遠程監(jiān)控系統(tǒng)音視頻切換器串口通信改造

譚然 韋宏朝 覃剛 徐有返 譚源

(廣西廣播電視技術中心玉林分中心)

一、引言

目前廣西全區(qū)三級以上臺站的遠程監(jiān)控系統(tǒng)中，音視頻切換器（以下簡稱切換器）需要通過多路調(diào)諧器（以下簡稱調(diào)諧器）內(nèi)部串口服務器接口（以下簡稱COM口）才能和工控計算機通信，實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)讀取及播出信號路切換等操作。因此調(diào)諧器COM口對遠程監(jiān)控系統(tǒng)起著重要的作用，它的穩(wěn)定運行直接影響到臺站的安全播出。在日常維護工作中，發(fā)現(xiàn)調(diào)諧器COM口易出現(xiàn)工作異常，進而導致與之鏈接的下級設備——切換器通訊異常，遠程無法讀取數(shù)據(jù)。一旦出現(xiàn)主路信號源異常，切換器自動切換功能失效時，若遠程無法進行切換操作，則直接導致安全播出事故。針對該問題，本文提出采用小型外置串口服務器代替調(diào)諧器內(nèi)置串口服務器的解決方案。

二、舊系統(tǒng)工作方式及缺點

在舊系統(tǒng)中，切換器的通信接口是RS-485接口。RS-485串行總線標準是一種采用半雙工工作方式，使多個不同地址的節(jié)點設備進行通訊的簡單通訊協(xié)議標準。臺站工控計算機通過以太網(wǎng)與調(diào)諧器進行通訊，借助調(diào)諧器COM口（內(nèi)置RS-485串口服務器）的功能，與多個切換器進行通訊，如圖1所示。

在實際運行中發(fā)現(xiàn)調(diào)諧器COM口可能由于電路保護設計不夠完善，較容易損壞，導致切換器通信故障；其次，多臺切換器的串口通過并接的方式與調(diào)諧器COM口相連，其缺點是當某一臺切換器485芯片故障時容易直接導致并聯(lián)的全部切換器通信不上。

三、改造方案

（一）方案設計

通過對舊系統(tǒng)工作方式及缺點分析，經(jīng)過思考，嘗試采用Moxa公司型號為Nport 5150的外置串口服務器進行替換調(diào)諧器內(nèi)置串口服務器功能的改造方案，以達到運行更加穩(wěn)定、使用壽命更長、維護更簡單的目的。

系統(tǒng)結構如圖2所示。站點工控計算機通過UDP方式向Nport 5150發(fā)送輪詢命令，Nport 5150將輪詢命令透傳到RS-485總線，總線上掛接的切換器根據(jù)地址碼識別是否本機應答，如果是查詢本機，則發(fā)送相應數(shù)據(jù)到RS-485總線上，Nport 5150再將此數(shù)據(jù)轉換成IP數(shù)據(jù)，通過UDP方式發(fā)送至工控計算機。

圖1

圖2 外置串口服務器與信號切換器通訊方案

（二）方案優(yōu)點

Nport 5150是一款體積小巧、設計合理、對電源與各端口保護全面、穩(wěn)定耐用的串口服務器，標準TCP/IP接口，支持多種操作模式；可以代替調(diào)諧器COM口，將485通信協(xié)議轉換成TCP/IP通信協(xié)議。此外，該設備可通過Web進行配置，具備配置引導步驟，操作界面簡單友好，易于維護。

新方案通過RS-485集線器將多臺切換器串口接線獨立開來，相當于每臺切換器單獨與Nport 5150接線。集線器內(nèi)部的光電隔離及浪涌保護電路，使得某臺切換器串口通信芯片故障不會引起其他切換器通信故障，避免了舊系統(tǒng)中一臺故障導致多臺并聯(lián)切換器通信不上的問題。

四、改造過程

為實現(xiàn)Nport 5150替換調(diào)諧器COM口完成485通信與IP通信協(xié)議轉換，需要制作用于Nport 5150與集線器的通信線、集線器與切換器的通信線，并且配置本機和上位機監(jiān)控程序參數(shù)。下以某轉播臺為例，具體介紹實現(xiàn)Nport 5150在遠程監(jiān)控系統(tǒng)中運用的過程。

(一) 串口通信線制作

根據(jù)Nport 5150設備說明書中串口端口定義與RS-485集線器端口定義做好串口通信線，再按實際需要制作RS-485集線器與切換器串口通信線，并連接好各個設備。連接示意圖見圖3。

（二）參數(shù)設置

1.進入設置界面

修改調(diào)試計算機機IP，使其與Nport 5150默認IP地址處于同一網(wǎng)段，在瀏覽器地址欄輸入默認IP地址，進入Nport 5150設備總覽頁。

2.串口服務器網(wǎng)絡設置

分別設置Nport 5150的本機地址（IP address）、子網(wǎng)掩碼（Netmask）、 網(wǎng)關（Gateway）。

3.串口服務器工作參數(shù)設置

根據(jù)本地實際監(jiān)控系統(tǒng)通信規(guī)范，分別設置Nport 5150接口（Interface）為RS-485 2-Wire，然后分別設置波特率（Baud rate）、數(shù)據(jù)位（Data bits）、停止位（Stop bits）、奇偶校驗（Parity）、流控制（Flow control）為9600、8、1、None、None，其他參數(shù)保持默認。

4.串口服務器工作模式設置

設置Nport 5150工作模式（Operating mode）為UDP Mode，在展開的UDP Mode設置欄里，設置目的地址（Destination IP address 1）、本地監(jiān)聽端口（Local Listen port）。

5.上位機程序參數(shù)設置

進入上位機程序，設置信號切換器IP地址與端口（即與Nport 5150對應的配置）。

五、系統(tǒng)測試

（一）調(diào)試測試

將設置好的串口服務器固定。各設備串口通信線連接到位，Nport 5150網(wǎng)口用標準網(wǎng)線連接至交換機。加電測試，Nport 5150電源燈常亮，運行燈緩慢閃亮，數(shù)據(jù)燈閃亮，從外部顯示觀察，運行正常。打開信號源切換器上位機程序，切換器通信顯示正常，通過上位機能手動切換節(jié)目主備信號。

圖3 接口針腳定義

（二）更換測試

將配置好的備份串口服務器放在臺站，讓留守人員現(xiàn)場更換，確保設備相互替換無問題。

（三）運行測試

自試運行至今已一年多長時間運行的考驗，新方案中各設備的串口未發(fā)生故障現(xiàn)象。試驗結果表明，使用Nport 5150串口服務器與光電隔離集線器構成的串口通信方案較舊系統(tǒng)中調(diào)諧器COM口通信方案更加穩(wěn)定，維護方便，達到預期效果。

六、總結

切換器作為主備信號切換的設備，當主路信號出現(xiàn)故障需要手動切換至備用信號時，它的遠程可操控性影響到臺站信號源系統(tǒng)的可靠性，甚至影響到安全播出。通過研究與試驗，提出外置串口服務器代替調(diào)諧器COM口的方案，利用Moxa串口服務器的穩(wěn)定性，成功解決了舊系統(tǒng)中切換器易受到調(diào)諧器COM口穩(wěn)定性與可靠性不足的影響而產(chǎn)生通信異常的問題，提升相關設備對安全播出的保障水平。