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摘要 基于以太网技术的应变测量系统 摘要 本文设计了一个基于以太网的远控、数字化应变测量系统。系统包括现场测量功 能节点和远端测控终端两部分。现场测量功能节点在实验现场接收应变传感器检测的 应变信号，按测控终端的指令进行适当的信号调理，完成信号数据采集并通过网络上 传；远端测控终端主要负责远程启动现场测量功能节点的调零、采样，远程设置电桥 桥压、放大增益、滤波截至频率、采样频率等参数，并从网络获取现场节点上传的测 量数据。远端测控终端通过以太网与多个现场测量功能节点通讯，传输数据和控制命 令。 现场测量功能节点的微控制器采用m i e r o c h i p 公司的8 位单片机p i c l 6 f 8 7 6 。主 要控制应变测量与调理电路中的放大、滤波、调零、a d 转换等硬件协同、智能地工 作，并通过串口接收和发送数据。串口数据采用打包的形式连续发送，以适应以太网 的传输特点，提高传输速度。i n t e m e t 接入服务器z n e 1 0 0 t 模块为现场测量功能 节点提供以太网功能，实现串行接口和以太网接口之间数据的转换。现场测量功能节 点的软件利用c 语言开发。远端测控终端由p c 机在w i n d o w s 操作系统下实现，应 用软件使用v i s u a lc + + 6 0 和w i n d o w ss o c k e t s 开发，以提供发送和接收数据的人机操 作界面。 本文对整个系统的设计以及试验结果等方面进行了比较详细的叙述。 关键词：应变测量，信号调理，单片机，以太网，i n t e m e t 接入服务器 a b s t r a c t 基于以太网技术的应变测量系统 a b s t r a c t as t r a i nm e a s u r i n gs y s t e mi sd e s i g n e d ，b a s e do ne t h e m e t , f e a t u r e d 、) i ，i mt e l e c o n t r o l a n dd i g i t a l i z a t i o n t h e r ea ret w op a r t s ：f i e l dm e a s u r i n gn o d ea n dd i s t a n tc o n t r o l l i n g t e r m i n a l t h ef i e l dm e a s u r i n gn o d er e c e i v e ss i g n a lf r o mt h es t r a i ns e n s o r , d o e s c o n d i t i o n i n gt oi ta c c o r d i n gt ot h ec o m m a n d sf r o mt h ed i s t a n tc o n t r o l l i n gt e r m i n a l ，a n d t h e nu p l o a d st h em e a s u r i n gr e s u l t st ot h ee t h e m e t o nt h eo t h e rs i d e , t h ed i s t a n t c o n t r o l l i n gt e r m i n a lt a k e sc h a r g eo ft h ef i e l dn o d eb ys t a r t i n gi t sz e r o i n g ，s a m p l i n g ，a l s o b ys e t t i n gi t sp a r a m e t e r ss u c ha sp o w e ro f b r i d g e ，a m p l i f i e rm u l t i p l e ，c u tf r e q u e n c e ，s a m p l e f f e q u e n c e t h et e r m i n a ld o w n l o a d st h er e s u l t sf r o mt h ee t h e r n e t t h et e r m i n a la n dm o r e t h a no n en o d e sc o m m u n i c a t eo ne t h e m e t ，w i t hd a t aa n dc o m m a n d st r a n s m i t t e do ni t p i c16 f 8 7 6 ，a l l8 - b i t s i n g l e - c h i p m i c y o c of r o mm i c r o c h i pt e c h n o l o g y , i s i m p l e m e n t e da st h em c uo ff i e l dn o d e i tc o n t r o l st h eh a r d w a r eo fa m p l i f i e r , f i l t e r , z e r o i n gc i r c u i t ，a dc o n v e r t e rt ow o r kc o o p e r a t i v e l ya n di n t e l l i g e n t l y d a t ai st r a n s m i t t e d b yi t ss e r i a lc o m m u n i c a t i o ni n t e r f a c e t ob es u i t a b l ef o re t h e m e t , d a t ai ns c ii sp a c k e t e d a n dt r a n s m i t t e dc o n t i n u o u s l y i n t e m e td e v i c ea c c e s ss e r v e r w z n e 一10 0 tf a c i l i t a t e sf i e l d m e a s u r i n gn o d ew i t he t h e m e tf u n c t i o n t h ef i r m w a r eo ft h en o d ei sd e v e l o p e di nc l a n g u a g e p cw o r k sa st h ed i s t a n tc o n t r o l l i n gt e r m i n a l i t sa p p l i c a t i o ns o f t w a r ei s d e v e l o p e di nv i s u a lc + + 6 0a n dw i n d o w ss o c k e t s ，t op r o v i d et h eu s e r s o p e r a t i n g i n t e r f a c eo f r e c e i v i n ga n ds e n d i n g d a t a t h ed e t a i l d e s i g no ft h e w h o l es y s t e ma n dt h e e x p e r i m e n t a r es h o w ni nt h i s d i s s e r t a t i o n k e yw o r d ：m e a s u r e m e n t o fs t a i n ，s i g n a lc o n d i t i o n i n g , s i n g l e c h i p - m i c y o e o ，e t h e m e t ， i n t e m e td e v i c e a c c e s ss e r v e r 声明 本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在本 学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发表或 公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使 用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均己在论文 中作了明确的说明。 研究生签名：一未2 0 0 陴6 月斗日 学位论文使用授权声明 南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或 上网公布本学位论文的部分或全部内容，可以向有关部门或机构送交并 授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对于保密 论文，按保密的有关规定和程序处理。 ll 参 研究生签名：型j 叠2 d 0 5 年6 月2 4 日 硕士论文 基于以太网技术的应变测量系统 1 绪论 1 1 研究背景 传统的测试系统常用电压、电流的模拟信号进行测量控制，且智能化程度低，数 据传输方式有限，这些都使它们越来越无法满足现代测控的要求。近年来，随着微电 子技术、计算机技术和网络技术的迅速发展，测试系统正朝着数字化、智能化和网络 化的新方向发展。计算机技术被引入测试系统中以实现数字化，一方面使测试系统具 备了数据处理和数据存储功能，提高了信号的测量、控制和传输精度，另一方面也丰 富了控制信息的内容，为智能化和网络化创造了条件。同时各种微处理器的出现使得 测试系统的自动控制水平得到很大的提高，智能化程度大大加强，仪器智能化已成为 仪器领域的主流和今后仪器发展的必然趋势。而采用网络化的测试系统进行测试测 量，也将成为自动测试系统发展的一个重要方向，网络化测试系统可以实现在任何地 点、任意时间获取测试信息，这无疑能显著提高测试功效，有效降低测试成本，大大 缩短测试计量周期【l 】【6 】。本课题要设计的应变测试系统。，就是一个实现数字化、智能 化、网络化的测试系统：仪器分布在条件恶劣的测试现场，而用户可以在几百米甚至 几千米以外的实验室中对仪器进行远程控制，获取实验数据。 