（测试计量技术及仪器专业论文）GSM网络远程遥控遥测技术的研究与开发.pdf

中文摘要 论文题目：g s m 网络远程遥控遥测技术的研究与开发 专业：测试计量技术及仪器 硕士生：吕飞( 签名)星圣 指导教师：汉泽西( 签名)薹f i 造 摘要 随着现代通信的发展，g s m 网络应用于各个领域，同时人们对通信的需求也曰益膨 胀，g s m 网络技术必须更大程度发挥潜能，为人们更好服务。 本课题在实验室的环境下来开发的。本文研究了基于g s m 网络，采用a t 指令通信 协议，利用r s 2 3 2 串行接口实现远程遥控遥测技术的研究与开发。同时本课题结合了网 络移动终端硬件电路g s m 模块的性能特征，完成了一套基于a t 指令的仿真通信系统的 设计及实现。其中，如何合理的实现数据库的设计与管理、制定功能完备的通信协议、 客户端功能需求的设计与完善、健全的服务器端数据处理的合理性与准确性是关键。 本课题从软件开发的基本流程出发，逐步完成和实现一套完整的软件系统。此项工 程包括早期的调研，需求和系统功能的分析，软件概要设计、详细设计和系统设计，软 件的编码实现及随后的软件测试，到最后的系统维护，一步一步完成。其中，系统设计 基本采用客户机服务器( c s ) 模式开发，数据库是结合本系统的开发环境v b 6 0 的数 据库访问技术和系统的客户机n 务器( c s ) 模式所设计开发而成的，通信功能的实现 是利用v b 6 ，0 开发环境中的通信控件m s c o m m 来实现。 最后，论文总结了完成的工作，并提出了可进一步研究和开发的问题。 关键词：g s m 网络仿真系统a t 指令数据库设计 论文类型：应用研究 i l 英文摘要 s u b j e c t ： s p e c i a l i t y ： n a m e ： i n s t r u c t o r r e s e a r c ha n de x p l o i t a t i o no ft h et e l e c o n t r o la n dt e l e m e t e r i n gs y s t e mb a s e o i lt h eg s mn e t w o r k m e a s u r i n ga n dt e s t i n gt e c h n o l o g i e sa n di n s t r u m e n t s l vf e i ( s i g n a t u n ) 兰! 鳖 h a n z e x i ( s i g n a t u r el 出等止 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fc o m m u n i c a t i o n s ，g s mn e t w o r ki su s e di nv a r i o u sf i e l d s ，a tt h e s a m et i m e ，p e o p l e sr e q u i r e m e n t sa b o u tc o m m u n i c a t i o na r ea c c r e t i n gd a ya n dd a y b e c a u s eo f t h o s e g s mn e t w o r kt e c h n o l o g ym u s td oi tb e s tt oe x e r tp o t e n t i a lt om e e tp e o p l e s r e q u i r e m e n t s t h ei d e ao ft h i ss y s t e mi se x p l o i t e db a s e do nl a bc o n d i t i o n t h i sp a p e rr e s e a r c h e st h e t e c h n o l o g yo ft e l e c o n t r o la n dt e l e m e t e r i n g ，b a s e do ng s mn e t w o r k ，u s i n ga tc o m m a n d sa n d r s 2 3 2s e r i a li n t e r f a c e t h i sp a p e rh a sa c c o m p l i s h e dae m l u a t o rc o m m u n i c a t i o ns y s t e ma b o u t a tc o m m a n d s ，c o m b i n i n gp e r f o r m a n c ec h a r a c t e ro fg s mm o d u l e i nt h i ss u b j e c t ，h o wt o i m p l e m e n tt h ed e s i g na n dm a n a g e m e n to fd a t a b a s e ，s t i p u l a t ef o ri n t e g r a t e dc o m m u n i c a t i o n p r o t