摘要：針對多臺雷達遠程配電需求，設計了一種基于TCP／IP通信協(xié)議和WinSock技術的系統(tǒng)解決方案，在介紹系統(tǒng)功能和數(shù)據(jù)交換策略的基礎上，給出了以EIO控制模塊為核心的硬件結構，并進一步詳細闡述了客戶端與服務器端面向連接服務的數(shù)據(jù)交換和監(jiān)控軟件的實現(xiàn)方法。本系統(tǒng)已在多個雷達站投入使用，較好地解決了多臺雷達的遠程配電要求，具有廣泛的應用及推廣價值。
關鍵詞：雷達；TCP／IP協(xié)議；遠程配電；EIO控制模塊

0 引言
    雷達通常一般設置在控制站附近，對雷達設備的配電控制通常是直接操作控制。而當各個雷達系統(tǒng)設置分散、距離雷達控制站達數(shù)十千米甚至幾百千米，過去的直接控制方式已經(jīng)不能滿足遠程控制的需求。某雷達控制站在高山海島等配置了多套雷達設備，地點分散，每套雷達系統(tǒng)都包括接收、發(fā)射、信號處理、伺服控制以及空調等設備。由于高山海島氣候條件惡劣，設備無人值守，日常需要對各個雷達系統(tǒng)及其分系統(tǒng)進行配電、電網(wǎng)參數(shù)和環(huán)境進行監(jiān)控管理。
    基于此本文設計了一種以TCP／IP協(xié)議為網(wǎng)絡基礎，采用WinSock技術，實現(xiàn)對各個雷達進行遠程配電的系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)設計
    本方案采用客戶機／服務器(C／S)模式實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)控制，上位監(jiān)控計算機作為客戶端，每個雷達設備配電開關的控制設備以及傳感器和網(wǎng)絡遠程控制模塊連接，網(wǎng)絡遠程控制模塊作為服務器。系統(tǒng)組成如圖1所示。其中每個服務器通過I／O接口和配電開關的控制接口連接，電力監(jiān)控儀和溫濕度傳感器與服務器的串口連接。

    上位監(jiān)控計算機主要負責讀取服務器端開關設備的狀態(tài)和傳感器數(shù)據(jù)，以及向服務器端發(fā)送用戶的操作請求指令數(shù)據(jù)。服務器端負責接收上位機的數(shù)據(jù)，根據(jù)接收數(shù)據(jù)對配電開關進行控制，分時發(fā)送傳感器瀆數(shù)據(jù)請求，主動向連接的客戶端發(fā)送設備狀態(tài)數(shù)據(jù)。上位監(jiān)控計算機與網(wǎng)絡遠程控制模塊之間采用標準的TCP／IP通信協(xié)議進行通信和數(shù)據(jù)交換。
    TCP／IP協(xié)議是目前廣泛采用的一組完整的網(wǎng)絡協(xié)議。WinSock是當前Windows平臺上網(wǎng)絡應用編程的標準接口，Socket接口是TCP／IP網(wǎng)絡最為通用的API，也是在Internet上進行應用開發(fā)最為通用的API。實際上，Socket在計算機中提供了一個通信端口，可以通過這個端口與任何一個具有Socket接口的計算機通信。應用程序在網(wǎng)絡上傳輸，接收的信息都通過這個Socket接口來實現(xiàn)。在應用開發(fā)中就像使用文件句柄一樣可以對Socket句柄進行讀、寫操作。Socket是網(wǎng)絡的I／O基礎。應用程序在需要與遠端主機連接時，會創(chuàng)建一個Socket，之后它就可以通過該Socket與遠程應用程序建立連接。通過從Socket中讀取數(shù)據(jù)以及寫入數(shù)據(jù)來與遠程應用通信。也就是本地程序通過Socket將信息傳入網(wǎng)絡，當信息進入網(wǎng)絡后，網(wǎng)絡協(xié)議會引導信息通過網(wǎng)絡讓遠端程序訪問它。類似地遠端程序也可將信息輸入Socket，信息將從那里通過網(wǎng)絡回到本地程序，從而實現(xiàn)網(wǎng)絡程序之間的通信。