在工业控制及电子测量领域，常用来实现网络通信功能的接口或现场总线一般多 采用r s 2 3 2 、r s 4 8 5 、g p i b 、c a n 总线等。但是这些总线和接口都是针对低速通信 而设计的，其传输速率都小于1 m b p s ，在传统的应用中尚可满足。但随着电测技术向 高速数字化的发展，上下位机之间的数据传输速率越来越高，这些接口已经不能满足 实际的需求。虽然u s b 2 0 的传输速率有很大的提高，最大可以达到4 8 0 m b p s ，但其 仅有数米的传输距离使其在工业控制及现场数据采集领域受到了限制。而以太网则同 时具备了高速、较大传输距离的优点，再凭借其低廉的成本，近年来不但统治了局域 网和互联网的世界，也逐渐在工业控制领域占据了一席之地。表1 1 1 列出了几种流 行的数据传输方案的比较 7 1 。 l 绪论硕士论文 表1 1 1 常用通信接口方案的比较 接4 总线 模式传输距离传输速度抗干扰能力典型应用领域 ( 米) ( b p s ) 1 2 c同步5l m低微控制器、通信 s p i 同步 31 0 m 低微控制器、通信 r s 2 3 2 4 2 2异步1 5 - 3 0 1 1 5 k 由 m o d e m 、鼠标、仪器 r s 4 8 5异步1 2 0 01 m中数据采集与控制 c a n 差分 1 5l m 高汽车、工业控制 u s b l 1 差分 51 2 m 中与p c 的通用连接 u s b 2 o差分 o ，且放大器的闭环增益应选低一点，取彳，= l 。 一般来说，二阶滤波器的阻尼e 越大，幅频特性和相频特性随角频率w 的变化越 缓慢。越小，幅频特性曲线在固有频率附近的凸出越明显，通频带的增益波动 也越大。根据幅频特性的不同，也即取值的不同，滤波器分为巴特沃斯( b u t t e r v c o r t h ) 滤波器、切比雪夫( c h o b y s h e w ) 滤波器、贝塞尔( b e s s e l ) 滤波器【1 1 1 。巴特沃斯型 滤波器的通带和阻带内具有最平直的幅频特性，与本文的设计要求相符，故设计为巴 特沃斯型滤波器，即= 0 7 0 7 。 第2 1 节的主要技术参数中指出，被测信号的频率响应范围是d c 1 0 k h z ，需要 自动切换的截止频率有两档，为5 k h z 和2 0 k h z 。采用变换电容值的方法来得到不同 的截止频率。因为只有两档截至频率，所以用继电器实现它们的转换。m c u 给出控 制信号，控制继电器对两组电容进行切换。 下面计算电容值的大小。根据式( 3 1 6 ) 至( 式3 1 8 ) ，当f c = 5 k h z 时： 咿丽矗】；j 2 ；, r x5 x 1 0 3 = 两瓦嘉丽声 吉= 爵+ 屠州鸣，蕞j 南- - + ( 3 1 9 ) 一1 让运放的反相输入端直接接地，即放大器的闭环增益勺一1 。 联立方程组，可解出c 1 和c 2 的值。c 1 = 1 3 2 0 p f ，c 2 = 6 6 0 p f 。 同理可算出f = 2 0 k h z 时的参数值：c 1 = 3 3 0 p f ，c 2 = 1 6 8 p f 。因为算出的一些电容 值不是标称值，所以在选用电容时采取近似或者是并联的方法。例如1 3 2 0 p f 由1 0 0 0 p f 和3 3 0 p f 的电容并联得到。 继电器控制电路可以有两种形式，可以把继电器加在发射级做成射随器，也可以 把继电器加在集电极。前面一种方式，控制信号c t rk 2 为1 时继电器通，为o 时继 电器截至。c t rk 2 由m c u 给出，若m c u 给出的信号“1 的电压小于3 v ，则无法 带动继电器，造成继电器工作不可靠，故设计成后面的方式。c t rk 2 为1 时，继电 器截至，选通f = 2 0 k h z ；c t rk 2 为0 时，继电器导通，选通f = 5 k h z 。m c u 的信号“1 ” 即使电压稍低，不会影响继电器的工作。c t rk 2 从单片机的g p i o 口r c 5 引出。 滤波器原理示意为图3 1 8 。继电器的控制电路如图3 1 9 。 1 6 硕士论文基于以太网技术的应变测量系统 图3 1 - 8 滤波器电路 l l j z c 7 f 3 1 4 放大器自动调零电路 图3 1 9 继电器控制电路 从理论上讲，当信号输入为零时，输出也应该为零。但实际上，或多或少会存在 一个零位输出。前面的两级放大电路、滤波电路以及调零电路自身的集成运放都存在 一定的输出失调电压。为了对以上各级进行综合补偿，抑制零漂，提高应变测量与调 理电路的精度，设置放大器调零电路。 通常可以采用的方法有反相输入端外接调零电路和同相输入端外接调零电路两 种。后者的调整电压加在了同相输入端，避开了直流信号通路，因此具有更广泛的应 用价值，所以采用同相输入端外接调零电路的方法。 当仪用放大器的差动输入端接地时，通过调节同相端的输入电压，实现放大器的 调零。调零电路如图3 1 1 0 。 1 7 3 现场测量功能节点的硬件设计硕士论文 蹩 脚 仆 氟 图3 1 1 0 调零电路 图中，经过放大、滤波后的测量信号为，同相输入端的调零电压为v a d j ，输出 为v 0 ，可以得n - v o = 等彘一惫形 r 1 8 和r l s 构成调整电压的分压电路，r 1 6 、r 1 5 阻值的选取应考虑到所需的失调 电压调整范围。