一種遠(yuǎn)程控制的廣播頻段監(jiān)測接收機(jī)的設(shè)計(jì)

杜玉海++蔣夢(mèng)雄++葛憲生

摘 要： 為了對(duì)目標(biāo)區(qū)域的廣播信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測，評(píng)估信號(hào)的接收效果，提出一種遠(yuǎn)程控制的廣播頻段監(jiān)測接收機(jī)設(shè)計(jì)方案。接收機(jī)在遠(yuǎn)程控制中心的指令控制下，接收廣播信號(hào)，對(duì)解調(diào)出的聲音信號(hào)進(jìn)行錄音，根據(jù)信號(hào)場強(qiáng)、信噪比等指標(biāo)評(píng)估接收效果，然后把監(jiān)測結(jié)果上報(bào)給遠(yuǎn)程控制中心，實(shí)現(xiàn)廣播頻段信號(hào)的遠(yuǎn)程監(jiān)測和效果評(píng)估。實(shí)際應(yīng)用中，該接收機(jī)可大量部署于目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行無人值守，避免外派很多人員進(jìn)行實(shí)地監(jiān)測，大大降低了工作難度和人力成本，具有較好的工程推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞： 廣播頻段； 遠(yuǎn)程控制； 效果評(píng)估； 監(jiān)測管理

中圖分類號(hào)： TN911.3?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2015）11?0054?03

Design of broadcast band monitoring receiver based on remote control

DU Yu?hai， JIANG Meng?xiong， GE Xian?sheng

（China Research Institute of Radiowave Propagation， Qingdao 266107， China）

Abstract： To monitor the broadcast signal in target area and evaluate the receiving effect of broadcast signal， a design scheme of broadcast band monitoring receiver based on remote control is proposed. The receiver under the instruction control of remote control center， receives broadcast signal， records the demodulated sound signal， and evaluates receiving effect according to signal strength， signal?noise ratio and other index. Then the monitoring result is reported to the remote control center to realize the remote monitoring and effect evaluation of the broadcast band signal. In practical application， the receiver can be largely deployed in target areas to proceed unattended operation， which can avoid assigning many staffs to monitor on site， so the work difficulty and the cost of human are reduced greatly， and it has better engineering application value.

Keywords： broadcast band； remote control； effect evaluation； monitoring management

0 引 言

作為一種傳統(tǒng)媒體，世界上許多國家都把廣播作為信息發(fā)布的重要媒介，如BBC、VOA等國際電臺(tái)可實(shí)現(xiàn)全球覆蓋，內(nèi)置于手機(jī)、MP3和汽車中的收音機(jī)也廣泛應(yīng)用。人們只要打開收音機(jī)，就能收聽新聞、欣賞音樂、了解路況信息等，大大方便了人們的生活。

實(shí)際工作中，媒體工作者需要對(duì)廣播的覆蓋區(qū)域和目標(biāo)地域的接收效果進(jìn)行評(píng)估，同時(shí)了解當(dāng)?shù)氐膹V播信息的熱點(diǎn)話題，使信息的傳播更具體，更有針對(duì)性。然而出于成本、工作量、難度和最終效果等實(shí)際情況的考慮，他們不可能外派很多人員實(shí)地監(jiān)測來達(dá)到這一目的。因此，一種具有遠(yuǎn)程控制功能的無人值守的監(jiān)測接收機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。

本文提出一種遠(yuǎn)程控制的廣播頻段監(jiān)測接收機(jī)的設(shè)計(jì)方案。部署在不同區(qū)域的監(jiān)測接收機(jī)在控制中心的遠(yuǎn)程控制下實(shí)施監(jiān)測，并將結(jié)果回傳給控制中心，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)區(qū)域廣播信號(hào)的遠(yuǎn)程監(jiān)測和效果評(píng)估。

1 接收機(jī)方案設(shè)計(jì)

系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，遠(yuǎn)程控制中心根據(jù)監(jiān)測需求制定任務(wù)運(yùn)行圖，通過網(wǎng)絡(luò)向各監(jiān)測站點(diǎn)的接收機(jī)下發(fā)監(jiān)測任務(wù)。接收機(jī)收到任務(wù)后，根據(jù)優(yōu)先級(jí)自動(dòng)安排任務(wù)計(jì)劃，實(shí)施監(jiān)測，并將監(jiān)測結(jié)果回傳至控制中心。系統(tǒng)運(yùn)行示意圖如圖1所示。

