水聲通信遠程在線控制系統設計與實現

王曉亮　曾啟帆　劉海軍　蔡郭棟

摘 要：目前對水聲通信機的設置都是依靠本地設置為主，通過數據線與電腦相連，進行與通信相關的設置。每次現場安裝或重新設置等操作來說都會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串口服務器，并通過虛擬COM口實現水聲通信機的聯網，在客戶端設計了軟件在線控制系統，實現了對通信機的遠程在線控制，極大地提高了配置的效率。本文詳細闡述了系統的工作原理與模型，完成了遠程控制系統的軟件設計。實驗的結果表明：該控制系統可以對水聲通信機實現遠程在線控制。

關鍵詞：水聲通信機 串口服務器 遠程控制系統

中圖分類號：TP3 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）10（c）-0007-02

水聲通信技術在海洋工程領域有著較為廣泛的應用，主要應用于海洋數據采集、環境污染監測、海洋勘探、災難預警、水下設備的輔助導航等方面，具有極為重要的軍用及民用意義。水聲通信機作為水聲通信遠程在線控制系統的重要硬件組成部分，對監測到的數據及信息進行采集并反饋給遠程在線控制系統的控制端。所以，如何開發一套水下信息網絡教學綜合實驗平臺，對于加深對水聲通信網的理論認識，提高水聲通信實驗教學與科研相結合的程度，具有十分深遠的意義。

水聲通信遠程控制系統的研制將教學與科研相結合，將水聲信息測量，水聲通信，水下信息網絡及水下目標探測等多個方面的內容統一在一個仿真平臺之下，有利于相關實驗的開展，同時也能讓學生系統的掌握水聲通信，水下信息網及水下目標探測基本原理，該控制系統的建立也為海軍國防生能夠掌握聲納相關理論和實驗提供了條件。整個實驗系統實現了搭建一套由聲信號產生、聲信號的傳輸、聲信號的采集、聲信號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驗系統，同時能夠實現水下信息與陸上處理系統的無線接入功能。

本文詳細的闡述了該控制系統的硬件及軟件設計、實驗與功能。結果表明：該控制系統設計原理正確，方案可行。最后總結全文，對該水聲通信遠程在線控制系統的應用前景做出展望。

1 水聲通信遠程控制系統

1.1 遠程控制系統設計

傳統的水聲通信機設置都是依靠本地設置為主，通過數據線與電腦相連，進行與通信相關的設置。但是這樣的方式從在很多問題，比如水聲通信機在水池安裝，如果要多次進行數據傳輸，則每次需到現場進行配置，造成了人力資源的浪費和配置效率的低下。本文所設計系統主要完成對水聲通信機的遠程配置及通信過程中的數據監測和記錄等功能。控制系統主要由水聲通信機、串口服務器、無線路由設備、客戶端控制系統四個部分組成。

1.2 水聲通信控制系統硬件組成

該遠程在線控制系統的硬件組成中，水聲通信機和串口服務器是兩個極為重要的組成部分。為滿足控制系統的實驗需求，選用了UVM2000H型號的水聲通信機，該通信機具有先進的混合調制方案、信道均衡用于抵制多路徑干擾、高效的誤差糾錯編碼，并且能夠自動速率適配，適應水平和垂直工作環境。串口服務器是一種連接串口通信設備的連接設備，能夠提供簡單方便的聯網方式，不但可以保證現有的硬件資源，更確保未來網絡的擴充可能性。串口服務器是水聲通信控制系統的關鍵設備，它是連接客戶端和通信機的媒介，完成通信機到客戶端計算機的數據傳輸，并且支持RealCom、TCPSever、TCPclient、UDP等模式，滿足客戶端對于串口通信的模式要求。

