数据通信技术论文范文

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数据通信是以“数据”为业务的通信系统,数据是预先约定好的具有某种含义的数字、字母或符号以及它们的组合。数据通信是20世纪50年代随着计算机技术和通信技术的迅速发展,以及两者之间的相互渗透与结合而兴起的一种新的通信方式,它是计算机和通信相结合的产物。随着计算机技术的广泛普及与计算机远程信息处理应用的发展,数据通信应运而生,它实现了计算机与计算机之间,计算机与终端之间的传递。由于不同业务需求的变化及通信技术的发展使得数据通信经过了不同的发展历程。

1通信系统传输手段

电缆通信:双绞线、同轴电缆等。市话和长途通信。调制方式:SSB/FDM。基于同轴的PCM时分多路数字基带传输技术。光纤将逐渐取代同轴。

微波中继通信:比较同轴,易架设、投资小、周期短。模拟电话微波通信主要采用SSB/FM/FDM调制,通信容量6000路/频道。数字微波采用BPSK、QPSK及QAM调制技术。采用64QAM、256QAM等多电平调制技术提高微波通信容量,可在40M频道内传送1920~7680路PCM数字电话。

光纤通信:光纤通信是利用激光在光纤中长距离传输的特性进行的,具有通信容量大、通信距离长及抗干扰性强的特点。目前用于本地、长途、干线传输,并逐渐发展用户光纤通信网。目前基于长波激光器和单模光纤,每路光纤通话路数超过万门,光纤本身的通信纤力非常巨大。几十年来,光纤通信技术发展迅速,并有各种设备应用,接入设备、光电转换设备、传输设备、交换设备、网络设备等。光纤通信设备有光电转换单元和数字信号处理单元两部分组成。

卫星通信:通信距离远、传输容量大、覆盖面积大、不受地域限制及高可靠性。目前,成熟技术使用模拟调制、频分多路及频分多址。数字卫星通信采用数字调制、时分多路及时分多址。

移动通信:GSM、CDMA。数字移动通信关键技术:调制技术、纠错编码和数字话音编码。

2数据通信的构成原理

数据终端(DTE)有分组型终端(PT)和非分组型终端(NPT)两大类。分组型终端有计算机、数字传真机、智能用户电报终端(TeLetex)、用户分组装拆设备(PAD)、用户分组交换机、专用电话交换机(PABX)、可视图文接入设备(VAP)、局域网(LAN)等各种专用终端设备;非分组型终端有个人计算机终端、可视图文终端、用户电报终端等各种专用终端。数据电路由传输信道和数据电路终端设备(DCE)组成,如果传输信道为模拟信道,DCE通常就是调制解调器(MODEM),它的作用是进行模拟信号和数字信号的转换;如果传输信道为数字信道,DCE的作用是实现信号码型与电平的转换,以及线路接续控制等。传输信道除有模拟和数字的区分外,还有有线信道与无线信道、专用线路与交换网线路之分。交换网线路要通过呼叫过程建立连接,通信结束后再拆除;专线连接由于是固定连接就无需上述的呼叫建立与拆线过程。计算机系统中的通信控制器用于管理与数据终端相连接的所有通信线路。中央处理器用来处理由数据终端设备输入的数据。

3数据通信的分类

3.1有线数据通信

数字数据网(DDN)。数字数据网由用户环路、DDN节点、数字信道和网络控制管理中心组成。DDN是利用光纤或数字微波、卫星等数字信道和数字交叉复用设备组成的数字数据传输网。也可以说DDN是把数据通信技术、数字通信技术、光迁通信技术以及数字交叉连接技术结合在一起的数字通信网络。数字信道应包括用户到网络的连接线路,即用户环路的传输也应该是数字的,但实际上也有普通电缆和双绞线,但传输质量不如前。