o c o l s ，d e s i g na n dp e r f e c tc l i e n t s i d e sr e q u e s t s ，a n dt h ev e r a c i t ya n dr a t i o n a l i t yo f s e v e r - s i d e sd a t am a n a g e m e n ta r ek e y s t h i ss u b j e c tc o m p l i e sw i t hb a s i cf l o wo fe x p l o i t i n gas u i to fs o f t w a r e ，a n dt h e ns t e pb y s t e pw i s e l ya c c o m p l i s haw h o l es o f t w a r es y s t e m t h i sp r o j e c ti n c l u d e se a r l i e ri n v e s t i g a t i o n a n ds t u d y , a n a l y s i sa b o u tr e q u i r e m e n ta n ds y s t e mf u n c t i o n ，d e s i g no ft h es u m m a r y , p a r t i c u l a r a n ds y s t e ml e v e la b o u tas o f t w a r e ，a c h i e v e m e n to fs o f t w a r ec o d i n ga n dt h ef o l l o w i n gt e s t s ，u p t of i n a l l yt h es y s t e mm a i n t e n a n c e a l lo ft h e s ea r ef i n i s h e ds t e pb ys t e p a m o n go t h e r s ， s y s t e md e s i g nb a s i c a l l yi su s i n gc sm o d e l ，d a t a b a s ei sd e s i g n e db yc o m b i n e dw i t hd a t a _ t r a n s m i s s i o nt e c h n o l o g yi nv b 6 0a n ds y s t e m sc sm o d e l c o m m u n i c a t i o nf u n c t i o n sa r e i m p l e m e n t e db a s e do nm s c o m m i nv b 6 0 f i n a l l y , t h i sp a p e rs u m su pa l lo ft h ef i n i s h e dw o r k s ，a n dt a b l e ss o m eq u e s t i o n sf o rn e x t r e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n t k e y w o r d s ：g s mn e t w o r k , e m l u a t o rs y s t e m ，a tc o m m a n d ，d a t a b a s ed e s i g n ， t h e s i s ：a p p l i c a t i o ns t u d y 学位论文创新性声明 9 4 1 6 6 3 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安石油大学或其它教育机构的学位 或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做 了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 论文作者签名： 星至 日期： 知o 。- j 学位论文使用授权的说明 本人完全了解西安石油大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学 位期间论文工作的知识产权单位属西安石油大学。学校享有以任何方法发表、复制、公 开阅览、借阅以及申请专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相 关的学术论文或成果时，署名单位仍然为西安石油大学。 论文作者签名： 导师签名： 盖i 1 1 谚 日期： 砷0 6 - 。 日期： 口6 上 第一章概述 第一章概述 1 1 论文选题背景 知识经济及信息化时代的到来，伴随着计算机技术的推广普及和计算机网络的迅猛 发展，移动通信业务也得到史无前例的发展。现有的g s m ( g l o b a lf o rm o b i l e c o m m u n i c a t i o n 全球移动通信) 网络已经扩展到世界的各个角落，到2 0 0 6 年3 月年全球 有超过1 7 【1 1 亿人使用g s m 电话，覆盖了人口的l 4 ，占到全球市场份额的7 7 【”，是当 前数量最大的移动通信系统。