通信管理论文范文

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1概述

LMS202E和LMS485分别是美国国家半导体公司生产的RS－232通信用双收发器和多点传输线用高速双向数据通信差分总线／线路收发器。这两种器件均使用5V单电源供电，电源电流分别为1mA（LMS202E）和0．32mA（LMS485的典型值）。

LMS202E满足E1A／T1A－232和CCITTV．28规范，数据传输率可达230kbps，而其±15kV的静电放电（ESD）保护指标符合IEC1000－4－2（EN61000－4－2）标准要求。LMS202E主要用于销售点终端POS（条形码阅读机）、手持式设备（或装置）和通用目的RS－232通信等方面。

LMS485满足ANSI标准E1A／T1ARS485／RS－422，数据速率为2．5Mbps。LMS485的应用领域主要是低功率RS－485系统网络中心、桥路和路由器销售点设备（自动柜员机ATM、条形码扫描仪）、局域网（LAN）、综合业务数据网（ISDN）、工业可编程逻辑控制器、高速串／并联应用以及噪声环境下的多点应用系统等。

2RS－232双收发器LMS202E

LMS202E采用16引脚SOIC封装，可与MAXIM公司的MAX202E相互代换。

LMS202E的内部结构及典型应用电路如图1所示。该器件内含DC－DC变换器，利用电路中的C1～C4使内部对偶充电泵为两个发送器提供±10V的双电源。通过C1，电荷泵可将＋5V的电源电压转换为＋10V，并存储在C3中。而通过C2电荷泵则可将＋10V转换为－10V电压，而后再把－10V存储在C4中。

发送器输入信号可从脚11和脚10输入且两个发送器在14脚和7脚上的输出与T1A／E1A－232E电平一致。T1和T2两个发送器的输出摆幅为±8V，开路输出电压摆幅为（V＋－0．6V）～V－。接收器的R1IN和R2IN信号从脚13和脚8输入以接收T1A／E1A信号，并从脚12和脚9输出与TTL／CMOS兼容的信号。RS－232接收器的输入电压VRi范围为－30V～＋30V，VS为5V时的输入低门限电平是1．4V，高门限电平为2V。接收器输出电压的最大范围为－0．3V～（VS＋0．3V），从输入到输出的传输延迟时间为0．08μs（典型值）。

LMS202E的所有引脚都带有ESD保护。除了发送器输出脚（7脚和14脚）和接收器输入脚（8脚和13脚）外，其它引脚带有±2kV的人体模型（HBM）和±200V的机器模型（MM）ESD额定值。RS－232总线引脚（7脚、8脚、13脚和14脚）带有±15kV的HBM和IEC1000－4－2的耐冲击ESD保护。此外，总线引脚还能满足±8kV的IEC1000－4－2接触ESD保护要求。因此，这种ESD结构在加电、断电等场合可以承受较高ESD冲击。

3LMS485低功率差分数据收发器

LMS485采用8引脚DIP或SOIC封装，可与MAX485互相代换。LMS485芯片在内部集成了一个TRI－STATETM差分线路驱动器（D）和一个差分输入接收器，图2所示是LMS485芯片的内部结构及引脚排列图。

LMS485的DI（4）脚是驱动器输入，DE（3）脚为驱动器输出使能输入，A（6）脚和B（7）脚分别是驱动器（同相和反相）输出和接收器输入，RO（1）脚和RE（2）脚分别是接收器输出和接收器输出赋能输入，GND（5）脚为接地脚，VCC（8）脚为5±0．25V电源电压输入端。

LMS485的输入与输出逻辑真值表如表1所列。其中“X”为不相干，“Z”为三态，“OPEN”为非终止（仅开路输入）。

表1真值表

驱动器

REDED1AB

XHHHL

XHLLH

XLXZZ

接收器

REDEA-BRO

LL≥+0.2VH

LL≤-0.2VL

HXXZ

LLOPENH

LMS485的主要特点如下：

满足ANSI标准RS－485－A和RS－422－B；

采用5V单电源工作，低功率BiCMOS工艺可保证电源电流典型值不超过320μA，工作温度范围为－40～85℃；

总线上允许挂接的收发器数目多达32个，数据速率可达2．5Mbps；

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EDUROBOT-680-II型教学机器人是上海交通大学机器人研究所采用世界银行贷款研制的一种五自由度多关节的机器人。它具备工业机器的基本功能、良好的开放性以及舒适的使用界面，主要大专院校和科研机构提供教学和科研工具。学生可以通过亲手操作了解和学习工业机器人，它具备工业机器人的基本功能、良好的开放性以及舒适的使用界面，主要为大专院校和科研机构提供教学和科研工具。学生可以通过亲手操作了解和学习工业机器人，科研人员还可对它进行二次开发。

