CN212727039U - 一种物联网与应急广播融合传输系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种物联网与应急广播融合传输系统，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。

Description

一种物联网与应急广播融合传输系统

技术领域

本实用新型属于应急广播终端设备的技术领域，具体涉及一种物联网与应急广播融合传输系统。

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。

实用新型内容

本实用新型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融合传输系统，以解决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的问题。

为达到上述目的，本实用新型采取的技术方案是：

一种物联网与应急广播融合传输系统，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。

优选地，管理平台为服务器。

优选地，主控芯片MCU为STM32F-429xT芯片。

优选地，NB-IoT模块内置NB-IOT芯片ML2510。

优选地，4G模块内置U402 SIM7600CE芯片。

优选地，编解码芯片为U403 NAU8810芯片；所述U403 NAU8810芯片与4G模块I2C相连。

优选地，TS调解单元包括解调模块ATBM8869。

优选地，网络芯片型号为W5200网络芯片。

本实用新型提供的物联网与应急广播融合传输系统，具有以下有益效果：

本实用新型将县级前端管理系统与多模应急广播终端结合起来，在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。

且在终端设备部署上，因地制宜，根据不同传输网络和覆盖区域进行终端设备的部署，对于距离终端较近的农村地区，部署FM/IP/TS/4G多模或单模接收应急广播终端；对于距离较远的农村地区部署覆盖区域相对较远的NB-IoT终端。

附图说明

图1为物联网与应急广播融合传输系统的电路原理框图。

图2为NB-IoT应用电路。

图3为4G应用电路。

图4为4G音频解码电路。

图5为DTMB/DVB-C接收解调电路。

图6为网络芯片的应用电路。

图7为音频低通滤波器电路图。

图8为音频信号切换电路图。

图9为音频编解码电路图。

具体实施方式

下面对本实用新型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实用新型，但应该清楚，本实用新型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实用新型的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本实用新型构思的实用新型创造均在保护之列。

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融合传输系统，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。

县级管理平台用于对下级设备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。

其中，管理平台为服务器或者说计算机。

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管理平台，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管理平台，实现应急广播设备的安全管理和安全播发。

多模应急广播终端包括主控芯片MCU，主控芯片MCU选用STM32F-429xT作为主控模块。

参考图2，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3，4G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4，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5，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

参考图6，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7，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8，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9，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。

本方案的工作原理为：

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，网络芯片与主控芯片MCU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辑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芯片与主控芯片之间通过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辑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模块与主控芯片之间通过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模块与主控芯片之间通过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标签实现批量的设备生产、出入库管理。RFID标签与主控芯片建立读写关系，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控芯片，主控芯片将数据经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控芯片相联，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，按优先级播放要求，进行音频扩声广播。

安全模块，安全模块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模块实现应急广播指令的验证。

本实用新型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，提升政府各们的执政、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。

本实用新型将县级前端管理系统与多模应急广播终端结合起来，在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。

且在终端设备部署上，因地制宜，根据不同传输网络和覆盖区域进行终端设备的部署，对于距离终端较近的农村地区，部署FM/IP/TS/4G多模或单模接收应急广播终端；对于距离较远的农村地区部署覆盖区域相对较远的NB-IoT终端。

虽然结合附图对实用新型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 (8)

1.一种物联网与应急广播融合传输系统，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。

2.根据权利要求1所述的物联网与应急广播融合传输系统，其特征在于：所述管理平台为服务器。

3.根据权利要求1所述的物联网与应急广播融合传输系统，其特征在于：所述主控芯片MCU为STM32F-429xT芯片。

4.根据权利要求1所述的物联网与应急广播融合传输系统，其特征在于：所述NB-IoT模块内置NB-IOT芯片ML2510。

5.根据权利要求1所述的物联网与应急广播融合传输系统，其特征在于：所述4G模块内置U402 SIM7600CE芯片。

6.根据权利要求1所述的物联网与应急广播融合传输系统，其特征在于：所述编解码芯片为U403 NAU8810芯片；所述U403 NAU8810芯片与4G模块I2C相连。

7.根据权利要求1所述的物联网与应急广播融合传输系统，其特征在于：所述TS调解单元包括解调模块ATBM8869。

8.根据权利要求1所述的物联网与应急广播融合传输系统，其特征在于：所述网络芯片型号为W5200网络芯片。

Images