r 1 6 和r s 分别取1 8 0 k ，2 0 k ，则得到失调电压调整范围为： 2 n _ = = 一( + 5 矿) = _ - l , - o 5 v 。 2 0 + 1 8 0 、 根据式( 3 1 1 0 ) ，为了让输入信号的放大倍数为l ，取r 1 2 = r 1 3 = 2 0 k ，则得 到： v o = 一k + o 2 ( 3 1 1 1 ) 该调零电路实际上是一个系数为1 的反相比例放大器，v i 的负号刚好把被 l t c 6 9 1 0 1 反相的信号还原。 r x 4 为平衡电阻，该电阻的阻值选取为： r 1 4 = r 1 3 r 1 2 = 2 0 k 2 0 k = 1 0 k ( 3 1 1 2 ) 为了实现调零自动化，与电桥调零一样，使用数字电位器d s l 2 6 7 代替传统的机 械电位器。该双数字电位器的o 路在电桥自动调平衡中已经使用，1 路正好用在这里。 d s l 2 6 7 的0 路和1 路的连接见图3 1 4 。 当进行电桥调零时，测量电桥的输出端与仪用放大器的差动输入端连通。当进行 硕士论文基于以太网技术的应变测量系统 放大器调零时，切断测量电桥，仪用放大器的差动输入端直接接地。两种状态的切换 通过继电器来控制。控制信号c t rk 1 从单片机的g p i o 口r b 3 引出。继电器的控制 电路与滤波器部分的继电器控制电路相似，可参见图3 1 9 。 3 1 5 抬升电平电路 经过两级放大电路后的信号被调理在范围2 5 v 2 5 v 之间，但p i c l 6 f 8 7 6 的a d 模块的输入信号范围是o v - 5 v ，所以在调零电路的末端需要加抬升电平电路，电平 经抬升后才能送入该单片机的a d 转换器中。抬升电平电路只把电平抬升2 5 v ，并 不压缩有效电压范围，在这一点上并不会使系统的精度降低。 选用高共模抑制比的运算放大器o p 0 7 ，组成一个反相加法运算电路，再加一个 系数为l 的反相比例放大器。抬升电平电路如图3 1 1 1 。 + ) v 图3 1 1 1 抬升电平电路 直流电压2 5 v 与测量信号一起从反相输入端输入。2 5 v 为v 1 ，前级电路的输出 信号为v 2 ，加法运算电路的输出为v o u t l ，当r z 5 = r 2 6 = r 2 7 = 1 0 k 时，可得到： i r o f d l = 一( k + ) ( 3 1 1 3 ) 再经过一个比例系数为1 的反相运算器，就可得到： y 0 2 = 一圪f l = k + = 2 5 + ( 3 1 1 4 ) 信号v o u t 2 就可以直接进入p i c l 6 f 8 7 6 的a d 模块了。 直流2 5 v 电压从电源模块中得来，它必须有高的稳定性，这部分内容将在3 4 节中详细阐述。 3 2 微控制器 p i c l 6 f 8 7 6 是哈佛结构的r i s c 微处理器。指令宽度为1 4 位。它提供的外围模块 1 9 3 现场测量功能节点的硬件设计 硕士论文 有：3 个i o 端口，1 个5 通道1 0 位a d 转换器，3 个定时器模块，2 个c c p 模块， 串行通信s p i 、i 2 c 以及u s a r t ，1 3 个中断源等【1 18 1 。图3 2 1 为p i c l 6 f 8 7 6 单片机 的内部结构框图【3 州。 p i c l 6 f 8 7 6 作为微控制器，主要控制应变测量与调理电路中的放大、滤波、调零 等硬件协同、智能地工作，并担当a d 转换器，还通过串口与以太网接口通信，传 输测量数据和控制命令。p i c l6 f 8 7 6 的连接如图3 2 2 。 p i c l 6 f 8 7 6 的工作频率为1 6 m h z ，晶振连接在o s c l 和o s c 2 脚上。由5 v 单 电源供电。各个端口引脚的利用情况汇总如下： 测量模拟信号a n a l o g 从r a 0 a n 0 脚进入m c u 的a d 模块。r c 0 、r c l 作为模 拟开关c d 4 0 5 2 b 的控制端，选择不同的供桥电压。r c 2 、r c 3 、r c 4 接l t c 6 9 1 0 1 的g 2 、g 1 和g o 脚，控制放大器的增益。r c 5 控制继电器的通断，选择不同的截止 频率。r b 0 、r b l 、r b 2 接d s l 2 6 7 的c l k 脚、d q 脚、r s t 脚，做控制数字电位器 的三线串行接口。 利用p i c l 6 f 8 7 6 的通用同步异步收发器u s a r t 与网络模块z n e 1 0 0 t 通信，单 片机的r x 脚与z n e 1 0 0 t 的t x 脚相连，单片机的t x 脚与z n e 1 0 0 t 的r x 脚相 连o p i c l 6 f 8 7 6 通过两引脚p g d 和p g c 进行在线调试。所以硬件设计时预留5 针的 i c s p 在线串行编程接口。