目前，我国拥有3 _ 8 亿以上的g s m 用户，是拥有数量最多 的g s m 移动用户的国家。随着时代的不断进步，g s m 网络将会面对更多更大的机会和 挑战，发展g s m 网络迫在眉睫。 i n l e m e t 的爆炸性发展，将g s m 网络引入移动通信网络中，这样g s m 网络提供的 业务应用于各个领域之中，如提供的位置服务可以应用于车辆跟踪、车辆调度和车辆导 航等方面，同时g s m 网络业务可提供漫游服务“移动性”。g s m 网络技术是在商 用系统中不断发展和完善的，具有技术和实践相结合的特性，已经成为事实的移动通信 系统的国际规范。g s m 网络的技术优势还体现在移动终端方面1 2 】，利用移动终端设备可 以进行工业监控、油田监控、交通监测、水利监测、环保监测、交通管理、移动p o s 系 统、移动支付系统、流动营业厅、邮政办公、投注系统、保险系统、公安系统等等。如 s i e m e n s 公司推出的基于g s m 技术和d e c t 技术的新一代无线通信模块t c 3 5 i t 3 】可当作 m e ( m o b i l ee q u i p m e n t 移动设备) ，m s ( m o b i l es t m i o n 移动站) ，t a ( t e r m i n a la d a p t e r 终端适配器) 和d c e ( d a t ac i r c u i tt e r m i n a t i n ge q u i p m e n t 数据通信设备) ，用户可以通 过r s 一2 3 2 串口将移动设备与自己的无线应用系统相连，并使用标准的a t 指令对其进行 控制，把采集到的信息通过g s m 网络，传输到控制中心，进行g s m 网络的工程应用。 虽然g s m 网络的优势得到了极大的利用，但是同时它的局限性也得到了体现，如 g s m 网络目前的数据传输速度只有9 6 k b i t s ，增强其数据传输能力势在必行，g p r s ( g e n e r a lp a c k e rr a d i os e r v i c e 通用无线分组服务) 应运而生。g p r s 是一项基于数据包 的信包交换技术，它在现有的g s m 网上提供数据服务业务，为向下一代平滑演进而作 好准备。g p r s 将每时隙的传输速度【4 从9 6 k b i v s 提高到1 4 4 k b i v s ，然后8 个时隙合并 在一起、最大可提供1 1 5 2 k b i t s ，同时采用g p r s 后，许多用户可共享同一信道，尤其 适用于i n t e m e v i n t r a n e t 移动服务。 因此要更大的发展g s m 网络，以满足人们对信息日益增长的需求。本课题正是在 这种背景之下，为了更好的发展g s m 网络而提出的。通过对基于a t 指令下的串口通信 系统进行全面的分析研究，设计出一套合理的m e 和p c 机之间的仿真系统，发展g s m 网络，使g s m 和g p r s 的结合相得益彰，为更好的发展g s m 网络提供软件测试的平台 和应用环境，脱离对硬件的依赖。 西安石油大学硕士学位论文 1 2 论文结构介绍 论文采用了“总一分一总”的论述方式，先进行系统分析，根据实际的需求明确系 统的任务和功能指标，进而总结出系统的设计和实现涉及到的所有关键性技术，然后在 第三章和第五章逐一介绍这些关键性技术，最后论述了利用这些关键性技术进行系统设 计和实现的方法。 论文的第二部分是系统的分析部分，从软件开发的基本流程原理入手，进行系统分 析；第三章介绍的是串口及串口通信的基本原理，及在v b 6 0 环境中通信控件m s c o m m 的相关知识；第四章主要介绍用于此系统的g s m 网络、g s m 无线通信模块及其通讯协 议a t 指令的相关知识；第五章是介绍在v b 6 0 环境下进行的数据库设计的理论和方法， 以及数据库的访问技术及对数据库进行的相关处理的方法；第六章是文章的总结篇，详 细的讲述了如何运用前文中讲述的关键性技术设计和实现客户端和数据服务器端关于 g s m 网络远程遥控遥测的监测系统，并介绍了此系统的实现和根据g s m g p r s 无线通 信模块检测结果及其运行情况。 1 3 课题研究内容与本人主要的工作 本课题为西安亚通科技有限责任公司为了发展其本身的软件优势，在原有硬件的基 础上，所要开发和设计的一个新的项目。在设计和开发系统的过程中，作者承担了全部 的工作，包括前期的分析和设计，以及后来的编码实现和测试及项目实旋，具体工作筒 略如下： 1 ) 设计了g s m 网络远程遥控遥测系统 软件的开发必须遵循软件开发的基本原理。从软件开发角度分析和设计g s m 网络 远程遥控遥测系统。从项目的目标、运行环境、条件与限制、硬件接口等进行系统的需 求分析，功能分析，设计出整个系统的雏形客户机服务器( c s ) 模式下的串口通 信系统。基于a t 指令集的远程通信的实现，关于a t 指令一整套软件仿真系统，并给出 系统应该具有的功能和基本实现形式。 