教学机器人的上位机（主控计算机）和下位机（运动控制器）原先采用并行口（LPT1）的SPP方式进行通信。利用LPT1的状态寄存器（StatusPort）具有的读能力和每次传送半字节（Nibble）来实现数据的双向传送功能。每次传送的时序（次序）由软件建立，在控制字的协调下按照教学机器人的通信协议接收和发送数据。

目前USB越来越普及，正逐渐取代串口和并口在计算机接口中的地位。为了研究USB在实时通信时的性能，笔者已将教学机器人上下位机通信改用USB端口实现。

图1PL-2301结构框图

1USB特点及其应用

通用串行总线USB（UniversalSerialBus）是1994年底由Compaq、IBM、Microsoft等多家公司联合提出的一种计算机接噪覆亡，目前已发展到USB2.0。由于USB具有以下几方面的特点，所以迅速普及，逐渐确定了在计算机接口中的主导地位。

（1）易用性。USB支持热插拔和即插即用。

（2）可扩展性。用户可以通过连接USB集线器到一个已有的端口来增加USB端口数量，集线器上还可以连更多的集线器。理论上可以连接127个外设到USB总线上。

（3）快速性。USB1.1版规定了两种传输速率：低速传输和全速传输。低速传输的速率是1.5Mbps，全速是12Mbps。这不但远远高于传统的串口传输速率，也比并口传输快了好多倍。最近推出的USB2.0允许的最高传输速率高达480Mbps。

（4）可靠性。USB的可靠性来自硬件设计和USB数据传输协议两方面的保证。USB驱动器、接收器和电缆的硬件规范消除了大多数可能引起数据错误的噪声；USB协议使用了差错校验和数据重传机制，可以最大程度保证数据传输的准确性。

（5）内置电源。USB总线内置电源线，可以给外设提供5V和最多500mA的电源供应，满足大部分低功耗外设的电源要求。

由于USB具有这些突出的优点，不但一些传统外设开始提供USB接口，而且大量新型外设也把USB接口作为首先甚至唯一的接口，如MP3播放器、移动硬盘等。由于USB的高可靠性和足够快的通信速率，USB开始应用于工业级的实时通信和控制，例如机器人系统中示教盒与控制器的通信。本文论述的用USB端口实现机器人上位机与下位机的通信也属于这些方面的应用。

2用USB实现计算机双机通信

由于USB模型是一种Host-Slave(主机-外设)主从式结构，没有办法使两台主机不通过外设而直接通过USB总线通信。然而可通过增加外设控制器的方法使两台主机利用它们的USB端口通信。每个外设控制器连接到不同的主要，并利用共享的缓冲器交换数据。Cypress公司的EZ-Link和Prolific公司的PL-2301把两个外设控制器和共享缓冲区集成到一块芯片上，作为两台主机通过USB总线通俗诉桥梁。其它公司也提供类似的控制芯片。在教学机器人中，采用PL-2301。

PL-2301是台湾Prolific公司生产的一种全速USB控制芯片。PL-2301的结构框图如图1所示。

PL-2301包括两套独立的USB控制单元。在握手信号的协调下，它们通过两个FIFO缓冲器无阻塞地交换数据。PL-2301包含四个终端：缺省的控制终端（地址00H）、中断终端（地址81H）、块输出终端（地址02H）、块输入终端（地址83H）。控制传输用于在主机列举阶段完成对PL-2301的配置及在两台主机通信时控制PL-2301的握手信号；中断传输用于PL-2301定期（每毫秒一次）向主机报告握手信号的状态；块传输用于两台主机之间实时地交换数据。块传输支持错误检测，这对实时通信和控制很重要。控制传输被确保拥有10%的USB总线带宽，中断传输和等时传输最多可以使用90%的带宽，块传输使用剩余的最大可用带宽（最多95%）。当总线不太忙时，由于块传输只有一个很小的协议头（13字节），它是所有传输类型中最快的。为了确何教学机器人上下位机以最快的速度通信，满足实时性要求，最好不要在USB总线上挂接过多的USB外设。

PL-2301除了能对USB标准请求做出反应外，还能对几种厂商自定义的请求做出反应。自定义请求ClearQuickLinkFeature和SetQuickLinkFeature用于控制两台主机通信时PL-2301的握手信号。这些握手信号是：