i c s p 通常用5 根线，分别是编程电压v p p ，电源v d d ，地 v s s ，串行数据p g d ，串行时钟p g c 3 8 】。仿真器使用福州贝能科技公司的m p l a bi c d 2 在线调试器。i c d 2 既是一个调试器，也是一个烧入器。i c d 2 与计算机通过u s b 连 接，与应用板通过i c s p 接口相连。i c s p 的接口如图3 2 2 。 实现在线调试功能对硬件设计也有一些要求。单片机的1 脚，即是复位引脚同时 也是编程电压输入引脚，这就要求，正常工作在复位时该脚要能够被拉低，在线调试 或在线烧入时该脚又要能加入1 2 1 3 v 的编程电压。因此，在电路设计时，在1 脚上 对v d de g n 3 n - - 个1 0 她的上拉电阻，就可同时满足这两个不同的要求。 2 0 硕士论文 基于以太网技术的应变测量系统 l j 图3 2 1p i c l 6 f 8 7 6 的内部结构框图 2 l 3 现场测量功能节点的硬件设计 硕士论文 c 8 + 5 v0 1 1 i f2 5 v 3 3 以太网接口 3 3 1z n e - 1 0 0 t 模块简介 g n d 图3 2 2p i c l 6 f 8 7 6 的连接 z n e 1 0 0 t 是广州致远电子有限公司开发的一款工业级嵌入式网络模块。它内部 集成了t c p i p 协议栈，用户利用它可以实现嵌入式设备的网络功能。它能够支持带 有串行接口的设备进行有效、及时地传输，实现了面向流传输方式的串行接口和面向 包传输方式的网络接口之间的数据转换过程【3 丌。 该模块具有1 0 m 以太网接口。串口为t t l 电平方式，通信波特率3 0 0 - 1 1 5 2 0 0 b p s ，串口任意校验，数据位可设定5 , 6 ，7 ，8 位，停止位可设定1 ，2 位。模块具有t c p s e r v e r ，t c pc l i e n t ，u d p , r e a l c o m ，g r o u p 组播，t c pa u t o 等多种工作模式。提供 串口起始字节和结束字节分包功能。支持t c p i p 协议包括：e t h e r n e t 、a r p 、i p 、 i c m p 、i g m p 、u d p 、t c p 、h m 、d h c p 。 z n e 1 0 0 t 的引脚如图3 3 1 所示。 硕士论文基于以太网技术的应变测量系统 图3 3 1z n e 1 0 0 t 模块引脚图 e t h e r n e tt x + 、e t h e m e tt x 、e t h e m e ti u ( + 、e t h e m e tr x 管脚是以太网信号：t x d 、 r y d ) 是串口信号；4 8 5 w r 是r s 4 8 5 发送控制端，方向为输出，保证r s 4 8 5 半双工 传输，发送数据时为高电平，接收数据为低电平；管脚l e d1 、l e d2 、l e d3 为 l e d 信号，方向为输出，l e d1 脚所接的l e d 为以太网l i n k 灯，表示模块已经 连接到以太网，l e d2 、l e d3 为以太网收发灯，表示以太网上有数据包收发；n r s t 为模块复位脚，低电平有效，在该管脚输入一大于2 0 u s 的负脉冲，模块复位( 模块 内部有上电复位电路，该管脚可悬空) ；g p l 0 0 - - g p l 0 4 是可控制通用i o 口。 3 3 2z n e - 1 0 0 t 模块接口电路设计 通过z n e 一1 0 0 t 模块使现场测量功能节点具备以太网传输功能，充分利用以太网 较长的传输距离和较高的传输速度的优点。 z n e 1 0 0 t 模块的供电电压为+ 5 v 。它的接口电路如图3 3 2 。 l1 1 ：+ t ： 2l 以 t x u 1 0z n l r r r x + l 豇 3嗽+ t t x + +s甲e假2 m g l a l 0 0 趋 里 =_ 复 豇 暑矗置+apiol 婆一蝴刚4 7 k 4 罗量 e r x g p l 0 2 2 l li s 奶 ( g e t w i n d o w t e x t ( s t r p w d ) ；获取输入的密码 g e t d l g i t e m ( i d c _ e d i t - 口3 ) - g e t w i n d o w t e x t ( s t r i p ) ； 获取输入的i p d e v i n f o d e v i n f o ； 定义存储设备相关信息的结构体变量 i n t r e s ； 。 