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.陜西省大氣探測技術保障中心，西安　710014；4.陜西省氣象信息中心，西安　710014)

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串口服務器在自動氣象站的應用

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.陜西省大氣探測技術保障中心，西安710014；4.陜西省氣象信息中心，西安710014)

摘要：通過使用串口服務器，將傳統(tǒng)自動氣象站RS-232通訊方式轉(zhuǎn)變?yōu)門CP/IP網(wǎng)絡通信方式，可以同時允許2臺以上自動氣象站計算機進行數(shù)據(jù)采集，實現(xiàn)自動氣象站數(shù)據(jù)異機實時備份，同時使用輔助軟件可以有效解決自動氣象站計算機和數(shù)據(jù)采集軟件故障引起的自動氣象站報文不能及時上傳的問題。

關鍵詞：自動氣象站；實時備份；輔助軟件

目前氣象臺站安裝使用的自動氣象站分為三種，一種為不能擴充的自動氣象站，如一些兩要素自動站；另一種為集中控制式結構的自動氣象站，如CAWS600、DYYZII型自動氣象站等；第三種為分布式結構自動站，如近兩年普及的新型多要素自動氣象站，如DZZ4、DZZ5型自動氣象站等。

自動氣象站主要用串口通信作為數(shù)據(jù)采集渠道，應用十分廣泛，而串口通信具有傳輸速率小、傳輸距離近及非多點傳輸?shù)娜秉c，限制了遠程數(shù)據(jù)采集、備份和遠程保障維修。而以太網(wǎng)通訊具有傳輸速度快，距離遠的優(yōu)點。利用串口聯(lián)網(wǎng)服務器(簡稱“串口服務器”)將數(shù)據(jù)采集器接入局域網(wǎng)，數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡傳輸，將自動氣象站傳統(tǒng)的RS-232通訊方式改成TCP/IP通訊方式，局域網(wǎng)中的計算機只要安裝虛擬串口軟件，就可以和自動站采集器互聯(lián)，可實現(xiàn)自動氣象站數(shù)據(jù)的多地多級備份，再配合輔助軟件就可以有效解決自動氣象站計算機串口故障引起的自動氣象站報文不能及時上傳的問題。串口服務器在新型自動氣象站的應用，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)、室外設備的直接電路連接，在雷雨季節(jié)杜絕了雷電的相互感應。但那些采用RS-232通訊方式的自動氣象站，仍然存在雷電感應等問題。每年夏季有10%左右的集中控制式自動氣象站因雷擊造成計算機串口或者自動氣象站數(shù)據(jù)采集器串口損壞，嚴重影響臺站數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量。

1串口服務器技術

1.1串口服務器介紹

串口服務器提供串口轉(zhuǎn)網(wǎng)絡功能，能夠?qū)S-232/485/422串口轉(zhuǎn)換成TCP/IP網(wǎng)絡接口，實現(xiàn)RS-232/485/422串口與TCP/IP網(wǎng)絡接口的數(shù)據(jù)雙向透明傳輸，使串口設備能夠立即具備TCP/IP網(wǎng)絡接口功能，連接網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)通信，極大地擴展了串口設備的通信距離。

1.2串口服務器在自動氣象站中的應用現(xiàn)狀

從2013年起，中國氣象局開始在新型自動氣象站(如DZZ4、DZZ5)中使用8路串口服務器，觀測場到值班室的通訊使用一根光纖，串口服務器安裝在觀測場；其余各類型自動氣象站均沒有安裝串口服務器，仍使用傳統(tǒng)的RS-232通訊方式。

1.3串口服務器在自動氣象站中的數(shù)據(jù)傳輸流程

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

數(shù)據(jù)采集器收到采集數(shù)據(jù)指令后開始工作，將數(shù)據(jù)通過串行通信端口傳送給串口服務器，串口服務器將接收到的數(shù)據(jù)進行封裝、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)流返回自動站計算機。

2串口服務器在自動氣象站的應用

2.1集中控制式自動站加裝串口服務器

集中控制式自動站和計算機之間通過RS-232接口相互通信，但是存在傳輸距離有限和只能單機之間進行通信的缺點。串口服務器提供RS-232終端串口與TCP/IP網(wǎng)絡數(shù)據(jù)雙向透明傳輸，提供串口轉(zhuǎn)網(wǎng)絡功能，將串口服務器TCP/IP接口接入局域網(wǎng)交換機，自動氣象站主計算機和備份計算機只需要通過網(wǎng)絡接口接入局域網(wǎng)，就可以同時與自動氣象站采集器通信，實現(xiàn)自動氣象站數(shù)據(jù)實時異機備份(圖1)。

