聲納信號(hào)發(fā)生器通信控制模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

饒 喆，胡金華，陳 迪

（海軍工程大學(xué) 電子工程學(xué)院，湖北 武漢 430033）

在聲納維修訓(xùn)練過(guò)程中，通常需要產(chǎn)生一些特殊波形，用于仿真實(shí)際信號(hào)波形。由于一般信號(hào)發(fā)生器模式固定、波形不可程控以及精度較低等問(wèn)題，難以實(shí)現(xiàn)參訓(xùn)人員進(jìn)行實(shí)時(shí)信號(hào)檢測(cè)。為了滿(mǎn)足訓(xùn)練需求和易操作性，提高維修訓(xùn)練效率，聲納信號(hào)信號(hào)發(fā)生器的通信控制采用客戶(hù)機(jī)/服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)模式。客戶(hù)機(jī)/服務(wù)器模式發(fā)展迅速、占用資源少且通信速率高，已經(jīng)成為通信控制領(lǐng)域的主要通信標(biāo)準(zhǔn)[1]。

1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

網(wǎng)絡(luò)通信控制模塊采用局域網(wǎng)結(jié)構(gòu)，如圖1所示。通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)連接一臺(tái)服務(wù)器和1000/100Mbps的Cisco3524交換機(jī)，交換機(jī)輸出端口連接至客戶(hù)機(jī)，保證實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸。

網(wǎng)絡(luò)通信控制的對(duì)象是聲納信號(hào)發(fā)生器，該信號(hào)發(fā)生器基于研華公司的PCI-1711多功能數(shù)據(jù)采集卡，該卡具有16路單端模擬量輸入、12位A/D轉(zhuǎn)換器（采樣速率可達(dá)100 kHz）、兩路12位模擬信號(hào)輸出、16路數(shù)字量輸入和輸出等特點(diǎn)，可通過(guò)VC++編程產(chǎn)生正弦波、方波、三角波等任意波形信號(hào)，其信號(hào)幅度、頻率、脈寬、持續(xù)時(shí)間等參數(shù)在硬件允許范圍內(nèi)可根據(jù)用戶(hù)需求而設(shè)定[2]。

圖1 網(wǎng)絡(luò)通信控制結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure diagram of the network communication control

PCI-1711卡使用時(shí)，選用電纜PCL-10168將板卡與接線(xiàn)端子板ADAM-3968相連，聲納信號(hào)發(fā)生器通過(guò)服務(wù)器輸出的數(shù)字控制量，利用PCI-1711的12位D/A轉(zhuǎn)換功能，將數(shù)字控制量轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)任意波形輸出。

根據(jù)維修訓(xùn)練任務(wù)，客戶(hù)機(jī)通過(guò)高速局域網(wǎng)與服務(wù)器進(jìn)行通信，將信號(hào)發(fā)生器的信號(hào)參數(shù)發(fā)送給服務(wù)器，服務(wù)器響應(yīng)客戶(hù)機(jī)的請(qǐng)求后，由接線(xiàn)端子板ADAM-3968輸出的相應(yīng)信號(hào)，經(jīng)信號(hào)調(diào)理后供維修訓(xùn)練人員檢測(cè)。

2 網(wǎng)絡(luò)通信控制的設(shè)計(jì)

2.1 WinSock網(wǎng)絡(luò)通信

WinSock定義了一套在Windows開(kāi)發(fā)標(biāo)準(zhǔn)下的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)程序接口，并包含了針對(duì)Windows的擴(kuò)展庫(kù)函數(shù)，使程序員能夠充分地利用消息驅(qū)動(dòng)機(jī)制和異步網(wǎng)絡(luò)事件選擇方式進(jìn)行編程。Windows Sockets進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信通常運(yùn)用CAsyncSocket類(lèi)和派生于CAsyncSocket的 CSocket類(lèi)兩種編程模式，這兩個(gè)類(lèi)對(duì)WinSock API函數(shù)進(jìn)行了封裝，使用經(jīng)過(guò)封裝的WinSock類(lèi)可減小編程工作量。在編程時(shí)通過(guò)對(duì)事件處理函數(shù)進(jìn)行重載，用戶(hù)可以在應(yīng)用程序中很方便地對(duì)套接字發(fā)送和接收數(shù)據(jù)等事件進(jìn)行處理。

所有Winsock的實(shí)現(xiàn)都支持Stream Sockets（流式套接字）和 Datagram Sockets（數(shù)據(jù)報(bào)套接字），Stream Sockets提供有序的、無(wú)差錯(cuò)的、面向連接的、無(wú)長(zhǎng)度限制的雙向字節(jié)流傳輸、Datagram Sockets支持雙向的數(shù)據(jù)傳輸、提供不可靠的、無(wú)連接的數(shù)據(jù)報(bào)通信模式，不能保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確傳輸。

2.2 客戶(hù)端/服務(wù)器模式

利用Socket進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編程，涉及到C/S（客戶(hù)機(jī)/服務(wù)器）模式，即客戶(hù)端向服務(wù)器發(fā)出請(qǐng)求，服務(wù)器接收到請(qǐng)求后提供相應(yīng)的服務(wù).首先服務(wù)器要啟動(dòng)，并打開(kāi)通信通道，偵聽(tīng)客機(jī)方是否有連接請(qǐng)求，待客戶(hù)機(jī)發(fā)出請(qǐng)求數(shù)據(jù)后，根據(jù)請(qǐng)求數(shù)據(jù)提供相應(yīng)服務(wù)。其次客戶(hù)機(jī)要等待服務(wù)器的接收應(yīng)答數(shù)據(jù)才可繼續(xù)提出請(qǐng)求。最后，當(dāng)客戶(hù)機(jī)請(qǐng)求結(jié)束后方可關(guān)閉通信通道。