i f ( z n e t _ g e t d e v i c e l n f o r m a t i o n ( ( l p t s t r ) ( l p c t s t r ) s t r i p ，& d e v i n f o ) 一1 ) 首先获取设备信息 然后更改指定的项 d e v i n f o z n e l0 0 i n f o b a u d - - m _ c t l c o m b o b a u d g e t c u r s e l 0 ；更改波特率 d e v i n f o z n e l o o i n f o c h e c k b i t s - - m _ c t l c o m b o c h e c k b i t s g e t c u r s e l 0 ；更改校验位 d e v i n f o z n e l0 0 i n f o d a t a b i t s = 5 + m _ c t l c o m b o d a t a b i t s g e t c u r s e l 0 ；更改数据位 d e v i n f o z n e l 0 0 i n f o s t o p b i t s = l + m _ c t l c o m b o s t o p b i t s g e t c u r s e l 0 ；更改停止位 ；进行其他更改操作 i f ( ( r e s = z n e t _ m o d i f 3 ，d e v i c e ( ( l p t s t r ) ( l p c t s t r ) s t r i p ，( l p t s t r ) ( l p c t s t r ) s t r p w d ，d e v i n f o ) ) - - - - q ) 如果更改设备信息 m e s s a g e b o x ( ”更改成功”) ； ) ) ) 2 7 4i 巯曲轼件* 配置软件运行后，显示的界面如图411 所示 幽4 i1 配置软刊显示界面 出于m c u 的u s a r t 模块数据发收格式为8 位或9 位，停止位为】位，为了与 之匹配，设盖z n e 的数据位8 位，停止位1 位，校验位无，波特率1 9 2 0 0 ；目标j p 地址为1 9 2 1 6 805 5 ，目标端口为6 0 0 6 ：z n e 1 0 0 t 的工作方式选t c ps e r v e r ：帧起 始字节为0 x 0 1 ，帧结束字节为0 x 0 3 。这部分内容将在第5 章具体阐述。 4l _ 2 主体部分 此部分软件流程如图4 12 。 硕士论文基于以太网技术的应变测量系统 图4 1 2 远端测控终端软件的主体部分流程图 4 系统的软件设计 硕士论文 首先，远端测控终端建立与现场测量功能节点的t c p 连接，连接成功后就可以 开始发送控制命令和接收数据了。启动现场节点进行自动测量的一般顺序为：先进行 参数设置，设置好电桥电压、放大器的增益、低通滤波的截至频率，然后进行调零， 再启动a d 转换并指明采样频率，最后读取测量结果。 这里约定几个具有特定含义的用来发送和接收的字符串： ( 1 ) 以p 开头的字符串表示设置参数命令。需要设置的参数有：电桥桥压0 v 、 2 5 v 、5 v ，放大电路增益0 ，1 0 ，2 0 ，5 0 ，1 0 0 ，2 0 0 ，5 0 0 ，1 0 0 0 ；低通滤波截至频 率5 k h z ，2 0 k h z 。参数设置命令的格式为第2 位表示桥压，第3 “位表示放大增益， 第7 - 8 位表示截至频率，例如p 2 0 0 2 0 0 5 ，表示要求设置桥压2 5 v ，放大电路增益2 0 ， 低通滤波的截至频率为5 k h z 。参数设置成功后现场测量功能节点返回字符串 p a r a m e t e r s u c c e s s 。 ( 2 ) 字符串g e t z e r o 表示让现场节点进行调零，调零成功后现场节点返回字符 串z e r o s u c c e s s 。 ( 3 ) 字符串s t a r t a d l 表示启动a d 转换，采样频率取低值即1 0 k h z ：字符串 s t a r t a d h 表示启动a d 转换，采样频率取高值即2 5 l ( h z ；a d 完成后现场节点返回 字符串a d f i n i s h 。 ( 4 ) 字符串r e s u l t 5 0 表示让现场节点连续发送5 0 个测量结果到测控终端。 主体软件也是在v c + + 6 0 中开发的，并利用了w i n s o c k 进行网络编程。 w i n s o c k 即w i n d o w ss o c k e t s ，是w i n d o w s 下得到广泛应用的、开放的、支持多 种协议的网络编程接口。它的版本经历了从1 9 9 1 年的1 o 版到1 9 9 5 年的2 o 8 版， 得到不断的完善，并在i n t e l 、m i c r o s o f t 、s u n 、s g i 、i n f o r m i x 、n o v e l i 等公司的全力 支持下，已成为w i n d o w s 网络编程的事实上的标准。w i n d o w ss o c k e t s 规范以u c b e r k e l e y 大学u n i x 中流行的s o c k e t 接口为范例定义了一套m i c r o s o f tw i n d o w s 下网 络编程接1 2 1 。它不仅包含了人们所熟悉的b e r k e l e ys o c k e t 风格的库函数；也包含了一 组针对w i n d o w s 的扩展库函数，以使程序员能充分地利用w i n d o w s 消息驱动机制进 行编程。