（农业机械化工程专业论文）远程流量计量系统的设计研究.pdf

摘要 随着：t = 业自动化、计算机技术和通信技术的不断发展和成熟，流量计的计量方式向自动 化、智能化、网络远程化方向发展。远程流量计量系统是当前仪器仪表产业的一个重要的研 究课题，具有较重要的实用价值。在现有实际应用的远程流量计量系统中主耍采崩r s - - 4 8 5 串行 通信方式，这种方式不能满足远距离传输数据的要求。对此，如何利用调制解调器( m o d e m ) 远程通信技术设计实现远程流量计量系统成为研究的方向。 本文概述了远程流晕计最系统通信的基本原理、方法以及远程流量计量系统通信网的种 类。在调查分析远程通信技术应用研究现状和发展趋势的基础上，对远程流鼍计鼍系统进行 _ 设计和试验研究，实现了远程流量计量。 远程流量计量系统由一台p c 机和与流量计通信的下位机组成土从式分布结构。f 位机采 月j 性价比高的p 1 c 单片机，主要实现对流量计的数据采集，针对流量计与外界的不同通信模块。 r 位机与流量计的通信方式分别采用并行通信、串行通信和单片机接收流量计4 2 0 m a 电流 环模拟输出信号三种方式；上佗机采用p c 机，主要用于对远程流量计的数据显示和典中管理。 系统利_ j m o d e m 、公用电话网和累加、检验通信算法进行数据传输。利_ e f j v b 6 0 面向对象编 程技术，开发出友好的人机界面，进行实时读取和存储远程流量计历史数据。本论文还分析 了系统硬件和软件的干扰源，采用了有效的抗干扰措施，保障了系统可靠地运行。 试验研究结果表明：本系统设计合理，运行可靠，操作方便，抗干扰能力强，达到了卜- 忙机采集数据、传输数据以及上位机接收数据准确性的目的。 关键词：远程流颦计p cm o d e m 单片机 西南农业大学硕士学位论文英文摘量 a b s t r a c t w i t ht h ec o n s t a n td e v e l o p m e n ta n dr i p e n e s so fi n d u s t r i a la u t o m a t i o n ，c o m p u t e rt e c h n o l o g ya n d c o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y , m e t e r i n gm e t h o do ff l o w m e m rp o i n t st oa u t o m a t i o n ，i n t e l l i g e n c ea n d n e t w o r k t h em e a s u r es y s t e mo fl o n g - r a n g ef l o wi sa l li m p o r t a n ts u b j e c tf o rr e s e a r c ho f t h ei n d u s t r y o ft h ei n s t r u m e n ta n da p p a r a t u sa tp r e s e n tb e c a u s eo fi t si m p o r t a n tp r a c t i c a lv a l u e a tp r e s e n t ， r s - 4 8 5s e r i a lc o m m u n i c a t i o nw a yi sm a i n l ya d o p t e di np r a c t i c a la p p l i c a t i o n ，w h i c hc a n tm e e tt h e r e q u e s tf o rr e m o t et r a n s m i t t i o no fd a t a s o ，t h i st h e s i sf o c u s e do na c h i e v i n gt h em e a s u r eo f l o n g - r a n g ef l o wb ya d o p t i n gt h er e m o t ec o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g yo f m o d e m t h i st h e s i sh a ss u m m e du pt h eb a s i cp r i n c i p l ea n dm e t h o d so f t h ec o m m u n i c a t i o no fl o n g 。r a n g e f l o wm e a s u r es y s t e ma n dt h ev a r i e t yo fc o m m u n i c a t i o nn e t w o r ko fi t o nt h eb a s i so fi n v e s t i g a t i o n a n da n a l y s eo ft h ec u r r e n ta p p l i c a t i o na n dd e v e l o p m e n tt r e n do ft h et e c h n o l o g y , t h em e a s u r eo f o n g r a n g ef l o ww a sr e a l i z e d t h el o n g - r a n g ef l o wm e a s u r es y s t e mc o n s i s t e do fo