1單片機子系統定時(shí)自動(dòng)開(kāi)關(guān)機測試
　　4.4.2單片機子系統主機故障倒備機測試
　　4.5自動(dòng)監測控制系統定時(shí)抄表功能的測試
　　4.6本章小結

第5章結論

　　廣播電視發(fā)射機自動(dòng)監測控制系統真正達到"有人留守，無(wú)人值班"的效果。比傳統的人工值班，實(shí)時(shí)性好，可靠性高。因此它的成功應用，減少了值班員的人數，減輕了值班員的工作量；減少了維護人員上下高山的次數，提高了的安全性，具有良好的經(jīng)濟效益。本系統加強對發(fā)射機各種故障的監測，減少了造成遲播或停播的人為事故。因此系統能夠有效的避免各種事故的發(fā)生，使廣大人民能收到不間斷高質(zhì)量信號，具有良好的社會(huì )效益。廣播電視發(fā)射機自動(dòng)監測控制系統對全國無(wú)線(xiàn)發(fā)射臺的智能化、自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò )化管理具有推動(dòng)作用。本系統分散控制的核心是單片機子系統，具有良好的兼容性和通用性。為了解決單片機子系統串口資源的問(wèn)題，采用16C550擴展出第3路串口，滿(mǎn)足了與發(fā)射機通信的需求。并為擴展出多路串口提供了思路，提高了系統兼容性。對于不同型號的廣播電視發(fā)射機其通信接口不同，一般是RS232或RS422.單片機子系統的第2路串口和第3路串口均可通過(guò)跳線(xiàn)設置成RS232或RS422,滿(mǎn)足廣播電視發(fā)射機的接口要求。

　　結果表明具有良好的通用性。設計和實(shí)現的同軸轉換開(kāi)關(guān)控制器和發(fā)射機配電部分滿(mǎn)足自動(dòng)監測控制的需求，反應快速、安全可靠。傳統的同軸轉換開(kāi)關(guān)只提供一路天線(xiàn)到位信號，僅能滿(mǎn)足發(fā)射機聯(lián)鎖需求；可以手動(dòng)或電動(dòng)倒換天線(xiàn)。同軸轉換開(kāi)關(guān)控制器通過(guò)中間繼電器擴展多路天線(xiàn)到位信號，滿(mǎn)足了發(fā)射機聯(lián)鎖、天線(xiàn)位置指示燈和單片機子系統天線(xiàn)位置信息等的需求。單片機子系統控制同軸轉換開(kāi)關(guān)控制器中的電機繼電器，實(shí)現倒換天線(xiàn)的目的。比傳統的天線(xiàn)倒換，自動(dòng)倒換反應快時(shí)間短。值班員在采用傳統手動(dòng)或電動(dòng)倒換天線(xiàn)時(shí)，容易忽視沒(méi)有先關(guān)發(fā)射機，導致同軸開(kāi)關(guān)燒毀，造成人為停播事故。單片機子系統在自動(dòng)倒換天線(xiàn)時(shí)，其軟件控制主備發(fā)射機關(guān)機，收到關(guān)機成功信息后再控制天線(xiàn)倒換。這樣快速、安全可靠。傳統的發(fā)射機配電部分只能手動(dòng)給發(fā)射機通斷電源。本系統設計和實(shí)現的供配電部分。單片機子系統通過(guò)中間繼電器控制發(fā)射機交流接觸器，這樣能夠實(shí)現自動(dòng)控制發(fā)射機通斷電源的目的。