w i n d o w ss o c k e t s 规范定义并记录了如何使用a p i 与i n t e r n e t 协议族( s ， 通常我们指的是t c p p ) 连接。所有的w i n d o w ss o c k e t s 实现都支持流套接口和数据 报套接口。应用程序调用w i n d o w ss o c k e t s 的a p i 实现相互之间的通讯。w i n d o w s s o c k e t s 又利用下层的网络通讯协议功能和操作系统调用实现实际的通讯工作【冽。 在m f c 中m i c r o s o rw i n d o w s 为套接口提供了相应的类c a s y n c s o c k e t 和c s o c k e t 。 c a s y n c s o c k e t 提供基于异步通信的套接口封装功能，c s o c k c t 则是由c a s y n c s o c k e t 派生，提供更加高层次的功能。 在创建c a s y n c s o c k e t 对象时调用： b o o lc a s y n c s o c k e t ：c r e a t e ( u i n tn s o c k e t p o r t = 0 ，i n t n s o c k e t t y p e = 3 0 硕士论文基于以太网技术的应变测量系统 s o c ks t r e a m ，l o n gi e v e n t = f d r e a dif d w r i t eif d o o blf d a c c e p ti f d c o n n e c t if d _ c l o s e ，l p c t s t rl p s z s o c k e t a d d r e s s 2 n u l lo 通过指明1 e v e n t 所包含的标记来确定需要异步处理的事件，对于指明的相关事件 的相关函数调用都不需要等待完成后才返回，函数会马上返回，然后在完成任务后发 送事件通知，并利用重载以下成员函数来处理各种网络事件： 表4 1 1 重载函数 标记事件需要重载的函数 f dr e a d 有数据到达时发生 v o i do n r e c e i v e ( i n tn e r r o r c o d e ) ； f d w r i t e 有数据发送时产生v o i do n s e n d ( i n tn e r r o r c o d e ) ； f d0 0 b 收到外带数据时发生 、v o i do n o u t o t b a n d d a t a ( i n tn e r r o r c o d e ) ； f d a c c e p t 作为服务端等待连接成功时发生v o i do n a c c e p t ( i n tn e r r o r c o d e ) ； f d _ c o n n e c t 作为客户端连接成功时发生v o i do n c o n n e c t ( i n tn e r r o r c o d e ) ； f d c l o s e 套接口关闭时发生 v o i do n c l o s e ( i n tn e r r o r c o d e ) ； 重载的函数中都有一个参数n e r r o r c o d e ，为零表示正常完成，非零则表示错误。 通过i n tc a s y i l c s o c k e t ：g e t l a s t e 玎o r ( ) 可以得到错误值【2 2 1 。 。 套接口类提供了一些功能函数，通过这些功能函数可以方便的建立网络连接和发 送数据： ( 1 ) b o o lc a s y n c s o c k e t ：c r e a t e ( u i n tn s o c k e t p o r t = 0 ，h a tn s o c k e t t y p e = s o c k _ s t r e a m ，l o n g1 e v e n t = f d r e a df d w r i t ef d o o bff d a c c e p ti f dc o n n e c t if dc l o s e ，l p c t s t rl p s z s o c k e t a d d r e s s = n u l l ) ；用于创建一个本 地套接口，其中n s o c k e t p o r t 为使用的端口号，为零则表示由系统自动选择，通常在 客户端都使用这个选择。n s o c k e t t y p e 为使用的协议族，s o c ks t r e a m 表明使用有 连接的服务，s o c kd g r a m 表明使用无连接的数据报服务。l p s z s o c k e t a d d r e s s 为本 地的m 地址。 ( 2 ) b o o lc a s y n c s o c k e t ：c o n n e c t ( l p c t s t rl p s z h o s t a d d r e s s ，u i n tn h o s t p o r t ) ；作 为连接方发起与等待连接方的连接，需要指明对方的口地址和端口号。 ( 3 ) v o i dc a s y n c s o c k e t ：c l o s e ( ) ；关闭套接口。 ( 4 ) i n tc a s y n c s o c k e t ：s e n d ( c o n s tv o i d * l p b u ei n tn b u f l e n ，i n tn f l a g s = 0 ) ；在建立连 接后发送数据，n f l a g s 为标记位，双方需要指明相同的标记。 ( 5 ) i n tc a s y n c s o c k c t ：r e c e i v e ( v o i d * l p b u f ii n tn b u f l e n , i n tn f l a g s = 0 ) ；在建立连接 后接收数据，n f l a g s 为标记位，双方需要指明相同的标记。 ( 6 ) i n tc a s y n c s o c k e t ：g e t l a s t e r r o r 0 ；如果发生错误通过此函数得到错误值。 下面对主体软件进行说明。 下面为程序中两个重要的类： c l a s sc t e s t t r a n s f e r d l g ：p u b l i cc d i a l o g 定义对话框类c t e s t t r a n s f e r d l g 4 系统的软件设计硕士论文 ( p u b l i c ： h a tm _ i s t a t e ； c t e s t s o c k e tr e _ s o c k ； ) 状态变量 定义m y _ s o c k c l a s sc t e s t s o c k e t ：p u b l i cc a s y n c s o c k e t 定义s o c k e t 类c t e s t s o c k e t ，它是类 c a s y n c s o c k e t 的共有派生 p u b l i c ： c t e s t t r a n s f e r d l g m _ p d l g ； ， ) 连接控件对应的函数： v o i dc t e s t t r a n s f e r d l g ：o n b u t t o n c o n n e c t 0 ( u p d a t e d a t a ( t r u e ) ； 将对话框中的数据交换到变量中。 i f ( m _ _ i s t a t e 1 ) 如果不处在初始状态，即当前为已连接状态 ms o c k e n a b l e r e s e n d ( 0 ) ； r e _ s o c k c l o s e ( ) ； 关闭套接e 1 s e t c o r m e c t s t a t e ( 0 ) ；断开的状态中，设置对话框中显示“连接 按钮，并可点，“发送 按钮不可点 ) e l s ei f ( m _ i s t a t 产- - - - o ) 如果处在初始状态，即当前为断开状态 r e _ s o c k c r e a t e ( ) ； 调用b o o lc a s y n c s o c k e t ：c r e a t e ( ) 函数创建 套接口 m _ s o c k e n a b l e r e s e n d ( 0 ) ； s e t c o r m e c t s t a t e ( 2 ) ；处在正在连接状态中，设置对话框的“连接”和 “发送 按钮均不可点 m _ s o c k c o n n e c t ( r n _ s t r e d i t l p , m _ _ i e d i t p o r t ) ；发起与等待连接方的连接 ) u p d a t e d a t a ( f a l s e ) ；将变量的数据在对话框中对应控件中显示出来 3 2 硕士论文基于以太网技术的应变测量系统 ) v o i dc t e s t s o c k e t ：o n c o n n e c t ( i n tn e r r o r c o d e ) i f ( n e r r o r c o d e 一- - - 0 ) 如果连接成功 m _ _ p d l g - s e t c o n n e c t s t a t e ( 1 ) ；6 连接，设置对话框中按钮显示“断开 并可点，“发送 按钮可点 ) e l s e 如果连接失败 m _ _ p d l g - s e t c o n n e c t s t a t e ( 0 ) ；断开的状态中，设置对话框中按钮显示“连 接”，并可点，“发送 按钮不可点 c l o s e ( ) ； 关闭套接口 m _ _ p d l g - m e s s a g e b o x ( ”连接失败”) ； 出现提示框“连接失败 ) c a s y n c s o e k e t ：o n c o n n e c t ( n e r r o r c o d e ) ； ) 发送控件对应的函数： v