n ep ca n ds i n g l ec h i pm i c r o c o m p u t e r , w h i c ha d o p t sp i cw i t hh i g l lc o s tp e r f o r m a n c e ，m a i n l yg a t h e r i n gt h ed a t ao f t h el o n g - r a n g ef l o w m e t e r a c c o r d i n gt ot h ed i f f e r e n tc o m m u n i c a t i o nm o d u l eb e t w e e nt h ef l o w m e t e ra n dt h ee n v i r o n m e n t ， t h r e em e t h o d sw e r ea d o p t e d ，i ep a r a l l e lc o m m u n i c a t i o n ，s e r i a lc o m m u n i c a t i o na n ds i n g l ec h i p m i c r o c o m p u t e rr e c e i v i n g4 2 0 m ae l e c t r i cc u r r e n ts i g n a lf r o mf l o w m e t e r p cm a i n l ys h o w e da n d m a n a g e dt h ed a t af r o mf l o w m e t e r t h es y s t e mu t i l i z e dm o d e m ，p u b l i ct e l e p h o n en e t w o r ka n d a c c u m u l a t i o n ，e x a m i n i n gt h ec o m m u n i c a t i o na l g o r i t h mt ot r a n s m i tt h ed a t a u t i l i z i n gv b 6 0t o d e v e l o pt h ef r i e n d l ym a n - m a c h i n ei n t e r f a c e ，w h i c hr e a d sa n ds t o r e st h ed a t ao f l o n g r a n g ef l o w m e t e r nr e a it i m e t h i st h e s i sd e s c r i b e dt h ei n t e r f e r e n c es o u r c e so ft h eh a r d w a r ea n ds o f t w a r eo ft h e s y s t e ma n da n t i i n t e r f e r e n c em e a s u r e s ，w h i c he n s u r et h er e l i a b l er u n n i n go f t h es y s t e m t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l to fs t u d ys h o w s ：t h i ss y s t e mw a sr e a s o n a b l ei nd e s i g n ，r e l i a b l ei nw o r k ， a n de a s yt oo p e r a t i o n ，f u r t h e r m o r e ，i t sa n t i i n t e r f e r e n c ea b i l i t yw a ss os t r o n gt h a ti ta c h i e v e dt i l e p u r p o s eo f g a t h e r i n ga n dt r a n s m i s s i o no f d a t ab yt h es l a v ec o n t r o l l e ra n dr e c e i v i n go f t h ed a t ab yt h e m a s t e rc o n t r o l l e re x a c t l y k e y w o r d s ：l o n g - r a n g ef l o w m e t e r ；p c ；m o d e m ；s i n g l ec h i pm i c r o c o m p u t e r i i 西南农业大学硕士学位论皇文献综述 第1 章文献综述 由于经济的发展和国民生活水平的提高，生产、生活对流量计的需求量越来越大，同时 随着计算机技术和通信技术的发展和成熟流量计的计量方式向自动化、智能化、网络远程 化计量方式发展是流量计发展的必然趋势，也是f 业自动化不断发展的必然要求。长期以来， 远程流角计工作情况的监视、流体使_ i _ j 量的记载等问题一直制约着流量计的管理效率。 为了解决以上问题，目前国内已经采用了远程流量计量系统，但在这些已经使用的远程 流量计量系统中主要采用的通信方式是r s - - 4 8 5 串行接口，这种方法只能解决1 0 k i n 以下的通 信距离，而对r 1 0 k i n 以上的通信距离则无能为力。所以，利用电话网建立远程流量计量系 统是当前需要解决的一个问题，其中远程通信技术在远程流最计鼙系统发展过程中起着举足 轻重的作川。 