數(shù)據(jù)采集器自動檢測與斷電重啟的實現(xiàn)

孟彩菊，楊世英，靳玉貞，何 佳，任瑞國

(1.山西省地震局太原基準地震臺，山西 太原 030025；2.太原大陸裂谷動力學國家野外科學觀測研究站，山西 太原 030025)

0 引言

中國地震局通過“中國數(shù)字地震觀測網(wǎng)絡(luò)”和“中國地震背景場探測”等重大項目的實施，在臺站安裝了大量數(shù)字化觀測設(shè)備，逐步建立起了以中國局、片區(qū)、省局和臺站為主體的多級工作模式。在日常監(jiān)測工作中，運行維護是臺站的一項重要任務(wù)，也是地震監(jiān)測臺網(wǎng)連續(xù)穩(wěn)定運行的可靠保障。目前，管理部門對監(jiān)測質(zhì)量及數(shù)據(jù)連續(xù)率的要求不斷提高，運行維護工作在響應時間、恢復時間、維護成本等方面仍需不斷提高(1)中國地震局.中國地震監(jiān)測發(fā)展設(shè)計綱要(2016-2035年)，2015.，[1]。

在各類觀測設(shè)備故障中，由于軟、硬件等不明原因造成的死機占一定的比例。在以往的工作中，值班人員發(fā)現(xiàn)觀測設(shè)備不能連通而懷疑死機時，會到現(xiàn)場對觀測設(shè)備進行斷電復位，然后需要再次查看觀測數(shù)據(jù)，直至恢復正常。這一操作過程未完全實現(xiàn)自動處理，工作效率低下。文章以太原臺的加速度數(shù)據(jù)采集器死機為案例，通過微軟的Visual Studio 2015的網(wǎng)絡(luò)編程及對網(wǎng)絡(luò)遠程控制設(shè)備進行二次開發(fā)，實現(xiàn)了對數(shù)據(jù)采集器進行自動檢測，在出現(xiàn)死機時自動進行斷電重啟操作，自動操作開啟數(shù)據(jù)流，使觀測設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸恢復正常。

1 太原臺加速度數(shù)據(jù)采集器簡介

太原臺的加速度觀測采用SYSCOM設(shè)備，加速度計型號為MS2007，數(shù)據(jù)采集器型號為MR2002。加速度計架設(shè)在臺站觀測山洞中，數(shù)據(jù)采集器通過引入山洞的網(wǎng)絡(luò)接入臺站行業(yè)網(wǎng)，數(shù)據(jù)直接傳輸至省局臺網(wǎng)。臺站值班人員每天通過瀏覽數(shù)據(jù)采集器頁面查看數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)，當無法打開頁面時，說明數(shù)據(jù)采集器出現(xiàn)死機，需進入觀測山洞對數(shù)據(jù)采集器進行斷電重啟操作，然后在瀏覽器的數(shù)據(jù)采集器頁面上再點擊“ON”按鈕(見圖1)，開啟數(shù)據(jù)流。

由于此數(shù)據(jù)采集器死機現(xiàn)象相對較多，為避免觀測人員進山洞對觀測環(huán)境造成影響，曾使用某品牌的智能插座，將數(shù)據(jù)采集器的供電電源接在智能插座的輸出上。在需要斷電重啟時，不必再進入觀測山洞，利用手機安裝的APP控制智能插座，進行一次“電源關(guān)”與“電源開”操作，完成斷電重啟。由于此類智能插座需要接入互聯(lián)網(wǎng)，不適合未接入互聯(lián)網(wǎng)的站點，并且未開放API接口，無法編程實現(xiàn)死機時的及時自動復位請求，故決定選用可進行二次開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)遠程控制設(shè)備進行替代。

圖1 數(shù)據(jù)采集器頁面Fig.1 Data acquisition device page

2 網(wǎng)絡(luò)遠程控制設(shè)備簡介

隨著近年來物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的興起，已有眾多廠商提供了價格低廉且可供二次開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)遠程控制設(shè)備，對于簡單的應用可省去底層開發(fā)成本。文章使用的是廣州泥人電子科技有限公司的TCP-KP-I2O2網(wǎng)絡(luò)遠程控制設(shè)備，該設(shè)備采用工業(yè)級設(shè)計方案，搭載32位ARM處理器和10/100M以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)芯片，具有速度快，運算能力強，穩(wěn)定性高，抗干擾能力強等特點，可在工業(yè)環(huán)境中使用(見圖2)。

其中，以太網(wǎng)模塊采用了W5500解決方案，內(nèi)部集成全硬件TCP/IP協(xié)議棧+MAC+PHY，全硬件協(xié)議棧技術(shù)采用硬件邏輯門電路實現(xiàn)復雜的TCP/IP協(xié)議簇，通過RJ45接口接入網(wǎng)絡(luò)；單片機的主控芯片采用基于ARM的STM32F103C8T6，通過I/O口與以太網(wǎng)模塊直連；繼電器通過驅(qū)動電路與單片機相連；該設(shè)備由5V直流供電，支持多路繼電器控制(2)ST公司.STM32F103中文手冊，2007.(3)WIZnet公司.W5500數(shù)據(jù)手冊，2015.。實際應用中，將數(shù)據(jù)采集器的電源接到網(wǎng)絡(luò)遠程控制設(shè)備的繼電器接線端子上，便可通過編寫軟件向遠程控制設(shè)備發(fā)送命令，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集器的斷電重啟。

