Sistema de alerta por rádio FM com comutação de MPX e RDS

Abstract

Os sistemas de alerta de emergência, têm sido implementados em vários países, com o objetivo de avisar a população sobre potenciais perigos. Os incêndios em Portugal, continuam a liderar os rankings europeus, dos países mais afetados. Em 2017, os incêndios de Pedrógão Grande, vitimaram 66 pessoas, muitas encurraladas a tentar escapar às chamas pela estada 236-1, que ficou para a história como, a estrada da morte. Por esse motivo, existiu a necessidade de desenvolver uma solução inovadora que permitisse alertar a população sobre incêndios, através da rádio FM. Nesse sentido, esta dissertação, foca-se no estudo e desenvolvimento de um protótipo de baixo custo, ao qual se denominou de Firetec Switch. Este sistema, suportado por um servidor, tem a capacidade de interromper a emissão ao vivo de uma estação, para transmitir uma mensagem de alerta. Esta comutação é feita ao nível de sinais de contenham informações relativas ao sinal Multiplex (MPX) + Radio Data System (RDS). Um desafio adicional, consiste em fazer uso das funcionalidades do RDS, para entregar 100% da mensagem de alerta aos ouvintes junto às imediações do fogo (público-alvo). Inicialmente é feita uma análise e descrição da atual cadeia de transmissão em FM, nomeadamente do codificador de stereo e do codificador RDS. Posteriormente, segue-se com a descrição do hardware e do firmware envolvido no protótipo. Ao nível do hardware, o sistema conta com um codificador de stereo e de RDS e um switch, para comutar entre as emissões. Por último, para processar os dados provenientes do servidor, o sistema faz uso de um microcontrolador (Arduino). A comunicação entre estas duas entidades é efetuada através de socket TCP/IP e por meio de protocolos de comunicação conhecidos. Ao nível do fimrware, este foi pensado de forma a ser o mais otimizado possível, de forma a diminuir o tempo de processamento dos dados a serem difundidos. Finalmente, para comprovar o protótipo, foram executados testes aos blocos de hardware e fimrware que compõem o sistema. Com os resultados obtidos, foi verificado que o tempo de processamento, desde que a mensagem de alerta e os comandos RDS chegam ao Firetec Switch, até ao momento da reprodução da mensagem, ocorre num tempo relativamente curto não colocando, os condutores, em perigo de vida. Através de um simulacro, em laboratório, foi possível validar que o sistema desenvolvido, é capaz de interromper a emissão de uma estação, para emitir uma mensagem de alerta, garantindo que o ouvinte a consiga escutar, mesmo em caso de perda de cobertura, ou da utilização de um CD, MP3, ou bluetooth. Para além disso, a emissão referente ao alerta, cumpre as normas de transmissão em FM de sistemas estereofónicos (“pilot-tone”) e RDS.

Emergency alert systems (EAS) have been implemented in several countries to warn the population of potential dangers. Portugal continues to rank among the European countries most affected by fires. In 2017, the Pedrógão Grande fires resulted in the deaths of 66 people, many of whom were trapped while attempting to escape the flames on the 236-1 road, which has gone down in history as the “road of death”. For this reason, an innovative solution was necessary to alert the population about fires via FM radio. For this reason, this thesis focuses on the study and development of a low-cost prototype called the Firetec Switch. This system, which is supported by a server, can interrupt a radio station’s live broadcast to transmit an alert message. The switch is activated by signals containing information related to Multiplex (MPX) signal + Radio Data System (RDS). An additional challenge is to utilize the features of the RDS system to ensure the target audience within the immediate vicinity of the fire receive the warning message in its entirety. First, the current FM transmission chain is analyzed and described, specifically the stereo encoder and RDS encoder. This is followed by a description of the prototype’s hardware and firmware. The hardware includes a stereo and RDS encoder with a switch for switching between broadcasts. To process the data from the server, the system utilizes an Arduino microcontroller. Communication between the two entities occurs over a TCP/IP socket using established communication protocols. The firmware was optimized to minimize data processing time for efficient broadcasting. Finally, tests were conducted on the hardware and firmware components comprising the system to validate the prototype. The results indicate that the processing time, starting from when the warning message and the RDS commands reach the Firetec Switch until the message is played back, is relatively short and does not pose any danger to drivers. Through laboratory alarm broadcast, it was possible to validate that the system developed is capable of interrupting the broadcast of a station to send a warning message, ensuring that the listener can hear it even in the event of a loss of coverage or the use of a CD, MP3 or Bluetooth. Furthermore, the alarm broadcast adheres to FM broadcasting standards for stereo systems ("pilot tone") and RDS.