2 硬件設計
    系統(tǒng)的雷達設備端采用以太網(wǎng)數(shù)字IO(EIO)控制模塊作為服務器。EIO控制模塊是同時集成I／O控制和RS 232／RS 485串口服務器的以太網(wǎng)設備，具備開關量輸出、開關量采集、串口服務器等功能，可同時替代I／O卡和串口服務器，客戶端監(jiān)控計算機按照Socket標準，通過TCP／IP連接與EIO控制模塊進行通信。電力監(jiān)控儀以及溫濕度傳感器等設備和EIO控制模塊通過串口連接。
2．1 EIO控制模塊
    現(xiàn)代數(shù)據(jù)采集領域中，越來越多的現(xiàn)場采集設備需要擴展網(wǎng)絡功能以實現(xiàn)遠程控制和數(shù)據(jù)傳輸。以太網(wǎng)以其低成本，易于集成，傳輸距離遠的優(yōu)勢使其得到了廣泛應用。
    EIO控制模塊選用芯片W5100作為網(wǎng)絡控制芯片，該芯片集成了高度成熟的TCP／IP協(xié)議棧、以太網(wǎng)MAC層、PHY層等，支持TCP，UDP，IPV 4，ICMP，ARP和IGMP等協(xié)議，這些協(xié)議已經(jīng)在很多領域經(jīng)過了多年的驗證。同時它支持4個獨立的Socket通信，內部1 6 KB的發(fā)送／接收緩沖區(qū)可快速進行數(shù)據(jù)交換，最大有效通信速率可達25 Mb／s。使用W5100不需要考慮以太網(wǎng)的控制，只需要進行簡單的端口Socket編程，像訪問外部存儲器一樣簡單。它提供兩種并行總線接口(直接總線與間接總線)以及串行SPI接口。W5100大大減少了硬件接口設計和網(wǎng)絡編程的工作量，并且可以實現(xiàn)可靠穩(wěn)定運行的遠程數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。
    EIO控制模塊包括以下資源：
    (1)輸入：提供32路開關量輸入(光電隔離)；
    (2)輸出：提供16路繼電器開關量輸出；
    (3)控制通信：以太網(wǎng)TCP／IP或RS 485，RS 232；
    (4)UART轉TCP／IP：1路RS 485轉TOP／IP等功能。
    EIO控制模塊結構系統(tǒng)框圖如圖2所示。通過單片CPU的串口協(xié)議轉換后，EIO控制模塊可以實現(xiàn)串口服務器功能，串口服務器是將來自TCP／IP協(xié)議的數(shù)據(jù)包，解析為串口數(shù)據(jù)流；反之，也可以將串口數(shù)據(jù)流打包成TCP／IP協(xié)議的數(shù)據(jù)包，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡傳輸。

    EIO控制模塊上電之初需要對內部器件進行初始化操作，當然需要對網(wǎng)絡芯片進行初始化，包括設置本機IP地址、子網(wǎng)掩碼，發(fā)送緩沖區(qū)和接收緩沖區(qū)的大小設置等，然后設置Socket工作模式，具體如下：
    (1)初始化芯片，在W5100內部寄存器中設置MAC地址、IP地址、子網(wǎng)掩碼和網(wǎng)關等；
    (2)建立Socket連接，可以設置為Server方式或者Client方式；
    (3)建立1個TCP連接，或者UDP連接；
    (4)通過TCP Socket接收和發(fā)送數(shù)據(jù)；
    (5)關閉Socket。
2．2 配電開關與傳感器
    選擇可以通過開關量進行控制，同時可以提供狀態(tài)指示的開關作為被控設備配電開關。
    主進線開關選用施耐德Compact NS100塑殼斷路器，該開關為模塊化設計，提供可靠的觸頭指示，具有隔離功能，符合IEC60947-1，2標準。配有電動操作機構，可自動化進行開合閘控制。它具有過載保護、短路保護、接地保護等保護功能。裝有輔助觸頭模塊，可提供以OF(指示斷路器的觸頭位置)、SD(脫扣指示)、SDE(故障顯示)等。
    各支路開關選用施耐德Multi9系列C65N型小型斷路器，它具有短路保護及過載保護功能。裝配有OF狀態(tài)指示接點和SD報警接點，可為系統(tǒng)提供開關狀態(tài)指示及報警指示。配有遠動控制附件Tm，Tm遠動控制附件通過控制指令可實現(xiàn)對負載的通斷控制。
    采用維博公司生產(chǎn)的WB51GR01智能電量傳感器對供電系統(tǒng)電力參數(shù)進行監(jiān)測，以及選用WB43RS智能溫適度傳感器對環(huán)境溫度和濕度進行監(jiān)測，電力監(jiān)控儀和溫濕度傳感器都采用工業(yè)標準的RS 485通信接口和MODBUS通信協(xié)議。

