基于TCP／IP的远程雷达配电系统

针对多台雷达远程配电需求，设计了一种基于TCP／IP通信协议和WinSock技术的系统解决方案，在介绍系统功能和数据交换策略的基础上，给出了以EIO控制模块为核心的硬件结构，并进一步详细阐述了客户端与服务器端面向连接服务的数据交换和监控软件的实现方法。本系统已在多个雷达站投入使用，较好地解决了多台雷达的远程配电要求，具有广泛的应用及推广价值。


0 引言


雷达通常一般设置在控制站附近，对雷达设备的配电控制通常是直接操作控制。而当各个雷达系统设置分散、距离雷达控制站达数十千米甚至几百千米，过去的直接控制方式已经不能满足远程控制的需求。某雷达控制站在高山海岛等配置了多套雷达设备，地点分散，每套雷达系统都包括接收、发射、信号处理、伺服控制以及空调等设备。由于高山海岛气候条件恶劣，设备无人值守，日常需要对各个雷达系统及其分系统进行配电、电网参数和环境进行监控管理。


基于此本文设计了一种以TCP／IP协议为网络基础，采用WinSock技术，实现对各个雷达进行远程配电的系统。

1 系统设计


本方案采用客户机／服务器(C／S)模式实现联网控制，上位监控计算机作为客户端，每个雷达设备配电开关的控制设备以及传感器和网络远程控制模块连接，网络远程控制模块作为服务器。系统组成如图1所示。其中每个服务器通过I／O接口和配电开关的控制接口连接，电力监控仪和温湿度传感器与服务器的串口连接。

上位监控计算机主要负责读取服务器端开关设备的状态和传感器数据，以及向服务器端发送用户的操作请求指令数据。服务器端负责接收上位机的数据，根据接收数据对配电开关进行控制，分时发送传感器渎数据请求，主动向连接的客户端发送设备状态数据。上位监控计算机与网络远程控制模块之间采用标准的TCP／IP通信协议进行通信和数据交换。


TCP／IP协议是目前广泛采用的一组完整的网络协议。WinSock是当前Windows平台上网络应用编程的标准接口，Socket接口是TCP／IP网络最为通用的API，也是在Internet上进行应用开发最为通用的API。实际上，Socket在计算机中提供了一个通信端口，可以通过这个端口与任何一个具有Socket接口的计算机通信。应用程序在网络上传输，接收的信息都通过这个Socket接口来实现。在应用开发中就像使用文件句柄一样可以对Socket句柄进行读、写操作。Socket是网络的I／O基础。应用程序在需要与远端主机连接时，会创建一个Socket，之后它就可以通过该Socket与远程应用程序建立连接。通过从Socket中读取数据以及写入数据来与远程应用通信。也就是本地程序通过Socket将信息传入网络，当信息进入网络后，网络协议会引导信息通过网络让远端程序访问它。类似地远端程序也可将信息输入Socket，信息将从那里通过网络回到本地程序，从而实现网络程序之间的通信。

2 硬件设计


系统的雷达设备端采用以太网数字IO(EIO)控制模块作为服务器。EIO控制模块是同时集成I／O控制和RS 232／RS 485串口服务器的以太网设备，具备开关量输出、开关量采集、串口服务器等功能，可同时替代I／O卡和串口服务器，客户端监控计算机按照Socket标准，通过TCP／IP连接与EIO控制模块进行通信。电力监控仪以及温湿度传感器等设备和EIO控制模块通过串口连接。


2．1 EIO控制模块


现代数据采集领域中，越来越多的现场采集设备需要扩展网络功能以实现远程控制和数据传输。以太网以其低成本，易于集成，传输距离远的优势使其得到了广泛应用。


EIO控制模块选用芯片W5100作为网络控制芯片，该芯片集成了高度成熟的TCP／IP协议栈、以太网MAC层、PHY层等，支持TCP，UDP，IPV 4，ICMP，ARP和IGMP等协议，这些协议已经在很多领域经过了多年的验证。同时它支持4个独立的Socket通信，内部1 6 KB的发送／接收缓冲区可快速进行数据交换，最大有效通信速率可达25 Mb／s。使用W5100不需要考虑以太网的控制，只需要进行简单的端口Socket编程，像访问外部存储器一样简单。它提供两种并行总线接口(直接总线与间接总线)以及串行SPI接口。W5100大大减少了硬件接口设计和网络编程的工作量，并且可以实现可靠稳定运行的远程数据通信系统。


EIO控制模块包括以下资源：
(1)输入：提供32路开关量输入(光电隔离)；
(2)输出：提供16路继电器开关量输出；
(3)控制通信：以太网TCP／IP或RS 485，RS 232；
(4)UART转TCP／IP：1路RS 485转TOP／IP等功能。
EIO控制模块结构系统框图如图2所示。通过单片CPU的串口协议转换后，EIO控制模块可以实现串口服务器功能，串口服务器是将来自TCP／IP协议的数据包，解析为串口数据流；反之，也可以将串口数据流打包成TCP／IP协议的数据包，从而实现数据的网络传输。