基于STM32的CMMB智能網(wǎng)絡監(jiān)測系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

中國移動多媒體廣播（CMMB）是我國自主研發(fā)的、具有完全自主知識產(chǎn)權的移動多媒體廣播標準。目前，全國各大城市的CMMB網(wǎng)絡正在建設和完善當中，而CMMB信號的覆蓋測試為網(wǎng)絡優(yōu)化和調(diào)整提供了重要的數(shù)據(jù)依據(jù)。數(shù)字電視廣播網(wǎng)絡的建設是一個長期復雜的過程，需要經(jīng)過不斷地調(diào)整和優(yōu)化才能達到一個理想的效果。而只有有效、精確的網(wǎng)絡覆蓋測試才能為調(diào)整、優(yōu)化提供可靠的依據(jù)。一個成熟穩(wěn)定的CMMB網(wǎng)絡覆蓋測試系統(tǒng)，對于CMMB的發(fā)展具有重大意義。因此，有必要設計一款針對CMMB網(wǎng)絡的覆蓋測試系統(tǒng)。

本設計基于高性能單片機STM32和GPRS無線通信方案實現(xiàn)了對測試點CMMB網(wǎng)絡覆蓋情況的實時監(jiān)測，并利用GPS接收器將測試終端的地理位子信息上傳到服務器端，完成了對監(jiān)測終端的精準定位。

終端板卡供電方式采用太陽能供電系統(tǒng)，保障其在無電源和人員看守的情況下長期穩(wěn)定的工作。最后通過綜合測試，能實現(xiàn)所有要求的功能，完全滿足本次設計的要求。

1 測試需求分析

為了對測試點進行實時準確的信息監(jiān)測，需要做好以下幾點。測試地點的地理位置，包括經(jīng)度、緯度，至少每秒統(tǒng)計一次；終端板卡供電蓄電池電量實時更新；8 M信號帶寬內(nèi)的平均功率，單位為dBm，每秒統(tǒng)計一次，測量精度達到±1 dBm；CMMB信號解碼LDPC誤包率、RS誤包率，每秒統(tǒng)計一次；服務器端可以隨時更改信息上報時間間隔，并能對終端調(diào)諧器、解調(diào)器配置參數(shù)進行更改，以適應不同地區(qū)解調(diào)參數(shù)的不同。

2 總體設計

本系統(tǒng)分為測試終端和服務器端，服務器端只需要一臺性能良好的個人計算機，而測試終端主要由以下幾個模塊構成：射頻前端模塊模塊、功率測量與存儲模塊、GPS接收器、太陽能供電模塊、處理器模塊及GPRS無線通信模塊。各個模塊主要是通過STM32微處理器的GPIO口連接與通信。處理器需要對射頻前端的調(diào)諧器和解調(diào)器進行調(diào)諧頻道和解調(diào)參數(shù)設置，并對RS誤包率、LDPC誤包率等信息進行讀取。CMMB信號調(diào)諧器主要是對從天線接收的高頻信號進行調(diào)諧輸出中頻信號；CMMB調(diào)諧解調(diào)模塊主要是對信號進行解調(diào)和信道解碼；功率的測量與存儲模塊負責將信號功率轉換為電平信號送給STM32的ADC和將系統(tǒng)設置參數(shù)進行存儲，GPS接收器用于獲取監(jiān)測點地理位子信息，最后處理器通過GPRS無線模塊將信息發(fā)送至服務器端并從服務器接收控制命令。系統(tǒng)整體結構如圖1所示。

CMMB網(wǎng)絡監(jiān)測系統(tǒng)結構框圖

3系統(tǒng)硬件設計

3.1射頻前端模塊

射頻前端模塊包括調(diào)諧單元和解調(diào)單元。

本系統(tǒng)中RF射頻信號的調(diào)諧模塊采用MXL5007，芯片能夠通過天線或有線接收從44～885 MHz連續(xù)頻段信號，并將輸入的RF射頻信號進行調(diào)諧輸出4～44 MHz的中頻信號；此芯片還具有對原始的RF射頻信號無損耗的環(huán)出功能，這使得芯片再輸出中頻信號給功率測量模塊的同時，還能無損耗的環(huán)出一路CMMB信號到后級的解調(diào)模塊，是本系統(tǒng)調(diào)諧器的理想選擇。

調(diào)諧解調(diào)模塊選用了創(chuàng)毅視訊公司的IF206型號的芯片，IF206芯片支持CMMB廣播信道標準和復用標準；可同時接收衛(wèi)星信號和地面信號；低功耗、低成本、對前端后端設備無特殊要求。

3.2 GPRS無線通信模塊

本系統(tǒng)選用GPRS無線通信方案，采用Fibocom的G600模塊，支持Dual 900/1800或850/1900雙頻。G600模塊外觀小巧，功耗低，GPRS數(shù)據(jù)連接可靠，內(nèi)置TCP/IP協(xié)議棧，G600模塊采用串口通信

