基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的調(diào)頻備播系統(tǒng)

□ 韋國慧 唐宗歡 陸星光 唐頌鈞

為提升臺站的安全播出保障能力，將科技前沿技術(shù)運用到廣播電視安全播出體系中，本文設(shè)計了一套基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的調(diào)頻備播系統(tǒng)。該系統(tǒng)獨立于臺站原有的播出系統(tǒng)，通過自主研發(fā)的物聯(lián)網(wǎng)控制器將備播設(shè)備與云端服務(wù)器相連，實現(xiàn)設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)化，再通過自主開發(fā)的微信小程序在手機(jī)上對臺站備播系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，從而增強了臺站的安全播出保障能力。

一、物聯(lián)網(wǎng)調(diào)頻備播系統(tǒng)的設(shè)計

（一）物聯(lián)網(wǎng)調(diào)頻備播系統(tǒng)的工作原理

本系統(tǒng)的工作原理是將發(fā)射臺站備播系統(tǒng)的設(shè)備通過物聯(lián)網(wǎng)控制器連到云服務(wù)器（租用騰訊云），從而達(dá)到設(shè)備上云目的，然后通過微信小程序利用云平臺實現(xiàn)對臺站備播設(shè)備的監(jiān)控。系統(tǒng)的接口程序放在云端，云平臺主要用作透明傳輸，提供手機(jī)端與物聯(lián)網(wǎng)控制器的對接服務(wù)。當(dāng)臺站因某種原因無法播出時，維護(hù)人員可通過微信小程序控制物聯(lián)網(wǎng)控制器，該控制器與備播設(shè)備關(guān)聯(lián)，從而實現(xiàn)對備播設(shè)備更改頻率、切換信號源、開關(guān)發(fā)射機(jī)、開關(guān)發(fā)電機(jī)、倒電等功能，及時掌握設(shè)備運行狀態(tài)，快速恢復(fù)播出，極大提升了臺站的安全播出水平。手機(jī)端界面如圖1所示。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)調(diào)頻備播系統(tǒng)手機(jī)界面

（二）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)調(diào)頻備播系統(tǒng)框圖如圖2所示。技術(shù)人員在手機(jī)上運行備播系統(tǒng)微信小程序，建立手機(jī)端與云服務(wù)器之間的通信，手機(jī)端向云服務(wù)器發(fā)送信息，服務(wù)器接收信息后以透明傳輸方式將信息發(fā)送給臺站端的物聯(lián)網(wǎng)控制器（該控制器24小時保持與云服務(wù)器通信），控制器接收到信息后進(jìn)行解析并執(zhí)行相關(guān)動作。備播系統(tǒng)獨立于臺站現(xiàn)有的播出系統(tǒng)，具有獨立發(fā)射機(jī)、天饋線、信號源及特殊的供電機(jī)制（如臺站的供電出現(xiàn)故障造成停播，可以通過手機(jī)APP啟動發(fā)電機(jī)給備播系統(tǒng)供電，恢復(fù)信號播出）。該系統(tǒng)平時處于休眠狀態(tài)，無論臺站原有的播出系統(tǒng)哪個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題造成停播，都可以通過手機(jī)遠(yuǎn)程喚醒備播系統(tǒng)恢復(fù)播出。

圖2 物聯(lián)網(wǎng)調(diào)頻備播系統(tǒng)框圖

（三）實現(xiàn)方法

在整個備播系統(tǒng)中，所有的信息傳遞、解析以及執(zhí)行相應(yīng)動作都是由系統(tǒng)核心部件物聯(lián)網(wǎng)控制器來實現(xiàn)的。市場上沒有現(xiàn)成的符合系統(tǒng)要求的物聯(lián)網(wǎng)控制器，因此本文利用單片機(jī)開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)控制器。單片機(jī)內(nèi)嵌物聯(lián)網(wǎng)程序和控制臺站設(shè)備的程序?？刂破魃想姾笞詣舆B接到云平臺，備播系統(tǒng)的設(shè)備與控制器相連，從而實現(xiàn)設(shè)備控制功能。具體實現(xiàn)方法為：

1.搭建云平臺，編寫云服務(wù)器的協(xié)議程序，創(chuàng)建平臺與物聯(lián)網(wǎng)控制器間的交互語言。云平臺支持發(fā)布/訂閱模式，平臺基于TCP協(xié)議棧同時支持TCP心跳長連接。用戶先在云平臺注冊獲取私鑰UID，物聯(lián)網(wǎng)控制器利用這個私鑰UID與云平臺按照事先制定的消息機(jī)制進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。即遠(yuǎn)程終端（手機(jī)或電腦）往私鑰UID推送消息指令，注冊了UID的物聯(lián)網(wǎng)控制器可以收到發(fā)往該UID的消息，從而達(dá)到通過手機(jī)控制物聯(lián)網(wǎng)控制器的目的，同時物聯(lián)網(wǎng)控制器與臺站的設(shè)備相連，按照設(shè)備的通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，實現(xiàn)遠(yuǎn)程終端通過云平臺控制臺站設(shè)備的目的。

