N+1数字电视发射系统智能化监控综合平台

本发明是为N+1数字电视发射系统的实现，提供智能化的综合监控平台。 而N+1数字电视发射系统，是为了提高数字电视发射系统的可靠性，而开发的 高可靠、快速反应的多路数字电视发射系统。实现当发射系统的一台主发射机 出现故障不能正常播出时，作出快速反应，由备份的发射机自动替代工作，直 至该主发射机修复后再自动切换回去的功能。所述N+1是指由N台主发射机(一 般N≤8)和一台备用发射机组成系统。

为了保证广播电视台、站能正常播出而不出现停机故障，传统的方案是采 用一台主机就必须备份一台替换的备用机来进行工作(即N+N)；其投资成本之 高是显而易见的。因此，N+1数字电视发射系统具有很高的经济效益和社会意义。 而由于缺乏智能化综合监控平台，目前国内除本发明人外，尚无N+1数字电视 发射系统进入市场。

广播电视台、站是党和国家的喉舌，是极为重要的舆论阵地，也是广大人 民众精神文明生活的重要需求；而电视发射系统则是广播电视台、站极为重 要的设备之一。如果广播电视台、站出现停播故障，哪怕是微不足道的极短时 间，但在广播电视台、站，即为严重的事故。为此，近年来国内外都在倡导N+1 电视发射系统。

实现对发射机实施智能故障处理、远程遥测遥控、数据管理诸多功能，对 于提高数字电视发射的可靠性至关重要；而且N+1数字电视发射系统，大大提 高了发射机自身的功率效率，不但节约了能源，并减少了热量对空间的排放， 从而在环保和节能上具有积极的意义；同时改善了电视发射机的工作品质，提 升了我国电视发射机的水准和缩短与发达国家之间的差距。

目前有国内同行厂商企望实现的N+1数字电视发射系统，主要存在以下技 术瓶颈而未能解决：一是调制器不具备频道和电平的切换功能；二是未能同时将 输入的数字电视TS流切换到相应通道；三更主要的是，备机工作在宽带输出方 式下，由于输出无滤波器，不能达到国标要求的频谱模板特性，备机工作模式的 性能远低于主机工作模式。这些技术上的难点，成了N+1数字电视发射系统实现 的瓶颈。可行的N+1数字电视发射系统，应当：一是调制器具有频道和电平的切 换功能，即实现可记忆；二是保证功率切换的同时，所载信号同时切换，实现节 目播出的连续性；三是宽带单频道备用发射机工作性能与主机工作性能完全一 致，且输出经同轴开关切换至合成系统，能完全满足国标要求的频谱模板特性， 保证不牺牲所有的性能指标，达到同等替换。

以上N+1数字电视发射系统核心技术的解决，就必须为其提供一种智能化的 综合监控平台。对N+1数字电视发射系统的工作状态，进行检测及数据处理；借 助网络进行远程控制、自动增益控制、各种按键操作和显示；使之实现智能化、 实时化控制。实现对发射机实施智能故障处理、远程遥测遥控、数据管理诸多功 能。

鉴于上述，本发明目的在于，为N+1数字电视发射系统提供智能化监控综 合平台；是一种包括硬件和软件的完整产品。传统的N+N多路数字电视发射系 统，其工作状态的监控和发现故障时的替代切换，是各单台主发射机及其备用 发射机配对成组各自独立进行的，无法实现N+1工作模式和智能化控制；而本 发明则是将N+1数字电视发射系统中各单台发射机的工作参数规范统一(详见 后述的接口规范中的陈述)，搭建成综合平台，以统一的硬件和软件，配合不同 的外设模块，并借助网络对N+1数字电视发射系统实施统一的智能化监控和自 动切换。

N+1数字电视发射系统智能化监控综合平台的原理框图见《附图说明》图1。

《附图说明》图2为本发明的主板硬件原理图。

原理框图(图1)中可见本发明即智能化监控综合平台，包括硬件和软件， 硬件部分是由检测单元、数据处理单元、显示单元、控制接口、通讯接口、中 央处理单元所组成；在硬件中嵌入了N+1数字电视发射系统智能化监控软件。