3 軟件設計
    監(jiān)控計算機(客戶端)和遠程EIO控制模塊(服務端)之間采用計算機網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)通信，具有通信可靠和速度快(10 Mb／s以上)的優(yōu)點。
    EIO控制模塊的軟件采用C51編程語言進行編寫，主要負責處理網(wǎng)絡協(xié)議芯片參數(shù)的配置，處理串口數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡報文數(shù)據(jù)的轉換，以及IO控制請求報文數(shù)據(jù)的轉換和控制等，程序固化在單片CPU中。把IO端口和串口的控制設為兩個Socket端口，端口號分別為5100和6020，其中IO端口數(shù)據(jù)發(fā)生變化時主動向連接的客戶端發(fā)送報文，正常情況下定時發(fā)送IO狀態(tài)報文。串口端口接收到客戶端請求后，在串口得到響應后發(fā)送報文。
    監(jiān)控計算機控制軟件在Windows XP環(huán)境下采用Visual C++6．0工具進行編寫。Winsocket為Windows下網(wǎng)絡異步通信提供了一種方便開發(fā)和運行的環(huán)境，網(wǎng)絡應用程序不直接與TCP／IP核心打交道，而與網(wǎng)絡應用編程界面Socket打交道。CAsyncsocket類是CObject類的派生類，封裝了Windows套接字API函數(shù)。它被集成在MFC類庫中，從而將面向對象的方法與Windows套接字聯(lián)系在一起。在本程序中，使用的是CSocket類。CSocket類是CAsyncsocket類的派生類，與CAsyncsocket類相比，CSocket類提供了更高層次的套接字支持。也就是說，使用CSocket類可以忽略網(wǎng)絡通信中的細節(jié)，比如創(chuàng)建窗口、消息發(fā)送和消息綁定等。使用CSocket類實現(xiàn)網(wǎng)絡間數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，沒有使用傳統(tǒng)的send與recv函數(shù)，而是使用CSocket類、CSocketFiIe類與CA rchive類協(xié)同工作，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。
    在遠程網(wǎng)絡通信模塊中，按照Client／Server模式采用面向連接的服務，其套接字調用順序如圖3所示。

    不管在客戶端還是服務器端，發(fā)送數(shù)據(jù)都是主動的，而接收數(shù)據(jù)都是被動的。服務器創(chuàng)建一個監(jiān)聽線程，隨時監(jiān)聽是否有客戶的連接要求，并決定是否要響應該請求，如響應，則建立Socket來處理客戶的數(shù)據(jù)通信請求，客戶端也相應建立Socket來接收服務器傳來的數(shù)據(jù)。作為客戶端需要處理的網(wǎng)絡事件有：FD_CONNECT．FD_CLOSE，F(xiàn)D_READ，F(xiàn)D_WRITE。在客戶端應用程序中自定義CMySocket類，根據(jù)用戶對控制站點的需要，建立CMySocket對象，用于發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。監(jiān)控計算機建立數(shù)據(jù)庫，提供系統(tǒng)日記數(shù)據(jù)記錄功能。監(jiān)控計算機(客戶端)軟件設計流程如圖4所示，通過編寫開關、儀表等控件，優(yōu)化軟件界面設計，監(jiān)控計算機軟件設計界面如圖5所示。

4 結語
    隨著現(xiàn)代雷達對遠端設備無人值守、智能化功能要求的不斷提高，以及車載雷達系統(tǒng)高機動性的需求，對雷達整機的重要組成部分配電系統(tǒng)的設計也帶來了數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡化的更高要求。本文設計的應用系統(tǒng)，在監(jiān)控計算機和各個雷達站點的EIO控制模塊之間采用標準的TCP／IP通信協(xié)議，針對客戶機／服務器模式，將Windows Socket編程技術應用于站間通信，給出了系統(tǒng)總體設計方案及軟件設計，實現(xiàn)了多臺雷達的遠程配電，為類似的遠程控制方案設計提供了一個借鑒。本文設計的遠程配電系統(tǒng)已在多個雷達站投入使用，實際使用結果表明：本系統(tǒng)具有運行穩(wěn)定，數(shù)據(jù)傳輸高效、可靠，界面美觀，人機對話友善、擴展性好等優(yōu)點。