聲納信號發生器通信控制模塊的設計與實現

饒 喆，胡金華，陳 迪

（海軍工程大學 電子工程學院，湖北 武漢 430033）

在聲納維修訓練過程中，通常需要產生一些特殊波形，用于仿真實際信號波形。由于一般信號發生器模式固定、波形不可程控以及精度較低等問題，難以實現參訓人員進行實時信號檢測。為了滿足訓練需求和易操作性，提高維修訓練效率，聲納信號信號發生器的通信控制采用客戶機/服務器的網絡模式。客戶機/服務器模式發展迅速、占用資源少且通信速率高，已經成為通信控制領域的主要通信標準[1]。

1 總體結構設計

網絡通信控制模塊采用局域網結構，如圖1所示。通過網線連接一臺服務器和1000/100Mbps的Cisco3524交換機，交換機輸出端口連接至客戶機，保證實時數據傳輸。

網絡通信控制的對象是聲納信號發生器，該信號發生器基于研華公司的PCI-1711多功能數據采集卡，該卡具有16路單端模擬量輸入、12位A/D轉換器（采樣速率可達100 kHz）、兩路12位模擬信號輸出、16路數字量輸入和輸出等特點，可通過VC++編程產生正弦波、方波、三角波等任意波形信號，其信號幅度、頻率、脈寬、持續時間等參數在硬件允許范圍內可根據用戶需求而設定[2]。

圖1 網絡通信控制結構圖Fig.1 Structure diagram of the network communication control

PCI-1711卡使用時，選用電纜PCL-10168將板卡與接線端子板ADAM-3968相連，聲納信號發生器通過服務器輸出的數字控制量，利用PCI-1711的12位D/A轉換功能，將數字控制量轉換為模擬信號，從而實現任意波形輸出。

根據維修訓練任務，客戶機通過高速局域網與服務器進行通信，將信號發生器的信號參數發送給服務器，服務器響應客戶機的請求后，由接線端子板ADAM-3968輸出的相應信號，經信號調理后供維修訓練人員檢測。

2 網絡通信控制的設計

2.1 WinSock網絡通信

WinSock定義了一套在Windows開發標準下的TCP/IP網絡程序接口，并包含了針對Windows的擴展庫函數，使程序員能夠充分地利用消息驅動機制和異步網絡事件選擇方式進行編程。Windows Sockets進行網絡通信通常運用CAsyncSocket類和派生于CAsyncSocket的 CSocket類兩種編程模式，這兩個類對WinSock API函數進行了封裝，使用經過封裝的WinSock類可減小編程工作量。在編程時通過對事件處理函數進行重載，用戶可以在應用程序中很方便地對套接字發送和接收數據等事件進行處理。

所有Winsock的實現都支持Stream Sockets（流式套接字）和 Datagram Sockets（數據報套接字），Stream Sockets提供有序的、無差錯的、面向連接的、無長度限制的雙向字節流傳輸、Datagram Sockets支持雙向的數據傳輸、提供不可靠的、無連接的數據報通信模式，不能保證數據準確傳輸。

2.2 客戶端/服務器模式

利用Socket進行網絡編程，涉及到C/S（客戶機/服務器）模式，即客戶端向服務器發出請求，服務器接收到請求后提供相應的服務.首先服務器要啟動，并打開通信通道，偵聽客機方是否有連接請求，待客戶機發出請求數據后，根據請求數據提供相應服務。其次客戶機要等待服務器的接收應答數據才可繼續提出請求。最后，當客戶機請求結束后方可關閉通信通道。

用戶可通過客戶機向服務器發送請求數據，服務器處理該請求并將該數據信息提取后，將信息參數傳遞給信號發生器，實現波形信號的產生。

3 程序設計思想

3.1 客戶機信息錄入方式

為滿足聲納裝備維修訓練的要求，設計聲納信號數據庫時應考慮可擴展性和通用性。因此，客戶端信號參數設置可采用讀取表格的方式，表格具有高可讀性、方便修改等優點，有利于非專業人員在不修改程序的情況下，根據訓練任務完成信號參數的設置。

3.2 客戶機與服務器通信

服務器[3]首先啟動，通過調用socket（，創建套接字，然后調用bind（，將套接字和本地網絡地址關聯，再調用listen（，使套接字做好偵聽準備，之后就調用accept（，來等待客戶機的連接；客戶機啟動后，創建套接字并調用connect（，和服務器建立連接，客戶機和服務器之間就可以調用receive（，和send（，來收發數據。在完成通信后，雙方調用close（，關閉套接字，然后退出。

3.3 數據采集與控制

服務器接收來自客戶端的數據信息后，寫入到寄存器中，通過PCI-1711卡的軟件觸發編程方式，查詢寄存器實現數據的采集，利用中斷服務程序將采集的數據傳輸到預先定義好的內存變量中，完成參數的傳遞，實現變量的賦值，從而控制信號發生器的信號輸出。

系統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 應用實例

下面結合本人課題中的聲納信號發生器通信控制部分，通過一個客戶機/服務器模式的網絡應用程序，在VC開發平臺上實現本系統功能[4-6]。主要程序代碼如下：

創建服務器對話框并對套接字進行初始化，然后服務器開始偵聽客戶機的連接。

客戶機也建立一個套接字，設置服務器IP和端口號，在與服務器建立連接后，將線路的狀態信息發送給服務器端。

客戶機讀取表格數據并向服務器發送數據，此處將表格數據保存在文本文件中，通過VC對文本文件的讀取操作，實現數據通信。

服務器接收數據，并返回該數據以確認數據收發正確，保證通信正常，同時將數據寫入文本文件，再將該文本文件中的數據信息讀入到信號發生函數的相應變量中，實現信號發生器指定信號的輸出。

客戶機/服務器實現數據通信功能，其結果如圖3所示。

圖3 數據通信示例Fig.3 Data communication example

正弦信號波形在示波器中的顯示結果如圖4所示，其幅度在 0～10 V，頻率在 1～1 kHz內任意可調。

5 結束語

介紹了在客戶機/服務器模式下，運用Winsock網絡編程技術，通過網絡通信實現聲納信號發生器的控制。模塊設計從聲納維修訓練的需求出發，結合了裝備的特點，具有一定的實用性和可擴展性。實驗測試的結果說明該通信控制的設計方案合理，采用的軟件開發工具和硬件設備能夠實現系統功能。

圖4 正弦信號Fig.4 Sine signal

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