无线网络电子时钟软件设计与实现

2023.11.24

王磊

摘要：文章通过对无线网络电子时钟软件部分实现过程的介绍，为在信息技术和网络技术高速发展的环境下开发嵌入式设备与服务器端交互的软件，提供了一种有效的解决方案。

关键词：无线网；电子钟；C/S架构

随着信息技术和网络技术的高速发展，国内各高校，包括一些中小学，大多对学校现有的网络设备进行了升级改造，而且很多学校都拥有了自己的无线网络环境，从而满足了互联网时代运用现代化教学手段进行教学的需要。辽宁轨道交通职业学院于2014年9月搬迁到新校区，新校区的网络基础设施采用了国内领先、国际先进的网络设备，校园实现了无线网络全覆盖。为了更好地发挥校园网络的作用，学院在信息化建设上作了大量工作，自主开发了很多信息系统，无线网络电子时钟就是其中之_。

1 项目描述

无线网络电子时钟项目是辽宁轨道交通职业学院的一项院级科研项目，系统从设计到调试、制作和安装，全部由校内教师和学生完成，其总体架构如图l所示，系统完成的功能和实现方式如下所述。

1.1 系统功能

无线网络电子时钟（以下简称电子钟）通过无线网络与无线电子时钟服务器（以下简称服务器）通信，实现各种功能。

1.1.1 自动校时功能

系统可以实现电子钟与服务器时间同步，电子钟在每次启动时，通过无线网络自动与服务器连接，从服务器获得时间后，通过程序控制时间；电子钟正常运行过程中，定时与服务器进行时间同步；服务器定期与互联网上的标准时间服务器进行同步。通过以上3种手段，保证电子时钟的时间准确，保证全院各个场所的时间统一。

1.1.2 时间显示和响铃

服务器可以为每个电子钟下发响铃时间列表，在保证时间准确的前提下，电子钟显示当前的北京时间，并通过电子钟中存储的时间列表和音乐，在规定的时间响铃，作为学生上下课或各项活动开始的铃声。因为每个时钟可以设置不同的时间列表，这样就为学院实现错时上下课创造了条件。

1.1.3 音频会议功能

系统在软件设计时采用组播技术，而且电子钟的使用环境是在局域网中，能够保证网络带宽，因此，本文设计了音频广播功能，根据组播技术的特点，将广播分组，不同的组广播不同的内容，这样就满足了各系在同一时间给不同的学生开会的需要，学生只需要在班级就可以听到会议的内容。

1.1.4 状态查询功能

为了保证电子时钟的正常运行，电子钟定时向服务器发送自己的状态，同时服务器也定期去检查电子钟的状态，当某个电子钟出现故障时，在服务器端会给出警告，提示管理人员处理相应的故障。

1.2 系统实现

系统的实现分为硬件部分和软件部分，硬件部分采用嵌入式技术，由学院其他教师完成，这里就不再赘述其工作过程，只给出其原理框图，供感兴趣的技术人员参考（见图2）。

软件部分采用c/s架构，客户端为电子钟，通过无线网络与服务器端通信，实现电子钟的各项功能。本文将详细介绍客户端和服务器端的软件设计思路和实现方法。

2 客户端软件设计

客户端软件设计过程中，首先应考虑的是加载硬件各模块的驱动，包括无线WIFI驱动、音频芯片驱动、显示模块驱动等。为了提高开发效率，也为了体现模块化编程在嵌入式系统中的优势，本文采用了多进程方式设计软件，每个模块独立开发，运行时根据需要创建进程，进程间通过管道实现数据共享，进程运行结束后释放相关资源，这样既节省了系统资源，也可以方便、快速地查找系统调试过程中出现的问题在哪里。客户端软件分为shell程序、主模块、显示模块、声音播放模块。

2.1 shell程序

shell程序实现加载WIFI模块驱动，连接校园网，获取IP地址，成功后创建主模块进程；不成功，则调用显示进程，提示错误信息。

2.2 主模块

主模块实现以下功能：通过无线网络与服务器端进行交互，向服务器端发送请求和接收服务器端的命令；创建显示进程；在接收到服务器端某些需要客户端共享的数据时，负责共享数据的管理等。图3为主模块的程序框图。

2.3 显示模块

显示模块实现以下功能：加载显示驱动；定时获得客户端系统时间，并显示时间；通过管道获取响铃时间列表，并在需要响铃的时间创建声音播放进程播放铃声；定时向服务器端发送电子钟状态。图4为显示模块的程序框图。

2.4 声音播放模块

声音播放模块实现以下功能：加载音频驱动程序；播放存储器中的音乐文件。图5为声音播放模块的程序框图。

3 服务器端软件设计

服务器端软件采用MVC架构，在.net

framework4.5框架下，使用C#语言开发，数据库采用soL Server2008。软件使用UDP技术，实现组播和单播技术，组播用来实现时钟同步、响铃策略发放和网络广播等功能，单播用来接收电子钟的状态。服务器端软件的总体架构如图6所示。