CN112134638B - 一种物联网与应急广播同步部署系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种物联网与应急广播同步部署系统及其方法，包括S1、县级前端管理系统接收物联网应急信号、上级应急广播信号和本地应急部门信号；S2、县级前端管理系统联接调度控制一体机或县级广播村村响适配器，将物联网应急信号、上级应急广播信号和本地应急部门信号转换为RDS指令/DTMB指令/DVB‑C指令/IP/NB‑IoT或LoRa指令及本地音源下发至多模应急广播终端；S3、多模应急广播终端接收、解析上级下发的控制指令信息、语音信息或短报文，并通过IP/4G/NB‑IoT实现多模应急广播终端的工作状态回传。
Description
技术领域
本发明属于应急广播的技术领域，具体涉及一种物联网与应急广播同步部署系统及其方法。
背景技术
随着国家应急广播体系建设标准的制定与颁布，应急广播村村响建设已在全国全面推开，目前我国应急广播已形成多网发布、多信道传输、中央到地方可控可管的联动广播模式。各级广电通过执行统一的技术标准体系来优化和完善广播电视传输网络、升级广电系列产品、提升公共文化服务已取得了阶段性成果。但由于农村经济落后、边远山区的应急广播覆盖较为困难。
目前各地应急广播部署仍然还有很大空白尚未覆盖，其物联网技术的应用也未真正浸入其中。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中的上述不足，提供一种物联网与应急广播同步部署系统及其方法，以解决或改善上述的问题。
为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：
一种物联网与应急广播同步部署系统及其方法，其包括县级前端管理系统和多模应急广播终端；
多模应急广播终端包括主控芯片MCU，主控芯片MCU分别与NB-IoT模块、4G模块、TS解调芯片、网络芯片、FM解调芯片和RFID标签电连接；RFID标签与RFID读写器连接；FM解调芯片依次与音频-低通滤波电连接和音频切换模块电连接；音频切换模块分别与编解码芯片、音频检测芯片、音频模块和分路器电连接；分路器分别与FM调制模块和音频功放电连接；县级前端管理系统包括管理平台，管理平台分别与交换机、发射机OTN设备相连；交换机与网络平台信号连接；发射机通过高频头与TS解调芯片信号连接；OTN设备通过基站分别与4G模块、NB-IoT模块和RFID读写器信号连接。
一种物联网与应急广播同步部署的方法，包括：
S1、县级前端管理系统接收物联网应急信号、上级应急广播信号和本地应急部门信号；
S2、县级前端管理系统联接调度控制一体机或县级广播村村响适配器，将物联网应急信号、上级应急广播信号和本地应急部门信号转换为RDS指令/DTMB指令/DVB-C指令/IP/NB-IoT或LoRa指令及本地音源下发至多模应急广播终端；
S3、多模应急广播终端接收、解析上级下发的控制指令信息、语音信息或短报文，并通过IP/4G/NB-IoT实现多模应急广播终端的工作状态回传。
优选地，S3中多模应急广播终端接收的信号包括：FM广播RF信号、IP信号、DTMB/DVB-C射频信号、4G信号和NB-IoT信号。
优选地，S3多模应急广播终端接收FM广播RF信号，包括：
解调RF信号中县级前端管理系统传输的音频信号；
将解调后的音频信号进行低通滤波，去除15K以上的不相干干扰分量；
通过音频切换模块将音频信号分成两路，一路经分路器调制输出，一路经编解码芯片、主控芯片、网络芯片IP输出。
优选地，S3多模应急广播终端接收IP信号，包括：
多模应急广播终端设备接收上级IP信号，网络芯片与主芯片之间通过SPI进行通信，读取通道的音频数据并进行解码；
通过编解码芯片将音频信号送给音频切换模块经分路器调制输出；
读取通道的SI数据进行解析，并根据优先级播放。
优选地，S3多模应急广播终端接收级DTMB/DVB-C射频信号，包括：
通过TS解调单元经FPGA芯片与主控芯片之间通过SPI和I2C进行通信；
FPGA读取通道的音频数据进行解码；
通过编解码芯片将音频信号送给音频切换模块经分路器调制输出，经网络芯片IP输出；
FPGA读取通道的SI数据进行解析，并根据优先级进行播放。
优选地，S3多模应急广播终端接收级4G信号，包括：
通过4G模块与主芯片之间通过I2C进行通信，并与音频模块执行I2C进行通信；
音频模块解调出音频信号送给音频切换模块经分路器调制输出，经编解码芯片、主控芯片、网络芯片IP输出；并根据优先级进行播放。
优选地，S3多模应急广播终端接收级4G信号，包括：
多模应急广播终端设备接收到NB-IoT信号，通过NB-IoT模块与主芯片之间通过I2C进行通信；
通过编解码芯片调出音频信号送给音频切换模块经分路器调制输出，经编解码芯片、主控芯片、网络芯片IP输出；并根据优先级进行播放。
