水聲通信遠(yuǎn)程在線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

王曉亮　曾啟帆　劉海軍　蔡郭棟

摘 要：目前對(duì)水聲通信機(jī)的設(shè)置都是依靠本地設(shè)置為主，通過數(shù)據(jù)線與電腦相連，進(jìn)行與通信相關(guān)的設(shè)置。每次現(xiàn)場(chǎng)安裝或重新設(shè)置等操作來說都會(huì)給工程人員帶來很多不便和麻煩。為了解決這樣的問題，基于RS232串口服務(wù)器，并通過虛擬COM口實(shí)現(xiàn)水聲通信機(jī)的聯(lián)網(wǎng)，在客戶端設(shè)計(jì)了軟件在線控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)通信機(jī)的遠(yuǎn)程在線控制，極大地提高了配置的效率。本文詳細(xì)闡述了系統(tǒng)的工作原理與模型，完成了遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明：該控制系統(tǒng)可以對(duì)水聲通信機(jī)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程在線控制。

關(guān)鍵詞：水聲通信機(jī) 串口服務(wù)器 遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2012）10（c）-0007-02

水聲通信技術(shù)在海洋工程領(lǐng)域有著較為廣泛的應(yīng)用，主要應(yīng)用于海洋數(shù)據(jù)采集、環(huán)境污染監(jiān)測(cè)、海洋勘探、災(zāi)難預(yù)警、水下設(shè)備的輔助導(dǎo)航等方面，具有極為重要的軍用及民用意義。水聲通信機(jī)作為水聲通信遠(yuǎn)程在線控制系統(tǒng)的重要硬件組成部分，對(duì)監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)及信息進(jìn)行采集并反饋給遠(yuǎn)程在線控制系統(tǒng)的控制端。所以，如何開發(fā)一套水下信息網(wǎng)絡(luò)教學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)于加深對(duì)水聲通信網(wǎng)的理論認(rèn)識(shí)，提高水聲通信實(shí)驗(yàn)教學(xué)與科研相結(jié)合的程度，具有十分深遠(yuǎn)的意義。

水聲通信遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的研制將教學(xué)與科研相結(jié)合，將水聲信息測(cè)量，水聲通信，水下信息網(wǎng)絡(luò)及水下目標(biāo)探測(cè)等多個(gè)方面的內(nèi)容統(tǒng)一在一個(gè)仿真平臺(tái)之下，有利于相關(guān)實(shí)驗(yàn)的開展，同時(shí)也能讓學(xué)生系統(tǒng)的掌握水聲通信，水下信息網(wǎng)及水下目標(biāo)探測(cè)基本原理，該控制系統(tǒng)的建立也為海軍國防生能夠掌握聲納相關(guān)理論和實(shí)驗(yàn)提供了條件。整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了搭建一套由聲信號(hào)產(chǎn)生、聲信號(hào)的傳輸、聲信號(hào)的采集、聲信號(hào)的處理及聲信息的獲取等部分組成的完整的一套水聲信息處理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)水下信息與陸上處理系統(tǒng)的無線接入功能。

本文詳細(xì)的闡述了該控制系統(tǒng)的硬件及軟件設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)與功能。結(jié)果表明：該控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理正確，方案可行。最后總結(jié)全文，對(duì)該水聲通信遠(yuǎn)程在線控制系統(tǒng)的應(yīng)用前景做出展望。

1 水聲通信遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)

1.1 遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的水聲通信機(jī)設(shè)置都是依靠本地設(shè)置為主，通過數(shù)據(jù)線與電腦相連，進(jìn)行與通信相關(guān)的設(shè)置。但是這樣的方式從在很多問題，比如水聲通信機(jī)在水池安裝，如果要多次進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，則每次需到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行配置，造成了人力資源的浪費(fèi)和配置效率的低下。本文所設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要完成對(duì)水聲通信機(jī)的遠(yuǎn)程配置及通信過程中的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和記錄等功能?？刂葡到y(tǒng)主要由水聲通信機(jī)、串口服務(wù)器、無線路由設(shè)備、客戶端控制系統(tǒng)四個(gè)部分組成。

