广播发射机远程监控系统是利用计算机和网络对发射机进行全天候、跨地域实时监测与控制的智能化系统，它能有效地减轻工作人员的劳动强度，提高发射机运行的安全性、可靠性，从根本上提升发射台的管理水平。通常，广播发射机远程监控系统包括中心服务器、发射台本地服务器(上位机" title="上位机">上位机)、监控代理(下位机)、客户端等部分，服务器由装有大型监控软件的计算机组成。图1描绘了该系统在一个发射台内的组成结构。要实行监控，首要问题是实现与发射机的接口，以完成发射机的数据采集及将服务器的控制信号传给发射机。但目前使用的发射机大多没有数据采集和控制执行的监控接口，即使有这样的监控接口，由于没有统一的接口标准，使得不同厂商生产的发射机在接口的电气特性、端口排列、控制方式等定义上不同。因此将不同厂家生产的发射机纳入同一个计算机监控系统中进行管理是很困难的。针对以上问题，目前的广播发射机监控系统采用以下两种方案：一种是专门针对某一使用广泛的发射机开发的监控系统，如专门针对Harres公司的发射机。这样的发射机一般都带有监控接口，在系统中不需要监控代理，当然这样的监控系统应用范围也是有限的；另一种监控系统的系统结构类似于图1所示的结构，也采用一个监控代理（下位机）作为发射机接入监控系统的接口，但由于技术及设计上的问题，其监控代理都不具有通用性，需要作硬件和软件上的改动才能将种类不同的发射机接入到监控系统，也就是说针对每一类发射机都要设计一个专门的监控代理(下位机)。这种方法虽能提高系统的兼容性，但大大增加了系统复杂度，增加开发成本，限制了监控系统大规模推广应用。对于这个问题，在开发分布式发射机远程智能监控系统时，通过对各厂商各种类型发射机的功能、技术特点和监控要求进行全面分析，开发出一个通用的、软件可配制的监控代理(下位机)，它能保证目前几乎所有的发射机接入同一个监控系统，对今后生产的发射机也具有兼容性。

1 总体设计思想
　　下位机与发射机接口的一个引脚称为端口。与一般通讯接口类似，通常的下位机在设计和开发阶段就规定了每个端口的电气特性、功能、控制时序等，这样一个设备生产出来后，其接口所提供的各端口的电气特性、功能、控制时序等就固定不能改变了，而这样的接口也只适于连接某一类受控设备。本设计是将下位机各端口的电气特性固定，而各端口的功能、作用、控制时序等要到工程应用时，根据所监控的发射机实际情况以及与下位机各端口连接的各个监控点的特征，用一个端口语义和语法定义表来规定。该语法定义表用自行开发的一个专用软件生成，并下载到下位机的Flash中。这样该下位机才是与某一特定发射机相关的产品，并且，在实际应用过程中，还可以根据应用情况作调整。这种采用端口定义表的方法，不需要对下位机的硬件作改动，只需要改变端口定义表的数据，就能保证同样的下位机硬件适合各种类型的发射机，其设计有极大的灵活性。
　　监控中的一些复杂控制功能无法仅用单一的端口完成，在设计中采用控制动作集的思想。它基于端口语义和语法定义表，将多个端口组合在一起，并规定各个端口之间的联系，形成一个可单独使用的功能块，然后以包的形式下载到下位机的Flash中。这样上位机发送某单个命令就可引起下位机的一系列动作，从而完成一个复杂功能。至于完成这个复杂功能需要哪些动作，这些动作是怎样完成的，使用到哪些端口等问题对上位机监控软件的开发人员来说是透明的，因此大大简化了开发过程，也使得上位机监控软件具有更强的兼容性和灵活性。
　　图2是以功能层次图方式说明的下位机的设计思想。

2 具体技术实现方案
2.1 与各类发射机电气特性相匹配的硬件接口设计
　　通过对各厂商、各型号的发射机进行深入分析，发现所有发射机的端口电气特性可归结为三类：模拟量、状态量、控制量。相对于中心监控系统，模拟量和状态量是输入量，代表了发射机的运行状态，供监测和分析使用。控制量是输出量，以完成对发射机的控制功能。模拟量就是电平在一定范围变化的端口，如发射机末级功放输出功率；状态量就是只有高低两个电平变化的端口，如输出指示；而控制量又分为电平控制" title="电平控制">电平控制、脉冲控制和模拟控制三个小类，分别表示以高低电平控制、以脉冲控制和以范围可变的电平控制。本设计的下位机中设置了33个模拟量端口、24个状态量端口、16个控制量端口(8个电平&脉冲输出，8个模拟量输出)。将发射机监控信号抽象为三类端口是保证下位机兼容所有发射机的先决条件。根据以上分类方法设计的下位机硬件原理图如图3所示。