分组交换网。分组交换网(PSPDN)是以CCITTX.25建议为基础的,所以又称为X.25网。它是采用存储——转发方式,将用户送来的报文分成具用一定长度的数据段,并在每个数据段上加上控制信息,构成一个带有地址的分组组合群体,在网上传输。分组交换网最突出的优点是在一条电路上同时可开放多条虚通路,为多个用户同时使用,网络具有动态路由选择功能和先进的误码检错功能,但网络性能较差。

帧中继网。帧中继网络通常由帧中继存取设备、帧中继交换设备和公共帧中继服务网3部分组成。帧中继网是从分组交换技术发展起来的。帧中继技术是把不同长度的用户数据组均包封在较大的帧中继帧内,加上寻址和控制信息后在网上传输。

3.2无线数据通信

无线数据通信也称移动数据通信,它是在有线数据通信的基础上发展起来的。有线数据通信依赖于有线传输,因此只适合于固定终端与计算机或计算机之间的通信。而移动数据通信是通过无线电波的传播来传送数据的,因而有可能实现移动状态下的移动通信。狭义地说,移动数据通信就是计算机间或计算机与人之间的无线通信。它通过与有线数据网互联,把有线数据网路的应用扩展到移动和便携用户。4网络及其协议

4.1计算机网络

计算机网络(ComputerNetwork),就是通过光缆、双绞电话线或有、无线信道将两台以上计算机互联的集合。通过网络各用户可实现网络资源共享,如文档、程序、打印机和调制解调器等。计算机网络按地理位置划分,可分为网际网、广域网、城域网、和局域网四种。Internet是世界上最大的网际网;广域网一般指连接一个国家内各个地区的网络。广域网一般分布距离在100-1000公里之间;城域网又称为都市网,它的覆盖范围一般为一个城市,方圆不超过10-100公里;局域网的地理分布则相对较小,如一栋建筑物,或一个单位、一所学校,甚至一个大房间等。

局域网是目前使用最多的计算机网络,一个单位可使用多个局域网,如财务部门使用局域网来管理财务帐目,劳动人事部门使用局域网来管理人事档案、各种人才信息等等。

4.2网络协议

网络协议是两台计算机之间进行网络对话所使用的语言,网络协议很多,有面向字符的协议、面向比特的协议,还有面向字节计数的协议,但最常用的是TCP/IP协议。它适用于由许多LAN组成的大型网络和不需要路由选择的小型网络。TCP/IP协议的特点是具有开放体系结构,并且非常容易管理。

TCP/IP实际上是一种标准网络协议,是有关协议的集合,它包括传输控制协议(TransportControlProtocol)和因特网协议(InternetProtocol)。TCP协议用于在应用程序之间传送数据,IP协议用于在程序与主机之间传送数据。由于TCP/IP具有跨平台性,现已成为Internet的标准连接协议。网络协议分为如下四层:网络接口层:负责接收和发送物理帧;网络层:负责相邻节点之间的通信;传输层:负责起点到终端的通信;应用层:提供诸如文件传输、电子邮件等应用程序要把数据以TCP/IP协议方式从一台计算机传送到另一台计算机,数据需经过上述四层通信软件的处理才能在物理网络中传输。

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2分析PDA和全站仪中的数据

2.1串口技术

使用Wicrosoftwindows开发串口系统，进行有以下方式：a.使用windows来进行通信函数.b.windowsAPI对端口进行读写或者开发其它程序，对串口实行操作步骤。C.串口中的组件通信，比如Activek控制MSCcomm。根据以上介绍的几种方法，比如b需要熟悉电路结构，驱动层次比较深，需要有比较强的专业技能，如C方式简便，不能使EmbeddedVisualC++所接受，该程序就是应用windowsAP来进行通信函数。

