广播电台串口通信技术的应用

【摘要】 本文主要讲解RS232C、RS485、RS422接口及其工作原理，详细介绍串口在我台广播设备远程监控中的开发与应用。

【关键字】 RS232C RS485 RS422

随着数字化网络化设备的广泛应用，在智能广播系统中存在着多种传输控制接口，实现对音频信号的监听、监看，以及报警、控制、故障定位等功能。GPIO接口通常获取设备电源状态、是否正常工作等简单信息，适用于音分、代播音源等不需要详细信息的设备监管。SNMP可以将复杂设备的多种状态监测信息由网络接口送出，且只占用极少的带宽，因此它适用于调音台、音频矩阵等核心设备的状态监管应用。

RS232C和RS485等串口方式则可以通过串口连接获取更多详细信息，例如延时器是否进入延时，音频接口工作是否正常等。同时，大多数温湿度传感器都可以转化为串口方式的数据被系统获取。采用以上两种方式获取信息，都需要监测系统具备将相应接口类型转换为网络信号的设备，之后再进入网络化监测系统内部软件应用。

一.RS232C、RS485、RS422工作原理及区别

在广播系统使用串口Telnet的通讯中，在物理层主要是RS232C、RS 485、RS422三种传输协议，也是最常用的（Telnet属于表示层的高层协议，而RS232C/422/485属于物理层协议）。

1.RS232C

RS232C规定标准接口有25条线，4条数据线、11条控制线、3条定时线、7条备用和未定义线，常用的只有9根，传输线采用屏蔽双绞线，其最大传输速率为20kb/s，线缆最长为15米。由于是单端信号传送，存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题，因此一般用于20m以内的通信。

接口的信号电平值较高（信号“1”为“-3V至-15V”，信号“0”为“3至15V”），易损坏接口电路的芯片，又因为与TTL 电平不兼容故需使用电平转换电路方能与TTL电路连接。

2.RS485、RS422

RS485和RS422电路原理基本相同，都是利用差分传输方式提高通信距离和可靠性的一种通信标准，它在发送端使用2根信号线发送同一信号（2根线的极性相反），在接收端对这两根线上的电压信号相减得到实际信号，这种方式可以有效的抗共模干扰，提高通信距离，最远可以传送1200m。工作原理图如下：

RS422通过两对双绞线可以全双工工作收发互不影响，而RS485只能半双工工作，发收不能同时进行，但它只需要一对双绞线。RS485线路空闲（即不传送信号）时，线路处于高阻（或挂起）状态这时RS485线路就可以允许被其他设备占用，因此RS485通信接口的设备可以连成网络。RS485/422逻辑“1”以两线间的电压差为+（2—6）V表示；逻辑“0”以两线间的电压差为-（2—6）V表示。接口信号电平比RS-232降低了，就不易损坏接口电路的芯片，且该电平与TTL电平兼容，可方便与TTL 电路连接。

3、RS232C、RS485、RS422详细参数对比

二.RS232C、RS485、RS422通讯线

RS232可以采用三芯双绞线、三芯屏蔽线等。RS485/422可以采用两芯双绞线、两芯屏蔽线等。我台主要采用安普六类网线，屏蔽线两端接地，提高抗干扰能力。

使用双绞线主要是为了解决在长距离的高速网络中存在的两个主要问题：EMI（电磁干扰）辐射干扰和EMI接收干扰。

1、辐射干扰

在高速传输数据的时候，接收端是依靠高低电平的垂直边沿（上升沿/下降沿）来判断数据的变化的，频率越高，边沿变化的越快，相应的高频奇次谐波含量也越高。由于高频方波本身的辐射问题，再加之长线传输（此时的长线相当于发射天线），其对外的辐射特性得到了加强。使用双绞线则可以有效地抑制这种辐射干扰。其实它的原理很简单，当两条平行对绞天线在辐射电磁波的时候，由于工作电平是反相，所以辐射电磁波将被抵消。

2、接收干扰

这是针对接收端来说的抵抗干扰的能力。高频传输线基本上相当于一个天线，当天线以对绞的方式传输反相信号的时候会抵消辐射电平。同样的原理，它也会帮助接收端抵消输入的噪声信号。

三.RS232C、RS485、RS422实践应用

随着我台新广播大楼投入使用，为了保证系统的安全优质播出，通过厂家监控系统EQM和自我研发，我台逐步完善了智能化的监控报警系统。系统对供电系统、直录播节目监控、播控系统、卫星功放等关键节点进行全面监控，采用TTS合成语音、图表显示、手机短信等方式进行智能化预警。结合本台实际，下面详细介绍如何利用RS232C、RS485、RS422协议进行开发与应用。

1.RS232C应用

我台RS232C主要应用在EVENTIDE BD600延时器状态监测和集中控制系统上。延时器监测系统由本地控制端、远程控制端以及导播间控制端三部分组成。本地控制端是延时器通过RS232C通信协议与播出站相连，可实现对延时器的运行状态进行显示、检测和全面控制；远程集中控制放置在总控机房管理站上，实现对各直播间延时器的运行状态显示、检测与控制；导播间控制端安装在导播间的多功能站上，实现对直播间延时器的运行状态显示、检测与控制。此外，该系统还可以检测在直播时段是否开启延时功能，也可以按需设置自动开启和自动退出延时功能。一旦检测延时器的工作状态与当前时段属性不符，系统能够以语音、文字、手机短信形式告知值班人员和编播人员，防止不雅语句和政治事故的发生，提高了播出安全。

延时监测系统图如下：

2.RS422应用

RS422主要应用于Studer OnAir3000数字网络调音台，采用RJ45头，连接分配盒和控制桌面模块，提供24V直流电压以及控制数据信息。OnAir3000控制桌面包括推子分配模块、监听对讲模块、主显示屏，通过RS422协议进行模块之间的互联。

（1）OnAir3000调音台模块连接图：

（2）RS422连线：

3.RS485应用

RS485在我台应用的比较多，如卫星功放控制监测、高压监测等等。供电安全对于广播安全播出单位是及其重要的，需要及时跟踪掌握高压工作状态。我台运用c++编程语言自主研发，完成了高压工作状态实时监测，对高压缺相，切换等进行短信告警。我台高压供电采用WGB-671微机备用电源自投装置，其设有RS485通信接口，可以读取其工作状态以及二次高压电压、电流等数据信息，通过计算机分析处理，就可以完成对二次高压及高压开关柜数据、状态的监控、告警。

WGB-671自投装置提供的是RS485接口输出口采用DB9，而监控计算机具有RS232C接口，我们采用RS485有源转换器，提高抗干扰。需要注意的是，WGB-671输出的接口DB9一定要与转换器定义的引脚相对应。

WGB-671的MODBUS通信协议采用的传输模式为RTU（远程终端设备）模式，信息传输为异步方式。RS485数据信息分为地址码、功能码、数据区、CRC校验码。数据区主要是高压状态和数据，如电压、电流、功率因素、压板状态、动作及错误等信息。WGB数据获取后，分析处理这些数据，当高压发生异常时，软件界面相应设备图块闪光报警，指出事故的性质和异常参数值，采用先进的TTS语音合成技术，进行事件报警，报警信息与手机绑定，及时告知值班值班人员。

四.结束语

我台充分利用串口通信技术，不断完善技术系统中的智能监测预警，提高了我台设备自动管理能力。目前，我台着力完善串口网络化，完成以太网和现场总线RS232C、RS485、RS422网络间的互联与数据交换，实现卫星功放、高压系统、门禁系统等集中管理。