外場光電測控是一種野外環(huán)境下進(jìn)行的遠(yuǎn)距離非接觸式的測量，系統(tǒng)由于本身所含分系統(tǒng)數(shù)量多，通信復(fù)雜，無法實現(xiàn)光電測控系統(tǒng)的統(tǒng)一控制，完全發(fā)揮其自身功能。針對通信方式多樣化以及對于某些外場中具有危險性的測量試驗、氣候條件不適合人員操作的惡劣環(huán)境，設(shè)計了基于以太網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程測控系統(tǒng)完成測量試驗。
通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行測量和數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)處理中心可以遠(yuǎn)程監(jiān)視試驗過程、獲取試驗數(shù)據(jù)，是測控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展趨勢。這種方式使測控跨越了空間和時間的界限，與傳統(tǒng)儀器和測控方式相比，是一個質(zhì)的飛躍，而且還能實現(xiàn)測控設(shè)備和測控信息等測控資源的共享。
1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)
由于C／S（客戶端／服務(wù)器）模式交互性強，實時性和靈活性好，具有強壯的數(shù)據(jù)操縱和事務(wù)處理能力，采用的協(xié)議其專用性和封閉性使得整個C／S模式系統(tǒng)相對安全，所以本系統(tǒng)采用TCP／IP協(xié)議，基于C／S的操作模式。這種方式隱含了客戶端／服務(wù)器間硬件資源的不平等以及通信時的非對稱性。在實際測控中，多臺光電測控設(shè)備在不同站點同時進(jìn)行測量，數(shù)據(jù)處理中心對多個測量站進(jìn)行協(xié)調(diào)和監(jiān)控，即為一客戶端對多服務(wù)器的結(jié)構(gòu)（客戶端為數(shù)據(jù)處理中心）。
由于系統(tǒng)要求保留原有的本地控制功能，而且基于以太網(wǎng)的遠(yuǎn)程測控因網(wǎng)絡(luò)傳輸不能達(dá)到十分嚴(yán)格的實時控制要求，因此，本方案采用保持型與完成型結(jié)合的遠(yuǎn)程監(jiān)控方式，將客戶端置于反饋回路之外。遠(yuǎn)程測控原理如圖1所示，客戶端監(jiān)控程序發(fā)送控制命令和試驗參數(shù)給服務(wù)器端設(shè)備控制程序，設(shè)備控制程序通過本地總線完成設(shè)備的運動控制和測量操作，并將執(zhí)行結(jié)果返回給客戶端用戶。客戶端控制各測最現(xiàn)場試驗過程的進(jìn)行并全程監(jiān)控，一方面，利用UDP協(xié)議和雙緩沖技術(shù)，對測量現(xiàn)場計算機的工作狀況進(jìn)行監(jiān)控，另一方面，每臺光電測控設(shè)備配有彩色監(jiān)視攝像機，客戶端用戶可以通過傳回的圖像了解測量現(xiàn)場概況。必要時可以修改試驗參數(shù)，對試驗過程進(jìn)行干涉，客戶端還可以通過網(wǎng)絡(luò)采集設(shè)備狀態(tài)信息，進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷。
圖2 客戶端與服務(wù)器端程序交互流程圖
2.1.1 多線程并發(fā)技術(shù)
在遠(yuǎn)程測控過程中，會有大量的圖像及數(shù)據(jù)文件需要傳輸，網(wǎng)絡(luò)通信必然會對需要同時進(jìn)行的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理及人機交互產(chǎn)生影響。多線程技術(shù)可以提高客戶機與服務(wù)器的并發(fā)處理能力，更有效地解決了網(wǎng)絡(luò)傳輸阻塞問題，避免部分阻塞操作對人機界面的影響并提高程序的運行效率。本系統(tǒng)中客戶端和服務(wù)器均使用一個用戶界面線程和多個輔助工作線程相結(jié)合的設(shè)計。服務(wù)器端多線程主要完成監(jiān)聽連接、命令處理、采集、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)傳輸，客戶端主線程負(fù)責(zé)窗口信息和界面的維護，工作線程負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)的顯示及處理等功能。