N+1数字电视发射系统智能化监控综合平台的硬件选用带有八路A/D转换器 的LM3S9B92ARM单片机为核心，加上各种检测电路、控制电路、数据处理电路、 显示屏和各种接口电路共同组成；嵌入其中的软件是本发明的核心技术，以实 现智能化监控综合平台各组成单元的功能和性能；在相关的组成单元中有具体 的电路设计。

所述检测单元，是用以对N+1数字电视发射系统的工作状态和工作参数进 行检测。包括N+1数字电视发射系统中各单台发射机的各功放单元、激励单元、 光接收机、电源、风机的工作参数及工作状态。相关接口见接口规范的叙述。

通过对工作参数和状态进行检测，判断N+1数字电视发射系统中单台发射 机的工作是否正常。其中，发生故障的重要判断之一，是发射机的输出功率是 否正常。

1、光信号输入功率检测

对光信号进行输入功率检测。光信号功率正常工作范围为‑5dBm～+2dBm， ≤‑5dBm显示低功率或无光功率报警，≥+2dBm显示高功率报警。

2、光接收机输出射频检测

光接收机RF输出正常工作范围为80dBμV～100dBμV，≤80dBμV显示低 电平或无输出报警，≥100dBμV显示高电平报警。

3、自动增益控制检测

单台发射机的自动增益控制，要求有延时防冲击功能(时间45秒以上)； 远程要有自动和手动切换，±10dB控制范围，同时有失锁报警。

4、前级放大检测

单台发射机的前级放大应对输入和输出电平进行检测。输入电平范围为 ‑15dBm～+5dBm，高出和低于范围都报警。输出电平稳定度为±0.2dB，高出和 低于范围都报警。同时检测该功放的电流、电压和温度。超过范围报警。

5、末级功放检测

单台发射机的末级放大应对输入和输出功率进行检测。输入电平稳定度为 ±0.2dB，高出和低于范围都报警；输出电平稳定度为±0.2dB，高出和低于范 围都报警。同时检测该功放的电流、电压和温度。超过范围报警。

6、温度和风扇检测

单台发射机的风扇随着温度高低变化，转速也发生变化。对于特别低温天 气甚至可以停止运转，温度高后自动运转。温度越高，转速越快。检测单元中 的温度传感器既可感知机箱外壳温度，又可检测机箱内功放温度。检测风压， 若风扇坏后，可报警并自动关机。

所述数据处理单元，是对检测单元传来的各种模拟量数据进行模数转换以 及量化处理，提供给中央处理单元，以利其工作。相关接口见接口规范的叙述。

所述显示单元是用以实时地显示使用本发明的N+1数字电视发射系统的运 行图；显示内容主要有直流电压、直流电流、功放电流、功放温度、输出功率、 反射功率及N+1数字电视发射系统的用户所需要显示的其他内容。相关接口见 接口规范的叙述。

所述控制接口，是依据中央处理单元发出的控制指令，向外部的执行机构 提供控制信号的电路；这种电路是N+1数字电视发射系统进行主机与备机相互 切换的关键电路。

所述通讯接口：

可以实现远程的检测、诊断和控制。内部通讯采用RS232、RS485和键盘接 口，外部通讯采用以太网，既可实现光纤联网(有线)，也可实现GPRS、3G联 网(无线)。

a)网口(RJ45)

是N+1数字电视发射系统智能化监控综合平台与服务器之间的通讯接口， 采用TCP/IP协议通过局域网或因特网与服务器相连。

b)RS485接口

主要用于电源的数据检测。发射机主电源的输出/输入电流、电压和温度实 时检测。超过范围报警。主电源具备延时开机功能(时间45秒以上)。可以实 现远程开关机，对出现重大故障或故障排除后可以实现自动开关机。