如圖1所示，當遠程控制系統開始工作時，客戶端計算機通過串口服務器對通信機發送命令，串口服務器通過串口對通信機1及通信機2實現操作。通信機1接受來自客戶端的命令，通信機1立即對客戶端命令做出反應，采集相關數據信息并傳遞給通信機2，通信機2收到來自于通信機1的信息，并通過串口反饋給串口服務器，串口服務器將數據直接反饋給客戶端，從而在客戶端上實現對水聲通信機的遠程控制。由于客戶端實現了遠程無線控制，所以極大地拓寬了控制的區域，解決了有線配置帶來的弊端，大大提高了對水聲通信機的配置效率。

1.3 水聲通信控制系統軟件設計

水聲通信遠程在線控制系統主要完成對水聲通信機的配置，傳輸過程中的數據監測和記錄。以一臺串口服務器和兩臺UWM2000H水聲通信機為硬件平臺，綜合設計開發的控制系統軟件進行調試。其主要由端口設置模塊、數據監測模塊、終端控制模塊、狀態信息模塊4個部分組成，如圖2所示。

1.3.1 端口設置模塊

該子模塊由IP地址設置、端口號設置、波特率、數據位、停止位、校驗方式、流量控制方式組成。IP地址為串口服務器的地址，跟串口服務器相連接的兩臺UMW2000H通信機的IP地址與該IP地址一致，IP地址可進行更改；端口號對應通信機所連接的端口，根據所連接的端口號的不同，如通信機1對應串口服務器的1口，通信機2對應串口服務器的2口，則對應端口號分別設置為1和2；波特率、數據位、停止位是該模塊的基本數據修改功能，能夠實現對相關參數的實時修改；校驗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、參數設置、命令反饋組成。端口可選端口一及端口二，分別對應端口設置模塊中的端口號；選擇命令對應控制水聲通信機，包含RS232基本設置命令、重置命令、噪聲設置命令、同步命令、電壓設置命令、喚醒設置及獲取命令、地址設置及獲取命令，這一系列的命令可以完成對水聲通信機的基本配置，獲取水聲通信機的基本信息；參數設置針對命令選擇的具體要求進行更改，使得命令的執行更為優化，選擇性更強，得到的數據反饋信息也更為準確；命令反饋是對應命令選擇的一項功能，所反饋得到的數據信息將直接顯示在命令反饋區，供用戶直觀地觀測數據結果和分析數據。

1.3.3 數據監測模塊

該子模塊主要由通信機一收發模塊、通信機二收發模塊組成，用戶能夠在該子功能模塊發送.txt格式的文件，并可即時清空數據顯示區的數據。通信機一的發送數據模塊可編輯用戶需要發送的信息或者.txt格式文件，在發送數據區域編輯的數據信息，通過按鍵“發送”，即可由通信機一發送給通信機二數據信息，通信機二將收到的信息顯示在其對應的接收數據區域，用戶可對顯示的數據進行分析并可即時清空數據，同時可以將接收到的數據保存為.txt文件。同理，當通信機二向通信機一發送數據時，通信機一對應的數據接受模塊將顯示通信機二發送的數據信息或者文件。該功能模塊主要實現兩臺通信機之間的數據通信功能，并對發送和接受的數據進行分析，從而得出數據的相關結論。

1.3.4 狀態信息模塊

該子模塊主要由CTS、DSR、DCD、BREAK四個信號狀態組成。當軟件運行時，在狀態信息模塊上將顯示CTS、DSR、DCD、BREAK的信號狀態是“ON”還是“OFF”，便于用戶進行觀測。

2 結語

針對現有的水聲通信機局限性和調試的不便性，設計了水聲通信遠程在線控制系統，完成了系統的軟硬件設計和相關的實驗及調試工作，根據實驗及調試的結果表明：該控制系統是可行的。該系統采用模塊化和基于串口服務器構架的解決方案，具有操作簡單、擴展方便等優點，實現了對通信機的遠程在線控制，極大的提高了配置效率，解決了調試的區域限制及調試方法繁瑣的問題。在原有的無線控制的基礎上，本控制系統可以擴展相關功能，將控制系統接入互聯網，從而進一步滿足實驗室水下通信網絡教學以及工程用水下探測、海洋環境監測等領域的需要。

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