　　因此主發(fā)射機故障時(shí)，單片機子系統能自動(dòng)快速倒換天線(xiàn)、通備發(fā)射機電、開(kāi)備發(fā)射機。結果表明當出現故障時(shí)系統自動(dòng)故障倒機比傳統人工操作反應快時(shí)間短，因此廣大人民收看節目中斷時(shí)間短，具有良好的社會(huì )效益。采用了模塊化編程的方式對單片機子系統進(jìn)行了編程。模塊化編程效率高，運行穩定，維護方便，具有良好的經(jīng)濟效益。單片機子系統軟件分為主控模塊、主發(fā)射機模塊、備發(fā)射機模塊和看門(mén)狗模塊。比傳統編程方式，模塊化編程能把復雜問(wèn)題變?yōu)楹?jiǎn)單問(wèn)題。對于不同型號的廣播電視發(fā)射機，單片機子系統編程只要編寫(xiě)相應發(fā)射機模塊，不用重新編寫(xiě)主控模塊和看門(mén)狗模塊，編程效率非常高。各功能模塊嚴格定義了輸入輸出的參數。并在多個(gè)機器上運行，可靠性得到了保證。模塊功能明確，維護方便。

　　本文設計的自動(dòng)監測控制系統，實(shí)際運行中反饋存在如下不足：盡管目前自動(dòng)監測控制系統己經(jīng)實(shí)現了監測和遠程控制的基本功能，實(shí)現自動(dòng)記錄、自動(dòng)打印功能，但值班員對監測內容的要求有變化時(shí)，比如發(fā)生故障后，要求軟件能實(shí)時(shí)監測需求數據。發(fā)射機所有數據都保存在服務(wù)器數據庫中，因此只要修改客戶(hù)機軟件，顯示所有數據即可。由于自動(dòng)監測控制系統在管理網(wǎng)上采用了B/S結構，可以考慮在智能手機上開(kāi)發(fā)應用軟件。軟件具有遠程監測發(fā)射機運行狀態(tài)和主要參數、以及報警信息等功能。

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致謝

　　本次論文的研宄工作是在我的導師蔣保臣教授的悉心指導和嚴格要求下完成的，蔣老師認真指導我完成了論文選題、文獻查閱、課題進(jìn)展及整個(gè)論文的撰寫(xiě)工作。蔣老師認真嚴謹的治學(xué)態(tài)度、實(shí)事求是的工作作風(fēng)和良好科學(xué)的工作方法對我產(chǎn)生了極大的影響，這些也都是我今后工作和學(xué)習的榜樣。

　　感謝我的導師蔣保臣教授，這篇論文的每個(gè)細節和每個(gè)數據，都離不開(kāi)你的細心指導，感謝蔣老師不厭其煩地幫助我進(jìn)行論文的修改和完善。在此，一并感謝山東大學(xué)（威海）機電與信息工程學(xué)院老師們多年來(lái)對我的教育和培養。

　　在查閱文獻、課題進(jìn)展及撰寫(xiě)論文期間，申恒廣等同學(xué)對我論文的研宄工作給予了熱情幫助，在此向他們表達我的感激之情；感謝同年級的其他同學(xué)，使我能在團結和睦、友好互助的氣氛中度過(guò)美好的時(shí)光；同時(shí)，也一并感謝所有關(guān)心、幫助過(guò)我的老師、同學(xué)和朋友們。感謝這篇論文所涉及到的各位學(xué)者！本文參考了數位學(xué)者的研究文獻，站在廣大學(xué)者的肩膀上，我才取得了更好的研究成果。如果沒(méi)有各位學(xué)者的研究成果的幫助和啟發(fā)，我將很難完成本論文。

　　感謝我的爸爸媽媽?zhuān)�焉得諼草，言樹(shù)之背，養育之恩，無(wú)以回報，你們永遠健康快樂(lè )是我最大的心愿。感謝我妻子和兒子，你們的默默犧牲、無(wú)私奉獻和關(guān)愛(ài)是我能夠在求知的路上堅持前行的動(dòng)力！在論文即將完成之際，我的情緒無(wú)法平靜，從開(kāi)始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長(cháng)、同學(xué)和朋友給了我無(wú)言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意。謹以此文獻給我的親人、老師、同學(xué)和朋友們！

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