2 ) 通信的研究和实现 在v b 6 0 环境下串口通信的实现，系统通信功能的实现与设计。客户机n 务器( c s ) 模式下的串口通信的实现，通信协议的制定。通信功能的实现和研究主要是研究串口 r s 2 3 2 和v b 6 0 通信控件m s c o m m 这两种技术。串口r s 2 3 2 主要是各个引脚的属性 和实现通信的基本设计和编程；v b 6 0 通信控件m s c o m m 主要为它的属性和两种通信 处理方式这两个方面的问题，并对这两个方面的编程作重要的研究和实现。 3 ) 通信协议的研究 通过查阅大量的g s m 网络、g s m 移动终端设备和a t 指令的资料，设计出符合规 范化的a t 指令下的g s m 网络远程遥控遥测系统的总体通信方案。a t 指令的使用规则， 响应规则的一般体现，g s m 网络的特点，g s m 移动终端设备的特点及其a t 指令发送 第一章概述 和响应规则的把握，这些都是系统的关键。 4 ) 数据库的研究和设计 数据库的设计。a t 指令是庞大的数据群，涉及的数据库设计很关键，本系统 的实现也可以说是建立在a t 指令的数据库管理基础上进行的，数据库的设计也必须 遵循数据库开发的流程进行。同时此数据库是结合客户机朋务器( c s ) 模式开发而成 的。 在v b 6 0 环境下，数据库的设计和数据库访问技术。数据库访问技术主要为 d a o 、r d o 和a d o 三种，及在此三种技术下的数据库编程实现，其中有o d b c 数据 库编程接口的编程实现。当然数据库的安全性也是不可忽略的一大问题。 5 ) 整个系统的实现与检测 充分利用分析结果，完全实现所有的系统功能和完整的一套软件系统。从软件测试 的角度并利用g s m 移动终端设各检测软件系统，以投交使用。 通过以上工作，完成了基于a t 指令的远程遥控遥测监控系统。 西安石油大学硕士学位论文 第二章系统分析 g s m 网络远程遥控遥测技术的研究与开发主要是在试验室的环境下开发出来的一 套软件仿真系统，所以本章从软件开发的基本流程原理入手，进行系统分析，从系统的 目标入手，进行分析系统的目标功能，进而将系统细分成若干个子系统，并对各个子系 统进行详细的分析。 2 1 软件概述 2 1 1 软件的定义 “软件5 j ”一词是在2 0 世纪6 0 年代才出现，程序和软件这两个概念，从其出现之 时，就带有一层神秘色彩，因为从高度的抽象性，使得人们无法从物理实体上去感知它， 认识它。其一定义“软件”为计算机程序及其说明程序的各个文档，在该定义中，“程序” 是计算任务的处理对象和处理规则的描述；“文档”是有关计算机程序功能、设计、编制、 使用的文字或图形资料。另一种则是“软件”是计算机为了完成特定任务而执行的指令 的有序集合。把此说法从应用的角度可以更通俗的理解为： 面向过程的程序= 算法+ 数据结构 面向对象的程序= 对象+ 消息 面向构件的程序= 构件+ 构架 通常，软件有以下定义： 软件= 程序+ 数据+ 文档 软件开发过程是一个自顶向下、逐步细化的过程。首先在软件阶段定义了软件的作 用域，然后进行软件需求分析，建立软件的数据库、功能和性能需求、约束和一些有效 性准则。接着进入软件开发，先是软件设计，然后再把设计用某种程序设计语言转换成 程序代码，最后是软件的测试和维护，如此进行则完成一套软件的整体开发。 2 1 2 软件生存周期 任何有生命的动物、植物和人，都有一个生存周期( l i f ec y c l e ) 。即使没有生命的 事物或实体，如电脑、家具、房子、汽车等，它们也有一个生存周期，这个生存周期就 是使用寿命。同样，任何一个软件也有一个生存周期1 6 。 软件工程的基本方法包括传统的结构化方法、面相对象的方法等，无论哪种方法都 是以软件生存周期为基本特征的软件工程方法。软件生存周期是指一个软件从提出开发 要求开始直到该软件报废的整个周期。把生存周期划分为若干阶段，使得每个阶段都有 明确的任务，把规模大，结构复杂和管理复杂的软件开发变得容易控制和管理。如图2 1 ： 第二章系统分析 图2 1 软件生存周期图 同时，在各个阶段有相关的正式文档记录，用户概念( 在有些说是计划) 和需求分 析可设为是定义阶段，这时需要有正式的需求说明书( 文档) ；软件设计阶段主要包括的 是概要设计、详细设计、系统设计，其中各个设计都要有相应的设计说明书( 文档) ；编 码要有源程序清单；测试阶段是测试报告，具体有关测试的介绍见2 4 软件的测试；维 护阶段是后期的长期的维护阶段，可根据需要进行修改维修，同时有软件维护报告。 2 2 软件要求定义 2 2 1 可行性分析和研究 在进行任何一项较大的工程时，首先要进行可行性分析和研究，可行性研究的任务 是初步确定项目的规模和目标，确定项目的约束和限制，把他们清楚的列举出来，然后， 分析员再进行简要的需求分析，抽象出该项目的逻辑结构，建立逻辑模型。可行性的研 究可从以下三个方面分析和研究每种解决方法的可行性【5 】： 1 ) 技术可行性。因为项目的目标、功能和性能比较模糊，技术可行性是最难解决 的问题。此也可从三种情况考虑：开发的风险：再给出的限制范围内，能否 设计出系统并实现必须的功能和性能? 资源的有效性：可用于开发的人员是 否存在问题? 