2.2串口施行步骤

windows的读写文件方式不一样，它主要使用windows结构中的多线程，然后再后台进行串口读写，正常使用程序就要在前台进行。进行改善1/0的速度，使用windows结构中的多线程，可以使用它来进行开发非单一系统，windows不能操作1/0的异常操作，可以使用它来进行操作串口，使用异步的方法，可以提高系统的操作能力。工作效能比较高的串口是事件驱动。应用这种方法有比较高的时实性，主要是针对一些比较广泛的串口，跟查询的方式不一样，不是只对那个串口进行查询。是以中断的形式来进行，一般运行中断时，确定的事件发生变化时，windows系统就会发出信息，才能有针对性的进行处理，确保数据存在。

3开发通信程序

3.1串口通信应用API函数

⑴串口进行打开关闭。在应用程序中用Create-File函数把串口打开，注意事项主要有：A.串口名后面需要加个冒号（：）。B.PDA的串口就是全部已经打开的串口，只含COM1。C.应用的参数定为零，安全没有危险性的参数定为NULL。应用Close-Handle可以把串口关闭。⑵对串口进行配置。串口配置与PDA通信中的参数进行配置一起，这样才能达到通信的效能，因此配置也是比较重要的一个步骤。LPDCB主要是针对DCB结构，DCB结构是对串口的进一步描述，串口的波特率主要是由DCB中的BaudRate来确定,原因是CE对非二进制不能进行输送，所以fBinary要设定为TRUE，ByteSize是指字节在进行发送时接受到的数据。Parity是奇偶校验，StopBits是停止位数，⑶对串口进行读写。串口进行读写时可以使用ReadFile和WriteFile函数实现，主要是串口进行读写时速度不是很快，⑷对串口进行异步读写，CE不能进行操作输入输出的功能，因此只能应用读写进行重复操作。第一，设定串口EV_RXCHAR要用SetCommMask函数来实现，应用WaitCom-mEvent阻拦线程，指直到把事件EV_RX-CHAR设定好，字符要应用回调函数来进行处理，续等发生事件。

3.2隔开水平角、竖直角、距离及进行组合测量

在测量过后，需要测出水平角，偏心的水平角与距离不能合在一起测量，测量时要分开进行，因此应用程序能进行水平角和竖直角及距离分开测量以及组合测量，进行测角时不能仅仅依靠棱镜。所以，可以应用水平角和、竖直角、距离重复选框来进行模拟。针对不一样规模的全站仪，使用的方式也不一样，索佳操作的模式只含有一种规模的全站仪，只需要点击按钮即可，假如选择斜距就进行输送测角距，没有选中斜距进行输送测角距，收到的数据后。在根据模块来分析与选取有针对性的数据，拓扑康是第二种模式，在选中斜距时，还要在斜距中的复选框中进行点击，在进行输送时改变测量距离的模式，进行发送时。进行驱动测量，跟读取指令是一样的。

3.3处理已经接收到的字符串

⑴ASCII编码是已经收到的字符串，可以使用MultiByteToWideChar函数转变成Unicode编码然，在进行处理。⑵测量指令在进行发送出去后，全站仪中的数据不是一次性发完，应该是分层次来进行发送，因此，字符串要直接连接到字符串，才能完成接受任务。⑶字符串的主要任务就是接收完后，要依据复合框进行有效的选择，分析全站仪的字符串，也会显示的很清楚。⑷拓扑康是第二种模式，符串后的任务就是接受，在输送时显示清楚。相反，就会把全站仪输送数据全部给PDA，造成不良后果。

4应用在实际生活中

VC++2005smartdevice的MFCsmartdeviceApplication，PDA与全站仪中的通信主要依靠多线程来完成，使他们能够稳定运行。根据太原市在进行测绘进行探索指出，外业进行采集时，效果是良好的。全站仪中的数据直接读取，防止在读、记方面存在有误差。不过，对存在有误差的数据要自动检查，防止2C差、差互差、2C互差的影响产生误差，而不能及时的进行检查，而导致返工现象的发生，工作效率的提高，PDA储存的文件就是测量的结果，外业任务完成之后把所得出的结果直接输入到PC,经过对程序的进一步分析，能直接评估精准度及计算坐标，不使用人工来进行操作，从一定程度上减少了工作人员的工作量，也能减少造成不要的麻烦，有效的提高工作效率。

