广播电视发射机载波功率监测系统的设计.pdf

广播与电视技术 2023年 第50卷 第6期100无线覆盖 Wireless Coverage传输覆盖广播电视发射机载波功率监测系统的设计【摘 要】本文详细介绍了一种通过监测广播电视发射机射频输出耦合量的大小，感知广播电视发射机载波输出功率变化的方法。本监测方法的特点决定了它在不用做任何改变的情况下，就能适应不同类型发射机的监测，在节省运行成本、提升发射机维护管理效率、保障广播电视安全播出等方面具有重要意义。【关键词】广播电视发射机，载波功率，监测【中图分类号】TP23 【文献标识码】B 【DOI编码】10.16171/ki.rtbe.20230006018【本文献信息】吴乾贤，吴聪，孙皓.广播电视发射机载波功率监测系统的设计J.广播与电视技术，2023,Vol.50(6).Design of Carrier Power Monitoring System for Radio and Television TransmitterWu Qianxian,Wu Cong,Sun Hao(Haikou Radio and Television Transmitting Station,Hainan Province,Hainan 570203,China)Abstract This paper introduces a method to sense the change of carrier output power of radio and television transmitter by monitoring the RF output coupling of radio and television transmitter.The characteristics of this monitoring method determine that it can adapt to the monitoring of various transmitters without any changes.It is of great significance in saving operation cost,improving the efficiency of transmitter maintenance and management and ensuring the safe broadcasting of radio and television.Keywords Radio and television transmitter,Carrier power,Monitoring吴乾贤，吴聪，孙皓(海南省海口广播电视发射台，海南 570203)0 引言对于广播电视发射机载波功率的监测主要有两种监测方式，第一种是通过电脑连接发射机的串口进行通信，利用监测软件读取发射机当前的状态信息，当监测软件读取的输出功率不在正常范围内时，随即发出告警信息提醒值班人员；第二种是通过终端接收空中电波信号，当终端接收不到信号时，与其相连接的监测软件发出告警信息提醒值班人员。对比以上两种监测方式，第一种监测方式要求广播电视发射机具备串口通信功能，对于没有串口功能的发射机则不支持该监测方式。据了解，目前我国很多市县广播电视发射台站使用的广播电视发射机不具备串口通信功能。第二种监测方式，使用广播电视接收终端进行监测时，只能监测发射机载波信号的“有”和“无”，一般情况下，接收终端安装在离发射机距离较近的值班机房，当发射机发生输出功率下降但不为零的异常状况，接收终端无法识别发射机输出功率的变化，以致于值班人员不能及时判断发射机故障，影响广播电视安全播出。为更好地保障广播电视安全播出，作者根据多年的工作经验总结得出，虽然各发射机制造方生产的发射机批次、机型以及对外接口等均有不同，但大部分广播电视发射机的射频功率输出口旁都配置有一个射频耦合口，可利用该耦合口监测发射机输出功率，由此便设计出另外一种发射机监测方式：从广播电视发射机的射频耦合口采集信号，根据耦合出的射频能量大小感知发射机载波功率输出情况。这种广播电视发射机载波功率监测系统主要由广播电视发射机载波告警主机和射频监测器两部分组成。