（1）TX_RDY指示本地USB端口是否准备好传输数据的指示信号。

（2）S_EN挂起使能信号。置位后，PL-2301支持标准的USB挂起特性。

（3）RESET_O块输出管道的复位信号，用于出现错误时复位块输出通道。

（4）RESET_IN块输入管道的复位信号，用于出现错误时复位块输入管道。

（5）TX_REQ块传输的请求信号。

（6）TX_C块传输完成的指示信号。

（7）PEER_E告诉对方本地端口是否连接好的指示信号。

在这几个握手信号的协调下，上位机和下位机可以双向通信。图2是主机PCA向PCB传输数据的流程图。这些底层的细节问题并不需要控制，由PL-2301的驱动程序完成。

图3教学机器人控制系统软件结构

3软件结构

3.1教学机器人软件结构

EDUROBOT-680-II型教学机器人控制系统的控制软件包括下位机的底层控制软件和上位机的上层控制软件，它们通过USB端口通信。其软件结构如图3所示。

上层控制软件运行在Windows98平台上，它为用户提供与机器人交互的人机接口界面，完成复杂运动控制的数据处理和插补计算。它由人机界面、运算插补、主控、通信四大模块构成。通信模块能够实时地发送控制命令给下位机并从下位机获得反馈信息，同时保证数据传输的准确性。

为了提供对USB的支持（为了使底层控制系统有更好的实时性和更紧凑，下一步准备将底层控制系统改用支持USB的WindowsCE、VxWorks或嵌入式Linux），底层控制系统目前采用Windows98平台。底层控制软件接口收上层控制软件的控制命令，同时解释并执行控制命令。这通过多线程实现。任务调度和管理模块是底层控制软件的主线程，它负责从指令队列中取出指令并解释执行。主线程执行过程会产生一个辅助线程——通信线程。通信线程调用通信模块的输出函数，负责监视USB端口。如果上位机传来控制命令，则遵循教学机器人通信协议接收并存入指令队列中。

3.2通信模块的实现

上位机和下位机控制软件共用相同的PL-2301客户驱动程序、传输模块（由Prolific公司提供）和通信模块。

PL-2301客户驱动程序是典型的WDM驱动程序。驱动程序屏蔽了底层的硬件细节和USB协议，使上层软件仅通过驱动程序接口函数就可以访问PL-2301。主要的几个驱动程序接口函数是CreateFile（）、WriteFile（）、ReadFile（）、DeviceIOControl（）。

传输模块（Transfer.dll）是驱动程序的上层模块，它通过调用驱动程序接口函数，实现了两台主机通过PL-2301通信的基本通信能力。Transfer.dll会产生一列三个线程：

（1）发送线程。这个线程对发送请求进行排队并按先后顺序处理请求。如果出现错误，则努力恢复。

（2）接收线程。这个线程等待来自状态线程的消息，如果发现对方主机将要传输数据，就按照传输协议接收数据。接收线程把接收到的数据放在接收FIFO缓冲器中，等待上层软件（Comm.dll）取走。如果有错误发生时，也会努力恢复。

（3）状态线程。这个线程监视PL-2301的状态信号。如果发现有任何状态改变，它将给相关线程发消息或调用回调函数通知上层软件。

Transfer.dll提供几个供上层软件（Comm.dll）调用的输出函数：

·USB_InitService（）调用Transfer.dll里的其他输出函数之间必须先调用这个函数。

·USB_OpenConnect（）调用此函数获得PL-2301的句柄。发送和接收数据时要用到这个句柄。

·USB_WriteConnect（）调用此函数向对方主机发送指定的数据。

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2、ALM系统基础建设

ALM系统平台基础数据的统一定义是整个系统的基础。通过对设备树、数据分类、数据库体系、告警体系等的统一定义，形成各个应用系统共有的基础数据，减少各应用模块及线路问的接口，有效提高维保系统的整体性能和数据共享。因此，应进行设备基础信息库、标准设备状态监测模型及上层管理系统接口这3大基础建设。

