水声通信远程在线控制系统设计与实现

王晓亮　曾启帆　刘海军　蔡郭栋

摘 要：目前对水声通信机的设置都是依靠本地设置为主，通过数据线与电脑相连，进行与通信相关的设置。每次现场安装或重新设置等操作来说都会给工程人员带来很多不便和麻烦。为了解决这样的问题，基于RS232串口服务器，并通过虚拟COM口实现水声通信机的联网，在客户端设计了软件在线控制系统，实现了对通信机的远程在线控制，极大地提高了配置的效率。本文详细阐述了系统的工作原理与模型，完成了远程控制系统的软件设计。实验的结果表明：该控制系统可以对水声通信机实现远程在线控制。

关键词：水声通信机 串口服务器 远程控制系统

中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）10（c）-0007-02

水声通信技术在海洋工程领域有着较为广泛的应用，主要应用于海洋数据采集、环境污染监测、海洋勘探、灾难预警、水下设备的辅助导航等方面，具有极为重要的军用及民用意义。水声通信机作为水声通信远程在线控制系统的重要硬件组成部分，对监测到的数据及信息进行采集并反馈给远程在线控制系统的控制端。所以，如何开发一套水下信息网络教学综合实验平台，对于加深对水声通信网的理论认识，提高水声通信实验教学与科研相结合的程度，具有十分深远的意义。

水声通信远程控制系统的研制将教学与科研相结合，将水声信息测量，水声通信，水下信息网络及水下目标探测等多个方面的内容统一在一个仿真平台之下，有利于相关实验的开展，同时也能让学生系统的掌握水声通信，水下信息网及水下目标探测基本原理，该控制系统的建立也为海军国防生能够掌握声纳相关理论和实验提供了条件。整个实验系统实现了搭建一套由声信号产生、声信号的传输、声信号的采集、声信号的处理及声信息的获取等部分组成的完整的一套水声信息处理实验系统，同时能够实现水下信息与陆上处理系统的无线接入功能。

本文详细的阐述了该控制系统的硬件及软件设计、实验与功能。结果表明：该控制系统设计原理正确，方案可行。最后总结全文，对该水声通信远程在线控制系统的应用前景做出展望。

1 水声通信远程控制系统

1.1 远程控制系统设计

传统的水声通信机设置都是依靠本地设置为主，通过数据线与电脑相连，进行与通信相关的设置。但是这样的方式从在很多问题，比如水声通信机在水池安装，如果要多次进行数据传输，则每次需到现场进行配置，造成了人力资源的浪费和配置效率的低下。本文所设计系统主要完成对水声通信机的远程配置及通信过程中的数据监测和记录等功能。控制系统主要由水声通信机、串口服务器、无线路由设备、客户端控制系统四个部分组成。

1.2 水声通信控制系统硬件组成

该远程在线控制系统的硬件组成中，水声通信机和串口服务器是两个极为重要的组成部分。为满足控制系统的实验需求，选用了UVM2000H型号的水声通信机，该通信机具有先进的混合调制方案、信道均衡用于抵制多路径干扰、高效的误差纠错编码，并且能够自动速率适配，适应水平和垂直工作环境。串口服务器是一种连接串口通信设备的连接设备，能够提供简单方便的联网方式，不但可以保证现有的硬件资源，更确保未来网络的扩充可能性。串口服务器是水声通信控制系统的关键设备，它是连接客户端和通信机的媒介，完成通信机到客户端计算机的数据传输，并且支持RealCom、TCPSever、TCPclient、UDP等模式，满足客户端对于串口通信的模式要求。

如图1所示，当远程控制系统开始工作时，客户端计算机通过串口服务器对通信机发送命令，串口服务器通过串口对通信机1及通信机2实现操作。通信机1接受来自客户端的命令，通信机1立即对客户端命令做出反应，采集相关数据信息并传递给通信机2，通信机2收到来自于通信机1的信息，并通过串口反馈给串口服务器，串口服务器将数据直接反馈给客户端，从而在客户端上实现对水声通信机的远程控制。由于客户端实现了远程无线控制，所以极大地拓宽了控制的区域，解决了有线配置带来的弊端，大大提高了对水声通信机的配置效率。

1.3 水声通信控制系统软件设计

水声通信远程在线控制系统主要完成对水声通信机的配置，传输过程中的数据监测和记录。以一台串口服务器和两台UWM2000H水声通信机为硬件平台，综合设计开发的控制系统软件进行调试。其主要由端口设置模块、数据监测模块、终端控制模块、状态信息模块4个部分组成，如图2所示。

1.3.1 端口设置模块

该子模块由IP地址设置、端口号设置、波特率、数据位、停止位、校验方式、流量控制方式组成。IP地址为串口服务器的地址，跟串口服务器相连接的两台UMW2000H通信机的IP地址与该IP地址一致，IP地址可进行更改；端口号对应通信机所连接的端口，根据所连接的端口号的不同，如通信机1对应串口服务器的1口，通信机2对应串口服务器的2口，则对应端口号分别设置为1和2；波特率、数据位、停止位是该模块的基本数据修改功能，能够实现对相关参数的实时修改；校验方式和流量控制方式可由用户自行选择。

1.3.2 终端控制模块

该子模块主要由端口选择、命令选择、参数设置、命令反馈组成。端口可选端口一及端口二，分别对应端口设置模块中的端口号；选择命令对应控制水声通信机，包含RS232基本设置命令、重置命令、噪声设置命令、同步命令、电压设置命令、唤醒设置及获取命令、地址设置及获取命令，这一系列的命令可以完成对水声通信机的基本配置，获取水声通信机的基本信息；参数设置针对命令选择的具体要求进行更改，使得命令的执行更为优化，选择性更强，得到的数据反馈信息也更为准确；命令反馈是对应命令选择的一项功能，所反馈得到的数据信息将直接显示在命令反馈区，供用户直观地观测数据结果和分析数据。

1.3.3 数据监测模块

该子模块主要由通信机一收发模块、通信机二收发模块组成，用户能够在该子功能模块发送.txt格式的文件，并可即時清空数据显示区的数据。通信机一的发送数据模块可编辑用户需要发送的信息或者.txt格式文件，在发送数据区域编辑的数据信息，通过按键“发送”，即可由通信机一发送给通信机二数据信息，通信机二将收到的信息显示在其对应的接收数据区域，用户可对显示的数据进行分析并可即时清空数据，同时可以将接收到的数据保存为.txt文件。同理，当通信机二向通信机一发送数据时，通信机一对应的数据接受模块将显示通信机二发送的数据信息或者文件。该功能模块主要实现两台通信机之间的数据通信功能，并对发送和接受的数据进行分析，从而得出数据的相关结论。

1.3.4 状态信息模块

该子模块主要由CTS、DSR、DCD、BREAK四个信号状态组成。当软件运行时，在状态信息模块上将显示CTS、DSR、DCD、BREAK的信号状态是“ON”还是“OFF”，便于用户进行观测。

2 结语

针对现有的水声通信机局限性和调试的不便性，设计了水声通信远程在线控制系统，完成了系统的软硬件设计和相关的实验及调试工作，根据实验及调试的结果表明：该控制系统是可行的。该系统采用模块化和基于串口服务器构架的解决方案，具有操作简单、扩展方便等优点，实现了对通信机的远程在线控制，极大的提高了配置效率，解决了调试的区域限制及调试方法繁琐的问题。在原有的无线控制的基础上，本控制系统可以扩展相关功能，将控制系统接入互联网，从而进一步满足实验室水下通信网络教学以及工程用水下探测、海洋环境监测等领域的需要。

参考文献

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