圖1　硬件結構框圖

2.2串口服務器的配置

串口服務器支持WEB網(wǎng)頁設置和軟件調(diào)試，包括網(wǎng)絡參數(shù)和串口參數(shù)配置。以MOXA的Nport5110串口服務器配置為例，工作模式選擇 “TCP Server”，IP地址設為局域網(wǎng)同一網(wǎng)段地址，端口一般設置為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”、檢驗位“無”、停止位“1”。

2.3啟用虛擬串口

在主計算機和備份計算機上安裝“VCOMM”或者其他虛擬串口軟件，在軟件上添加一個虛擬串口，設置串口號，遠程服務器地址設為串口服務器的IP地址，遠程監(jiān)聽端口設為串口服務器配置的端口，添加成功以后在計算機設備管理器中出現(xiàn)設置的串口號，在OSSMO業(yè)務軟件中，將通訊串口號改為虛擬串口號就可以通過串口服務器與采集器進行通信。

3輔助軟件

利用串口服務器改進自動氣象站通訊方式可實現(xiàn)多機同時采集數(shù)據(jù)，在此基礎上通過輔助軟件可以擴展多項功能。結合自動氣象站保障工作多年的經(jīng)驗，設計了輔助軟件，軟件包括數(shù)據(jù)監(jiān)測及自動補傳、網(wǎng)絡通斷監(jiān)控報警、一鍵啟動VPN以及重要事項提醒等實用功能。

3.1軟件的安裝及設置

軟件基于C#編寫，運行環(huán)境為“.net framework”，安裝在備份計算機上，為了配合軟件的使用，將主計算機上的OSSMO軟件存放報文的“awsnet”目錄映射為備份計算機上的虛擬盤，在軟件上需要設置臺站站號、省局FTP報文服務器的地址及登錄用戶名和密碼、網(wǎng)絡通斷監(jiān)測目標地址、報警聲音文件存放目錄及文件名、SSLvpn插件的安裝目錄等相關信息。

3.2軟件功能

3.2.1報文監(jiān)控軟件在每小時04分開始掃描報文服務器自動站報文存放目錄，如果臺站報文存在，說明主計算機運行正常，軟件會自動清空備份計算機的“awsnet”。如果掃描報文不存在，很有可能主計算機出現(xiàn)故障。此時軟件首先清空虛擬盤，也就是主計算機的報文存放文件夾，以免造成重復上傳；然后將備份計算機的awsnet目錄下的文件上傳至報文服務器，這樣為報文及時上傳提供了雙重保障的同時又避免報文重復上傳。

3.2.2網(wǎng)絡通斷監(jiān)測軟件設計每小時45分和55分2次對設定的目標地址進行網(wǎng)絡通斷檢測，如果網(wǎng)絡出現(xiàn)異常，會立即啟動報警聲音文件進行報警，并且會彈出提醒對話框。

3.2.3一鍵啟動VPN軟件主界面上設計了一鍵啟動VPN功能，當網(wǎng)絡出現(xiàn)故障時，只需點擊軟件的“一鍵啟動VPN”圖標，即可立刻打開設定好的SSLvpn插件自動打通VPN應急通道，操作簡單，節(jié)省了打開VPN插件輸入用戶密碼的時間，避免觀測員遇到網(wǎng)絡故障手忙腳亂。

3.2.4重要事項提醒軟件設計每月的12日和28日10時會彈出窗口，提醒用戶對UPS進行維護。

4結語

在網(wǎng)絡日益發(fā)達的今天，數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡化已經(jīng)成為一種必然趨勢，通過將傳統(tǒng)RS-232通信改為網(wǎng)絡通信大大提高了數(shù)據(jù)傳輸距離，再通過輔助軟件實時監(jiān)測能夠有效保障自動氣象站正常運行。通過在陜西省平利縣氣象站的運行測試，截止目前，該站已經(jīng)連續(xù)370余天自動氣象站報文及時率達到100%。

文章編號：1006-4354(2016)03-0040-03

收稿日期：2015-11-09

作者簡介：田光普(1981—)，男，陜西佛坪人，學士，工程師，主要從事氣象信息技術保障工作。

中圖分類號：P409

文獻標識碼：B

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