优选地，音频功放分别与音频切换模块、控制单元相联，控制单元与主控芯片相联，当接收到上级的广播信息时，按优先级播放，进行音频扩声广播
优选地，还包括RFID标签自动识别方法，包括：
RFID标签与主控芯片构建读写关系；
RFID标签天线通过电磁感应产生感应电流，感应电流驱动RFID芯片电路，芯片电路通过RFID标签天线将存储在标签中的标识信息发送至主控芯片；
主控芯片将接收的数据经NB-IoT模块通过天线再将接收到的标识信息发送至县级前端管理系统。
本发明提供的物联网与应急广播同步部署系统及其方法，具有以下有益效果：
本发明改造、升级现有的应急广播管理系统及终端设备，嵌入物联网特有的智能属性，构建新型“应急广播+物联网”智慧云管理系统及FM、IP、TS、4G、IoT系列智能终端，确保系统设备运行时，信息传输安全、设备运行稳定。
本发明集成了传感器、通信模组、芯片等核心元器件，并将感知层收集到的应急信息和数据利用广电网、互联网、移动网络等输送至前端云管理平台，由前端云管理平台作为设备汇聚、审核、应用服务、数据分析等环节，运用云计算、数据挖掘等技术对采集到的海量信息进行处理分析、制作播发、调度控制等，形成满足信息来源者对于定位、监控和管理的一系列操作，并将信息及时的反馈至终端用户，实现应急信息按区域划分全域广播。
附图说明
图1为物联网与应急广播融合传输系统图。
图2为基于无源RFID标签设备管理示意图。
图3为多模应急广播终端示意图。
图4为NB-IoT应用电路。
图5为4G应用电路。
图6为4G音频解码电路。
图7为DTMB/DVB-C接收解调电路。
图8为网络芯片的应用电路。
图9为音频低通滤波器电路图。
图10为音频信号切换电路图。
图11为音频编解码电路图。
图12为应急广播物联网终端部署方式图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
根据本申请的一个实施例，参考图1，本方案的物联网与应急广播同步部署系统及其方法，包括县级前端管理系统和多模应急广播终端。
其中，县级前端管理系统包括管理平台，管理平台分别与交换机、发射机OTN设备相连；交换机与网络平台信号连接；发射机通过高频头与TS解调芯片信号连接；OTN设备通过基站分别与4G模块、NB-IoT模块和RFID读写器信号连接。
县级前端管理平台负责接收上级、本级、物联网应急广播信息，通过平台汇聚、处理、制作、分发等，通过有线或无线相结合的部署方式将控制指令和语音信息传送给相应的基站、台站及交换设备，再通过不同的传输网络实现县乡村终端的全域覆盖。
县级前端管理系统在原有的县级应急广播管理平台基础之上升级系统软件，确保与国家应急广播体系建设和物联网标准体系建设互联互通。该子系统表现层采用前端分离技术，整个软件架构方案采用分层、分布式的部署结构，明确地分离了表现层和业务逻辑，能够保证应用服务逻辑的一致性和稳定性、结构的开放性、功能的可扩展性和可维护性、开发的可并行性，同时采用一些开源的框架，兼顾了经济性。
县级管理平台对下级设备管理如图1所示，县级管理平台联接调度控制一体机或县级广播村村响适配器，实现RDS指令/DTMB指令/DVB-C指令/IP/NB-IoT或LoRa指令及本地音源下发，完成上级对下级的广播功能，可通过IP或4G或NB-IoT实现对下级设备的监管。
乡村级适配器，多模终端、单模终端接收解析上级下发的控制指令信息和语音信息或短报文，实现本级广播功能，并通过IP/4G/NB-IoT实现本设备的工作状态回传。
系统兼容性，建设所采用的技术体系及标准，与国家应急广播和物联网系统建设规范和标准相一致，确保了系统标准的统一和终端设备互联的兼容性。
系统先进性，充分运用新一代信息与网络技术，提高建设起点确保系统的先进性和较长的生命周期应用。
系统可扩充性，系统采用模块化设计提供多种扩展接口并预留设备安装空间，作为设备升级和扩展的基础，方便软件应用，便于后期维护、升级和扩充，并预留多种信息接入的能力。
系统经济性，系统设计充分体现经济效益和社会效益，采用低功耗、低成本、广覆盖等技术特点，优化软硬件设计以及其它资源的合理配置。
系统可靠性，系统设备在设计上充分考虑其可靠性，系统关键设备采用冗余设计，具有容错能力和抗毁能力，当系统运行出现问题时能够自动告警及时处理。
系统安全性，系统设计充分考虑安全性，包括信息安全、物理安全、电气安全。系统设备在设计上采用国密算法以保护信息安全，应用音频检测芯片、电源检测芯片，实现设备工作状态实时回传检测，确保系统设备工作正常。
RFID标签自动识别，目前应急广播村村响设备在应用中已实现远程管理，但大量的设备生产、出入库等管理还有待完善，传统的管理方式不能满足现代化智能生产的需要，通过物联网感知技术来实现应急广播设备生产、出入库等管理有着广阔的应用前景。
如图2所示，通过RFID标签自动识别技术来实现批量的设备生产、出入库管理，对促进社会生产力的发展具有更好的经济实用价值和实在意义。