3.3 GPS接收器

監(jiān)測終端通過GPS接收器采集監(jiān)測點地理信息，包括：經(jīng)緯度、海拔等，測試系統(tǒng)根據(jù)得到的GPS信息在地圖的相應位置顯示測試數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)中選用GTS-4E-00模塊，采用郵票貼片封裝，可適應高溫高濕，電磁干擾等惡劣工作環(huán)境。其簡化的電路圖如圖2中所示，TXD連接STM32串口1，模塊喚醒端連接PA9，J1為接收天線。

單片機借口電路原理圖

3.4處理器模塊

處理器是整個監(jiān)測終端的核心，負責采集射頻前端的數(shù)據(jù)以及與服務器端的通信。處理器采用STM32F103RCT6型單片機，該芯片是基于Cortex—M3內(nèi)核的新型32位嵌入式微處理器，它集合了性能高，實時、低功耗、集成度高等特點，系統(tǒng)時鐘高達72 M，開發(fā)簡便且芯片內(nèi)集成多種外設。單片機電路圖如圖2所示。

其中單片機的PB6、PB7口為其IIC接口，負責與MXL5007、存儲芯片AT24C1024通信；PA5-PA7口是其SPI接口，用于與IF206通信；PA10口是串口1接收端，用于接收GPS模塊數(shù)據(jù)，PA9口用于使能GPS模塊；PA2、PA3是串口3，用于與GPRS模塊G600通信；PC2、PC3分別作為MXL5007的使能和復位端；STM32內(nèi)部還有兩個12位ADC，PC4是內(nèi)部ADC1模擬輸入口，用于測量CMMB信號平均功率。

3.5太陽能供電模塊

測試終端采用太陽能供電方式，使得終端可以長期穩(wěn)定的工作在缺少電源、無人管理的狀太下。監(jiān)測終端板卡電源接口采用DC—12 V，采用太陽能供電方式，設計控制器對蓄電池進行充放電管理。本控制器為太陽能直流供電系統(tǒng)設計，并使用了專用電腦芯片的智能化控制器?？刂破鞴δ芸驁D如圖3所示。

太陽能控制器原理框圖

4系統(tǒng)軟件設計

STM32處理器的軟件編程采用C語言編程，開發(fā)環(huán)境為MDK-4.0，軟件基本原理如圖4所示。

軟件基本原理

開機后系統(tǒng)進行初始化，包括STM32各個外設的初始化、從EEPROM中讀取系統(tǒng)之前設置的參數(shù)值、對MXL5007和IF206的初始化。系統(tǒng)初始化完成后分別讀取太陽能蓄電池剩余電量信息、GPS信息、RS誤包率、LDPC誤碼率、信號平均等信息，之后判斷是否與服務器建立連接，連接建立成功后按照設定時間間隔定時向服務器上傳這些數(shù)據(jù)；與此同時時刻查收來自服務器端的命令信息，如設定更改信息上傳時間間隔、各參數(shù)門限值、調(diào)諧及解調(diào)芯片的頻點等，參數(shù)被修改后立即被存入EEPROM中，防止斷電信息丟失，下次開機后這些參數(shù)再次被讀取出來。

5 設備樣機與系統(tǒng)聯(lián)調(diào)

測試終端設備樣機與服務器端軟件完成后，項目組使用設備樣機和服務器軟件進行了系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。項目組在北京市選取了3個監(jiān)測點，監(jiān)測點信息如表1所示，3個監(jiān)測點分別放置了一臺CMMB監(jiān)測終端，如圖5所示。

監(jiān)測點測試結果

CMMB監(jiān)測終端樣機

各個監(jiān)測點實時回傳監(jiān)測參數(shù)到服務器，服務器通過IP網(wǎng)絡獲得監(jiān)測數(shù)據(jù)，并且根據(jù)軟件設置進行分析和報警處理，服務器軟件的監(jiān)測界面如圖6所示。

CMMB監(jiān)測服務器軟件界面

通過設備聯(lián)調(diào)，項目組優(yōu)化了系統(tǒng)性能，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，經(jīng)過數(shù)天的實驗，證明監(jiān)測系統(tǒng)能夠及時有效地反應CMMB網(wǎng)絡的信號狀況。

6 結論

該監(jiān)測系統(tǒng)采用了處理器STM32開發(fā)平臺和GPRS無線通信方案，成功地實現(xiàn)了對用戶端CMMB網(wǎng)絡覆蓋情況的實時監(jiān)測，為廣大工程技術人員提供了一種高效、便捷的監(jiān)管手段，達到了設計要求。

STM32單片機中文官網(wǎng)
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