远程监控系统音视频切换器串口通信改造

谭然 韦宏朝 覃刚 徐有返 谭源

(广西广播电视技术中心玉林分中心)

一、引言

目前广西全区三级以上台站的远程监控系统中，音视频切换器（以下简称切换器）需要通过多路调谐器（以下简称调谐器）内部串口服务器接口（以下简称COM口）才能和工控计算机通信，实现远程数据读取及播出信号路切换等操作。因此调谐器COM口对远程监控系统起着重要的作用，它的稳定运行直接影响到台站的安全播出。在日常维护工作中，发现调谐器COM口易出现工作异常，进而导致与之链接的下级设备——切换器通讯异常，远程无法读取数据。一旦出现主路信号源异常，切换器自动切换功能失效时，若远程无法进行切换操作，则直接导致安全播出事故。针对该问题，本文提出采用小型外置串口服务器代替调谐器内置串口服务器的解决方案。

二、旧系统工作方式及缺点

在旧系统中，切换器的通信接口是RS-485接口。RS-485串行总线标准是一种采用半双工工作方式，使多个不同地址的节点设备进行通讯的简单通讯协议标准。台站工控计算机通过以太网与调谐器进行通讯，借助调谐器COM口（内置RS-485串口服务器）的功能，与多个切换器进行通讯，如图1所示。

在实际运行中发现调谐器COM口可能由于电路保护设计不够完善，较容易损坏，导致切换器通信故障；其次，多台切换器的串口通过并接的方式与调谐器COM口相连，其缺点是当某一台切换器485芯片故障时容易直接导致并联的全部切换器通信不上。

三、改造方案

（一）方案设计

通过对旧系统工作方式及缺点分析，经过思考，尝试采用Moxa公司型号为Nport 5150的外置串口服务器进行替换调谐器内置串口服务器功能的改造方案，以达到运行更加稳定、使用寿命更长、维护更简单的目的。

系统结构如图2所示。站点工控计算机通过UDP方式向Nport 5150发送轮询命令，Nport 5150将轮询命令透传到RS-485总线，总线上挂接的切换器根据地址码识别是否本机应答，如果是查询本机，则发送相应数据到RS-485总线上，Nport 5150再将此数据转换成IP数据，通过UDP方式发送至工控计算机。

图1

图2 外置串口服务器与信号切换器通讯方案

（二）方案优点

Nport 5150是一款体积小巧、设计合理、对电源与各端口保护全面、稳定耐用的串口服务器，标准TCP/IP接口，支持多种操作模式；可以代替调谐器COM口，将485通信协议转换成TCP/IP通信协议。此外，该设备可通过Web进行配置，具备配置引导步骤，操作界面简单友好，易于维护。

新方案通过RS-485集线器将多台切换器串口接线独立开来，相当于每台切换器单独与Nport 5150接线。集线器内部的光电隔离及浪涌保护电路，使得某台切换器串口通信芯片故障不会引起其他切换器通信故障，避免了旧系统中一台故障导致多台并联切换器通信不上的问题。

四、改造过程

为实现Nport 5150替换调谐器COM口完成485通信与IP通信协议转换，需要制作用于Nport 5150与集线器的通信线、集线器与切换器的通信线，并且配置本机和上位机监控程序参数。下以某转播台为例，具体介绍实现Nport 5150在远程监控系统中运用的过程。

(一) 串口通信线制作

根据Nport 5150设备说明书中串口端口定义与RS-485集线器端口定义做好串口通信线，再按实际需要制作RS-485集线器与切换器串口通信线，并连接好各个设备。连接示意图见图3。

（二）参数设置

1.进入设置界面

修改调试计算机机IP，使其与Nport 5150默认IP地址处于同一网段，在浏览器地址栏输入默认IP地址，进入Nport 5150设备总览页。

2.串口服务器网络设置

分别设置Nport 5150的本机地址（IP address）、子网掩码（Netmask）、 网关（Gateway）。

3.串口服务器工作参数设置

根据本地实际监控系统通信规范，分别设置Nport 5150接口（Interface）为RS-485 2-Wire，然后分别设置波特率（Baud rate）、数据位（Data bits）、停止位（Stop bits）、奇偶校验（Parity）、流控制（Flow control）为9600、8、1、None、None，其他参数保持默认。

4.串口服务器工作模式设置

设置Nport 5150工作模式（Operating mode）为UDP Mode，在展开的UDP Mode设置栏里，设置目的地址（Destination IP address 1）、本地监听端口（Local Listen port）。

5.上位机程序参数设置

进入上位机程序，设置信号切换器IP地址与端口（即与Nport 5150对应的配置）。

五、系统测试

（一）调试测试

将设置好的串口服务器固定。各设备串口通信线连接到位，Nport 5150网口用标准网线连接至交换机。加电测试，Nport 5150电源灯常亮，运行灯缓慢闪亮，数据灯闪亮，从外部显示观察，运行正常。打开信号源切换器上位机程序，切换器通信显示正常，通过上位机能手动切换节目主备信号。

图3 接口针脚定义

（二）更换测试

将配置好的备份串口服务器放在台站，让留守人员现场更换，确保设备相互替换无问题。

（三）运行测试

自试运行至今已一年多长时间运行的考验，新方案中各设备的串口未发生故障现象。试验结果表明，使用Nport 5150串口服务器与光电隔离集线器构成的串口通信方案较旧系统中调谐器COM口通信方案更加稳定，维护方便，达到预期效果。

六、总结

切换器作为主备信号切换的设备，当主路信号出现故障需要手动切换至备用信号时，它的远程可操控性影响到台站信号源系统的可靠性，甚至影响到安全播出。通过研究与试验，提出外置串口服务器代替调谐器COM口的方案，利用Moxa串口服务器的稳定性，成功解决了旧系统中切换器易受到调谐器COM口稳定性与可靠性不足的影响而产生通信异常的问题，提升相关设备对安全播出的保障水平。