可用于建立系统的其他资源是否具备? 技术：相关的技术是否 支持这个系统? 以上都是必须考虑的问题，一旦估计错误，将会出现灾难性后 果。 2 ) 经济可行性。此范围较广，包括成本一效益分析，公司长期经营策略，开发所 需成本和资源，潜在的市场前景等等。 3 ) 社会可行性。此范围也比较广，它包括合同、责任、侵权、用户组织的管理模 式及范围，其他一些技术人员常常不了解的陷阱等。 西安石油大学硕士学位论文 2 2 2 项目开发计划 经过可行性研究以后，若一个项目值得开发，则接下来应制定项目开发计划。软件 开发计划是一种管理性文档，主要是对开发的软件项目的费用、时间、进度、人员组织、 硬件设备的配置、软件开发环境的配置等进行说明和规划，是项目管理人员对项目进行 管理的依据，据此对项目的费用、进度和资源进行控制和管理。 项目开发计划是一个管理性文档，它的主要内容如下： 1 ) 项目概述。说明项目的主要工作；说明软件的功能、性能；为完成项目应具备的 条件；用户及合同承包者承担的工作、完成期限及其他条件限制；应交付的程序 名称，所使用的语言及存储形式：应交付的文档。 2 ) 实施计划。说明任务的划分，各项任务的负责人；说明项目的开发进度，按阶段 应完成的任务，用图标说明每项任务的开始时间和完成时间；说明项目的预算， 各阶段的费用和支出预算。 3 ) 人员组织及分工。 4 ) 交付期限。 2 2 3 软件需求分析 在进行完以上两个步骤以后，那么就可以进入需求分析阶段。 需求分析阶段它虽处于项目开发过程的开始阶段，但它对于整个软件开发过程以及 软件产品的质量是至关重要的。需求分析阶段不是具体解决问题，而是准确的确定软件 系统必须做什么，确定软件系统必须具各那些功能。 1 ) 项目需求 做此项工作的目的是为了充分分析和了解即将进行的软件开发内容，为后面的系统 的整体设计，界面设计，功能设计，提供内容概括。为需求者和系统设计者及程序开发 员提供需求分析报告，使程序开发员明确所要达到的目标。 目标：开发出一整套软件系统，其中包括基于a t 指令集的远程通信的实现，a t 指 令仿真系统。 运行环境：在w i n d o w 2 0 0 0 w i n d o wx p 的操作系统下，v b 6 0 的运行环境下开发出 这一整套软件系统。 条件与限制：在实验室的环境下实行的两台或一台p c 机之间的用r s 2 3 2 进行的串 口通信。见图2 2 。 硬件接口：9 线的r s 一2 3 2 。此系统需跳线，即把一条r s 一2 3 2 的线材其中的一端的 接头拆掉，将里面的第二引脚跟第三引脚的线材以电烙铁熔掉并对调即可，如图2 3 所示。 第二章系统分析 垦咫凰 p c 情况一 p c p c 情况二 图2 - - 2 实验室环境下p c 机两种不同情况的物理连接 地线 图2 3r s - - 2 3 2 跳线的方法 2 ) 需求分析 根据项目需求分析要求，本系统是根据可以利用g s m 网络协议进行远程遥控遥测 而开发出来的一套模拟系统。该系统为改进g s m 网络提供软件基础，更好的发展g s m 网络。该系统必须满足：应用功能需求和良好的数据库性能及为二次开发提供良好的开 发平台。服务器端根据需求更改操作响应，并给客户端发送相应的正确的响应；客户端 根据需求发送请求，并得到准确的响应。功能需求主要是指客户端和服务器端都可以根 据自己的需求实时准确的实现发送，接收，存储，查询，删除，修改等操作。 同时由于发送指令的数据庞大，参数众多，因此良好的数据库性能主要是指对数据 的高效率存取和空间的节省，并具有良好的数据共享性、完整性。在开发时，要求开发 功能尽量完善、安全可靠，可以大大提高g s m 网络资源利用率，及时、准确地获取需 要的信息。 2 3 功能分析需求 从项目需求和项目的需求分析可以得到如下的详细的关于g s m 网络远程遥控遥测 系统中所涉及的客户端软件的具体功能和服务器端软件的具体功能。 a 客户端软件功能： 1 ) 同志 可按照日期对发送队列名称进行查询； 提供发送和接收的记录的导出功能( 数据库) ； 2 ) a t 指令配置 西安石油大学硕士学位论文 树形目录中a t 指令分类管理； 每类里面每条a t 指令的修改，删除，增加； 查看所有a t 指令及每条指令的意义用法( 文件) ； 查看树形目录新增的a t 指令； 3 ) a t 指令发送队列配置管理 选择是否保存定义的a t 指令发送队列( 数据库) ； 从数形目录中选择要测试的a t 指令，并填入指定的参数后添加到当前的 a t 指令发送队列定义中； 发送区内a t 指令的增加、删除、修改； 可删除、修改定义过的a t 指令发送队列； 可设置某个队列间隔时间发送； 可设置某个队列发送的次数和间隔时间； 选择是否保存所有的发送和接收响应的记录； 记录每条a t 指令的发送时间和响应时间； 4 ) 监控功能 提供监控窗口，可看到当前响应的所有交换信息( 可设置自动清空选项) ； 手动清除发送区和接收区的类容； 串口端口和波特率的选择； b 服务器端软件： 1 ) 日志 是否保存新接收到的a t 指令及响应； 记录接收时间及所有的交换信息； 查看a t 指令及所对应的响应( 数据库) ； 2 ) a t 指令配置 