基于STM32的六路广播调谐器的设计与实现

2018-05-09

视听 2018年4期

（广西广播电视无线传播枢纽台）

1 引言

市场常见的调谐器通常只可以实现多路监听却不能监测当前的信号强度、调制度等，功能单一、不全。而目前技术中心所辖台站在用的四路调谐器接收效果和稳定性差，无场强、GPS定位等功能，因此有必要对原四路调谐器进行升级改造。根据远程监控的实际应用需求，本系统设计一款接收效果好、稳定性好，可以监测当前信号强度、调制度的广播调谐器，增加了GPS定位功能，用于远场、近场接收解调台站的发射广播信号。对解调出来的音频信号进行解析并可以通过设置时间表、告警门限等处理，得出场强低、无音频、噪声、平均调制度过低过高等告警信息，这些信息不仅可以从设备面板上以及客户端软件直观的观看，还可以通过网络返传中心服务器实现远程监测，中心服务器再将调谐器上报的信息进行数据处理，实时反馈发射信息给平台值班人员，实现台站发射效果的实时监测告警。

2 设计目标

本系统设计的6路广播调谐器具备以下功能：

1. 支持最多可以同时接收监测6个频点的FM/AM节目。

2. 支持客户端实时查看和客户端参数设置。

3. 通信方式为UDP，接口为RJ45。

4. 天线接口为BNC接口，每个通道对应1个BNC接口。

5. 支持无音频告警、场强低告警、调制度高告警、调制度低告警、噪声告警等告警功能。

6. 支持轮询监听输出，定时轮询监听每一路节目。

7. 支持网络升级功能。

8. 支持GPS定位功能。

9. 支持设置时间表，在时间表内监测，时间表外不监测。

10. 每路音量输出接口为莲花头接口，并支持数字调节音量大小。

3 系统框图

本系统使用STM32单片机作为主控制器，6个SGM-4754AF广播调谐器模块进行采集，实现6个频点的广播信号解调，然后将解调信号进行放大处理，通过音频接口输出监测。并通过ENC28J60网卡，以UDP的通信方式与本地上位机客户端及远端中心服务器通信。本系统增加了GPS模块，实现定位功能，并采用OLED屏显示调谐器的基本信息。系统框图如图1。

图1 六路广播调谐器系统框图

4 硬件设计

根据广播调谐器的功能应用需求，对主控单元及集成模块进行了选型。STM32F系列属于内核为Cortex-M3的32位ARM微控制器，集成了丰富的外设接口，如RTC、定时器、CAN总线控制器、ADC、UART、SPI、I2C等，故选择ST公司的STM32F103单片机作为主控MCU。

Silicon Labs的Si475x系列AM/FM调谐器IC提供了既具有成本效益而又功能丰富的高性能解决方案，技术指标好，接收稳定，性能可靠，可以把当前频率、场强、信噪比都运算好后存储在内部寄存器中，主控芯片只需要读取即可。Si475x调谐器IC支持世界范围的无线电频段，拥有业界领先的高集成度，节省了许多昂贵外部元器件的需要。故选型以Si4754为核心的SGM-4754AF调谐器模块。

调谐器模块解调出来的信号是比较微弱的，需要对该信号做高保真放大处理。NE5532是高性能低噪声双运算放大器集成电路，电路成熟，它具有很好的噪声性能，优良的输出驱动能力及相当高的小信号带宽，用作音频放大时音色温暖，保真度高。

由于此设计的广播调谐器需要能够数字调节输出，用于监听，采用数字电位器可以实现此效果。经选型，X9241内部包括一个I2C接口和4个数字电位器。每个数字电位器由电阻阵列及与之对应的滑动计数寄存器WCR、四个8为数据寄存器R0~R3等部分构成，完全满足了电路设计的要求。

本系统采用的GPS模块是和芯星通UM220-III N双系统高性能GNSS模块，能够同时支持BD2 B1、GPS L1两个频点，采用串口的通信方式，可以直接与微控制器的串行口相接，外围电路设计简单，低成本、低功耗等优势。图2为部分硬件电路图。

5 软件设计

5.1 下位机软件设计

通过对微控制器STM32F103的编程，实现对外围电路的控制及传输。首先对系统的初始化，主要包含了单片机初始化、GPS初始化、网络初始化、调谐器模块初始化、数字电位器初始化等。然后启用定时器，等待用户对调谐器的设置，包含通信参数设置、通道参数设置、通道告警门限设置等。若系统启动完成后，对其进行网络参数设置，系统修改完参数后，将重新启动，使用新的网络参数才能与上位机连接。

当系统初始化启动完后，设置相应频率，开始对调谐器模块进行解析。解析出当前频率的场强值、调制度值、音频有无、噪声等状态信息。

将当前接收到的场强值（dB）标定为发射机发射的功率值（按照实际发射功率/额定功率*100%），当接收到的场强值持续低于该标定值时，产生告警，触发蜂鸣器告警，并主动上报客户端以及远端服务器。同样，当接收到的调制度高于或低于设定值、当采集到的音频信号低于设定的门限值时，都会产生告警，触发蜂鸣器告警，并主动上报客户端以及远端服务器。

本系统增加了播出监测时间表，用户可以根据自己的需求，自行定义本调谐器的监测时间段。

本系统使用的北斗GPS模块，可以采集到本设备的安装位置信息，上报给远端服务中心，使远端平台能够获得该设备的海拔、经纬度等地理信息。

图3为下位机软件设计流程图。

图2 部分硬件电路图

图3 软件流程图

5.2 上位机软件设计

根据设计要求，需要一款可视化的上位机软件与6路广播调谐器进行通信，可以直观的查看调谐器的基本信息以及对调谐器进行参数设置。为此专门为六路广播调谐器设计了一款上位机软件，实现台站端本地的客户端实时监测。该上位机具备调谐器的通道参数设置、通道设置、通信参数设置、时间表设置、其他信息、告警记录查询及六路音频采集实时状态信息等功能。上位机客户端软件如图4所示。