c)RS232接口

主要用于对N+1数字电视发射系统中单台发射机(以下简称“单台发射机”) 的调制器各项指标进行监测。

d)无线接口

GPRS无线模块与智能化监控综合平台的连接为串口，并由串口给GPRS无线 模块供电；通过GPRS无线模块实现N+1数字电视发射系统的远程监控。

e)按键接口

按键接口用于需要连接按键单元时使用，按键单元可由触摸屏替代。

所述中央处理单元，是N+1数字电视发射系统智能化监控综合平台的核心 单元，嵌入了N+1数字电视发射系统智能化监控软件，依据检测单元和数据处 理单元所采集并经处理后的工作参数和通讯接口获取的工作状态进行故障判 断，将N+1数字电视发射系统中发生故障的发射机进行快速自动替代切换。依 据检测单元和数据处理单元上传的各种指标数据通讯接口获取的工作状态，对 发射机及其调制器、自动增益控制、前级放大、末级功放、主电源、工作温 度和风扇进行实时检测、判断；向N+1数字电视发射系统中管理平台(系统服 务器)上传工作参数和工作状态，并存储于系统服务器的数据库中；接收系统 服务器的指令，控制发射机进行主备切换，同时信号切换器、同轴转换开关控 制器向相关切换组件发出指令，进行信号源切换和射频功率切换，从而对发生 故障的单台发射机进行快速的自动替代切换，使N+1数字电视发射系统的备机 工作；故障排除后，又可自动发出指令，将备用发射机关闭，恢复N+1数字电 视发射系统的初始工作状态。

以下是对数据处理接口规范的具体陈述。

输入数据处理接口的额定数据电平统一规范为1.5V，即为A/D转换的1/2 量程。。

输出功率Po，不论是5W、10W、20W、50W、100W、200W、300W、500W、1kW 的功率等级，均以1.5V的额定输出功率检波电压送入A/D转换器，由软件处理 显示相应功率。

输入数据处理接口的输入应有适当滤波处理电路，保证输入信号的杂波小； 同时软件也必须采取算术平均、去掉最大值、去掉最小值等数字滤波算法，保 证显示的准确性。

为了保证输入接口的规范，在A/D输入处加电位器调理电路，将各路输入 电平的调整，统一规范为1.5V。

a)功放温度

温度范围‑50～+100℃，+25℃的额定电压为1.5V，‑50℃的电压为0V， +100℃的电压为3V；

  最小值   额定值   最大值   备注

  温度   ‑50℃   +25℃   +100℃

  对应接口电压   0V   1.5V   3V

b)供电电压

供电电压一般有+12V、+32(28)V、+48V；

  +12V   最小值   额定值   最大值   备注

  供电电压   0V   +12V   +24V

  对应接口电压   0V   1.5V   3V

  +32V   最小值   额定值   最大值

  供电电压   0V   +32V   +64V

  对应接口电压   0V   1.5V   3V

  +48V   最小值   额定值   最大值

  供电电压   0V   +48V   +96V

  对应接口电压   0V   1.5V   3V

c)供电电流

电流分档如下：5A、10A、20A、50A；前两档适用于数字100W以下的机器； 20A档适用于数字500W、1kW的功放单元检测；50A档适用于数字500W、1kW等 的大功率发射机整机电流检测。

  5A   最小值   额定值   最大值

  供电电流   0A   5A   10A

  对应接口电压   0V   1.5V   3V

  10A   最小值   额定值   最大值

  供电电流   0A   10A   20A

  对应接口电压   0V   1.5V   3V

  20A   最小值   额定值   最大值

  供电电流   0A   20A   40A

  对应接口电压   0V   1.5V   3V

  50A   最小值   额定值   最大值

  供电电流   0A   50A   100A

  对应接口电压   0V   1.5V   3V

d)输出功率Po

输出功率分档如下：5W、10W、20W、50W、100W、200W、300W、500W、1kW (均为数字输出功率)；由于功率检波的非线性，所以各档次的显示数据应经适 当的校正处理，并与实测对比后才能确定；有些档次的数据还需要进行分段线 性化处理后，才能得出较为适用的数据。