增加、删除、修改需要响应的a t 指令； 增加、删除、修改服务器主动触发的一些响应事件； 3 ) a t 指令响应配置管理 可根据不同的a t 指令的输入参数设置不同的响应结果，并且可将这些响 应条件和响应结果进行保存； 对同一条a t 指令，可以同时有多个响应条件和响应结果； 可设置安装间隔时间和发送次数发送某些响应数据( 服务器可主动提供的 信息) ； 4 ) 其他功能 串口端口和波特率的匹配选择； 提供监控窗1 2 1 ，可看到当前响应的所有交换信息( 可设置自动清空选项) ； 第二章系统分析 手动清除发送区和接收区的内容； 同时根据上述分析介绍，可以得到系统的逻辑结构设计图( 图2 - - 3 ) 和根据需求分 析得到系统操作运行步骤( 图2 4 ，2 5 ) 。 图2 3 系统逻辑结构图 图2 4 系统操作客户端运行图 图2 - - 5 系统操作服务器端运行图 2 4 软件的测试1 7 1 1 8 】 从软件质量保证的角度来看，软件测试是一种软件质量保证活动，成为软件生产必 不可少的质量保障手段，测试是交付成功的优质产品保证，软件存在的问题很多都和测 西安石油大学硕士学位论文 试的成效有关，如果测试不成功，这些问题就会潜伏在软件中，等到用户发现后，再由 开发人员维护、改正错误的费用一般是开发阶段的4 0 到6 0 剧引，因此对软件开发来说， 软件测试已不再仅作为软件产品成型之后的附加活动，而是广义的看作同软件开发一起 发生并发展的生命周期过程。 实质上，软件测试不仅仅是测试程序，而是软件投入运行前对软件需求分析、设计 规格说明和编码的最终复审，是软件开发的重要的关键的必不可少的步骤。 常用的测试方法有白盒测试和黑盒测试。白盒测试主要是对软件的过程性细节做细 致的检查，是把测试对象看作一个打开的盒子，允许测试人员利用程序内部逻辑结构及 有关信息，设计或选择测试用例，通过在不同点检查程序的状态，对程序所有逻辑路径 进行测试，确定实际结果是否与预期结果一致。 黑盒测试是一类面向用户观点的测试技术，所依据的是程序的外部特征和知识积累。 测试者只依据软件需求规格说明书，通过程序输入输出之间的关系、程序的功能等来测 试数据或设计测试用例。 g s m 网络远程遥控遥测技术的研究与开发最后拟交出来的用户端服务器端的仿真 系统需经白盒和黑盒的精确测试，才能投交使用，因此了解软件的测试势在必行。此仿 真系统的测试经过单元测试( 模块测试) ，集成测试( 即测试模块之间的相互作用) ，系 统测试( 充分运行系统，验证系统各部件能否正常工作并完成所赋予的任务) ，回归测试 ( 验证修改未导致不期望的效果) ，验收测试( 用户为主的测试) 此五类测试之后，就可 以正式投入使用。 2 5 本章小结 本章从软件开发的角度对g s m 网络远程遥控遥测技术仿真系统进行了总体结构设 计和功能设计，并对仿真系统进行了总体功能需求设计，完成此项软件开发的最基本但 重要的一步。 第三章串行通信 第三章串行通信 g s m 网络远程遥控遥测技术的研究与开发主要涉及到的是计算机和计算机之间利 用通信协议进行通信，因此本章主要简要的介绍g s m 网络远程遥控遥测仿真通信系统 中所涉及的串行通信的知识，r s 2 3 2 串口的基本知识，及在v b 6 0 中通信控件m s c o m m 的相关知识。 3 1 串口通信 3 1 。1 串行通信的概念1 9 1 1 1 0 川1 现代世界是一个高度自动化的世界，各式各样的设备都可以和计算机作联机，而最 简单的自动化联机方式就是使用串行接口通信。此种方式于硬件上操作简单，功能上易 于扩展，这几年来，它不仅没有被取代，反而成为计算机与调制解调器或其它媒体相连 的管道，使计算机可以与更外围的设备沟通，从而造就高速的信息流时代。 同时伴随着计算机系统的应用和微机网络的发展，通信功能显得越来越重要，通信 既包括计算机与外部设备之间，也包括计算机和计算机之间的信息交换，这里所说的通 信是指计算机与计算机之间的信息交换。 所谓“串行通信”【9 j 是指外设和计算机间使用一根数据信号线( 另外需要地线，可能还 需要控制线) ，数据在一根数据信号线上一位一位地进行传输，每一位数据都占据一个固 定的时间长度，如图3 1 所示。这种通信方式使用的数据线少，并可以借助现成的电话 网进行信息传送，因此，特别适合于远距离传输，这样可以节约通信成本，当然，其传 输速度比并行传输慢。对于那些与计算机相距不远的人一机交换设备和串行存储的外部 设备如终端、打印机、逻辑分析仪、磁盘等，采用串行方式交换数据则十分普遍。在实 时控制和管理方面，采用多台微机处理机组成分级分布控制系统中，各c p u 之间的通信 一般都是串行方式。所以串行接口是微机应用系统常用的接口。 i d o l mi d 2 i n 3 i d 4 l d 5 i d 6 i d 7 ii r 厂 r r 叫t 睁 图3 1 串行通信数据示意图 在数据输入过程中，数据一位一位地从外设进入接口的“接收移位寄存器”，当“接 收移位寄存器”中已接收完1 个字符的各位后，数据就从“接收移位寄存器”进入“数 据输入寄存器”。c p u 从“数据输入寄存器”中读取接收到的字符( 并行读取，即d 7 d o 同时被读至累加器中) 。