1.2 水聲通信控制系統(tǒng)硬件組成

該遠(yuǎn)程在線控制系統(tǒng)的硬件組成中，水聲通信機(jī)和串口服務(wù)器是兩個(gè)極為重要的組成部分。為滿足控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)需求，選用了UVM2000H型號(hào)的水聲通信機(jī)，該通信機(jī)具有先進(jìn)的混合調(diào)制方案、信道均衡用于抵制多路徑干擾、高效的誤差糾錯(cuò)編碼，并且能夠自動(dòng)速率適配，適應(yīng)水平和垂直工作環(huán)境。串口服務(wù)器是一種連接串口通信設(shè)備的連接設(shè)備，能夠提供簡單方便的聯(lián)網(wǎng)方式，不但可以保證現(xiàn)有的硬件資源，更確保未來網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)充可能性。串口服務(wù)器是水聲通信控制系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，它是連接客戶端和通信機(jī)的媒介，完成通信機(jī)到客戶端計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸，并且支持RealCom、TCPSever、TCPclient、UDP等模式，滿足客戶端對(duì)于串口通信的模式要求。

如圖1所示，當(dāng)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)開始工作時(shí)，客戶端計(jì)算機(jī)通過串口服務(wù)器對(duì)通信機(jī)發(fā)送命令，串口服務(wù)器通過串口對(duì)通信機(jī)1及通信機(jī)2實(shí)現(xiàn)操作。通信機(jī)1接受來自客戶端的命令，通信機(jī)1立即對(duì)客戶端命令做出反應(yīng)，采集相關(guān)數(shù)據(jù)信息并傳遞給通信機(jī)2，通信機(jī)2收到來自于通信機(jī)1的信息，并通過串口反饋給串口服務(wù)器，串口服務(wù)器將數(shù)據(jù)直接反饋給客戶端，從而在客戶端上實(shí)現(xiàn)對(duì)水聲通信機(jī)的遠(yuǎn)程控制。由于客戶端實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程無線控制，所以極大地拓寬了控制的區(qū)域，解決了有線配置帶來的弊端，大大提高了對(duì)水聲通信機(jī)的配置效率。

1.3 水聲通信控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

水聲通信遠(yuǎn)程在線控制系統(tǒng)主要完成對(duì)水聲通信機(jī)的配置，傳輸過程中的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和記錄。以一臺(tái)串口服務(wù)器和兩臺(tái)UWM2000H水聲通信機(jī)為硬件平臺(tái)，綜合設(shè)計(jì)開發(fā)的控制系統(tǒng)軟件進(jìn)行調(diào)試。其主要由端口設(shè)置模塊、數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)模塊、終端控制模塊、狀態(tài)信息模塊4個(gè)部分組成，如圖2所示。

1.3.1 端口設(shè)置模塊

該子模塊由IP地址設(shè)置、端口號(hào)設(shè)置、波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、校驗(yàn)方式、流量控制方式組成。IP地址為串口服務(wù)器的地址，跟串口服務(wù)器相連接的兩臺(tái)UMW2000H通信機(jī)的IP地址與該IP地址一致，IP地址可進(jìn)行更改；端口號(hào)對(duì)應(yīng)通信機(jī)所連接的端口，根據(jù)所連接的端口號(hào)的不同，如通信機(jī)1對(duì)應(yīng)串口服務(wù)器的1口，通信機(jī)2對(duì)應(yīng)串口服務(wù)器的2口，則對(duì)應(yīng)端口號(hào)分別設(shè)置為1和2；波特率、數(shù)據(jù)位、停止位是該模塊的基本數(shù)據(jù)修改功能，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)相關(guān)參數(shù)的實(shí)時(shí)修改；校驗(yàn)方式和流量控制方式可由用戶自行選擇。