2．1设备基础信息库与ALM系统

接口的子系统包括各种不同的设备。ALM系统监控的基本对象是设备，大多数的需求都是结合设备的监控、管理和维护提出的。因此，应建立基于ALM系统的设备管理功能，以支持通信系统的建设和运营维护。同时为地铁设备管理提供支持。基于ALM系统的设备管理，其主要管理对象为通信系统设备信息，因此应为设备管理功能体系建立标准的设备信息显示模型、完整的基于ALM系统的没备信息库和用于设备信息管理的接口。设备信息库是ALM系统建设和运行的基础，所有的设备信息显示模型均通过设备信息库生成。在系统调试阶段，大量设备信息由各子系统承包商提供，而ALM系统承包商将这些信息整理并归档于设备信息库。设备信息库存储于历史数据库中。设备信息库是基于ALM系统多个基础表而建立的，包括站点表、子系统表、设备类型表、告警分级表等。由于ALM系统站点众多，每个站点的子系统众多，设备信息库是一个数据量非常庞大的表格，因此，必须建立合理的基础信息体系，这样才能保证数据录入和检索的完整和高效。同时，需采用海量实时性能较高的历史数据库产品，以支撑数据基础体系的建立。设备信息库是一个完整的信息中心，包括了所有专业／子系统的设备信息，因此ALM系统的建设和维护需要众多专业／子系统的人员支持。为了便于每个专业／子系统人员对本专业的设备信息进行管理，必须建立一个通用的接口，使各专业／子系统人员不必直接面对数据量庞大的设备信息库，而是通过接口进行本专业的数据录入和检索。设备信息管理接口是人机界面的一部分，是系统维护人员的工具之一。该接口往往被运营人员所忽视，由此会导致设备信息管理的杂乱无章。

2．2标准设备状态监测模型

2．2．1设备状态判断

不同的设备具有自身的专业特点。ALM系统需要针对每一类设备进行告警分级、维修方式设定，以形成标准的设备状态监测模型体系，然后通过高性能的软件数据处理功能实现对设备维修信息的快速处置。一般将设备的状态分为维持服务、暂停服务和•14f1•中断服务，根据该设备的状态判断其是否完全具备维持运营的能力。1)维持服务：指设备虽然存在导致服务能力下降的故障，但仍然可以继续向乘客提供服务，如某个摄像头无法获取图像而乘客并不能感受到。2)暂停服务：指设备的故障导致无法满足乘客需求，但乘客可以选择其它设备代替或故障可以短时恢复。如站台某个PIS(乘客信息系统)显示单元无法开启。3)中断服务：指设备的故障导致无法满足乘客需求，进而导致某个运营服务能力完全失去。如站台广播失效需人工喊话。ALM系统需根据设备实时信息自动判断告警级别并采用不同的方式提供推送或辅助决策，由运营维护人员根据建议处理。可能的处理方式有：忽略，不做处理；记录维修相关信息，在运营后维修；需更换备品备件；紧急抢修。

2．2．2数据处理方式

现场采集的设备状态数据非常多，应对这些数据进行过滤、筛选、加工处理，以获得维修决策的基础数据。根据不同的管理需求，有不同的数据处理模型，如告警设置、趋势分析等。1)告警设置：包括限值告警、区间告警、统计告警、百分比变化告警等。2)设备趋势分析：是以定量、可视的形式对设备状态进行管理，包括检查设备的状态是否处于控制界限之内，观察设备状态的变化倾向或状况，预测设备状态发展到危险水平的时间，早期发现设备异常并进行预维修或定修。可采用单值趋势分析、正态分布趋势分析、公式或统计方法趋势分析等技术。

2．3决策支持

通过采集设备的现场状态数据和基于历史数据的分析，ALM系统可对维修决策提供支撑。按照设备、系统、网络等不同维度对数据进行统计分析，对指标体系进行梳理，形成通信系统设备的评价体系；通过仪表、图形、趋势分析等形式，构建地铁运营维护平台的管理“驾驶舱”。

3、ALM系统与维修业务的结合

典型的设备维修业务流程如图1所示。ALM系统主要在故障报告、报修、数据分析环节中起关键作用。ALM系统在整个维修管理业务流程中的作用如图2所示。

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技术的质量将严重影响到后续各阶段，通信工程信息管理系统确立后进入实施阶段，随之将产生技术风险。通信工程信息管理系统的整体决策是否正确、施工能否满足技术规范、设计是否合理等，会对项目的质量产生不同程度地影响。技术风险体现在：贯穿于材料采购、施工操作、设计全过程，以及材料检测手段达不到要求等产生的风险。技术风险就是指在施工期间，因为技术原因所造成的项目不能按照预先设定的时间、成本和质量标准完成检验。主要是设计和实际施工中产生的差异，有两种体现形式：一是因为设计深度不足，致使设计中存在缺陷、遗漏和错误，未考虑施工可能性等问题，未考虑地质、环境等条件，给施工带来麻烦；二是因为施工技术的经验较少致使施工时的施工工艺不达标，无法保证施工作业安全工作流程不合理等问题，难以达到设计单位的要求。不论是哪种原因，都会将工期加长，增加施工成本，甚至返工，更会导致通信工程信息管理系统不能顺利完工交付使用。方案设计技术风险，主要是技术标准掌握不够和经验不足等因素的影响，为谋取更大利益，没有及时发现，施工单位使用了不符要求的材料，如光缆由于质量不过关，造成投产2年后不能正常使用，导致设计方案没有达到总体优化，主要是由于设计人员没有沿路由仔细查勘、责任心不强产生，由于钢绞吊线质量差，不得不提早进行部分更换。方案设计不周全，方案修改和返工的可能性增加，造成资源和时间的浪费，投产一年后开始严重锈蚀，给线路维护增加了大量的成本和工作量。

