張 蕾，李瑞卿，信世民，郭學增

（河北省地震局興濟地震臺，河北 滄州 061721）

0 引言

隨著智能化管理的不斷推進，中國無人值守地震監(jiān)測臺站數量日益增加。在日常維護過程中發(fā)現，當無人值守臺站儀器出現通訊故障時，大部分故障是由于儀器本身軟件等原因造成儀器出現死機的情況，而此類故障僅僅通過對故障儀器進行斷電重啟操作即可解決。但由于無人值守臺站大多地處偏遠，維護人員到現場既需要耗費大量時間，同時也加大了運維成本。市面上出售的遠程遙控電源雖具有遠程控制電源重啟功能，但無法自動判斷儀器是否處于死機狀態(tài)，不能及時排除故障，造成儀器觀測數據大量缺測。

針對以上問題，研制了一款適用于無人值守臺站的電源控制器，并經過實際測試結果發(fā)現，設備運行效果良好。

1 技術簡介

控制器使用Arduino Uno開發(fā)板、繼電器元器件等設備，通過控制通斷模塊、網絡收發(fā)模塊、儀器狀態(tài)判斷模塊、遠程控制模塊的設計，實現網絡控制電源通斷。

Arduino是2005年1月由米蘭交互設計學院的兩位教師David Cuartielles和Massimo Banzi聯合創(chuàng)建，是一塊基于開放原始代碼的Simple I/O平臺[1-2]，并且具有使用類似Java、C語言的開發(fā)環(huán)境。可以快速使用Arduino語言與Flash或Processing等軟件完成互動作品[3]。

Arduino包含2個主要的部分：硬件部分是可以用來做電路連接的Arduino電路板；另外一個則是Arduino IDE（集成開發(fā)環(huán)境）[4]。只要在IDE中編寫程序代碼，將程序上傳到Arduino電路板后，板子上的微控制器可以通過Arduino的編程語言來編寫程序，編譯成二進制文件，燒錄進微控制器。對Arduino的編程是利用 Arduino編程語言(基于 Wiring)和Arduino開發(fā)環(huán)境(基于 Processing)來實現的[5]?；贏rduino的項目，可以只包含Arduino，也可以包含Arduino和其他一些在PC上運行的軟件，它們之間進行通信(比如 Flash, Processing，MaxMSP)來實現。

使用Arduino單片機可以完全不需要了解其內部硬件結構和寄存器設置，軟件語言僅僅需要掌握少數幾個指令，而且指令的可讀性也強，稍微有C語言的編程基礎即可以編寫程序，在Arduino IDE中集成了大量實例程序，對需要的功能進行相應修改即可實現。重要一點是Arduino燒錄代碼不需要燒錄器，直接用USB線就可以完成下載調試，方式簡單，而且Arduino的核心芯片也支持ISP功能。這樣的好處在于，燒錄程序時單片機不需要拔離系統(tǒng)電路，節(jié)省時間與額外成本[6]。

2 關鍵技術

2.1 設計原理

當需要監(jiān)控的設備同時存在交流和直流2種供電方式時，我們無法僅僅依靠切斷、重連直流電源的方式對設備進行關機重啟。所以假設所監(jiān)控的設備只有電瓶直流供電，在電瓶和儀器之間的線路上安裝控制端，當通過控制端無法訪問所監(jiān)控的設備時，我們認定該設備為死機狀態(tài)。這時通過管理端向控制端發(fā)送信號，使控制端的繼電器進行斷開和閉合操作，從而達到對儀器的斷電重啟效果。具體設計原理圖見圖1。

圖 1 無人值守臺站智能電源控制器設計原理圖

2.2 技術方案

1）管理端啟動，通過網絡自動檢測控制端與設備端當前的運行狀態(tài)。

2）控制端監(jiān)控設備，即每隔a秒嘗試打開設備端的管理頁面。

3）當頁面可以正常打開時，控制端向管理端返回正常信號，管理端發(fā)送正常信號給控制端，控制端繼電器保持聯通狀態(tài)；當頁面不能正常打開時，控制端向管理端返回報警信號，管理端向控制端發(fā)送命令，控制端控制繼電器斷開，b秒后重連，重連后控制端返回監(jiān)控狀態(tài)（圖2）。

