阿里云物联网在调频发射机监测中的应用

林耐云，李 硕

（唐山广播电视台，河北 唐山 063000）

调频发射机房一般坐落在高山，远离市区。一些调频发射机生产厂家为了实现发射机的远程监测，提供了RJ45 接口，方便用户通过以太网方式实现远程监控。但是，这种监测方式需要架设光纤及光传输设备，成本较高，并且监测地点固定，不够灵活。近年来，随着物联网技术的飞速发展，唐山广播电视台研发了一种基于阿里云物联网云平台的调频发射机远程监测系统。阿里云物联网云平台可以提供数据传输通道，使嵌入式设备和云端能够双向通信。这种方式不需要架设光纤，而是根据当地无线覆盖情况，灵活选择4G、NB-IoT 等传输模式，将采集的发射机入射功率、反射功率以及报警信息等，通过MQTT 协议发布，传输至阿里云物联网平台。电脑终端只需要能连接互联网，通过阿里云提供的IoT Studio 即可实现发射机的远程监测。本文基于MQTT 通信协议，使用自主开发的数据远程传输单元实现发射机信息的采集，通过4G 或NB-IoT 的方式完成数据上传至阿里云平台，可在任意一台移动终端上做到发射机的实时监测，实现了发射机低成本的灵活监测。调频发射机远程监测框图如图1 所示。

1 发射机信息采集

唐山广播电视台近期采购的调频发射机具备D-SUB25 远程测量连接器，对外提供正向功率、反向功率、不平衡以及报警等信息。这里采用stm32f103 为核心的单片机做成采集终端来采集上述信息。

对于报警信息，直接采用标准IO 读取高低电平方式采集。IO 端口采用TTL 电路，定义了电平传输的逻辑。通常认为5 V 为高电平，0 V 为低电平［1］。考虑到传输的噪声、线路的损耗以及负载的匹配，高低电平的定义应该是一个范围的形式，因此开发数据采集系统时需注意这种情况。

对于正向功率和反向功率，采用读取模拟量的方式，将输出的0～5 V 电压进行A/D 转换。stm32 提供了转化精度为12 bit 的ADC 转换，可以将发射机的正反向功率变成数字信息，最后转换成一个电压值的二进制形式。为了提高效率，这里直接采用DMA 的形式，提高了AD 转化效率。电路PCB 3D 效果，如图2 所示。

2 远程数据传输网关

远程数据传输网关可以根据所在地区发射塔所在位置的网络覆盖情况，灵活选择GPRS、4G 或NB-IoT 模式传输信号。传输协议采用MQTT 方式。MQTT 是消息队列遥测传输协议，是一种基于发布/订阅模式的“轻量级”通信协议。该协议构建在TCP/IP 协议之上，可以通过有限的带宽为需要远程传输的设备提供及时可靠的消息传输，非常适合远程监测。远程数据传输单元是MQTT 的发布端，远程监测用计算机是MQTT 的订阅端。

本项目中采用NB-IoT 的数据传输方式，传输单元NB 模块采用AIR302。Stm32f103 为核心的单片机采集的功率和报警等信息，通过通用异步收发器（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，UART）将信息传输到AIR302 模块，通过全双工方式最终完成信息传输。

3 阿里云物联网平台的设置

阿里云物联网云平台由IoT Hub、设备管理、数据分析、规则引擎以及安全认证等5 个模块组成，其中IoT Hub 负责嵌入设备等与阿里云平台连接，提供数据传输通道。

设置阿里云平台首先要创建产品，由物联网平台为产品颁发唯一的ProductKey，然后在该产品下添加设备，如要检测的5 台调频发射机。此时，产品就是发射机监测终端，设备就是发射机1、发射机2……发射机5。发射机1～发射机5 将具备定义的产品功能。与产品、设备相关的是三元组，包 括ProductKey、DeviecsName 和DevicesSecret。当创建好产品并且在产品下创建新设备发射机后，每个发射机都会拥有一个唯一的三元组信息。每个设备的三元组信息都是独一无二的。ProductKey 和DevicesName 确保了设备的唯一性，而DeviecesSecret 用于设备的鉴权，使设备信息不容易被盗用。图3 为在阿里云平台上创建的fm_transmitter 产品，并且添加了fm_transmitter_1 设备，同时具有三元组信息。定义产品的功能，也就是物模型，包括正向功率、反向功率、报警信息和远程开关发射机，还可以添加温度、湿度、电压电流采样值等，从而完成发射机的物联网产品和设备的创建。

此外，要确定物模型。物模型属于功能定义，是从属性、服务和事件3 个方面描述发射机这个实体［2］。物模型用JSON 格式的数据来表示。JSON是一种轻量级的数据交换格式，可以提升网络传输效率。本项目中只需要对发射机做监测，因此产品的功能只需要定义产品的属性就可以完成。后期可以根据实际应用的需求扩展服务和事件的功能，如可以增加发射机温度监测功能，当温度升高后可以远程控制机房调节空调温度。

4 Web 可视化开发

在创建好产品和设备后，可以通过阿里云提供的IoT Studio 完成Web 可视化开发，包括应用开发、服务开发和数据分析。此次发射机远程监测项目只需涉及到应用开发即可满足。Web 应用交互过程是通过http 请求获取数据，然后Web 服务器将html 页面通过http 响应的形式传输给浏览器进行显示。IoT Studio 提供了可视化搭建Web 功能，即组件通过拖拽配置调试后即可快速使用。组件托管在IoT Studio 平台上，节约了开发者的开发时间，省去了购买配置服务器的烦琐操作。图4 为发射机远程监测的Web 界面。通过Web 界面能实时监测正反向功率和报警信息，并能根据反向功率的大小或者报警信息远程开关发射机，同时发射机正向功率也可以通过曲线形式开展实时监测。

5 结语

物联网技术的飞速发展，使得一些高山台站的调频发射机等通过物联网进行远程监测的方案变为可能。这种方案能节约铺设光缆和购买光传输设备的资金，可以自己通过阿里云提供的Web 可视化开发方式做到远程实时监测。目前，此方案已经在唐山广播电视台高山台站测试成功，运转情况良好，希望能为广电同行提供借鉴。