RFID标签也是一种传感器技术，RFID技术是融合了无线射频技术和嵌入式技术为一体的综合技术。无源RFID标签具有体积小(如同我们平时设备出厂标签纸一样大小)，价格低等特点。
其工作原理为：
当RFID标签接近读写器时，RFID标签处于读写器天线辐射形成的近场范围内，RFID标签天线通过电磁感应产生感应电流，感应电流驱动RFID芯片电路，芯片电路通过RFID标签天线将存储在标签中的标识信息发送给读写器，读写器天线再将接收到的标识信息发送给应急广播主机与物联网融合平台，实现对应急广播设备的管理。
在实际应用中，设备在用户订货后，设备的生产所有信息都录入了RFID标签之中，如生产过程的原材料信息、贴片信息、组装信息、调试信息、质检信息等。出入库管理，如设备的生产日期、出库日期、保修记录、出入库管理人员等信息。设备从生产到出库都不需要投入过多的人力进行设备手工录制管理，可通过RFID标签自动识别技术在可读范围内来实现对设备生命周期的精细化管理。
设备到用户手中入库时也打破以往的人工清点局面，而是通过RFID标签的自动识别技术来实现设备的入库管理即可，大大节约入库统计时间和统计的准确性。当设备发往各地应用时，设备通电后，设备主控芯片会自动启动与RFID标签建立连接，将设备的安装信息及设备工作状态发送到应急广播主机与物联网融合平台，实现应急广播设备的安全管理和安全播发。
参考图3，多模应急广播终端包括主控芯片MCU，主控芯片MCU分别与NB-IoT模块、4G模块、TS解调芯片、网络芯片、FM解调芯片和RFID标签电连接；RFID标签与RFID读写器连接；FM解调芯片依次与音频-低通滤波电连接和音频切换模块电连接；音频切换模块分别与编解码芯片、音频检测芯片、音频模块和分路器电连接；分路器分别与FM调制模块和音频功放电连接。
在实际应用中，在终端设备部署上，因地制宜，根据不同传输网络和覆盖区域，终端接收设备有两种部署方式，一种是部署传统的FM/IP/TS/4G多模或单模接收应急广播终端，因系统设备软硬件采用冗余设计，可根据用户应用需求增添物联网模块；另一种部署就是应用覆盖区域相对较远的IoT终端。
本发明研究充分应用NB-IoT技术，发挥其低功耗、低成本、广覆盖、连接多、架构优等特点。其技术应用可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络，可以降低系统设备部署成本。在与传统的2/3/4G同基站密度、同样的带宽频段下，NB-IoT链路预算有20dB的提升，相当于提升了100倍覆盖区域的能力，因此在应急广播村村响系统建设中同步部署超低功耗的IoT终端，解决农村应急广播最后一公里盲区覆盖。
参考图4，NB-IoT模块内置NB-IOT芯片ML2510，芯片ML2510位于NB-IoT应用电路中，其电路中电容C14、C15、C16、C17为电源滤波电容，用来滤除交流成分，使输出的直流更平滑，保障芯片稳定工作。
发光二极管Led1芯片通电后常亮表示芯片工作正常(芯片内部启动完成)，电阻R2用于限制电流过大损坏发光二极管。
TVS1B(ESDA6V1)防静电器件，具有电压过压保护和电压反向隔离功能，起到保护SIM卡的作用。
6脚SIM1卡座用于实际运用中插入NB-IOT卡。
主控芯片STM32F-429xT与ML2510模块采用串口通信，电阻R11、R12可以增强电磁兼容性，防止信号反向干扰。
电容C6作为SIM卡电源供电滤波电容，可以有效的降低干扰导致掉卡的现象。
NB-IOT芯片ML2510与SIM卡的通信，利用电阻R5、R6、R7和电容C3、C4、C5可以提高抗干扰能力，有效的降低干扰，保障通信的质量。
参考图5，4G模块内置U402 SIM7600CE芯片，编解码芯片为U403NAU8810芯片；U403NAU8810芯片与4G模块I2C相连。
4G模块的应用电路中的FB401、D401、C411、C412、C416、C405、C408、C409用于稳定电源电压，滤除杂波，防止过压，保障芯片工作稳定。
R407、R409、Q401组成4G芯片开关机电路，通过主控芯片MCU控制4G芯片的开关机。
R408、R411、Q402、C401组成4G芯片复位电路，通过主控芯片控制4G芯片的硬复位。
F403为4G芯片天线接口，外接天线，提供优良信号质量。
R415、R416、R413、Q404、LD402组成4G芯片工作状态显示电路，通过发光二极管LD402显示状态判断芯片工作状态。
R412、R414、R410、Q403、LD401组成4G芯片网络状态显示电路，通过发光二极管LD401显示状态判断芯片是否连接到网络。
U401用于4G芯片与主控芯片通过串口通信的电平转换，匹配各自的串口电压，起到防止信号干扰和电压不匹配对芯片造成损坏。
CN401为SIM卡座，用于插入4G-SIM卡。C401、C402作为SIM卡电源供电滤波电容，可以有效的降低干扰导致掉卡的现象；在4G芯片与SIM卡通信过程中，电阻R401、R402、R406和电容C403、C404、C407提高抗干扰能力，有效的降低干扰，保障通信的质量。