2.設(shè)計物聯(lián)網(wǎng)控制器。該物聯(lián)網(wǎng)控制器硬件方面主要由物聯(lián)網(wǎng)主處理器、物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)收發(fā)裝置和物聯(lián)網(wǎng)邏輯控制裝置組成。軟件方面主要包含物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)解析程序、物聯(lián)網(wǎng)控制器與備播設(shè)備接口程序、控制器控制設(shè)備邏輯程序和物聯(lián)網(wǎng)控制器接入云服務(wù)器程序。該物聯(lián)網(wǎng)控制器的工作流程及邏輯框圖如圖3所示。

圖3 物聯(lián)網(wǎng)控制器的工作流程及邏輯框圖

當(dāng)物聯(lián)網(wǎng)控制器通電后，就會開啟透明傳輸模式，自動通過4G路由器連接到互聯(lián)網(wǎng)，并向云端服務(wù)器發(fā)送相關(guān)身份標(biāo)識，在獲得云端服務(wù)器身份認(rèn)可后，即建立物聯(lián)網(wǎng)控制器與云服務(wù)器之間的專用通道。此時控制器實時偵聽來自專用通道的各種消息并進(jìn)行解析，如果消息中包含有控制指令，則對指令進(jìn)行判斷并通過串口與備播設(shè)備進(jìn)行通信且執(zhí)行相關(guān)動作（如：開關(guān)備播發(fā)射機(jī)、給備播發(fā)射機(jī)改頻、切換備播系統(tǒng)信號源、開關(guān)發(fā)電機(jī)以及發(fā)電機(jī)給備播系統(tǒng)供電等）。同時備播系統(tǒng)的設(shè)備把相關(guān)狀態(tài)通過串口回傳給物聯(lián)網(wǎng)控制器，再通過透明傳輸經(jīng)云服務(wù)器發(fā)送給具備身份標(biāo)識的遠(yuǎn)程終端，該終端將消息解析并在屏幕上顯示出來。

3.開發(fā)遠(yuǎn)程終端程序（手機(jī)APP或微信小程序）。程序運行后與云平臺對接，利用云平臺發(fā)布指令和獲取數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)對臺站設(shè)備的監(jiān)控，其工作流程及邏輯框圖如圖4所示。

圖4 遠(yuǎn)程終端工作流程及邏輯框圖

在手機(jī)上運行備播系統(tǒng)的APP，該APP向云服務(wù)器發(fā)送身份標(biāo)識，再通過云服務(wù)器身份認(rèn)證后即建立起手機(jī)與服務(wù)器之間的專用通道進(jìn)行數(shù)據(jù)透明傳輸。此時手機(jī)端實時偵聽來自專用通道的各種消息并進(jìn)行解析，同時將解析的消息在手機(jī)屏幕上顯示出來。當(dāng)技術(shù)人員需要對備播系統(tǒng)進(jìn)行操控時，可以在APP上點擊相關(guān)按鈕，即可發(fā)送消息到服務(wù)器，服務(wù)器則將手機(jī)端發(fā)過來的消息透傳給臺站端的物聯(lián)網(wǎng)控制器，控制器對接收到的消息進(jìn)行解析并將解析出來的控制指令傳遞給臺站備播設(shè)備，臺站備播設(shè)備收到控制指令后執(zhí)行相關(guān)動作，手機(jī)端操作界面如圖1所示。

二、系統(tǒng)功能

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本項目的有益效果是：1.可以將廣播電視發(fā)射臺站不具備聯(lián)網(wǎng)功能的設(shè)備接入物聯(lián)網(wǎng)。2.可以通過遠(yuǎn)程終端對廣播電視發(fā)射臺站設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，理論上在有互聯(lián)網(wǎng)云端的條件下隨時可以進(jìn)行操作。3.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計合理、工作效率高、性能穩(wěn)定、操作簡單、實用性強。

具體有如下五項功能：一是臺站信號源系統(tǒng)出現(xiàn)故障造成停播時，可以啟動備播系統(tǒng)，恢復(fù)播出。二是臺站發(fā)射機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)故障造成停播時，可以啟動備播系統(tǒng)，恢復(fù)播出。三是臺站天饋系統(tǒng)出現(xiàn)故障造成停播時，可以啟動備播系統(tǒng)，恢復(fù)播出。四是臺站配電系統(tǒng)出現(xiàn)故障造成停播時，可以遠(yuǎn)程啟動發(fā)電機(jī)給備播系統(tǒng)供電，恢復(fù)播出。五是實時查看臺站備播設(shè)備狀態(tài)。

三、結(jié)語

目前該系統(tǒng)已成功運用于廣西廣播電視技術(shù)中心南寧分中心所轄的村村通臺站。該系統(tǒng)安全穩(wěn)定、方便快捷，自投入使用以來切實有效地增強了南寧分中心村村通臺站的安全播出保障能力。