田光普，張向榮，李崇福，楊冬毅，雷　雯

(1.安康市氣象局，陜西安康　725000；2. 寶雞市氣象局，陜西寶雞　721006；

3.陜西省大氣探測(cè)技術(shù)保障中心，西安　710014；4.陜西省氣象信息中心，西安　710014)

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串口服務(wù)器在自動(dòng)氣象站的應(yīng)用

田光普1，張向榮2，李崇福3，楊冬毅4，雷雯2

(1.安康市氣象局，陜西安康725000；2. 寶雞市氣象局，陜西寶雞721006；

3.陜西省大氣探測(cè)技術(shù)保障中心，西安710014；4.陜西省氣象信息中心，西安710014)

摘要：通過(guò)使用串口服務(wù)器，將傳統(tǒng)自動(dòng)氣象站RS-232通訊方式轉(zhuǎn)變?yōu)門(mén)CP/IP網(wǎng)絡(luò)通信方式，可以同時(shí)允許2臺(tái)以上自動(dòng)氣象站計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)氣象站數(shù)據(jù)異機(jī)實(shí)時(shí)備份，同時(shí)使用輔助軟件可以有效解決自動(dòng)氣象站計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)采集軟件故障引起的自動(dòng)氣象站報(bào)文不能及時(shí)上傳的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)氣象站；實(shí)時(shí)備份；輔助軟件

目前氣象臺(tái)站安裝使用的自動(dòng)氣象站分為三種，一種為不能擴(kuò)充的自動(dòng)氣象站，如一些兩要素自動(dòng)站；另一種為集中控制式結(jié)構(gòu)的自動(dòng)氣象站，如CAWS600、DYYZII型自動(dòng)氣象站等；第三種為分布式結(jié)構(gòu)自動(dòng)站，如近兩年普及的新型多要素自動(dòng)氣象站，如DZZ4、DZZ5型自動(dòng)氣象站等。

自動(dòng)氣象站主要用串口通信作為數(shù)據(jù)采集渠道，應(yīng)用十分廣泛，而串口通信具有傳輸速率小、傳輸距離近及非多點(diǎn)傳輸?shù)娜秉c(diǎn)，限制了遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、備份和遠(yuǎn)程保障維修。而以太網(wǎng)通訊具有傳輸速度快，距離遠(yuǎn)的優(yōu)點(diǎn)。利用串口聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器(簡(jiǎn)稱(chēng)“串口服務(wù)器”)將數(shù)據(jù)采集器接入局域網(wǎng)，數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸，將自動(dòng)氣象站傳統(tǒng)的RS-232通訊方式改成TCP/IP通訊方式，局域網(wǎng)中的計(jì)算機(jī)只要安裝虛擬串口軟件，就可以和自動(dòng)站采集器互聯(lián)，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)氣象站數(shù)據(jù)的多地多級(jí)備份，再配合輔助軟件就可以有效解決自動(dòng)氣象站計(jì)算機(jī)串口故障引起的自動(dòng)氣象站報(bào)文不能及時(shí)上傳的問(wèn)題。串口服務(wù)器在新型自動(dòng)氣象站的應(yīng)用，減少了大量工作量(安裝、布線)，室內(nèi)、室外采用光纖傳輸，隔離了室內(nèi)、室外設(shè)備的直接電路連接，在雷雨季節(jié)杜絕了雷電的相互感應(yīng)。但那些采用RS-232通訊方式的自動(dòng)氣象站，仍然存在雷電感應(yīng)等問(wèn)題。每年夏季有10%左右的集中控制式自動(dòng)氣象站因雷擊造成計(jì)算機(jī)串口或者自動(dòng)氣象站數(shù)據(jù)采集器串口損壞，嚴(yán)重影響臺(tái)站數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量。

1串口服務(wù)器技術(shù)

1.1串口服務(wù)器介紹

串口服務(wù)器提供串口轉(zhuǎn)網(wǎng)絡(luò)功能，能夠?qū)S-232/485/422串口轉(zhuǎn)換成TCP/IP網(wǎng)絡(luò)接口，實(shí)現(xiàn)RS-232/485/422串口與TCP/IP網(wǎng)絡(luò)接口的數(shù)據(jù)雙向透明傳輸，使串口設(shè)備能夠立即具備TCP/IP網(wǎng)絡(luò)接口功能，連接網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，極大地?cái)U(kuò)展了串口設(shè)備的通信距離。