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2课程教学实例

ACARS系统是目前国际民航广泛应用的地空数据链通信系统，通常工作在甚高频波段，用机与地面之间的实时双向数据传输，可实现航空公司、空管部门等地面用户对飞机的运行管理与控制。由于ACARS系统报文中含有许多重要的数据信息，所以该系统是当前民航领域在用的重要通信系统。这里以ACARS引入课堂教学为例，阐述课程教学的具体实施过程。(1)基本知识点的讲述及分层归纳“数据通信与计算机通信网”课程包含数据通信基础部分的教学内容，具体包括信号传输特性、传输介质、数据编码、差错检测与控制、接口特性以及多路复用等。这些内容分布在不同的章节，比较分散，初学者不容易整体把控。如果我们将其与网络层次体系相对应，就可实现知识点分层归纳和对比讲解，如差错控制属于数据链路层实现的功能，而编码与调制、接口特性属于物理层实现的功能等。(2)引入ACARS系统学生有了数据通信基础部分相关知识之后，教师立即将ACARS系统引入课堂教学。在简单介绍ACARS系统功能及在民航中的应用之后，重点说明ACARS系统中所包括的课程所学知识点。比如，ACARS数字信号采用MSK调制方式，上下行报文按照字符形式装配，其中的接收地址与发送地址由飞机标识码表示［5］，差错检测方式为循环冗余校验码(CRC)，多路访问采用非坚持-载波侦听多路访问(CSMA)机制。为了实现数据的可靠传输，ACARS系统采用停等ARQ方式。表1给出了两者部分知识点的对应关系。结合实际民航数据通信系统，学生对于所学的抽象的理论知识不再感到遥不可及，而是实实在在存在于应用系统之中。(3)科研项目引入教学教师随后可将相关的科研项目介绍给学生。笔者曾参与完成ACARS系统仿真项目，教学过程中除了通过图片、图形或者动画等形式介绍项目背景，展示相关的研究成果外，还将部分实现方法和开发流程介绍给学生。比如，该项目仿真软件编程语言采用C#，开发平台为VisualStudio2008。模拟ACARS系统手动发送报文功能的流程以及相应的功能函数说明如图2所示。除了课堂教学外，部分小的功能模块(如CRC码的实现)可直接让学生参与实践，课后再让学生参观实验室和研究基地。通过了解科研项目，学生对知识点的理解会更加透彻，不仅明白所学知识用在哪里，如何重要，而且也知道在工程上如何实现，这很容易激发他们对科研工作的兴趣。

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原控制系统中，自行小车主控制系统DP主站采用S7-300PLC，控制两条环行线上6台自行小车。自行小车采用ET200SPLC作为DP从站，控制自行小车自身动作。自行小车通过车体上安装集电极和预装在轨道内的滑触线在移动中接触进行取电，提供给移动的小车。自行小车在环形轨道上行走，与主站通过导轨放大器+滑线+碳刷的形式获取信号电源和DP总线通信控制信号。

1.2有线通讯弊端

滑触线碳刷滑动取电技术虽然已经非常成熟，但使用上存在先天不足，碳刷与滑线之间的可靠紧密接触依赖碳刷组件上的弹簧压紧机构来实现。碳刷弹簧机构的调整，不宜过松，更不宜过紧，很难达到一个理想的平衡状态，只能周而复始地定期检查、调整、更换碳刷和滑线。环形空中自行小车通过集电器上的碳刷在滑触线上采集/传输控制信号。自行小车抓取工件升降的过程中会产生抖动，碳刷随之也会发生抖动，造成信号丢失、通讯中断，使系统的可靠性降低。另外，自行小车在环行线轨道上左右摆动和上下晃动极易导致滑线与碳刷接触不良，经常造成总线通讯信号掉线，产生通讯中断、信号丢失、网络报警等故障，故障率一直很高。环线空中自行小车长期运行后，碳刷和滑触线磨损，导致碳刷破裂、接触不良，也会使控制信号丢失。此外，碳刷长期和滑触线摩擦，大量碳粉会滞留在滑触线分段处或滑触线上，造成信号的误传输，使系统的可靠性降低。另外，这种碳刷滑动通讯方式极易导致碳刷磨损、拉坏，需频繁更换大量碳刷和滑线，维修成本很高。