“接收移位寄存器”的移位速度由“接收时钟”确定。 在数据输出过程中，c p u 把要输出的字符( 并行地) 送入“数据输出寄存器”，“数 据输出寄存器”的内容传输到“发送移位寄存器”，然后由“发送移位寄存器”移位， 把数据一位一位地送到外设。“发送移位寄存器”的移位速度由“发送时钟”确定。 西安石油大学硕士学位论文 接口中的“控制寄存器”用来容纳c p u 送给此接口的各种控制信息，这些控制信息 决定接口的工作方式。“状态寄存器”的各位称为“状态位”，每一个状态位都可以用 来指示数据传输过程中的状态或某种错误。例如，用状态寄存器的d 5 位为“1 ”表示“数 据输出寄存器”空，用d o 位表示“数据输入寄存器满”，用d 2 位表示“奇偶检验错” 等。能够完成上述“串 并”转换功能的电路，通常称为“通用异步收发器u a r t ( u n i v e r s a la s y n c h r o n o u sr e c e i v e ra n dt r a n s m i t t e r ) ”，典型的芯片有：i n t e l8 2 5 0 8 2 5 1 ， 1 6 5 5 0 。 3 1 2r s 一2 3 2 c 的基本知识| 1 3 1 i 】4 l 计算机与计算机或计算机与终端之间的数据传送可以采用串行通讯和并行通讯二种 方式。由于串行通讯方式具有使用线路少、成本低，特别是在远程传输时，避免了多条 线路特性不一致而被广泛采用。在串行通讯时，要求通讯双方都采用一个标准接口，使 不同的设备可以方便地连接起来进行通讯。r s 2 3 2 c 接口( 又称e i ar s 一2 3 2 - c ) 是目前 最常用的一种串行通讯接口。它是在1 9 7 0 年由美国电子工业协会e i a ( e l e c t r o n i c i n d u s t r y a s s o c i a t i o n ) 联合贝尔系统、调制解调器厂家及计算机终端生产厂家共同制定的用于串 行通讯的标准。它的全名是“数据终端设备( d t e ) 和数据通讯设备( d c e ) 之间串行 二进制数据交换接口技术标准”，该标准规定采用一个2 5 个脚的d b 2 5 。在本系统中所使 用的是9 个脚的d b 9 。 计算机一般提供了2 个2 5 针或9 针的r s 一2 3 2 标准串行口，简称为c o m l 矛i c o m 2 。在 某些应用中，还可以通过插通信卡来获得额外的r s 一2 3 2 标准串行口。利用这些串行口可 以与其它数字设备进行一般的数据通信，计算机的串行接口主要用于远程通信和低速输 入输出设备。由于串行数据通信传输线条数最少，而且有许多较便宜的专用芯片可实现 它，发送和接受器也简单，因而对数据传输速度要求不高的计算机和数字设备间的近程 通信，多采用串行通信实现。而目前各个厂家生产的调制解调器都配有与上位机通信的 r s 2 3 2 c 串行接口，因而计算机与调制解调器之间的数据通信用串口很容易实现，只需 要制作一条2 芯或3 芯的数据线编写相应的接口程序即可实现，不需要增加其他硬件设备。 调制解调器用于传输两部设备之间的数据，计算机通过串行端口与调制解调器作沟 通，p c 机上w i n d o w s 系列的操作系统都可通过超级终端程序经串口直接对调制解调器进 行控制。只要在超级终端上键入相应的“a t 指令”，通过a t 指令集，从基本的音量控 制到内建参数的改变，都可由超级终端经过串行端口对调制解调器控制。 串行通信接口标准经过使用和发展，目前已经有几种。但都是在r s 2 3 2 标准的基础 上经过改进而形成的。r s 2 3 2 c 标准( 协议) 的全称是e i a r s 一2 3 2 c 标准，其中e 1 a ( e l e c t r o n i ci n d u s t r ya s s o c i a t i o n ) 代表美国电子工业协会，r s ( r e c o m m e n d e ds t a n d a r d ) 代表推荐标准，2 3 2 是标识号，c 代表r s 2 3 2 的最新一次修改( 1 9 6 9 ) ，在这之前，有 r s 2 3 2 b 、r s 2 3 2 a 。它规定连接电缆和机械、电气特性、信号功能及传送过程。常用物 第三章串行通信 理标准还有e i a & # 0 ；r s 一2 3 2 c 、e i a & # 0 ；r s 一4 2 2 a 、e i a & # 0 ；r s 一4 2 3 a 、e a & # 0 ；r s 一4 8 5 。 这里只介绍e i a & # 0 、r s 一2 3 2 c ( 简称2 3 2 或r s 2 3 2 ) 的一些特性： 1 ) 接口的信号内容。实际上r s 一2 3 2 c 的2 5 条引线中有许多是很少使用的，在计算 机与终端通讯中一般只使用3 9 条引线。r s 一2 3 2 c 最常用的9 条引线的信号内容见表3 1 所 不。 表3 1r s 一2 3 2 c 最常用的9 条引线的信号内容 引脚 简写 方向意义说明 lc d 计算机 调制解调器发送字符发送数据 4 d t r计算机 调制解调器数据端各妥计算机告诉调制解调器可以进行传输 5g n d 计算机= 调制解调器接地端接地端 6d s r 计算机 调制解调器要求发送计算机要求调制解调器将数据送出 8 c t s计算机 调制解调器清除己发送调制解调器通知计算机可发送数据过来 9 r i计算机c 调制解调器响铃监测调制解调器通知计算机有电话进来 2 ) 接口的电气特性。