各監(jiān)測站點(diǎn)的接收機(jī)接收廣播信號(hào)，把解調(diào)出的聲音進(jìn)行MP3壓縮和存儲(chǔ)；對(duì)廣播信號(hào)的場強(qiáng)、信噪比等技術(shù)參數(shù)測量和分析，然后將音頻文件和監(jiān)測數(shù)據(jù)回傳遠(yuǎn)程控制中心，實(shí)現(xiàn)廣播信號(hào)的遠(yuǎn)程監(jiān)測和效果評(píng)估。接收機(jī)還具有本地音頻監(jiān)聽、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、狀態(tài)監(jiān)控和設(shè)備故障報(bào)警功能。頻率范圍覆蓋MW（525～1 602 kHz）、SW（2 300～26 100 kHz）和FM（87～108 MHz）廣播頻段，接收靈敏度小于-80 dBm（SW、MW頻段）和-100 dBm（FM頻段）。

接收機(jī)主要由信號(hào)調(diào)理單元、接收解調(diào)單元、中央處理單元和顯示控制單元組成。接收機(jī)原理框圖如圖2所示。

信號(hào)調(diào)理單元完成信號(hào)的放大和功分等功能，天線接收的信號(hào)通過射頻接口發(fā)送至監(jiān)測接收機(jī)，先經(jīng)過低噪聲放大后，利用功分器分成4路信號(hào)，送入接收解調(diào)單元。

接收解調(diào)單元有2個(gè)收音模塊，可以實(shí)現(xiàn)2路廣播信號(hào)同時(shí)接收和解調(diào)。接收解調(diào)單元中每個(gè)收音模塊都有AM和FM兩個(gè)輸入，分別接收和解調(diào)當(dāng)?shù)氐闹胁?、短波和調(diào)頻信號(hào)。解調(diào)出的聲音信號(hào)經(jīng)過音頻功放模塊放大后，進(jìn)入中央處理單元的ARM平臺(tái)。收音模塊采用Silicon LABS公司專用收音芯片Si4734，內(nèi)置數(shù)字頻率調(diào)諧和DSP解碼器，可接收SW、MW和FM信號(hào)。

中央處理單元基于ARM處理平臺(tái)， 是接收機(jī)的控制部分，一方面，完成與遠(yuǎn)程控制中心的信息交互，接收遠(yuǎn)程命令，上傳監(jiān)測結(jié)果；另一方面，完成對(duì)接收解調(diào)單元的控制，下發(fā)通道、頻率和音量等命令，接收聲音信號(hào)和監(jiān)測數(shù)據(jù)。

顯示控制單元主要完成接收機(jī)設(shè)備狀態(tài)和信號(hào)質(zhì)量、網(wǎng)絡(luò)連接等信息的顯示、聲音的播放和輸入控制。接收機(jī)實(shí)物如圖3所示。

接收機(jī)中，接收解調(diào)單元和中央處理單元是設(shè)備的核心，下面對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)介紹。

2 接收解調(diào)單元設(shè)計(jì)

2.1 硬件設(shè)計(jì)

接收解調(diào)單元中，射頻接收采用專用廣播芯片Si4734，實(shí)現(xiàn)廣播信號(hào)的接收和解調(diào)。

Si4734采用PLL鎖相環(huán)穩(wěn)頻技術(shù)、DSP數(shù)字信號(hào)處理器、數(shù)字調(diào)頻立體聲解碼器和數(shù)字頻率調(diào)諧功能，接收靈敏度高，抗干擾能力強(qiáng)。由于Si4734把天線輸入到音頻輸出的所有功能全部集成于單個(gè)芯片上，使以Si4734為核心的收音機(jī)電路設(shè)計(jì)過程變得簡單。僅需少數(shù)幾個(gè)外圍元件，且無需人工調(diào)校，便能實(shí)現(xiàn)從天線輸入到音頻輸出的所有SW、MW和FM信號(hào)的接收功能。

Si4734的原理框圖如圖4所示。

接收解調(diào)單元設(shè)計(jì)中以下內(nèi)容需要特別注意：

（1） 首先要注意電路布局，將單片機(jī)控制部分和Si4734模塊音頻輸出部分分開，因?yàn)閿?shù)字電路會(huì)對(duì)模擬音頻信號(hào)造成很大干擾；