参考图6，U403为音频的编解码芯片，主要是作为在电话插播时音频编解码。其中R417、R418作为I2C通信的上拉电阻，增强输出引脚的驱动能力和增强抗干扰能力；C413、C414、C415、C420、C421起滤除杂波，增强抗干扰的能力，提高芯片的稳定性；电容C422、C423、C427用于音频输入输出过程中隔离音频中的直流成分，提高音频质量。
DTMB/DVB-C信号依次通过TS解调单元、FPGA芯片和主控芯片MCU相连。
参考图7，DTMB/DVB-C接收解调电路，高频头U5接收DTMB/DVB-C信号，经过U6解调模块ATBM8869完成解调，TS信号并行送入144-TQFP-ep2c5t144c8n-FPGA芯片。FPGA完成TS流的解复用，根据指定PID和table id，提取出音频数据和SI信息，送主控芯片进行解码播放和解析。
FPGA和主控芯片之间通过SPI和I2C进行通信。I2C接口主要用于完成解复用的相关配置，包括音频的PID；SI的PID、table id等。通信速率可达200Kbps，配置内容可读写。
SPI接口主要用于完成数据从FPGA向主控芯片的传送。
音频数据，TS包接收完成后，通过中断引脚，指示数据准备好，主控芯片通过SPI接口，从FPGA读取相应通道的音频数据进行解码播放。
SI数据，section接收完成后，通过中断引脚，指示数据准备好，主控芯片通过SPI接口，从FPGA读取相应通道的SI数据进行解析。
网络芯片电路
IP通信：本地设备开播，按照国标协议组包。数据包包含包头、源资源编码、目标资源编码数量、目标资源编码、开播指令、签名数据长度、CRC32检验等信息，因为本地设备开播会把开播指令发送给县级管理平台，平台会在接收到的指令上增加辅助数据信息，即会修改下级设备发送的开播指令，所以签名数据长度为标准长度进行签名。平台在接收到下级设备开播指令后，回复参数设置命令给设备，该指令是让设备把编码后的音频发送到指定的地址和端口。
本地设备停播：本地设备在停播时按照国标协议生成停播指令，指令包含包头、源资源编码、目标资源编码数量、目标资源编码、停播的EBMID、CRC检验等，发送到上级管理平台由平台转发到下级设备。
设备接收上级IP开停播指令，上级管理平台下发的开停播指令是发送给连接到平台的所有设备。设备接收到指令后，首先检验数据(包头检验、CRC32检验)判断数据是否有效。然后匹配资源编码，判断目标资源编码是否包含了本设备医院编码；进行验签判断本设备是否授信开停播指令来源设备。最后解析开停播命令，判断开停播EBMID是否与当前设备EBMID号一致，如果不一样才处理，从解析出的音频地址读取音频流并解码出音频。
参考图8，U10为网络芯片，A3为RJ45网络接口，U21为敏感组件提供保护，增强U10与RJ45通讯过程中的抗干扰能力。
C53、C54、C55、C56、C57、C58、C59、C60、C61、C62、C63、FB4、FB5稳定电源电压，滤除杂波，保障芯片工作稳定。
Y3、R36、C51、C52构成晶振驱动电路，R36其作用是阻抗匹配，使晶振驱动电路处于良好的工作条件。
R42、R43、R44、R45、C64、C65其作用是增强网络芯片通信过程中的抗干扰能力。
R32、R33、R37、R38、R39用作网络芯片外部上拉电阻，为网络芯片工作提供基准电压。
R30、R31为上拉电阻，提高驱动能力，用于网络接口状态指示灯显示。R47、R46其作用是限流，防止电路过大损坏网络指示灯。
参考图9，音频低通滤波器电路，加低通滤波器的目的是容许低于截止频率的信号通过，但高于截止频率的信号不能通过的电子滤波。其中，R61、C67、C68、R62、C66、R63、R64、R65、C71、C72、U7-2组成4阶切比雪夫型低通滤波器，滤除15K以上的高频分量，以提高音频信噪比。
R40是将前级输入的直流电到地，C64、C65、C69、C70是正负5V的电源滤波电容，C73、C76是音频信号输入输出耦合电容，R60其隔离和信号衰减作用。
参考图10，音频信号切换电路，音频信号切换模块受主控芯片的控制(控制9脚和10脚)，实现设备接收上级和本地播发音频的切换。
FM解调音频通过低通滤波器输出后经C130耦合一路经R160、C132到音频切换模块X0，另一路经R161、C131到音频切换模块Y0，通过主控芯片的控制音频切换模块X、Y分别输出，X输出经C134、R168、R166、C135到FM调制模块，经C134、R168、R167、C136到FM功放模块，Y输出经C133到编解码芯片。
4G电话插播音频经C126耦合一路经R158、C122到音频切换模块X1，另一路经R157、C121到音频切换模块Y1，通过主控芯片的控制音频切换模块X1、Y1分别输出，X输出经C134、R168、R166、C135到FM调制模块，经C134、R168、R167、C136到FM功放模块，Y输出经C133到编解码芯片。