2无线通信方案设计

2.1无线解决方案的构想

自行小车线控制系统改造是在仍生产使用的老线原有基础上进行升级改造，改造难度大，而且改造时间很短，改造还受到原有老系统的限制，风险很大。我们的方案规划始终围绕着：确保可靠性，减少现场施工量，减少编程调试时间，并且实现全信息采集的出发点进行。我们的改造原则是：保持原控制系统硬件主体结构不变，在此基础上，在控制系统局部增加、配置新的模块和电路，从而实现无线通信功能，以较低成本投入，达到高的效益和产出，有利于维护系统的稳定、可靠和安全，最终达到改造的目的。我们选用最先进的无线网络通信技术,通过无线网络通信来解决滑触线数据通信受限非常适合，无线的优势特点也很好地满足了我们此次改造的需求。经过测试无线通信覆盖区域、信号强度、抗干扰、实时性及数据交换量对网络速度的影响等多方面性能指标，通过后，最终我们确定采用邦纳电气的ModbusRTU无线技术和产品。

2.2ModbusRTU无线技术特征

近年来，随着控制技术、计算机技术、通讯技术、网络技术的飞速发展，自动化控制领域开始出现了基于网络通讯的开放型无线通信控制技术，其特点是可靠性高、稳定性好、抗干扰能力强、通讯速度快、数据传输量大、维护成本低。无线控制技术打破了传统有线控制系统的结构形式，在适用范围、可扩展性、可维护性以及抗故障能力方面，较之现场总线控制系统和计算机控制系统都有明显的优势。无线通讯是未来自动化发展的趋势之一，应用越来越广泛。ModbusRTU是为PLC设计的一种通信协议，可以很方便地进行Modbus网络组态。DataRadio是美国邦纳公司最新开发出来的系列无线产品，是一种工作在2.4GHzISM频段的工业无线串口通讯设备，遵循ModbusRTU传输协议，用于工业无线局域网的通讯，用于扩展Modbus工业网络或串行通讯网络的通讯距离，具有安全、可靠、耐用、高速、高效的特点，可以替代有线和传统通讯中所使用的硬接线，实现可靠的通信连接。它采用ModbusRTU传送模式，可与Modbus串行网络实现无缝连接。

2.3新无线方案的总体构思

新无线方案中，可以完全取消2极信号滑线、2个主导轨放大器、6个小车放大器和24片小车信号碳刷，取而代之的是主站DataRadio无线模块和从站DataRadio无线模块。在主控系统DP主站一侧设置协议转换器，将DP主站发送给DP从站的通讯数据转换为Modbus协议，通过主站DataRadio，将数据发送给小车上的从站DataRadio，从站DataRadio接收到数据以后，通过从站上的协议转换器，将无线MODBUS协议的数据再转换为PROFIBUS总线数据，传送给小车ET200SDP从站。ET200S接收到此数据后就可进行处理和调用。

3无线通信系统的实现

3.1地面主控系统

地面主控系统以S7-300PLC为主控核心，以CPU315-2DP为profibus-DP总线网络的主站，处理所有地面与小车、小车与小车之间以及输送系统与工艺设备的数据交换及生产线的所有信息采集与监控。由于PROFIBUS总线协议无法实现无线传输，要实现无线通信，必须将PROFIBUS总线协议转换为ModbusRTU协议，而邦纳的DaTaRadio无线产品支持ModbusRTU无线协议。因此，我们在主控系统中，配置了一个NT50-DP-RS协议转换器和一个邦纳DataRadio无线收发器。NT50转换器用于将S7-300PLC一侧的Profibus总线协议转换为ModbusRTU协议，提供给无线收发器使用。主DataRadio无线收发器遵循ModbusRTU协议，以无线方式向三个小车上的从DataRadio发送和接受通信数据。