4）為避免多次連續(xù)斷電重啟對設備造成損壞，當控制端連續(xù)嘗試斷電重啟N次后，控制器不再嘗試斷電重啟，并發(fā)送信號給管理端報警。

3 硬件連接與軟件設置

3.1 硬件連接

圖 2 無人值守臺站智能電源控制器邏輯判斷流程圖

將控制端進行相關參數設置及調試完成后接入電源及網絡，然后將接入設備直流供電的蓄電池電源線的正極引線斷開，并將斷開以后的接頭分別接入控制端繼電器的2個接口中。如儀器設備本身還帶有交流供電接口，則務必將交流供電接口空置，以免控制器斷開直流電源后，無法達到儀器斷電重啟效果。

3.2 軟件設置

1）在需要安裝控制端軟件的電腦上安裝管理軟件，由于管理軟件未對注冊表有修改要求，所以將管理軟件壓縮包解壓至任意盤符根目錄下即可。

管理軟件壓縮包內包含監(jiān)測程序.exe、forSet.exe、macinedb.madb、set.ini、tubiao.ico及說明.txt共6個文件。其中，監(jiān)測程序.exe文件為主程序文件，forSet.exe文件為控制端的參數配置文件，macinedb.madb文件為管理多個管理端及監(jiān)控軟件密碼的數據庫文件，set.ini文件為管理端參數配置文件，tubiao.ico為圖標文件，說明.txt為管理端使用說明文件。

2）將電源控制器控制端通過USB轉串口連接線連接電腦，打開管理端目錄下的forset.exe文件，對控制端進行IP、端口等參數設置（圖3）。調試設置完成后斷開連接。

打開set.ini，在該文件里對管理端軟件的檢查間隔時間、重啟次數限制、重啟等待時間及提示間隔時間進行設置。

3）管理端設置結束后，打開監(jiān)測程序。監(jiān)測軟件啟動時，輸入登陸密碼，即時加載測試設備信息。初次使用時，需要進入設備管理選擇界面對控制端及需要監(jiān)控的設備信息進行登記（圖4）。

在監(jiān)測程序中可以通過增加、修改、測試、刪除等功能鍵，實現對控制端相應設備的管理操作。每次進入設備管理及退出后自動刷新設備列表，每間隔指定時間都會對列表內檢測網址進行檢測。

圖 3 電源控制器參數設置界面

圖 4 設備管理設置界面

4 應用情況

石家莊中心臺下屬有無極、小馬村、河間、黃驊、滄縣5個無人值守流體觀測站，以河間、黃驊、滄縣3個無人值守流體觀測站為例，其距離石家莊中心臺的距離分別為：214.1 km，246.2 km及291.8 km。即使現在由興濟地震臺負責運維，這3個流體井觀測臺站距離興濟地震臺最遠的也約90 km。而從這3個流體井的運維記錄上來看，2016年全年共有運維記錄38次，其中通訊故障18次，而僅到場對儀器進行斷電重啟操作即解決的故障就有12次。經將電源控制器安裝至滄縣井觀測站后，近2年通訊故障次數明顯下降，根據管理端軟件記錄來看，因死機造成的通訊故障次數為5次，均在5分鐘內通過電源控制器自行重啟解決。實際測試情況表明，該電源控制器有效減少了因儀器死機造成的觀測數據缺測情況，并降低了維護成本。

5 結束語

研制的電源控制器基本實現了對死機設備的自動監(jiān)控記錄及自動斷電重啟功能，而且可以根據需要在管理端添加多個控制設備，達到管理多個無人值守臺站多個設備的功能，同時可以在管理端人為對控制端發(fā)送命令達到人為斷電重啟功能，實用性強。

該電源控制器硬件部分安裝簡單，軟件部分在WindowsXP及以上版本操作系統(tǒng)下均可運行。其實際應用已成為運維人員解決通訊故障的有效手段，減少因死機造成觀測數據的缺測的現象，并在一定程度上降低了儀器維護成本。