　　下位机选用μPSD3212C单片机作为控制核心，该单片机是包含8032内核的高速SOC51微控制器MCU，它具有双Flash存储器、SRAM、外设接口可编程逻辑以及JTAG在系统编程(ISP)。由于该单片机本身具有强大功能，所以使下位机硬件电路显得格外简单。模拟量的采集采用3片TLC1543，每片的A0～A10为模拟输入端，共33路。TLC1543是CMOS 10位逐次逼近A/D转换器，芯片内部有一个多路选择器用来选择其中一路采样，该芯片具有高速、高精度和低噪声的特点。状态量输入电路共有24路，通过3片三态收发器74HC245连至μPSD3212C的PB口。电平&脉冲控制量输出电路共8路，由1片74HC373、1片74HC240和8个继电器组成。74HC373为共用单片机PB口而设立，74HC240用以驱动继电器。如果对应的监控信号需要由电平控制，则由软件设置PB口的对应引脚为高电平或低电平并保持。脉冲可由电平的高低变化来模拟，所以没有设置专门的脉冲控制电路。如果需要脉冲控制，则由软件设置PB口对应引脚为先高电平然后低电平，或先低电平然后高电平，这样就产生了控制脉冲。模拟控制量共8路，通过D/A转换后输入到LM324进行放大，产生需要的电位作为监控信号控制对应的监控量。
2.2 监控端口的语义及语法定义表的设计
　　以上用来连接发射机采样点和控制点的下位机端口只确定了电气特性，在开发与生产阶段其具体功能没有确定，而是到实际的应用时，根据连接的发射机的具体监控要求来定义该端口的功能。如下位机的同一个3#控制端口，在与发射机A相连时定义为“以脉冲方式控制输出功率”，而在与不同类型的发射机B相连时则可定义为“以电平方式关发射机”。为了使同一端口适应不同的发射机，只需根据具体要监控的发射机建立一张端口语义和语法定义表，说明各端口的监控属性，它与下位机硬件相结合形成具有监控发射机功能的监控代理。

　　端口定义表在设计时，要包含足够的信息，以满足监控要求。表1是端口定义表的一个框架，列出了数据表中所定义的各个字段。在数据表中，“是否有效”字段用来设置实际中是否使用该端口，因为一台发射机一般情况下的监控量不会超过下位机所提供的33个模拟量端口、24个状态量端口、16个控制量端口的数目；“端口类型”字段说明该端口属于模拟量、状态量还是控制量，分别用00H、01H、02H表示相对应的量；每个端口用一个惟一的编号标识，即“端口号”。如状态量端口编号为1～24；“端口名称”是对该端口的一种称呼，只用于显示；“电气类型”用于说明该端口是属于电压、电流还是功率等类型，用数字标识；因为下位机采样进来的数据都是在0～2 048之间的一个数值，是原始数据，但其实际显示的可能是一个功率，“比例关系”字段就是根据实际情况来确定采样数据与实际显示数据之间的关系；使用以上的“比例关系”进行计算后，还要进行数值校正，“比例校正基数”就是设定校正值的大小；同时，为了检测、报警和控制，要确定每个端口的正常工作数值范围，用“上限值”和“下限值”来表示。其他一些数据字段在此不一一列出。任何一台发射机的监控要求都可以在表1中体现。
2.3 复杂控制功能的实现
　　一些复杂的控制功能可用一个控制序列即控制动作集来完成，它基于端口语义和语法定义表。控制动作集可以在上位机中执行，也可在下位机中执行。在下位机中执行时，只需上位机发送一个执行该功能的消息，下位机就会根据先前定义的次序逐步执行。自动开关机功能就是其中的一个典型例子。因为有些发射机的开关机过程需要几步完成，每一步先发送一个控制命令到一个控制端口，然后检测某一个模拟量或状态量端口的数值，如果检测正常再进行下一步操作，直到完成开关机。以上过程可以利用作者开发的一个专用软件来生成自动开关机动作集，配置相应的字段，写到下位机的存储器中，这样下位机能根据设置的时间自动完成开关机。控制动作集的设计思路使得下位机可以实现许多复杂的控制功能，可以满足各种不同发射机的控制需要，从而大大增强了监控系统的灵活性，进一步提高了其通用性。
　　根据以上思想设计的监控代理（下位机）已成为分布式广播发射机远程监控系统的一部分，并在浙江部分地区得到应用。在应用该系统的广播发射台中，有各种类型的发射机，本文论述的下位机不作任何硬件改动即可以兼容。本文叙述的设计思想不仅能应用到广播发射机监控上，还可以应用到包括电视发射机监控、其他弱电设备监控等领域中。
参考文献