遠程監控系統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

目前廣西全區三級以上臺站的遠程監控系統中，音視頻切換器（以下簡稱切換器）需要通過多路調諧器（以下簡稱調諧器）內部串口服務器接口（以下簡稱COM口）才能和工控計算機通信，實現遠程數據讀取及播出信號路切換等操作。因此調諧器COM口對遠程監控系統起著重要的作用，它的穩定運行直接影響到臺站的安全播出。在日常維護工作中，發現調諧器COM口易出現工作異常，進而導致與之鏈接的下級設備——切換器通訊異常，遠程無法讀取數據。一旦出現主路信號源異常，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諧器內置串口服務器的解決方案。

二、舊系統工作方式及缺點

在舊系統中，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點設備進行通訊的簡單通訊協議標準。臺站工控計算機通過以太網與調諧器進行通訊，借助調諧器COM口（內置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。

在實際運行中發現調諧器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

通過對舊系統工作方式及缺點分析，經過思考，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諧器內置串口服務器功能的改造方案，以達到運行更加穩定、使用壽命更長、維護更簡單的目的。

系統結構如圖2所示。站點工控計算機通過UDP方式向Nport 5150發送輪詢命令，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地址碼識別是否本機應答，如果是查詢本機，則發送相應數據到RS-485總線上，Nport 5150再將此數據轉換成IP數據，通過UDP方式發送至工控計算機。

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；可以代替調諧器COM口，將485通信協議轉換成TCP/IP通信協議。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，避免了舊系統中一臺故障導致多臺并聯切換器通信不上的問題。

四、改造過程

為實現Nport 5150替換調諧器COM口完成485通信與IP通信協議轉換，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控程序參數。下以某轉播臺為例，具體介紹實現Nport 5150在遠程監控系統中運用的過程。

(一) 串口通信線制作

根據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）參數設置

1.進入設置界面

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

2.串口服務器網絡設置

分別設置Nport 5150的本機地址（IP address）、子網掩碼（Netmask）、 網關（Gateway）。

3.串口服務器工作參數設置

根據本地實際監控系統通信規范，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）、數據位（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）、本地監聽端口（Local Listen port）。

5.上位機程序參數設置

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、系統測試

（一）調試測試

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網口用標準網線連接至交換機。加電測試，Nport 5150電源燈常亮，運行燈緩慢閃亮，數據燈閃亮，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生故障現象。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中調諧器COM口通信方案更加穩定，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諧器COM口的方案，利用Moxa串口服務器的穩定性，成功解決了舊系統中切換器易受到調諧器COM口穩定性與可靠性不足的影響而產生通信異常的問題，提升相關設備對安全播出的保障水平。