遠(yuǎn)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(shù)中心玉林分中心)

一、引言

目前廣西全區(qū)三級(jí)以上臺(tái)站的遠(yuǎn)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(wù)器接口（以下簡稱COM口）才能和工控計(jì)算機(jī)通信，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)讀取及播出信號(hào)路切換等操作。因此調(diào)諧器COM口對(duì)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)起著重要的作用，它的穩(wěn)定運(yùn)行直接影響到臺(tái)站的安全播出。在日常維護(hù)工作中，發(fā)現(xiàn)調(diào)諧器COM口易出現(xiàn)工作異常，進(jìn)而導(dǎo)致與之鏈接的下級(jí)設(shè)備——切換器通訊異常，遠(yuǎn)程無法讀取數(shù)據(jù)。一旦出現(xiàn)主路信號(hào)源異常，切換器自動(dòng)切換功能失效時(shí)，若遠(yuǎn)程無法進(jìn)行切換操作，則直接導(dǎo)致安全播出事故。針對(duì)該問題，本文提出采用小型外置串口服務(wù)器代替調(diào)諧器內(nèi)置串口服務(wù)器的解決方案。

二、舊系統(tǒng)工作方式及缺點(diǎn)

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(biāo)準(zhǔn)是一種采用半雙工工作方式，使多個(gè)不同地址的節(jié)點(diǎn)設(shè)備進(jìn)行通訊的簡單通訊協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。臺(tái)站工控計(jì)算機(jī)通過以太網(wǎng)與調(diào)諧器進(jìn)行通訊，借助調(diào)諧器COM口（內(nèi)置RS-485串口服務(wù)器）的功能，與多個(gè)切換器進(jìn)行通訊，如圖1所示。

在實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)調(diào)諧器COM口可能由于電路保護(hù)設(shè)計(jì)不夠完善，較容易損壞，導(dǎo)致切換器通信故障；其次，多臺(tái)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(diǎn)是當(dāng)某一臺(tái)切換器485芯片故障時(shí)容易直接導(dǎo)致并聯(lián)的全部切換器通信不上。

三、改造方案

（一）方案設(shè)計(jì)

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

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。站點(diǎn)工控計(jì)算機(jī)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(shí)別是否本機(jī)應(yīng)答，如果是查詢本機(jī)，則發(fā)送相應(yīng)數(shù)據(jù)到RS-485總線上，Nport 5150再將此數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成IP數(shù)據(jù)，通過UDP方式發(fā)送至工控計(jì)算機(jī)。

圖1

圖2 外置串口服務(wù)器與信號(hào)切換器通訊方案

（二）方案優(yōu)點(diǎn)

Nport 5150是一款體積小巧、設(shè)計(jì)合理、對(duì)電源與各端口保護(hù)全面、穩(wěn)定耐用的串口服務(wù)器，標(biāo)準(zhǔn)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(zhuǎn)換成TCP/IP通信協(xié)議。此外，該設(shè)備可通過Web進(jìn)行配置，具備配置引導(dǎo)步驟，操作界面簡單友好，易于維護(hù)。

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

四、改造過程

為實(shí)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(zhuǎn)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(jī)和上位機(jī)監(jiān)控程序參數(shù)。下以某轉(zhuǎn)播臺(tái)為例，具體介紹實(shí)現(xiàn)Nport 5150在遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中運(yùn)用的過程。

(一) 串口通信線制作

根據(jù)Nport 5150設(shè)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(shí)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(gè)設(shè)備。連接示意圖見圖3。

（二）參數(shù)設(shè)置

1.進(jìn)入設(shè)置界面

修改調(diào)試計(jì)算機(jī)機(jī)IP，使其與Nport 5150默認(rèn)IP地址處于同一網(wǎng)段，在瀏覽器地址欄輸入默認(rèn)IP地址，進(jìn)入Nport 5150設(shè)備總覽頁。

2.串口服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)設(shè)置

分別設(shè)置Nport 5150的本機(jī)地址（IP address）、子網(wǎng)掩碼（Netmask）、 網(wǎng)關(guān)（Gateway）。

3.串口服務(wù)器工作參數(shù)設(shè)置

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

4.串口服務(wù)器工作模式設(shè)置

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

5.上位機(jī)程序參數(shù)設(shè)置

進(jìn)入上位機(jī)程序，設(shè)置信號(hào)切換器IP地址與端口（即與Nport 5150對(duì)應(yīng)的配置）。

五、系統(tǒng)測試

（一）調(diào)試測試

將設(shè)置好的串口服務(wù)器固定。各設(shè)備串口通信線連接到位，Nport 5150網(wǎng)口用標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)線連接至交換機(jī)。加電測試，Nport 5150電源燈常亮，運(yùn)行燈緩慢閃亮，數(shù)據(jù)燈閃亮，從外部顯示觀察，運(yùn)行正常。打開信號(hào)源切換器上位機(jī)程序，切換器通信顯示正常，通過上位機(jī)能手動(dòng)切換節(jié)目主備信號(hào)。

圖3 接口針腳定義

（二）更換測試

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

（三）運(yùn)行測試

自試運(yùn)行至今已一年多長時(shí)間運(yùn)行的考驗(yàn)，新方案中各設(shè)備的串口未發(fā)生故障現(xiàn)象。試驗(yàn)結(jié)果表明，使用Nport 5150串口服務(wù)器與光電隔離集線器構(gòu)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(hù)方便，達(dá)到預(yù)期效果。

六、總結(jié)

切換器作為主備信號(hào)切換的設(shè)備，當(dāng)主路信號(hào)出現(xiàn)故障需要手動(dòng)切換至備用信號(hào)時(shí)，它的遠(yuǎn)程可操控性影響到臺(tái)站信號(hào)源系統(tǒng)的可靠性，甚至影響到安全播出。通過研究與試驗(yàn)，提出外置串口服務(wù)器代替調(diào)諧器COM口的方案，利用Moxa串口服務(wù)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(guān)設(shè)備對(duì)安全播出的保障水平。