由于芙于远程流量计量系统研究的报道较少，因此以下主要针对远程流量计量系统通信 技术的研究。 1 1 远程流量计量系统通信的基本原理 远程流鼙计茸系统通信通常采用两种通信方式：并行通信和串行通信。 111 并行通信 并行通信是将数据以成组的方式在两条以上的信道上同时传输它不需要另外的措旋即 可实现收发双方的字符同步。并行通信虽然传输效率高由于所需硬件设备复杂。不适于长 距离通信，所以一般只适用于要求实时性强，传送速率较高的控制系统中，实用面较窄。”1 1 1 2 串行通信 串行通信是将数据码流以串行方式在一条信道上一位一位地传输信息。串行通信又可分 为同步通信和异步通信两种方式。 同步通信是指通过在每个数据块开始时的同步字符来实现收，发双方同步的一种数据传输 方法，通信过程中每个字符间的时间间隔是相等的。而且每个字符中各相邻代码问的时间间 隔也是相等的。传输是将许多字符组成一个信息组( 帧) ，在每组信息的开始加上一个同步字符， 没有信息要传输时要填上空字符。常用于信息量大，速度要求高的场合。 异步通信是指通信过程所传送的字符和字符间的时间间隔是不固定的，发送每个字符的 前面有起始位，后面有校验位和终止位不发送字符时。要发送空闲位“1 。异步通信是按字符 传输的，接收设备在收到位信号之后只要在一个字符的传输时间内能和发送设备保持同步就 能正确接收，对时钟的同步要求比较低但传输效率受到影响，所以传送效率不高。常用于 信息量不大，速度较低的场合。在计算机测控系统中，由于串行接口的标准化，一般采用异 步串行通信方式，以提高其通用性。 相比之，卜，串行通信简单易实现，传输距离较长，所以已被广泛应用于各种工控系统中。 1 2 远程流量计量系统通信的方法 远聪流量计量系统通信通常采用三种方法：采用r s - - 2 3 2 c r s - - 4 8 5 或r s - - 2 3 2 c r s - - 4 2 2 转换器，采用电流环、采异 诵制解调器( m o d e m ) 。 采用r s - - 4 8 5 或r s - - 4 2 2 ，采用电流环以及采用m o d e m 都可以有效地延长r s - - 2 3 2 c 的传 输距离，它们备有优劣。采用r s - - 2 3 2 c r s - - 4 8 5 或r s - - 2 3 2 c r s - - 4 2 2 转换可将r s - - 2 3 2 c 的 通信距离延k 至i 2 k i n ( 9 6 0 0 b p s ) ，而且可以在同一对r s - - 4 8 5 或r s - - 4 2 2 总线上挂接多至3 2 台 p c 机。r s - - 2 3 2 c r s - - 4 8 5 或r s - - 4 2 2 转换器也很便宜是p c 机远程数据通信的首选方法采 用4 - 2 0 m a 电流环转换技术可以将r s - - 2 3 2 c 通信距离延长至1 6 k m ( 9 6 0 0 b p s ) ，但只适合于两台 p c 机之间的通信这种方式成本也很低。男一种方法是采用调制解调器( m o d e m ) 它可 将p c 机之间的通信距离延长1 0 k m 以上。但m o d e m 价格较高而且传输速率受到限制。r s 一 4 8 5 、r s - - 4 2 2 的传输率最大为1 0 m b p s ，4 2 0 m a 电流环的传输率可达到1 5 2 k b p s ，而m o d e m 传输率一般不超过l4 4 k b p s “i 。 1 2 。1 采用r s - - 2 3 2 c r s - - 4 8 5 或r s - - 2 3 2 c r s - - 4 2 2 转换器 r s - - 4 2 2 串行接口采用般端线进行信号传输，它通过驱动器将逻辑电平转换成电位著，通 过传输线将电位差信号送到接收器。再将电位差转换成逻辑电平“1 。r s - - 4 2 2 为全双工制。其 发送端和接收端各要两条信号线，如果其中一条为正电平，另一条就为负电平，这样传输线 上信号不构成电荷积累因而抗干扰能力强，适于高速度远距离传输。r s - - 4 2 2 驱动器输出为土 ( 2 6 ) v ，接收器可以检测到的输入信号电平可低至0 2 v 。r s - - 4 8 5 与r s - - 4 2 2 的唯一不同之处 是：r s - - 4 8 5 为r 权l 制。而r s - - 4 2 2 为全极j ：制“1 。 要实现r s - - 2 3 2 与r s - - 4 2 2 或r s 一4 8 5 的相互转换，首先耍实现r s - - 2 3 2 c 的电平与t t l 电 平之间的相互转换，再将t t l 电平与r s - - 4 2 2 或r s - - 4 8 5 的电平进行相互转换。 1 22 采用4 2 0 m a 电流环方式 4 2 0 m a 电流环是一种串行通信的事实标准。以4 2 0 m a 电流流过通信环路表示数据 1 。无电流为数据0 在接收端由光电耦合器将电流还原为r s - - 2 3 2 c 电平信号。由于 通信线路引入的电、磁干扰及线路本身的分布电容对线路中的电流影响不大( 对电压影响太) 。 所以电流环具有很强的抗干扰能力，可以延长通信距离。 1 。2 3 采用m o d e m 方式 无论是r s - - 2 3 2 c 还是r s - - 4 2 2 、4 8 5 或电流环，其信号波形都是矩形，因而包括有大量的 谐波分量，这要求传输媒介也应有极宽的通频带。在p c 机远程通信中为降低成本，通常以 现有电话线为传输媒介而其通频带为3 0 0 3 4 0 0 h z 即普通电话线根本无法在有效距离内传 2 西南农业大学硕士学位论文 文献综述 递数据信号。