编解码芯片输入音频即IP和DTMB/DVB-C解码后的音频，输出后经C125耦合一路经R156、C120到音频切换模块X2，另一路经R155、C119到音频切换模块Y2，通过主控芯片的控制音频切换模块X2、Y2分别输出，X输出经C134、R168、R166、C135到FM调制模块，经C134、R168、R167、C136到FM功放模块。因IP和DTMB/DVB-C与主控芯片通信，解的本身就是数字音频，不需要再通过编解码芯片将模拟音频再一次编码处理了。
本地音频输入经C129耦合一路经R162、C128到音频切换模块X3，另一路经R163、C127到音频切换模块Y3，通过主控芯片的控制音频切换模块X3、Y3分别输出，X输出经C134、R168、R166、C135到FM调制模块，经C134、R168、R167、C136到FM功放模块，Y输出C133到编解码芯片。
音频切换快6、7、8脚到地，16脚到电源12V，电容C42、C138是电源滤波电容。
参考图11，音频编解码电路，U20音频编解码芯片VS1063a是一款易于使用的多功能编码器，能够对多种音频格式进行编码和解码。
其中，Y1、C29、C32、R6构成晶振驱动电路，R36其作用是阻抗匹配，使晶振驱动电路处于良好的工作条件。
编解码芯片部分管脚接电阻R4到地，是为了保证不用的部分管脚为低电平，避免干扰，造成工作不稳定。
电容C14、C15、C16、C17、C18、C19、C20、C21、C22、C23、C24、C25、C26稳定电源电压，滤除杂波，保障芯片工作稳定。
C33起滤波作用，滤除外部干扰信息。
C27、C28滤除解码音频输出中的直流分量，提高音频质量。
音频输入接口C30、C31用于滤除输入音频中的直流信号；R5、R7用于与芯片内部阻抗匹配，起到保护输入端的作用。
S1、县级前端管理系统接收物联网应急信号、上级应急广播信号和本地应急部门信号；
S2、县级前端管理系统联接调度控制一体机或县级广播村村响适配器，将物联网应急信号、上级应急广播信号和本地应急部门信号转换为RDS指令/DTMB指令/DVB-C指令/IP/NB-IoT或LoRa指令及本地音源下发至多模应急广播终端；
S3、多模应急广播终端接收、解析上级下发的控制指令信息、语音信息或短报文，并通过IP/4G/NB-IoT实现多模应急广播终端的工作状态回传。
S3中多模应急广播终端接收的信号包括：FM广播RF信号、IP信号、DTMB/DVB-C射频信号、4G信号和NB-IoT信号。
其中，当设备接收到上级FM广播RF信号时，通过FM解调芯片解调出上级的音频信号，音频信号通过音频-低通滤波器滤除15K以上的不相干的干扰分量，通过音频切换模块后一路经分路器调制输出，一路经编解码芯片、主控芯片、网络芯片IP输出；FM解调芯片、FM调制模块分别通过I2C与主控芯片执行通信，根据优先级播放要求，实现上级控制指令转发或本地广播控制指令播发。
当设备接收到上级IP信号时，网络芯片与主芯片之间通过SPI进行通信，读取相应通道的音频数据进行解码通过编解码芯片将音频信号送给音频切换模块经分路器调制输出；读取相应通道的SI数据进行解析，根据优先级播放要求，实现上级控制指令转发。
当设备接收到上级DTMB/DVB-C射频信号时，通过TS解调单元(高频头、TS解调芯片)经FPGA芯片与主芯片之间通过SPI和I2C进行通信，从FPGA读取相应通道的音频数据进行解码通过编解码芯片将音频信号送给音频切换模块经分路器调制输出，一路经网络芯片IP输出；从FPGA读取相应通道的SI数据进行解析，根据优先级播放要求，实现上级控制指令转发。
当设备接收到4G信号时，通过4G模块与主芯片之间通过I2C进行通信，并与音频模块执行I2C进行通信，音频模块解调出音频信号送给音频切换模块经分路器调制输出，一路经编解码芯片、主控芯片、网络芯片IP输出；根据优先级播放要求，实现本级电话插播。
当设备接收到NB-IoT信号时，通过NB-IoT模块与主芯片之间通过I2C进行通信，通过编解码芯片解调出音频信号送给音频切换模块经分路器调制输出，一路经编解码芯片、主控芯片、网络芯片IP输出；根据优先级播放要求，实现上级控制指令转发。
RFID标签自动识别技术来实现批量的设备生产、出入库管理。RFID标签与主芯片(主芯片软件具有RFID标签读写功能)建立读写关系，RFID标签天线通过电磁感应产生感应电流，感应电流驱动RFID芯片电路，芯片电路通过RFID标签天线将存储在标签中的标识信息发送给主芯片，主芯片将数据经NB-IoT模块通过天线再将接收到的标识信息发送给应急广播前端平台，实现对应急广播设备的管理。
音频检测芯片、电源检测芯片分别与主芯片相联，实现设备音频输出幅度实时检测回传，设备各模块供电电压实时检测回传，均通过NB-IoT作为回传通道。
音频功放分别与分路器、控制单元相连，控制单元与主控芯片相联，当接收到上级的广播信息时，按优先级播放要求，进行音频扩声广播。
安全芯片，安全芯片与村村响各级平台指令接收与发送系统集成，实现应急广播指令的签名和验证；村村响终端集成的安全芯片实现应急广播指令的验证。
