無線網(wǎng)絡電子時鐘軟件設計與實現(xiàn)

王磊

摘要：文章通過對無線網(wǎng)絡電子時鐘軟件部分實現(xiàn)過程的介紹，為在信息技術和網(wǎng)絡技術高速發(fā)展的環(huán)境下開發(fā)嵌入式設備與服務器端交互的軟件，提供了一種有效的解決方案。

關鍵詞：無線網(wǎng)；電子鐘；C/S架構

隨著信息技術和網(wǎng)絡技術的高速發(fā)展，國內各高校，包括一些中小學，大多對學?，F(xiàn)有的網(wǎng)絡設備進行了升級改造，而且很多學校都擁有了自己的無線網(wǎng)絡環(huán)境，從而滿足了互聯(lián)網(wǎng)時代運用現(xiàn)代化教學手段進行教學的需要。遼寧軌道交通職業(yè)學院于2014年9月搬遷到新校區(qū)，新校區(qū)的網(wǎng)絡基礎設施采用了國內領先、國際先進的網(wǎng)絡設備，校園實現(xiàn)了無線網(wǎng)絡全覆蓋。為了更好地發(fā)揮校園網(wǎng)絡的作用，學院在信息化建設上作了大量工作，自主開發(fā)了很多信息系統(tǒng)，無線網(wǎng)絡電子時鐘就是其中之_。

1 項目描述

無線網(wǎng)絡電子時鐘項目是遼寧軌道交通職業(yè)學院的一項院級科研項目，系統(tǒng)從設計到調試、制作和安裝，全部由校內教師和學生完成，其總體架構如圖l所示，系統(tǒng)完成的功能和實現(xiàn)方式如下所述。

1.1 系統(tǒng)功能

無線網(wǎng)絡電子時鐘（以下簡稱電子鐘）通過無線網(wǎng)絡與無線電子時鐘服務器（以下簡稱服務器）通信，實現(xiàn)各種功能。

1.1.1 自動校時功能

系統(tǒng)可以實現(xiàn)電子鐘與服務器時間同步，電子鐘在每次啟動時，通過無線網(wǎng)絡自動與服務器連接，從服務器獲得時間后，通過程序控制時間；電子鐘正常運行過程中，定時與服務器進行時間同步；服務器定期與互聯(lián)網(wǎng)上的標準時間服務器進行同步。通過以上3種手段，保證電子時鐘的時間準確，保證全院各個場所的時間統(tǒng)一。

1.1.2 時間顯示和響鈴

服務器可以為每個電子鐘下發(fā)響鈴時間列表，在保證時間準確的前提下，電子鐘顯示當前的北京時間，并通過電子鐘中存儲的時間列表和音樂，在規(guī)定的時間響鈴，作為學生上下課或各項活動開始的鈴聲。因為每個時鐘可以設置不同的時間列表，這樣就為學院實現(xiàn)錯時上下課創(chuàng)造了條件。

1.1.3 音頻會議功能

系統(tǒng)在軟件設計時采用組播技術，而且電子鐘的使用環(huán)境是在局域網(wǎng)中，能夠保證網(wǎng)絡帶寬，因此，本文設計了音頻廣播功能，根據(jù)組播技術的特點，將廣播分組，不同的組廣播不同的內容，這樣就滿足了各系在同一時間給不同的學生開會的需要，學生只需要在班級就可以聽到會議的內容。

1.1.4 狀態(tài)查詢功能

為了保證電子時鐘的正常運行，電子鐘定時向服務器發(fā)送自己的狀態(tài)，同時服務器也定期去檢查電子鐘的狀態(tài)，當某個電子鐘出現(xiàn)故障時，在服務器端會給出警告，提示管理人員處理相應的故障。

1.2 系統(tǒng)實現(xiàn)

系統(tǒng)的實現(xiàn)分為硬件部分和軟件部分，硬件部分采用嵌入式技術，由學院其他教師完成，這里就不再贅述其工作過程，只給出其原理框圖，供感興趣的技術人員參考（見圖2）。

軟件部分采用c/s架構，客戶端為電子鐘，通過無線網(wǎng)絡與服務器端通信，實現(xiàn)電子鐘的各項功能。本文將詳細介紹客戶端和服務器端的軟件設計思路和實現(xiàn)方法。

2 客戶端軟件設計

客戶端軟件設計過程中，首先應考慮的是加載硬件各模塊的驅動，包括無線WIFI驅動、音頻芯片驅動、顯示模塊驅動等。為了提高開發(fā)效率，也為了體現(xiàn)模塊化編程在嵌入式系統(tǒng)中的優(yōu)勢，本文采用了多進程方式設計軟件，每個模塊獨立開發(fā)，運行時根據(jù)需要創(chuàng)建進程，進程間通過管道實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，進程運行結束后釋放相關資源，這樣既節(jié)省了系統(tǒng)資源，也可以方便、快速地查找系統(tǒng)調試過程中出現(xiàn)的問題在哪里。 客戶端軟件分為shell程序、主模塊、顯示模塊、聲音播放模塊。

2.1 shell程序

shell程序實現(xiàn)加載WIFI模塊驅動，連接校園網(wǎng)，獲取IP地址，成功后創(chuàng)建主模塊進程；不成功，則調用顯示進程，提示錯誤信息。

2.2 主模塊

主模塊實現(xiàn)以下功能：通過無線網(wǎng)絡與服務器端進行交互，向服務器端發(fā)送請求和接收服務器端的命令；創(chuàng)建顯示進程；在接收到服務器端某些需要客戶端共享的數(shù)據(jù)時，負責共享數(shù)據(jù)的管理等。圖3為主模塊的程序框圖。

2.3 顯示模塊

顯示模塊實現(xiàn)以下功能：加載顯示驅動；定時獲得客戶端系統(tǒng)時間，并顯示時間；通過管道獲取響鈴時間列表，并在需要響鈴的時間創(chuàng)建聲音播放進程播放鈴聲；定時向服務器端發(fā)送電子鐘狀態(tài)。圖4為顯示模塊的程序框圖。

2.4 聲音播放模塊

聲音播放模塊實現(xiàn)以下功能：加載音頻驅動程序；播放存儲器中的音樂文件。圖5為聲音播放模塊的程序框圖。

3 服務器端軟件設計

服務器端軟件采用MVC架構，在.net

framework4.5框架下，使用C#語言開發(fā)，數(shù)據(jù)庫采用soL Server2008。軟件使用UDP技術，實現(xiàn)組播和單播技術，組播用來實現(xiàn)時鐘同步、響鈴策略發(fā)放和網(wǎng)絡廣播等功能，單播用來接收電子鐘的狀態(tài)。服務器端軟件的總體架構如圖6所示。