圖2 網(wǎng)絡(luò)遠程控制設(shè)備結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Network remote control equipment structure

3 編程實現(xiàn)

為實現(xiàn)在數(shù)據(jù)采集器死機時自動斷電重啟并開啟數(shù)據(jù)流，需編制軟件實現(xiàn)定時啟動(見圖3)。

圖3 數(shù)據(jù)采集器自動檢測與斷電重啟流程Fig.3 The flow of automatic detection and power-off restart of data acquisition device

3.1 數(shù)據(jù)采集器死機的判斷

為直觀地顯示數(shù)據(jù)采集器頁面，按照值班人員的日常巡查方法，在程序的窗體中添加了WebBrowser控件。微軟在.Net 2.0以上版中提供的托管包裝WebBrowser控件可以在Windows窗體客戶端程序中顯示網(wǎng)頁，使用Navigate(String)方法將指定的統(tǒng)一資源定位符(URL)處的文檔加載到WebBrowser控件中，替換上一個文檔。可在Progress Changed事件(文檔下載的進度更新時發(fā)生)或Document Completed(完成加載文檔時發(fā)生)事件的處理函數(shù)中判斷頁面是否正常加載。也可根據(jù)屬性Ready State(WebBrowser控件的當前狀態(tài))結(jié)合時間進行判斷。當加載不成功時，即可判斷數(shù)據(jù)采集器已死機。

3.2 對數(shù)據(jù)采集器執(zhí)行斷電重啟

先使用網(wǎng)絡(luò)遠程控制設(shè)備自帶的配置程序?qū)ζ溥M行設(shè)置，將其設(shè)置為TCP服務(wù)器模式，并配置相應的IP地址、子網(wǎng)掩碼、默認網(wǎng)關(guān)和設(shè)備端口號。設(shè)備工作在此模式時，需編寫一個簡單的TCP客戶端，連接請求由此客戶端發(fā)起，設(shè)備監(jiān)聽到連接請求后與電腦建立連接并進行會話。Socket是網(wǎng)絡(luò)應用程序的核心，Socket通常也稱作“套接字”，用于描述IP地址和端口，是一個通信鏈的句柄，應用程序通常通過“套接字”向網(wǎng)絡(luò)發(fā)出請求或者應答網(wǎng)絡(luò)請求。使用.NET的System．Net Sockets.Socket類庫編寫客戶端應用，主要有以下步驟：(1) 建立socket連接：Connect()；(2) 發(fā)送信息與接收消息：Send()和Receive()；(3) 關(guān)閉連接Close()[2-3]。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)遠程控制設(shè)備二次開發(fā)手冊，單路繼電器延時控制指令格式為：

發(fā)送：AT+STACH=,；應答：OK。

如果數(shù)據(jù)采集器電源接在繼電器1的常閉端，則可發(fā)送“AT+STACH1=1,10”控制繼電器1吸合后延時10秒釋放，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集器的斷電重啟。

3.3 開啟數(shù)據(jù)流

數(shù)據(jù)采集器斷電重啟后，待其頁面可加載顯示為“The data stream is OFF”時，需點擊圖1的“ON”按鈕開啟數(shù)據(jù)流，否則流服務(wù)器仍不可接收到數(shù)據(jù)流。對頁面的HTML代碼進行簡單分析，第53頁圖4中，從60行可知點擊“ON”按鈕是執(zhí)行的statr_stream()函數(shù)。此例中，可使用WebBrowser控件的Document.InvokeScript("start_stream")語句執(zhí)行在HTML頁面中定義的活動腳本函數(shù)statr_stream()，實現(xiàn)開啟數(shù)據(jù)流。

3.4 軟件的使用

圖4 頁面HTML代碼Fig.4 Page HTML code

圖5 軟件運行界面Fig.5 Software running screen

編譯后的軟件界面如圖5所示，點擊“數(shù)采檢測”，連接數(shù)據(jù)采集器頁面，并顯示在WebBrowser框內(nèi)，如果頁面不可連接，將給出提示信息。點擊“重啟數(shù)采”，控制網(wǎng)絡(luò)遠程控制設(shè)備的繼電器吸合10秒后斷開，實現(xiàn)斷電重啟，然后在數(shù)據(jù)采集器頁面可連接時，開啟數(shù)據(jù)流。當勾選“自動”復選框后，軟件將每間隔指定的分鐘數(shù)，對數(shù)據(jù)采集器檢測一次，“死機時”自動斷電重啟，并開啟數(shù)據(jù)流。

4 結(jié)語

文中介紹的網(wǎng)絡(luò)遠程控制設(shè)備及編寫的自動處理軟件已應用于太原臺。該項改進措施減輕了觀測人員的工作負擔，有效提高了工作效率，為做好儀器設(shè)備運維工作、提高觀測設(shè)備連續(xù)率做出了積極探索。另外，所介紹的硬件及軟件編程方法，對有類似需求的人員有參考借鑒價值。