其电路设计原理是：将发射机射频耦合口耦合出的信号接入射频监测器，射频监测器将射频信号转换成可远距离传输的信号量发送至广播与电视技术 2023年 第50卷 第6期101Wireless Coverage 无线覆盖传输覆盖值班室的载波告警主机上，载波告警主机根据预设好的监测时段，判断是否要发出声光告警。现在根据设备功能来阐述该电路设计原理。1 载波告警主机载波告警主机能实时监测 20 台广播电视发射机的载波功率，可为每一台发射机单独设置监测时段，并具有独立的工作状态指示灯，在监测到发射机载波功率出现异常时，能发出声光告警，提醒值班人员进行处理。其整体电路设计如 图 1 所示。根据系统功能划分，载波告警主机主要由以下功能模块构成：电源模块、信号输入模块、工作状态选择模块、告警模块、显示模块、按键输入模块、时钟电路模块、串口通讯 模块。图1 广播电视发射机载波告警主机电路图广播与电视技术 2023年 第50卷 第6期102无线覆盖 Wireless Coverage传输覆盖1.1 电源模块电源模块包含两个开关电源，分别输出 DC5V 和 DC12V，这两者不共地，以加强设备的抗干扰能力。DC5V 作为载波告警主机 MCU 控制电路的供电电源，DC12V 作为外接告警器供电电源、声光报警模块和射频监测盒的集中供电电源。1.2 信号输入模块载波告警主机共支持 20 路信号输入，射频处理部分已单独在射频监测器中完成，因此载波告警主机只接收“0”和“1”的信号，即低电平和高电平。信号输入模块电路如图 2 所示。因 20 路信号输入电路模块都相同，所以以第 1 路电路为例来讲解。当 JP1 输入低电平，光耦 521 的次级不导通，JQ1为低电平；当 JP1 输入高电平，光耦 521 次级导通，JQ1 为高电平。得到的 JP 数据在转给工作状态选择模块的同时，也通过 74573 数据锁存器依次送入 MCU。1.3 工作状态选择模块在实际工作中，各频率收开台时间不同，发射台站还需要对发射机进行日常维护，另外还有一些延长播出时间等的临时性需求，因此设计了工作状态选择模块。为方便操作，每一个监测通道均使用比较简单明了的拨动开关选择工作状态，用 LED 作为工作状态指示灯。具体设计如图 3 所示。图中 MBI5026 将串口输出转成 16 位并口输出。当拨动开关 S 拨至 VCC 时，本通道处于手动监测状态，不受用户设置的监测时段限制，若本通道监测的发射机载波功率异常，射频监测盒给 JQ 发出一个低电平信号，三极管基极端绿色 LED 指示灯不亮，集电极的红色 LED 指示灯亮，带动告警器提醒值班人员；拨动开关至 MBI5026 输出端时，本通道处于自动监测状态，MCU 根据用户设定好的监测时段，通过MBI5026 输出高低电平，以决定是否需要监测，高电平为监测，低电平为不监测；拨动开关至空位时，本通道处于不监测状态。1.4 告警模块当来自工作状态选择模块的 ring 信号为高电平时，光耦导通，声光告警模块 BELL 被触发，此时红色状态灯亮，发出声光告警；同时触发继电器，告警电源接通，触发外接在值班领导办公室的声光告警器。告警模块在提醒值班人员的图2 输入模块广播与电视技术 2023年 第50卷 第6期103Wireless Coverage 无线覆盖传输覆盖同时，也能提醒值班领导及时处理故障，保障广播电视的安全播出。告警模块如图 4 所示。1.5 显示模块显示模块分为两部分，一部分由七段数码管组成，用来显示用户设定的参数值和时钟信息；另一部分是工作状态指示灯，绿色指示灯亮表示发射机载波功率输出正常，红色指示灯亮表示发射机载波功率异常。七段数码管显示电路图如图 5 所示。数码管显示模块主要由 2 个共阳四位七段数码管、驱动芯片 74573 和片选芯片 74238 组成。图3 工作状态选择模块广播与电视技术 2023年 第50卷 第6期104无线覆盖 Wireless Coverage传输覆盖1.6 按键输入模块按键输入模块采用下降沿触发，如图 6 所示。本系统采用四个按键完成系统参数设定，即“菜单（确定）”、“+”、“”和“右移”。1.7 时钟电路模块本 系 统 对 时 间 精 度 要 求 不 高。