  5W   最小值   额定值   最大值

  输出功率   0W   5W   10W

  对应接口电压   0V   1.5V   3V

  10W   最小值   额定值   最大值

  输出功率   0W   10W   20W

  对应接口电压   0V   1.5V   3V

  20W   最小值   额定值   最大值

  输出功率   0W   20W   40W

  对应接口电压   0V   1.5V   3V

  50W   最小值   额定值   最大值

  输出功率   0W   50W   100W

  对应接口电压   0V   1.5V   3V

  100W   最小值   额定值   最大值

  输出功率   0W   100W   200W

  对应接口电压   0V   1.5V   3V

  200W   最小值   额定值   最大值

  输出功率   0W   200W   400W

  对应接口电压   0V   1.5V   3V

  300W   最小值   额定值   最大值

  输出功率   0W   300W   600W

  对应接口电压   0V   1.5V   3V

  500W   最小值   额定值   最大值

  输出功率   0W   500W   1kW

  对应接口电压   0V   1.5V   3V

  1kW   最小值   额定值   最大值

  输出功率   0W   1kW   2kW

  对应接口电压   0V   1.5V   3V

e)反射功率Pr

  最小值   额定值   最大值

  反射功率   0W   5W   10W

  对应接口电压   0V   1.5V   3V

显示接口的具体陈述：

管理、控制、设置各种显示屏显示所需界面和参数，在使用触摸屏时，由 屏面获取相关信息和指令。在实际应用中可采用任一种屏，甚至可以无屏；但 是在本发明中，每一种屏的应用程序模块都已具备。

主要适用于大型数字电视发射机(数字功率500W及以上)的触摸显示屏， 即DMT80600S080‑03WT触摸屏和DMT32240T035‑01WN占用同一个串口；见《附 图说明》图3。

另外一种显示屏，可适用于中、小型数字电视发射机(数字功率500W以下)， 即JHD529M1‑12864F、LM2068R占用同一个并口；见《附图说明》图4。

控制接口的具体陈述：

a)交流开关控制接口(12V，控制开关机)

具备延时开机功能，一般情况下延时15秒开机，延时可调节，延时可达60 秒以上；高电平开机。

b)自动增益控制接口

控制数字电位器MCP41系列及X9C系列电位器，不放在硬件平台上，而放 在相应的自动增益控制单元。控制接口提供3根控制线/CS、SI、SCK或/CS、/INC、 U//D，便于需要时控制数字电位器。

c)另设有三个备用控制接口(12V，控制风机等设备)

供电接口的具体陈述：

单台发射机显控部分采用独立的单独供电模式，便于显控部分独立工作和 利于控制；显控的供电包括各种LCD显示屏的供电，直接使用5V/12V。

12V供电主要是提供平台对外的控制接口，所以电流要求很小(＜100mA)， 选500mA就完全足够了。

5V供电是提供平台的主供电，平台考虑1A，LCD显示屏500mA；选3A就完 全足够了。

供电接口应充分考虑平台的供电与LCD显示屏的结合与分离，即LCD显示 屏由平台接口供电，但要防止LCD显示屏对平台的电源干扰与相互干扰。

所述嵌入式软件，其主程序的《信息处理流程图》见《附图说明》图5。

N+1智能化监控综合平台实时采集、处理发射机的工作参数，获取发射机的 工作状态，显示发射机的运行图，上传发射机的工作参数和运行状态；当N+1 数字电视发射系统中有一台发射机出现异常时，关断故障发射机的功放单元； N+1数字电视发射系统的管理平台获知故障发射机的功率降低，发出关机和切换 指令，故障发射机关机幷启用备用发射机工作，保持N+1数字电视发射系统的 正常播出，故障发射机进入维修状态；故障发射机修复后，N+1数字电视发射系 统的管理平台自动发出切换指令，关闭备用发射机，开启经修复的故障发射机， 恢复N+1数字电视发射系统的初始工作状态。

图1为本发明的总体原理框图。

图2为本发明的主板硬件原理图。

图3为使用本发明的N+1数字电视发射系统中，适用于大型数字电视发射 机(数字功率500W及以上)的触摸显示屏照片。

图4为适用于中、小型数字电视发射机(数字功率500W以下)的显示屏。

图5为本发明嵌入软件主程序的《信息处理流程图》。

设计方案包括对N+1数字电视发射系统的工作状态，进行检测及数据处理； 借助网络进行远程控制、自动增益控制、各种按键操作和显示；使之实现智能化、 实时化控制。实现对发射机实施智能故障处理、远程遥测遥控、数据管理诸多功 能；已如上述。

N+1智能化监控综合平台作为完整产品可以装配在高度为1U的标准机箱内； 也可以在N+1数字电视发射系统的机柜中进行配置组合。

以上所述是具体实施方式及所应用的技术原理，任何基于本发明的技术方 案基础上的等效变换，均属于本发明保护范围之内。