用戶(hù)可通過(guò)客戶(hù)機(jī)向服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求數(shù)據(jù)，服務(wù)器處理該請(qǐng)求并將該數(shù)據(jù)信息提取后，將信息參數(shù)傳遞給信號(hào)發(fā)生器，實(shí)現(xiàn)波形信號(hào)的產(chǎn)生。

3 程序設(shè)計(jì)思想

3.1 客戶(hù)機(jī)信息錄入方式

為滿(mǎn)足聲納裝備維修訓(xùn)練的要求，設(shè)計(jì)聲納信號(hào)數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)應(yīng)考慮可擴(kuò)展性和通用性。因此，客戶(hù)端信號(hào)參數(shù)設(shè)置可采用讀取表格的方式，表格具有高可讀性、方便修改等優(yōu)點(diǎn)，有利于非專(zhuān)業(yè)人員在不修改程序的情況下，根據(jù)訓(xùn)練任務(wù)完成信號(hào)參數(shù)的設(shè)置。

3.2 客戶(hù)機(jī)與服務(wù)器通信

服務(wù)器[3]首先啟動(dòng)，通過(guò)調(diào)用socket（，創(chuàng)建套接字，然后調(diào)用bind（，將套接字和本地網(wǎng)絡(luò)地址關(guān)聯(lián)，再調(diào)用listen（，使套接字做好偵聽(tīng)準(zhǔn)備，之后就調(diào)用accept（，來(lái)等待客戶(hù)機(jī)的連接；客戶(hù)機(jī)啟動(dòng)后，創(chuàng)建套接字并調(diào)用connect（，和服務(wù)器建立連接，客戶(hù)機(jī)和服務(wù)器之間就可以調(diào)用receive（，和send（，來(lái)收發(fā)數(shù)據(jù)。在完成通信后，雙方調(diào)用close（，關(guān)閉套接字，然后退出。

3.3 數(shù)據(jù)采集與控制

服務(wù)器接收來(lái)自客戶(hù)端的數(shù)據(jù)信息后，寫(xiě)入到寄存器中，通過(guò)PCI-1711卡的軟件觸發(fā)編程方式，查詢(xún)寄存器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集，利用中斷服務(wù)程序?qū)⒉杉臄?shù)據(jù)傳輸?shù)筋A(yù)先定義好的內(nèi)存變量中，完成參數(shù)的傳遞，實(shí)現(xiàn)變量的賦值，從而控制信號(hào)發(fā)生器的信號(hào)輸出。

系統(tǒng)的通信控制流程如圖2所示。

圖2 通信控制流程圖Fig.2 Flow chart of the communication control

4 應(yīng)用實(shí)例

下面結(jié)合本人課題中的聲納信號(hào)發(fā)生器通信控制部分，通過(guò)一個(gè)客戶(hù)機(jī)/服務(wù)器模式的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序，在VC開(kāi)發(fā)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)功能[4-6]。主要程序代碼如下：

創(chuàng)建服務(wù)器對(duì)話(huà)框并對(duì)套接字進(jìn)行初始化，然后服務(wù)器開(kāi)始偵聽(tīng)客戶(hù)機(jī)的連接。

客戶(hù)機(jī)也建立一個(gè)套接字，設(shè)置服務(wù)器IP和端口號(hào)，在與服務(wù)器建立連接后，將線(xiàn)路的狀態(tài)信息發(fā)送給服務(wù)器端。

客戶(hù)機(jī)讀取表格數(shù)據(jù)并向服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)，此處將表格數(shù)據(jù)保存在文本文件中，通過(guò)VC對(duì)文本文件的讀取操作，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。

服務(wù)器接收數(shù)據(jù)，并返回該數(shù)據(jù)以確認(rèn)數(shù)據(jù)收發(fā)正確，保證通信正常，同時(shí)將數(shù)據(jù)寫(xiě)入文本文件，再將該文本文件中的數(shù)據(jù)信息讀入到信號(hào)發(fā)生函數(shù)的相應(yīng)變量中，實(shí)現(xiàn)信號(hào)發(fā)生器指定信號(hào)的輸出。

客戶(hù)機(jī)/服務(wù)器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信功能，其結(jié)果如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)通信示例Fig.3 Data communication example

正弦信號(hào)波形在示波器中的顯示結(jié)果如圖4所示，其幅度在 0～10 V，頻率在 1～1 kHz內(nèi)任意可調(diào)。

5 結(jié)束語(yǔ)

介紹了在客戶(hù)機(jī)/服務(wù)器模式下，運(yùn)用Winsock網(wǎng)絡(luò)編程技術(shù)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)現(xiàn)聲納信號(hào)發(fā)生器的控制。模塊設(shè)計(jì)從聲納維修訓(xùn)練的需求出發(fā)，結(jié)合了裝備的特點(diǎn)，具有一定的實(shí)用性和可擴(kuò)展性。實(shí)驗(yàn)測(cè)試的結(jié)果說(shuō)明該通信控制的設(shè)計(jì)方案合理，采用的軟件開(kāi)發(fā)工具和硬件設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)功能。

圖4 正弦信號(hào)Fig.4 Sine signal

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