时 钟 电 路 模 块 由SD2403API 时钟芯片和外围电路组成，如图 7 所示，年误差1 秒左右，满足本项目的需求。1.8 串口通讯模块本系统采用的 MCU 芯片是比较常见的宏晶公司生产的图5 数码管显示模块图4 告警模块图6 按键输入模块STC89C58RD+，程序的烧录可以通过 RS232 串口烧录进去，节省专用的烧录工具，比较适合电子电路设计的业余人士，同时可扩展作为与其他系统接入的连接口。串口通讯模块如图 8 所示。2 射频监测器射频监测器的作用主要是将广播电视发射机耦合口的高频载波信号转换成电压信号，通过监测电压大小感知发射机载波功率的变化，将电压大小通过 LED 指示灯分级显示出来，再向载波告警主机发送数据。如图 9 所示。广播与电视技术 2023年 第50卷 第6期105Wireless Coverage 无线覆盖传输覆盖广播电视发射机的耦合信号通过 BNC 接口从射频耦合口接入电路，经过检波和滤波后进入 LM358 运算放大器。因各个发射机的耦合口得到的射频能量不统一，因此在接入LM358 运放时，串联一个可调电阻器 R5，以适应不同发射机耦合口的能量采集，同时也能使射频监测器的灵敏度具有可调节性。采集的电压进入 LM358 放大后得到的电压驱动能力比较弱，因此将 LM358 的另一个运算放大器做成电压跟随器，以提高其驱动能力。图中 AN6884 是 5 位电平 LED 显示芯片，用来显示电压大小，进而反映发射机载波功率大小，功率越大，电压越大，点亮的 LED 灯越多。触发给载波告警主机的高低电平则设计在第三个 LED 灯上，当 DS3 亮时，光耦 521 导通，射频监测器送给载波告警主机高电平，提示监测到的发射机载波功率正常，DS3 不亮时，光耦 521 不导通，射频监测器送给载波告警器低电平，声光告警开启，提示发射机载波功率异常。3 程序设计本系统将 STC89C58RD+单片机作为中央控制器，控制各个功能模块的正常工作及数据的接收和处理，程序运行流程如图 10 所示。图7 时钟电路模块图8 串口通讯模块图9 射频监测器电路图广播与电视技术 2023年 第50卷 第6期106无线覆盖 Wireless Coverage传输覆盖图11 射频监测器图12 载波告警系统主机图10 程序流程图4 系统实物图图 11 和图 12 是该系统的实物图，图 11 是射频监测器，连接在广播电视发射机功率输出端的耦合口，图 12 是载波告警系统主机，安装在值班室。5 结束语本监测系统是作者结合多年工作经验，于 2016 年设计并研发，经历了需求整理和分析、系统详细设计，到软件开发和测试，以及最后的实物制作和运行维护等各个阶段。现已应用到本单位的广播电视发射机载波功率监测当中，到目前为止本系统仍在正常运用中。它的成功研制，有效保障了本单位广播电视安全播出。写下本篇文章，希望对同行能起到一定的借鉴意义。参考文献：1 宋广荣,柴启坤.调频调幅广播发射机运行技术指标的测试方法J.内蒙古广播与电视技术,1998,15(1):20-28.2 许明哲.射频变换器J.电视技术,1993,17(3):48-56.3 李华.音频射频通用型分支分配器J.电视技术,1992,16(6):52.4 刘刚.电台调频广播发射机控制系统的设计及实现J.数字技术与应用,2016(1):17-18.5 杨明欣,张杰,郑郁正.基于STC单片机的实验开发平台的设计J.成都信息工程学院学报,2006,21(3):410-413.6 周超.STC单片机在高速数据采集和控制系统中的应用J.长春师范学院学报,2011,30(4):61-66.7 黄克亚.浅谈自制51单片机编程器方法和策略J.黑龙江科技信息,2009(25):11.8 郭谭娜,焦艳冰.系统工程技术在电子电路系统设计中的应用介 绍J.河南科技,2013(4):7.第一作者简介：吴乾贤，男，1986 年出生，本科，广播电视工程师，现任海南省海口广播电视发射台调频副科长，长期在广播电视发射一线工作，主要从事广播电视发射机技术方面的研究，曾参加过本单位的信号源系统改造项目等；主持海南广播电视总台科技委项目“发射台站的自动化管理系统的开发与研究”并顺利通过专家组 验收。