在r s 一2 3 2 c 中任何一条信号线的电压均为负逻辑关系。即：逻 辑“1 ”，5 1 5 v ；逻辑0 ，+ 5 + 1 5 v 。噪声容限为2 v 。即要求接收器能识别低 至+ 3 v 的信号作为逻辑“0 ”，高到一3 v ，作为逻辑“1 ”。 3 ) 接口的物理结构。r s 2 3 2 c 接口连接器一般使用型号为d b 2 5 的2 5 芯插头座，通常 插头在d c e 端，插座在d t e 端。一些设备与p c 机连接的r s 2 3 2 c 接口，因为不使用对方 的传送控制信号，只需三条接口线，即“发送数据”、“接收数据”和“信号地”。所 以采用d b 9 的9 芯插头座，传输线采用屏蔽双绞线。 4 ) 传输电缆长度。由r s 2 3 2 c 标准规定在码元畸变小于4 的情况下，传输电缆长 度应为5 0 英尺，其实这个4 的码元畸变是很保守的，在实际应用中，约有9 9 的用户是 按码元畸变1 0 - 2 0 的范围工作的，所以实际使用中最大距离会远超过5 0 英尺。 串口通信的典型步骤l l 副：1 ) 打开串口；2 ) 设置串口通讯；3 ) 实现和安装串口回调函 数；4 ) 读写串口操作；5 ) 关闭串口。般情况下，串口形式的仪器设备具有自己的命令 解释器和处理器，因此不同的仪器设备有自己的命令集和通讯规则，需要根据具体的情 况编写仪器控制软件，串口通信功能的实现具体的编程流程图可用图3 2 表示。 通常在写好了通信程序后需要两台或一台p c ，将通信口连接后进行测试，但很多时 候因条件限制仅有单台p c 机，测试项目很简单，对于九针的串口，找一个废弃的串口鼠 标，剥开鼠标线，将连接2 、3 针的线对接即可；对于2 5 针的串口，可找一枚曲别针( 最 好有塑料外套的) 将它扯直，剥去两头的塑料后在两头各弯一个圆圈，中间对折后直接 西安石油大学硕士学位论文 套按在串口的2 、3 针上即可。如果担心不够安全，则可以将5 针接地。以上问题均经过测 试，并且已经成功地应用于作者开发的系统中，同时这在各类通信问题中也具有一定的 普遍性。 睫掣塑量卜 n 涔 区盘 t d 上= f a i s e t d = f a l 数据处理和显示l 遣 图3 2 串口通信程序流程图 3 2m s c o m m 控件的主要属性及通信处理方式 3 2 1m s c o m m 控件的主要属性1 1 7 】 用v b 6 0 开发串口通信程序常用两种方法，一种是利用w i n d o w s 的通信a p i 函数 实现；另一种是采用v b 6 0 内集成的m s c o m m 通信控件实现。实践证明，m s c o m m 控 件提供的串行通信功能已能满足一般数据采集和控制系统的r s 一2 3 2 串行通信要求。此 g s m 网络远程遥控遥测通信系统所采用的正是利用v b 6 0 内集成的m s c o m m 通信控件 实现。 因此，要了解m s c o m m 控件。m s c o m m 控件是通过串行端口发送和接收数据，向 应用程序提供串行通信，该控件具有丰富的与串口通信密切相关的属性和事件，提供了 对串口的各种操作。m s c o m m 控件有很多重要的属性，但首先必须熟悉以下几个主要的 属性： 1 ) c o m m p o r t 属性：设置并返回通信端口号。在设计时，可取1 到1 6 的任何数( 缺 省值为1 ) 。注意：必须在打开端口之前设置c o m m p o r t 属性。例如： m s c o m m c o m m p o r t = l ，指定使用c o m l 进行通信； 第三章串行通信 2 ) h a n d s h a k i n g 属性：指定双方的通信协议： 3 ) p o r t o p e n 属性：设置并返回通信端口的状态( 打开或关闭) ，使用串行端口之 前必须先将串行端口打开，而使用完毕之后，也必须执行关闭操作。t r u e 表示串口打开； 4 ) s e t t i n g s 属性：以字符串的形式设置并返回波特率、奇偶性、数据位及终止位参 数。格式为：“波特率，奇偶校验位，数据位的位数，停止位的位数，即b b b b ，p ，d ， s ”。默认值是“9 6 0 0 ，n ，8 ，1 ”； 5 ) s t h r e s h o l d 属性：在m s c o m m 控件设置c o m m e v e m 属性为c o m e v s e n d 并产生 o n c o m m 事件之前，设置并返回传输缓冲区中允许的最小字符数。若设置s t h r e s h o l d 属 性为0 ( 缺省值) ，数据传输事件不会产生o n c o m m 事件；若设置s t h r e s h o l d 属性为1 ， 当传输缓冲区完全空时，m s c o m m 控件产生o n c o m m 事件。如果在传输缓冲区中的字 符数小于所设的值，c o m m e v e m 属性设置为c o