应急广播与物联网在城市应用部署上主要聚焦在城市市政监管，提升政府部们的执政、执法和管理能力，为行政决定的下达和执行提供坚实的数据支撑。由于城市应急广播覆盖较为容易，在设备应用部署上一般都采用有线IP、无线FM传输。
应急广播与物联网在农村应用部署上主要聚焦在党的声音传播、地质灾害预报、公共卫生防控、环境保护、农业科普知识宣传等。同时也为乡村振兴、各级政府部门的治理能力和治理体系的进一步提升、农村广播全域覆盖提供有力的技术支撑。
IoT终端部署方法
如图12所示，本发明充分利用NB-IoT低功耗、广覆盖、低成本等优势，部署IoT终端来解决边远山区最后一公里的全域覆盖。
IoT终端采用无线覆盖的部署方式，终端内置NB-IoT接收单元、FM接收单元、应急广播信号存储单元等。
存储单元为32G的存储卡，用于存储每日要广播的音频信息和多种预警信息，按播放信息列表的格式进行存储。日常广播时，根据平台下发的调度控制指令播发列表相关内容即可。
FM接收单元采用国密算法通信技术，用于接收地面调制器所发送的音频文件，将接收到的音频文件按相应的编码格式存放在32G的存储卡中。应用FM接收单元主要是解决NB-IoT模块带宽窄不作语音传输的目的；另一个目的是解决用户可以在100米以外就能实现IoT终端音频文件的实时更新应用。
图中的调制器是一个便携式10mW发射设备，便于用户在100米以外也可上传音频文件给IoT终端。闲时用户可根据上级或本级近期内要播放的广播内容按列表格式将文件先导入在U盘中，再将U盘广播内容通过便携式调制器传送给IoT终端存储即可。
NB-IoT接收单元主要是实现前端与终端之间的双向数据通信，在应急时也可下发简短的应急报文。NB-IoT接收单元与主控CPU联动，负责前端应急广播与物联网融合平台下发控制信号接收与处理，并执行相应操作，按照前端平台调度控制指令实现本机定时定点日常广播或预警信息插播。
本发明终端产品在应用设计上，打破传统广播在设计上的不足，通过增加相应功能，可以实现设备在通信机制、播发状态、整机电压、音频输出、功放电压等的检测。通过更人性化的设计理念，精准化的监测分析，更便于产品后期运行维护，更好的发挥应急广播体系建设的作用和智慧属性。
本发明根据RDS基带信号对主载波调制最大频偏不超过7.5K的设计思路，保证国密RDS终端(国密，国家标准2018)和清流终端(国际加密，四川省广播村村响标准2014)同一广播频率都能正常接收广播信号，且接收灵敏度不改变。
本发明根据国家广播电视传输设计要求，并满足系统终端设备可靠接收，本电路设计时国密和清流57K基带信号均采用一样的电平进行调制，其基带信号的总频偏≦15K，略高于要求的立体声广播调频广播总频偏的10％，但加音频后调制总频偏为75K，经过实际应用测试，调制后的音频信噪比≥70dB，满足国家调频广播传输要求。
物联网是我国战略性新兴产业的重要组成部分，是未来科技竞争的制高点。物联网不仅与国民经济与社会发展息息相关，与提高人民生活水平密不可分，也是我国创新驱动发展战略的重要体现。
本发明应用RFID标签自动识别技术来实现批量的设备生产、出入库管理，对促进社会生产力的发展具有更好的经济实用价值和实在意义。
本发明应用用NB-IoT低功耗、低成本、广覆盖、多连接等优势，部署IoT终端来解决边远山区最后一公里的全域覆盖，助力应急广播体系建设有着重要重要。
本发明充分利用广电网、互联网、移动网络等，发挥应急广播与物联网各自独有的传输属性，真正实现农村广播最后一公里的全域覆盖。同时发挥其两张网络各自的业务特点、运行体系，在架构、通道、通信等多方面融合应用，优化数据汇聚、策略管理，确保两张网络并行推进时协同覆盖、运行稳定、安全可控，互为依靠、相互支撑，充分体现其“应急广播+物联网”的智慧属性和公益属性。
总之，应急广播体系建设的技术变革与革新，都应考虑到频谱也是一种宝贵的资源，应该充分合理利用；人们对美好的生活的向往离不开文化的传播，因此农村公共文化体系建设与覆盖离不开新兴产业的融合。
应急广播+物联网所构建的“云+端”技术应用，国内目前还没有，所以本发明的技术应用及应用设备、管理模式、传输方式属于国内领先。
RDS国-省标准同播技术：有效利用现有的广播频率资源，在不另增设新的广播频率之基础上，用同一个广播频率传输符合国家、四川省应急广播村村响建设规范的RDS广播信息。
应用RFID标签自动识别技术来实现批量设备生产、出入库等管理，是现代化智能生产的需要，对促进社会生产力的发展具有更好的经济实用价值和实在意义。
应急广播信息多信道(FM/IP/DTMB/DBB-C/4G/IoT)接收功能，通过多信道接收方式有效解决农村广播信号盲区覆盖问题，可广泛用于全国应急广播体系建设。
设备工作状态、整机电压、音频输出、功放电压等的检测。通过更人性化的设计理念，精准化的监测分析，更便于产品后期运行维护，更好的发挥应急广播体系建设的作用和智慧属性。
