聲納信號發(fā)生器通信控制模塊的設(shè)計與實現(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)練過程中，通常需要產(chǎn)生一些特殊波形，用于仿真實際信號波形。由于一般信號發(fā)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(xiàn)參訓(xùn)人員進行實時信號檢測。為了滿足訓(xùn)練需求和易操作性，提高維修訓(xùn)練效率，聲納信號信號發(fā)生器的通信控制采用客戶機/服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)模式?？蛻魴C/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)域的主要通信標準[1]。

1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

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。通過網(wǎng)線連接一臺服務(wù)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(shù)據(jù)傳輸。

網(wǎng)絡(luò)通信控制的對象是聲納信號發(fā)生器，該信號發(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100 kHz）、兩路12位模擬信號輸出、16路數(shù)字量輸入和輸出等特點，可通過VC++編程產(chǎn)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(xù)時間等參數(shù)在硬件允許范圍內(nèi)可根據(jù)用戶需求而設(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，選用電纜PCL-10168將板卡與接線端子板ADAM-3968相連，聲納信號發(fā)生器通過服務(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，從而實現(xiàn)任意波形輸出。

根據(jù)維修訓(xùn)練任務(wù)，客戶機通過高速局域網(wǎng)與服務(wù)器進行通信，將信號發(fā)生器的信號參數(shù)發(fā)送給服務(wù)器，服務(wù)器響應(yīng)客戶機的請求后，由接線端子板ADAM-3968輸出的相應(yīng)信號，經(jīng)信號調(diào)理后供維修訓(xùn)練人員檢測。

2 網(wǎng)絡(luò)通信控制的設(shè)計

2.1 WinSock網(wǎng)絡(luò)通信

WinSock定義了一套在Windows開發(fā)標準下的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)程序接口，并包含了針對Windows的擴展庫函數(shù)，使程序員能夠充分地利用消息驅(qū)動機制和異步網(wǎng)絡(luò)事件選擇方式進行編程。Windows Sockets進行網(wǎng)絡(luò)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(shù)進行了封裝，使用經(jīng)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(shù)進行重載，用戶可以在應(yīng)用程序中很方便地對套接字發(fā)送和接收數(shù)據(jù)等事件進行處理。

所有Winsock的實現(xiàn)都支持Stream Sockets（流式套接字）和 Datagram Sockets（數(shù)據(jù)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(jié)流傳輸、Datagram Sockets支持雙向的數(shù)據(jù)傳輸、提供不可靠的、無連接的數(shù)據(jù)報通信模式，不能保證數(shù)據(jù)準確傳輸。

2.2 客戶端/服務(wù)器模式

利用Socket進行網(wǎng)絡(luò)編程，涉及到C/S（客戶機/服務(wù)器）模式，即客戶端向服務(wù)器發(fā)出請求，服務(wù)器接收到請求后提供相應(yīng)的服務(wù).首先服務(wù)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(fā)出請求數(shù)據(jù)后，根據(jù)請求數(shù)據(jù)提供相應(yīng)服務(wù)。其次客戶機要等待服務(wù)器的接收應(yīng)答數(shù)據(jù)才可繼續(xù)提出請求。最后，當客戶機請求結(jié)束后方可關(guān)閉通信通道。

用戶可通過客戶機向服務(wù)器發(fā)送請求數(shù)據(jù)，服務(wù)器處理該請求并將該數(shù)據(jù)信息提取后，將信息參數(shù)傳遞給信號發(fā)生器，實現(xiàn)波形信號的產(chǎn)生。

3 程序設(shè)計思想

3.1 客戶機信息錄入方式

為滿足聲納裝備維修訓(xùn)練的要求，設(shè)計聲納信號數(shù)據(jù)庫時應(yīng)考慮可擴展性和通用性。因此，客戶端信號參數(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，有利于非專業(yè)人員在不修改程序的情況下，根據(jù)訓(xùn)練任務(wù)完成信號參數(shù)的設(shè)置。

3.2 客戶機與服務(wù)器通信

服務(wù)器[3]首先啟動，通過調(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（，使套接字做好偵聽準備，之后就調(diào)用accept（，來等待客戶機的連接；客戶機啟動后，創(chuàng)建套接字并調(diào)用connect（，和服務(wù)器建立連接，客戶機和服務(wù)器之間就可以調(diào)用receive（，和send（，來收發(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)器接收來自客戶端的數(shù)據(jù)信息后，寫入到寄存器中，通過PCI-1711卡的軟件觸發(fā)編程方式，查詢寄存器實現(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，實現(xiàn)變量的賦值，從而控制信號發(fā)生器的信號輸出。

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)用實例

下面結(jié)合本人課題中的聲納信號發(fā)生器通信控制部分，通過一個客戶機/服務(wù)器模式的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序，在VC開發(fā)平臺上實現(xiàn)本系統(tǒng)功能[4-6]。主要程序代碼如下：

創(chuàng)建服務(wù)器對話框并對套接字進行初始化，然后服務(wù)器開始偵聽客戶機的連接。

客戶機也建立一個套接字，設(shè)置服務(wù)器IP和端口號，在與服務(wù)器建立連接后，將線路的狀態(tài)信息發(fā)送給服務(wù)器端。

客戶機讀取表格數(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VC對文本文件的讀取操作，實現(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)以確認數(shù)據(jù)收發(fā)正確，保證通信正常，同時將數(shù)據(jù)寫入文本文件，再將該文本文件中的數(shù)據(jù)信息讀入到信號發(fā)生函數(shù)的相應(yīng)變量中，實現(xiàn)信號發(fā)生器指定信號的輸出。

客戶機/服務(wù)器實現(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

介紹了在客戶機/服務(wù)器模式下，運用Winsock網(wǎng)絡(luò)編程技術(shù)，通過網(wǎng)絡(luò)通信實現(xiàn)聲納信號發(fā)生器的控制。模塊設(shè)計從聲納維修訓(xùn)練的需求出發(fā)，結(jié)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(jié)果說明該通信控制的設(shè)計方案合理，采用的軟件開發(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Fig.4 Sine signal

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