2.1.2 系統(tǒng)通信協(xié)議
從客戶端連接服務(wù)器然后開始遠(yuǎn)程實驗，直到試驗結(jié)束，整個過程中，客戶端和服務(wù)器的數(shù)據(jù)交換是程序的重點問題?？蛻舳艘蚍?wù)器傳遞試驗信息、控制參數(shù)、各種服務(wù)請求，服務(wù)器要向客戶端傳遞試驗結(jié)果、系統(tǒng)狀態(tài)、查詢試驗結(jié)果等。程序必須保證所有的數(shù)據(jù)有條不紊地傳遞而且可以被對方正確地接收和存取。然而，在Winsock基礎(chǔ)上開發(fā)的服務(wù)器與客戶端之間傳送的只是字節(jié)流，要進(jìn)行控制就必須將這些字節(jié)流轉(zhuǎn)換為有意義的控制指令信息，因此必須約定雙方數(shù)據(jù)通信的協(xié)議。
通信協(xié)議的復(fù)雜程度取決于控制系統(tǒng)的復(fù)雜程度，分為客戶端協(xié)議和服務(wù)器協(xié)議，主要交互命令控制、命令響應(yīng)及圖像數(shù)據(jù)等，表1列舉了簡單的命令控制協(xié)議和圖像數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議。
表1 控制協(xié)議與圖象數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議
2.2 系統(tǒng)實現(xiàn)
控制命令的數(shù)據(jù)量比較小，且要求傳輸可靠性高，實時性好，在對單臺和多臺服務(wù)器控制過程中使用靈活，數(shù)據(jù)文件也要求傳輸?shù)母呖煽啃?，因此本系統(tǒng)在傳輸層選擇TCP協(xié)議?；赥CP協(xié)議的Winsock技術(shù)是C／S模型中的核心技術(shù)，有阻塞和非阻塞兩種方式。阻塞方式使用簡單，當(dāng)收發(fā)函數(shù)在被調(diào)用后一直要等到傳輸完畢或出錯才能返回，阻塞期間，除了等待網(wǎng)絡(luò)操作的完成不能進(jìn)行任何操作；非阻塞方式又稱異步方式，數(shù)據(jù)收發(fā)函數(shù)調(diào)用后立即返回，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)傳輸完成后，Winsock給應(yīng)用程序發(fā)送一個消息，通知操作完成，可以根據(jù)發(fā)送的消息傳出的參數(shù)判斷操作是否正常，這種方式下，關(guān)鍵的問題是如何確定網(wǎng)絡(luò)事件何時發(fā)生。Winsock提供了一種WSAEventSelect異步L／O模型，它是經(jīng)由事件對象句柄通知的，允許應(yīng)用程序在一個或者多個套接字上接收基于事件的網(wǎng)絡(luò)通知，接收FD_XXX類型的網(wǎng)絡(luò)事件。
另外，利用多線程進(jìn)行程序設(shè)計時，要充分考慮到并發(fā)性、安全性等問題，才能提高程序及系統(tǒng)的效率。在bbbbbbs環(huán)境提供的一系列同步措施中，事件對象是比較靈活的，有受信和非受信兩種狀態(tài)，只有事件對象受信才能激活線程工作。
下面代碼示例了服務(wù)器端利用Winsock技術(shù)以異步方式接收到控制命令，按定義的協(xié)議對命令進(jìn)行解釋，觸發(fā)線程執(zhí)行相應(yīng)的采集操作。
3 結(jié)束語
本系統(tǒng)根據(jù)Winsock編程原理，結(jié)合多線程編程技術(shù)，針對外場光電測控設(shè)備實現(xiàn)的遠(yuǎn)程測控系統(tǒng)，通過在專用工具軟件中添加相應(yīng)的遠(yuǎn)程控制命令，實現(xiàn)了不能或不適合直接由人工完成的操作，既可以提高效率又可以減少不必要的人員傷亡，在實際應(yīng)用中效果良好。這也為外場測控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化奠定基礎(chǔ)。
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