1.3.2 終端控制模塊

該子模塊主要由端口選擇、命令選擇、參數(shù)設(shè)置、命令反饋組成。端口可選端口一及端口二，分別對(duì)應(yīng)端口設(shè)置模塊中的端口號(hào)；選擇命令對(duì)應(yīng)控制水聲通信機(jī)，包含RS232基本設(shè)置命令、重置命令、噪聲設(shè)置命令、同步命令、電壓設(shè)置命令、喚醒設(shè)置及獲取命令、地址設(shè)置及獲取命令，這一系列的命令可以完成對(duì)水聲通信機(jī)的基本配置，獲取水聲通信機(jī)的基本信息；參數(shù)設(shè)置針對(duì)命令選擇的具體要求進(jìn)行更改，使得命令的執(zhí)行更為優(yōu)化，選擇性更強(qiáng)，得到的數(shù)據(jù)反饋信息也更為準(zhǔn)確；命令反饋是對(duì)應(yīng)命令選擇的一項(xiàng)功能，所反饋得到的數(shù)據(jù)信息將直接顯示在命令反饋區(qū)，供用戶直觀地觀測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果和分析數(shù)據(jù)。

1.3.3 數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)模塊

該子模塊主要由通信機(jī)一收發(fā)模塊、通信機(jī)二收發(fā)模塊組成，用戶能夠在該子功能模塊發(fā)送.txt格式的文件，并可即時(shí)清空數(shù)據(jù)顯示區(qū)的數(shù)據(jù)。通信機(jī)一的發(fā)送數(shù)據(jù)模塊可編輯用戶需要發(fā)送的信息或者.txt格式文件，在發(fā)送數(shù)據(jù)區(qū)域編輯的數(shù)據(jù)信息，通過按鍵“發(fā)送”，即可由通信機(jī)一發(fā)送給通信機(jī)二數(shù)據(jù)信息，通信機(jī)二將收到的信息顯示在其對(duì)應(yīng)的接收數(shù)據(jù)區(qū)域，用戶可對(duì)顯示的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并可即時(shí)清空數(shù)據(jù)，同時(shí)可以將接收到的數(shù)據(jù)保存為.txt文件。同理，當(dāng)通信機(jī)二向通信機(jī)一發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，通信機(jī)一對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)接受模塊將顯示通信機(jī)二發(fā)送的數(shù)據(jù)信息或者文件。該功能模塊主要實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)通信機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信功能，并對(duì)發(fā)送和接受的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而得出數(shù)據(jù)的相關(guān)結(jié)論。

1.3.4 狀態(tài)信息模塊

該子模塊主要由CTS、DSR、DCD、BREAK四個(gè)信號(hào)狀態(tài)組成。當(dāng)軟件運(yùn)行時(shí)，在狀態(tài)信息模塊上將顯示CTS、DSR、DCD、BREAK的信號(hào)狀態(tài)是“ON”還是“OFF”，便于用戶進(jìn)行觀測(cè)。

2 結(jié)語

針對(duì)現(xiàn)有的水聲通信機(jī)局限性和調(diào)試的不便性，設(shè)計(jì)了水聲通信遠(yuǎn)程在線控制系統(tǒng)，完成了系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)和相關(guān)的實(shí)驗(yàn)及調(diào)試工作，根據(jù)實(shí)驗(yàn)及調(diào)試的結(jié)果表明：該控制系統(tǒng)是可行的。該系統(tǒng)采用模塊化和基于串口服務(wù)器構(gòu)架的解決方案，具有操作簡單、擴(kuò)展方便等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)通信機(jī)的遠(yuǎn)程在線控制，極大的提高了配置效率，解決了調(diào)試的區(qū)域限制及調(diào)試方法繁瑣的問題。在原有的無線控制的基礎(chǔ)上，本控制系統(tǒng)可以擴(kuò)展相關(guān)功能，將控制系統(tǒng)接入互聯(lián)網(wǎng)，從而進(jìn)一步滿足實(shí)驗(yàn)室水下通信網(wǎng)絡(luò)教學(xué)以及工程用水下探測(cè)、海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域的需要。

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