（2） Si4734模塊要注意接地設(shè)計(jì)，特別是射頻前端部分，好的設(shè)計(jì)可以大大提高芯片的接收靈敏度；

（3） 電路板要根據(jù)電路的功能、信號(hào)的性質(zhì)進(jìn)行合理的分區(qū)；

（4）射頻輸入的印制板連線要短而粗，使天線接收到的信號(hào)盡可能地輸入至芯片的射頻接口。

2.2 軟件設(shè)計(jì)

接收解調(diào)單元中，單片機(jī)采用I2C模式對(duì)Si4734模塊進(jìn)行控制?？刂栖浖鞒倘缦拢?/p>

先對(duì)模塊進(jìn)行復(fù)位，啟動(dòng)上電模式；以中斷方式接收中央處理單元下發(fā)的指令；對(duì)命令進(jìn)行解析，得到控制的通道號(hào)、工作模式、頻率和音量等參數(shù)，對(duì)Si4734模塊進(jìn)行控制?？刂仆瓿珊?，上傳音頻信號(hào)，查詢模塊接收信號(hào)質(zhì)量的狀態(tài)，采集RSSI和SNR等技術(shù)參數(shù)，上報(bào)中央處理單元。單片機(jī)控制軟件的流程如圖6所示。

3 中央處理單元設(shè)計(jì)

中央處理單元基于ARM平臺(tái)，開發(fā)監(jiān)測管理軟件，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信、信息處理、任務(wù)管理、設(shè)備控制和音頻處理多種功能。

軟件采用TCP/IP協(xié)議，通過網(wǎng)口與遠(yuǎn)程控制中心進(jìn)行通信，接收任務(wù)運(yùn)行圖運(yùn)行完成后，上報(bào)監(jiān)測結(jié)果。中央處理單元對(duì)聲音信號(hào)進(jìn)行壓縮和存儲(chǔ)，還可將聲音文件、監(jiān)測數(shù)據(jù)、日志文件和設(shè)備狀態(tài)等信息自動(dòng)或者根據(jù)要求回傳至遠(yuǎn)程控制中心。監(jiān)測管理軟件結(jié)構(gòu)圖如圖7所示。

軟件啟動(dòng)后，等待遠(yuǎn)程控制中心命令。接收到命令后對(duì)其進(jìn)行解析，根據(jù)任務(wù)運(yùn)行圖制定監(jiān)測任務(wù)，控制相應(yīng)設(shè)備，開始任務(wù)運(yùn)行。對(duì)接收到的音頻信號(hào)錄音，并壓縮成MP3音頻文件，存儲(chǔ)于本地設(shè)備或者根據(jù)要求上傳。根據(jù)上傳的監(jiān)測數(shù)據(jù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行評(píng)估。完成后按照遠(yuǎn)程通信協(xié)議，對(duì)監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行編碼，上傳至控制中心。

監(jiān)測管理軟件流程圖如圖8所示。

監(jiān)測管理軟件界面如圖9所示。

4 結(jié) 論

本文提出的遠(yuǎn)程控制廣播頻段監(jiān)測接收機(jī)方案，可布置于目標(biāo)地域，通過中心的遠(yuǎn)程控制進(jìn)行無人值守監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)區(qū)域廣播信號(hào)的監(jiān)測和效果評(píng)估，具有廣泛的應(yīng)用前景和推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1] 朱維杰.基于Si473x的嵌入式AM/FM收音機(jī)模塊設(shè)計(jì)[J].電聲技術(shù)，2009，33（2）：32?35.

[2] 王波，李會(huì)勇，鐘君.一種基于WINCE 6.0的數(shù)字調(diào)頻收音機(jī)的設(shè)計(jì)[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2011（6）：79?81.

[3] 劉莎，盧雪萍，馬駿.數(shù)字調(diào)頻系統(tǒng)專用頻率合成電路的設(shè)計(jì)[J].電子元器件應(yīng)用，2004，6（4）：40?42.

[4] 王輝平，吳璟宇，康惠駿.基于I2C總線數(shù)字收音機(jī)的控制實(shí)現(xiàn)[J].儀表技術(shù)，2008（11）：56?58.

[5] 吳四夫，鄧紅梅.基于I2C總線的嵌入式收音機(jī)模塊設(shè)計(jì)[J].信息技術(shù)，2005（2）：8?9.

[6] 劉元，操軍，朱偉，等.基于QtEmbedded的網(wǎng)絡(luò)收音機(jī)的設(shè)計(jì)與開發(fā)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2011，34（14）：82?84.