本系统设备具有较强的兼容性、适用性，是一个全方位、功能齐全的应急广播安全的智能化播出设备，在该领域处于领先地位，应用前景广阔。
据了解，目前国内尚无一家企业应用同频同播技术来实现国密算法和国际加密算法的传输；应用RFID标签自动识别技术来实现批量设备生产、出入库等管理；应用NB-IoT来解决农村广播最后一公里的全域覆盖。本系统产品填补了该项空白，为保障国密算法和国际加密算法兼容传输提供了科学的技术手段。
虽然结合附图对发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。
Claims (10)
1.一种物联网与应急广播同步部署系统，其特征在于：包括县级前端管理系统和多模应急广播终端；
所述多模应急广播终端包括主控芯片MCU，主控芯片MCU分别与NB-IoT模块、4G模块、TS解调芯片、网络芯片、FM解调芯片和RFID标签电连接；所述RFID标签与RFID读写器连接；所述FM解调芯片依次与音频-低通滤波电连接和音频切换模块电连接；所述音频切换模块分别与编解码芯片、音频检测芯片、音频模块和分路器电连接；所述分路器分别与FM调制模块和音频功放电连接；所述县级前端管理系统包括管理平台，所述管理平台分别与交换机、发射机、OTN设备相连；所述交换机与网络平台信号连接；所述发射机通过高频头与TS解调芯片信号连接；所述OTN设备通过基站分别与4G模块、NB-IoT模块和RFID读写器信号连接；通过4G模块与主芯片之间通过I2C进行通信，并与音频模块执行I2C进行通信；
音频模块解调出音频信号送给音频切换模块经分路器调制输出，经编解码芯片、主控芯片、网络芯片IP输出；并根据优先级进行播放；
NB-IoT模块内置NB-IOT芯片ML2510，芯片ML2510位于NB- IoT应用电路中，其电路中电容C14、C15、C16、C17为电源滤波电容，用来滤除交流成分，使输出的直流更平滑，保障芯片稳定工作；
发光二极管Led1芯片通电后常亮表示芯片工作正常，电阻R2用于限制电流过大损坏发光二极管；
TVS1B防静电器件，具有电压过压保护和电压反向隔离功能，起到保护SIM卡的作用；
6脚SIM1卡座用于实际运用中插入NB-IOT卡；
主控芯片STM32F-429xT与ML2510模块采用串口通信，电阻R11、R12可以增强电磁兼容性，防止信号反向干扰；
电容C6作为SIM卡电源供电滤波电容，可以有效的降低干扰导致掉卡的现象；
NB-IOT芯片ML2510与SIM卡的通信，利用电阻R5、R6、R7和电容C3、C4、C5可以提高抗干扰能力，有效的降低干扰，保障通信的质量；
4G模块内置U402 SIM7600CE芯片，编解码芯片为U403 NAU8810芯片；U403 NAU8810芯片与4G模块I2C相连；
4G模块的应用电路中的FB401、D401、C411、C412、C416、C405、C408、C409用于稳定电源电压，滤除杂波，防止过压，保障芯片工作稳定；
R407、R409、Q401组成4G芯片开关机电路，通过主控芯片MCU控制4G芯片的开关机；
R408、R411、Q402、C401组成4G芯片复位电路，通过主控芯片控制4G芯片的硬复位；
F403为4G芯片天线接口，外接天线，提供优良信号质量；
R415、R416、R413、Q404、LD402组成4G芯片工作状态显示电路，通过发光二极管LD402显示状态判断芯片工作状态；
R412、R414、R410、Q403、LD401组成4G芯片网络状态显示电路，通过发光二极管LD401显示状态判断芯片是否连接到网络；
U401用于4G芯片与主控芯片通过串口通信的电平转换，匹配各自的串口电压，起到防止信号干扰和电压不匹配对芯片造成损坏；
CN401为SIM卡座，用于插入4G-SIM卡；C401、C402作为SIM卡电源供电滤波电容，可以有效的降低干扰导致掉卡的现象;在4G芯片与SIM卡通信过程中，电阻R401、R402、R406和电容C403、C404、C407提高抗干扰能力，有效的降低干扰，保障通信的质量；
网络芯片为W5200网络芯片，A3为13F-60FGYDPNW2 RJ45网络接口，U21为NUP4301MR6T1，NUP4301MR6T1为敏感组件提供保护，增强W5200网络芯片与RJ45通讯过程中的抗干扰能力；
NUP4301MR6T1的1、3、4、6引脚分别与W5200网络芯片的18、17、21、20引脚相连；NUP4301MR6T1的5引脚分别与W5200网络芯片的47、27、23、15、11引脚相连；NUP4301MR6T1的5引脚分别与13F-60FGYDPNW2 RJ45网络接口的9、12引脚相连；W5200网络芯片的17、18、20、21引脚分别与13F-60FGYDPNW2 RJ45网络接口的1、2、7、7引脚相连；
W5200网络芯片的16和28两引脚分别接C53和C54的两端；
W5200网络芯片的14引脚与C55、C56、FB4、C57和C58相连；