1.2串口服務(wù)器在自動(dòng)氣象站中的應(yīng)用現(xiàn)狀

從2013年起，中國(guó)氣象局開(kāi)始在新型自動(dòng)氣象站(如DZZ4、DZZ5)中使用8路串口服務(wù)器，觀測(cè)場(chǎng)到值班室的通訊使用一根光纖，串口服務(wù)器安裝在觀測(cè)場(chǎng)；其余各類(lèi)型自動(dòng)氣象站均沒(méi)有安裝串口服務(wù)器，仍使用傳統(tǒng)的RS-232通訊方式。

1.3串口服務(wù)器在自動(dòng)氣象站中的數(shù)據(jù)傳輸流程

自動(dòng)站計(jì)算機(jī)將數(shù)據(jù)采集控制命令發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)TCP/IP虛擬地址尋找到需要的串行通訊端口，串口服務(wù)器將數(shù)據(jù)進(jìn)行解包還原給自動(dòng)站數(shù)據(jù)采集器，讓自動(dòng)站數(shù)據(jù)采集器按照自動(dòng)站計(jì)算機(jī)發(fā)送的指令進(jìn)行工作。

數(shù)據(jù)采集器收到采集數(shù)據(jù)指令后開(kāi)始工作，將數(shù)據(jù)通過(guò)串行通信端口傳送給串口服務(wù)器，串口服務(wù)器將接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝、格式轉(zhuǎn)化，將收到的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)化成TCP/IP協(xié)議格式的數(shù)據(jù)流返回自動(dòng)站計(jì)算機(jī)。

2串口服務(wù)器在自動(dòng)氣象站的應(yīng)用

2.1集中控制式自動(dòng)站加裝串口服務(wù)器

集中控制式自動(dòng)站和計(jì)算機(jī)之間通過(guò)RS-232接口相互通信，但是存在傳輸距離有限和只能單機(jī)之間進(jìn)行通信的缺點(diǎn)。串口服務(wù)器提供RS-232終端串口與TCP/IP網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)雙向透明傳輸，提供串口轉(zhuǎn)網(wǎng)絡(luò)功能，將串口服務(wù)器TCP/IP接口接入局域網(wǎng)交換機(jī)，自動(dòng)氣象站主計(jì)算機(jī)和備份計(jì)算機(jī)只需要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口接入局域網(wǎng)，就可以同時(shí)與自動(dòng)氣象站采集器通信，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)氣象站數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)異機(jī)備份(圖1)。

圖1　硬件結(jié)構(gòu)框圖

2.2串口服務(wù)器的配置

串口服務(wù)器支持WEB網(wǎng)頁(yè)設(shè)置和軟件調(diào)試，包括網(wǎng)絡(luò)參數(shù)和串口參數(shù)配置。以MOXA的Nport5110串口服務(wù)器配置為例，工作模式選擇 “TCP Server”，IP地址設(shè)為局域網(wǎng)同一網(wǎng)段地址，端口一般設(shè)置為6 000、7 000等不常使用的數(shù)字；串口參數(shù)配置波特率“4 800”、數(shù)據(jù)位“8”、檢驗(yàn)位“無(wú)”、停止位“1”。

2.3啟用虛擬串口

在主計(jì)算機(jī)和備份計(jì)算機(jī)上安裝“VCOMM”或者其他虛擬串口軟件，在軟件上添加一個(gè)虛擬串口，設(shè)置串口號(hào)，遠(yuǎn)程服務(wù)器地址設(shè)為串口服務(wù)器的IP地址，遠(yuǎn)程監(jiān)聽(tīng)端口設(shè)為串口服務(wù)器配置的端口，添加成功以后在計(jì)算機(jī)設(shè)備管理器中出現(xiàn)設(shè)置的串口號(hào)，在OSSMO業(yè)務(wù)軟件中，將通訊串口號(hào)改為虛擬串口號(hào)就可以通過(guò)串口服務(wù)器與采集器進(jìn)行通信。