1.2人力风险

人是项目的管理者、决策者和实施者，任何项目的都需要人来完成。通信工程信息管理系统建设的全过程是由人来完成的，实施的决策、设计、勘察、计划、材料购置到施工。例如设计人员的责任心不强，由于设计不合理，引起设计变更不断，导致预算的偏离度过大，甚至有重大失误，给工程项目造成巨大损失，这些都会导致项目施工费用超支或竣工时间大大延误。

2通信工程信息管理系统风险应对措施

2.1降低技术风险应对措施

对于通信工程信息管理系统的设计风险采取多轮、多层次、多专业论证的方法予以规避。采用风险缓解的方法，来解决后期的实施过程中出现的前期设计风险。加强挽救和应急方案的实施力度。由于项目周期过长，项目的设计方案有着明显的超前性，不能按照现有的国家标准为方案提供参考和评估依据，所以对于标准，规范所产生的风险应当使用专家组会审，然后设计施工方案。通过详细、准确、完备的施工计划来预防风险事件的发生。施工组织多轮的设计并且通过多轮的审核，但是因为大型工程项目都有较大的差异，所以尽管结构类似也不能相互移植，只能通过风险规避和缓解来解决。咨询机构依靠自己的设计来赚取咨询费用，而不是依靠卖产品和设备来提取佣金。这就使他们有可能真正保持“中立”，有可能摆脱工程项目管理组对某种项目的倾向性，降低合作风险，当好企业的参谋。随着在竞争环境中咨询行业的逐步规范发展，尽管目前咨询业的发展还并不是非常完善，但是可以相信，咨询公司的“中立”性会进一步的加强。

2.2降低管理风险应对措施

通信工程信息管理系统施工点多、投资大、施工专业多、施工面积大，招投标、监理、项目管理公司等项目咨询企业也很多，管理跨度大、层次多，组织机构设置既要满足项目管理方方面面的要求又要简单，要在项目规划期就做设计好组织机构，还要在项目实施过程中出现的此类风险时能够快速改变组织结构，采取缓解的措施，原则上主要采取风险控制的措施来对待此类风险。通信工程信息管理系统主要通过风险规避和自留来解决项目管理的计划工作风险。如通过增加项目风险储备金、广泛获取信息以合理地规避，运用成熟的方案等方法、增加项目资源来规避风险，如果风险可以自行承担，可以采用风险自留的方法，如果不能自行承担则将风险尽量的转嫁个相关单位，最大程度上降低风险对整个项目造成的危害，例如跨区域文化沟通风险，就是一个非常难控制的风险。通信工程信息管理系统中，完工风险也是一个非常重要的风险，在项目的制定和设计阶段就要充分注意到后期施工组织设计的系统行，详细考虑到各方面可能对进度造成影响的风险，充分准备，提前计划，快速反应，减少风险的发生，如果发生问题要尽量减少损失，还要避免产生连锁反应，例如，因为通信工程信息管理系统的土建施工计划不周详，导致进度延误影响了钢结构施工进度，钢结构施工进度又影响到了屋面施工进度，致使整体进度滞后。项目的质量风险要在之前详细的分析，积极的预防，发生后要积极使用方法将损失尽量降低。为应对项目实施过程中合作风险，很多信息被收集和反映出来，例会也扩大到了项目管理小组和项目实施小组两个层面，例会的周期由每月一次缩短到了每2周一次，并且越来越多的问题都在例会上被提出来讨论、决定，讨论改造功能风险计划、设计调整、进度控制等方面的问题。通过例会机制的建立。同时，制定切实可行的项目进度计划：根据项目总体目标，项目小组将实施过程划分为若干阶段，细化后的项目计划更利于项目的实施，并为细化项目长达数月年的实施过程，使目标更加具体，为每个阶段制定了具体的阶段目标、工作内容等。