W5200网络芯片的 27和47引脚均与C59、C60和C61相连；
W5200网络芯片的23、15和11引脚均与C62、C63相连；
W5200网络芯片的27和47引脚相连并与FB5一端相连，23、15和11引脚相连并与FB5另一端相连；
C53、C54、C55、C56、C57、C58、C59、C60、C61、C62、C63、FB4、FB5稳定电源电压，滤除杂波，保障W5200网络芯片工作稳定；
Y3、R36、C51、C52的两端连接于W5200网络芯片的1、2引脚两端；
Y3、R36、C51、C52构成晶振驱动电路，R36其作用是阻抗匹配，使晶振驱动电路处于良好的工作条件；
R42、R43、R44、R45的一端分别与13F-60FGYDPNW2 RJ45网络接口的8、7、2、1引脚相连，R42、R43的另一端与C64相连并接地，R44、R45的另一端与C65相连并接地；
R42、R43、R44、R45、C64、C65其作用是增强W5200网络芯片通信过程中的抗干扰能力；
R32、R33、R37、R38、R39用作网络芯片外部上拉电阻，为W5200网络芯片工作提供基准电压；
R30、R31为上拉电阻，提高驱动能力，用于网络接口状态指示灯显示，R47、R46其作用是限流，防止电路过大损坏网络指示灯。
2.一种物联网与应急广播同步部署方法，应用于如权利要求1所述的物联网与应急广播同步部署系统，其特征在于，包括：
S1、县级前端管理系统接收物联网应急信号、上级应急广播信号和本地应急部门信号；
S2、县级前端管理系统联接调度控制一体机或县级广播村村响适配器，将物联网应急信号、上级应急广播信号和本地应急部门信号转换为RDS指令/DTMB指令/DVB-C指令/IP/NB-IoT或LoRa指令及本地音源下发至多模应急广播终端；
S3、多模应急广播终端接收、解析上级下发的控制指令信息、语音信息或短报文，并通过IP/4G/NB-IoT实现多模应急广播终端的工作状态回传。
3.根据权利要求2所述的物联网与应急广播同步部署方法，其特征在于：所述S3中多模应急广播终端接收的信号包括：FM广播RF信号、IP信号、DTMB/DVB-C射频信号、4G信号和NB-IoT信号。
4.根据权利要求3所述的物联网与应急广播同步部署方法，其特征在于：所述S3多模应急广播终端接收FM广播RF信号，包括：
解调RF信号中县级前端管理系统传输的音频信号；
将解调后的音频信号进行低通滤波，去除15K以上的不相干干扰分量；
通过音频切换模块将音频信号分成两路，一路经分路器调制输出，一路经编解码芯片、主控芯片、网络芯片IP输出。
5.根据权利要求3所述的物联网与应急广播同步部署方法，其特征在于：所述S3多模应急广播终端接收IP信号，包括：
多模应急广播终端设备接收上级IP信号，网络芯片与主芯片之间通过SPI进行通信，读取通道的音频数据并进行解码；
通过编解码芯片将音频信号送给音频切换模块经分路器调制输出；
读取通道的SI数据进行解析，并根据优先级播放。
6.根据权利要求3所述的物联网与应急广播同步部署方法，其特征在于：所述S3多模应急广播终端接收级DTMB/DVB-C射频信号，包括：
通过TS解调单元经FPGA芯片与主控芯片之间通过SPI和I2C进行通信；
FPGA读取通道的音频数据进行解码；
通过编解码芯片将音频信号送给音频切换模块经分路器调制输出，经网络芯片IP输出；
FPGA读取通道的SI数据进行解析，并根据优先级进行播放。
7.根据权利要求3所述的物联网与应急广播同步部署方法，其特征在于：所述S3多模应急广播终端接收级4G信号，包括：
通过4G模块与主芯片之间通过I2C进行通信，并与音频模块执行I2C进行通信；
音频模块解调出音频信号送给音频切换模块经分路器调制输出，经编解码芯片、主控芯片、网络芯片IP输出；并根据优先级进行播放。
8.根据权利要求3所述的物联网与应急广播同步部署方法，其特征在于：所述S3多模应急广播终端接收级4G信号，包括：
多模应急广播终端设备接收到NB-IoT信号，通过NB-IoT模块与主芯片之间通过I2C进行通信；
通过编解码芯片调出音频信号送给音频切换模块经分路器调制输出，经编解码芯片、主控芯片、网络芯片IP输出；并根据优先级进行播放。
9.根据权利要求2所述的物联网与应急广播同步部署方法，其特征在于：所述音频功放分别与音频切换模块、控制单元相联，控制单元与主控芯片相联，当接收到上级的广播信息时，按优先级播放，进行音频扩声广播。
10.根据权利要求2所述的物联网与应急广播同步部署方法，其特征在于，还包括RFID标签自动识别方法，包括：
RFID标签与主控芯片构建读写关系；
RFID标签天线通过电磁感应产生感应电流，感应电流驱动RFID芯片电路，芯片电路通过RFID标签天线将存储在标签中的标识信息发送至主控芯片；
主控芯片将接收的数据经NB-IoT模块通过天线再将接收到的标识信息发送至县级前端管理系统。
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