3輔助軟件

利用串口服務(wù)器改進(jìn)自動(dòng)氣象站通訊方式可實(shí)現(xiàn)多機(jī)同時(shí)采集數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上通過(guò)輔助軟件可以擴(kuò)展多項(xiàng)功能。結(jié)合自動(dòng)氣象站保障工作多年的經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)了輔助軟件，軟件包括數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)及自動(dòng)補(bǔ)傳、網(wǎng)絡(luò)通斷監(jiān)控報(bào)警、一鍵啟動(dòng)VPN以及重要事項(xiàng)提醒等實(shí)用功能。

3.1軟件的安裝及設(shè)置

軟件基于C#編寫(xiě)，運(yùn)行環(huán)境為“.net framework”，安裝在備份計(jì)算機(jī)上，為了配合軟件的使用，將主計(jì)算機(jī)上的OSSMO軟件存放報(bào)文的“awsnet”目錄映射為備份計(jì)算機(jī)上的虛擬盤(pán)，在軟件上需要設(shè)置臺(tái)站站號(hào)、省局FTP報(bào)文服務(wù)器的地址及登錄用戶名和密碼、網(wǎng)絡(luò)通斷監(jiān)測(cè)目標(biāo)地址、報(bào)警聲音文件存放目錄及文件名、SSLvpn插件的安裝目錄等相關(guān)信息。

3.2軟件功能

3.2.1報(bào)文監(jiān)控軟件在每小時(shí)04分開(kāi)始掃描報(bào)文服務(wù)器自動(dòng)站報(bào)文存放目錄，如果臺(tái)站報(bào)文存在，說(shuō)明主計(jì)算機(jī)運(yùn)行正常，軟件會(huì)自動(dòng)清空備份計(jì)算機(jī)的“awsnet”。如果掃描報(bào)文不存在，很有可能主計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障。此時(shí)軟件首先清空虛擬盤(pán)，也就是主計(jì)算機(jī)的報(bào)文存放文件夾，以免造成重復(fù)上傳；然后將備份計(jì)算機(jī)的awsnet目錄下的文件上傳至報(bào)文服務(wù)器，這樣為報(bào)文及時(shí)上傳提供了雙重保障的同時(shí)又避免報(bào)文重復(fù)上傳。

3.2.2網(wǎng)絡(luò)通斷監(jiān)測(cè)軟件設(shè)計(jì)每小時(shí)45分和55分2次對(duì)設(shè)定的目標(biāo)地址進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通斷檢測(cè)，如果網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)異常，會(huì)立即啟動(dòng)報(bào)警聲音文件進(jìn)行報(bào)警，并且會(huì)彈出提醒對(duì)話框。

3.2.3一鍵啟動(dòng)VPN軟件主界面上設(shè)計(jì)了一鍵啟動(dòng)VPN功能，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí)，只需點(diǎn)擊軟件的“一鍵啟動(dòng)VPN”圖標(biāo)，即可立刻打開(kāi)設(shè)定好的SSLvpn插件自動(dòng)打通VPN應(yīng)急通道，操作簡(jiǎn)單，節(jié)省了打開(kāi)VPN插件輸入用戶密碼的時(shí)間，避免觀測(cè)員遇到網(wǎng)絡(luò)故障手忙腳亂。

3.2.4重要事項(xiàng)提醒軟件設(shè)計(jì)每月的12日和28日10時(shí)會(huì)彈出窗口，提醒用戶對(duì)UPS進(jìn)行維護(hù)。

4結(jié)語(yǔ)

在網(wǎng)絡(luò)日益發(fā)達(dá)的今天，數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)化已經(jīng)成為一種必然趨勢(shì)，通過(guò)將傳統(tǒng)RS-232通信改為網(wǎng)絡(luò)通信大大提高了數(shù)據(jù)傳輸距離，再通過(guò)輔助軟件實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)能夠有效保障自動(dòng)氣象站正常運(yùn)行。通過(guò)在陜西省平利縣氣象站的運(yùn)行測(cè)試，截止目前，該站已經(jīng)連續(xù)370余天自動(dòng)氣象站報(bào)文及時(shí)率達(dá)到100%。

文章編號(hào)：1006-4354(2016)03-0040-03

收稿日期：2015-11-09

作者簡(jiǎn)介：田光普(1981—)，男，陜西佛坪人，學(xué)士，工程師，主要從事氣象信息技術(shù)保障工作。

中圖分類(lèi)號(hào)：P409

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

田光普，張向榮，李崇福，等. 串口服務(wù)器在自動(dòng)氣象站的應(yīng)用[J].陜西氣象，2016(3)：40-42.