3.2车载控制系统

六台小车的车载控制系统以ET200SPLC为核心，以IM151-7CPU为Profibus-DP总线网络的从站，完成小车启动、停止、前进、后退，吊具的上升下降、夹紧松开及各工序工艺时间的控制，实现小车的智能化。我们在车载控制系统中，同样配置了一个NT50转换器和一个从DataRadio无线收发器。小车从DataRadio用于接收来自主DataRadio以ModbusRTU协议方式发送过来的无线通信数据，再将此无线数据以ModbusRTU协议有线方式传送给NT50转换器，NT50转换器对收到的数据进行处理转换，将ModbusRTU协议转换为Profibus-DP协议，再将数据以Profibus协议有线方式传递给小车的ET200SPLCDP从站进行处理，从而实现车载PLC与地面主控PLC的数据交换。

3.3无线通信网络架构的建立

我们根据两条环行线分布特性，首先分段布控，先建单网，再建双网，最后双网联控，建立“一控三双向同步收发”机制，开发出“自行小车—控三双向同步收发Modbus-RTU无线通讯双网络控制系统”。我们在总装环形线和底板环行线各自分布特点的基础上，建立两个各自独立的网络，分别控制总装环形线三台自行小车和底板环行线三台自行小车。这样，信号通信强度大大增强，信号的抗电磁干扰能力也大大提高，这种双网络无线架构大大提高了通信的稳定性和可靠性。两个网络在内部各自独立，单独控制，互不干扰，互无影响，但在外部都在S7-300PLC的统一控制之下，又是互相联系的，即单控又联控，各有职责分工，在主控PLC的统一控制和调度下协调、有序、顺畅地工作。总装无线网络和底板无线网络在结构上完全相同，只是网络参数和地址设定有所不同，下面以底板无线网络为例进行说明。

4通信程序的开发

我们在主控系统DP主站的CPU和小车DP从站的CPU中分别开发编制了通信控制程序，二者的通信程序基本相同，只是双方的输入地址区和输出地址区正好颠倒，主控系统的输入区连接自行小车的输出区，主控系统的输出区连接自行小车的输入区。我们首先将主控系统DP主站所有要发送给小车DP从站的数据打包，集中存储在CPU的DB12数据块中，再在程序中调用系统标准功能块SFC15数据写入程序，CPU在PLC主站的过程映像地址区分配输出地址W#16#34，即24字节输出映像区PQB52-PQB75。在SFC15写数据命令下，CPU将程序中DB12数据块中的数据先打包，再通过主站的PQB52-PQB75输出映像区集中发送出去。在小车PLC程序中，需要调用系统标准功能块SFC14数据读出程序，在小车PLC从站的过程映像地址区分配输入地址W#16#40，即24字节输入映像区PIB64-PIB87，用来接收主站发送过来的数据。在SFC14读数据命令下，CPU将输入地址区PIB64-PIB87接收到的打包数据再集中解包，存储到CPU程序中的DB27数据块中，可供主控系统PLC各程序调用。同理，自行小车将发送给主控系统的数据先集中打包到DB11数据块中，在小车CPU的SFC15写数据命令下，CPU为地址映像区分配输出地址W#16#D，即24字节输出映像区PQB13-PQB37，指定此接口用来发送数据。在主控系统一端，CPU在SFC14读数据命令下，为地址映像区分配24字节输入地址区PIB13-PIB37，指定该接口接收数据。输入地址区接收到来自小车的数据后，先解包再存储到DB13数据块中。