解决这个问题的方法就是采用m o d e m 将数字矩形波信号变成3 0 0 3 4 0 0 h z ： 的正弦波信号市售的m o d e m 产品种类很多，插 式、外挂式，速率从2 4 0 0 b p s l j j 2 8 8 k b p s 。 实际上如果要求串行通信速率不高可以非常简单地制作m o d e m 。 m o d e m 通信是利用现有电话网实现计算机之间、计算机与单片机之间的远距离通信的一 种通信方式。电话网是为传输模拟信号而设计的，而计算机和单片机处理的信息都是数字信 号冈此计算机和单片机要借助于电话网络传送数据时，发送端首先必须进行调制，将数字 信号变成模拟信号。经过电话网络的传输，到了接收端，还要有解调装置将模拟信号还原成 数字信号。 大量外置m o d e m 提供标准的r s - - 2 3 2 接口，所以和p c 机相连的m o d e m 可以通过串口直 接连接：而单片机的串行口不是标准的r s - - 2 3 2 接口，所以m o d e m 不能直接和单片机相连， 必须设计响应的接口电路。两个m o d e m 之间是通过电话网络连接。两个m o d e m 之间需要载 波信号进行沟通，只有它们之间成功的建立一条载波链路后，才能进行数据传输”1 。 利用m o d e m 进行上位机与f 位机之间的远程低速通信具有很多优点：首先，通信距离 可以扩展到几十其至上百公里，只要电话线路质量较好通信距离基本不受限制：其次，m o d e m 通信利用电信部门的电话线路和交换网络，不需要单独布线。不需亲自维护，尽管需交纳一 定的月租费用，但仍节省了犬餐的精力和资金；再者在不需要进行数据传输时，线路可以 作为普通的电话线路用丁语音通信或收发传真等，一线多用：最后，利用m o d e m 通信速率 最高可达5 0 k b p s 左右( 取决于线路质量) 。可以满足人多数设计要求，而且m o d e m 本身技术 成熟、性能可靠、价格也不高。使用成品的调制解调器还可以避免通信接口的设计调试过程 缩短了开发周期。降低了开发成本，同时提高了系统的可靠性。 1 3 远程流量计量通信网的种类 1 3 1 公用电话网 公用电话网( p s t n ) 是公用通信网络中的基础网。通信区域覆盖全国，利用电话网进行远 程通信是投资少、见效快、实现大范围数字通信最便捷的方法。利用现有的电话网，只要在 p c 机或终端设备进入电话网的前端装入m o d e m ，将数字数据信号变换成模拟信号进入电话 交换网即可。 公用电话网一般由本地电话网和长途电话网组成。本地电话网是指一个城市或一个地区 的电话网，由端局和汇接局组成，端局主要与蚝途电话网进行交换汇接局主要是进行本地 区的电话交换，与端局构成一个交换网络“l 。长途电话网由一、二、三级长途交换中心与五 级交换中心( 端局) 构成网状与汇接相结合的复合型网络结构。在同一交换区内相邻等级交换中 心之间的电路群称作基干路由任意两个长途交换中心之间的低呼损电路群称作低呼损直达 路由，高效电路群称作高效直达路由。在长途电话网五级交换中心服务范围内可组织开放长 途数据业务，也可经国际出口局开放国际数据业务。 3 两南农业大学硕i：学位论文文献综述 电话网主要由氏途传输介质和交换设备组成，长途传输介质主要采用铜缆，中继线路也 有采刚光缆及微波通信系统交换设备有氏途电话交换机、国际自动电话交换设备以及市内 自动电路交换设备等。 利用电话网进行数据传输的电路有二线式和四线式两种1 。二线式特点是发送数据和接 收数据都在2 条线路中传输，四线式是指发送利接收各用2 条线连接。在二线式中m o d e m 需 将内部的调制、解调四线方式增加一个2 4 式的变换电路才能使用。 在电话网上进行计算机数据通信，可通过拨号方式经m o d e m 由公用电话网实现电路接 通，电话用户不需另装用户线、中继线和交换机，只需购买一台p c 机和m o d e m 以及通用的 通信软件即能与一城市或另一城市相同类型的智能终端或l a n 进行远程通信“。如：目前 p c 机_ l f = | 户要使用i n t e r n e t ，首先到当地网管中心申请一个人网帐号，使用时，通过电话拨号登 录1 u i n t e r n e t 的u n i x 主机，它运行的是i p 软什这样，用户即可通过u n i x 主机提供的软件进 a i n t e r n e t 。此外，如要用电话拨号方式通过矧j s l i p p p p 协议实现与专线方式入网相同的功能， 则要求用户配有别s l l p ，p p p 软件。但享用的i n t e r n e ! 资源比与u n i x 联网方式要丰富得多。 公用电话网的主要缺点是可靠性差、传输速率低，一般为1 2 0 0 2 4 0 0 b p s ，4 8 0 0 9 6 0 0 b p s ， 在质量较好的线路上也可达1 4 4 k b p s 以上”。 1 3 2 公用分组交换数据网 公用分组交换数据网是实现不同类型p c 机之间进行远距离数据传送的重要公共通信平 台，是目前国际上普遍采用的一种广域连接方式。它遵照国际电联电信标准化部门i t u t s s 制定的x2 5 协议，是世界上许多电信组织和厂商支持和遵守的国际标准。x 2 5 网是国际上广泛 采用的公用数据网络。 ( 1 ) 分组交换的概念1 分组交换也称包交换。它将用户传送的数据划分成一定的长度，每个部分叫做一个分组。 在每个分组的前面加一个分组头( 也叫标题) 用以指明该分组发往何地、然后由交换机根据每 个分组的地址标志，将它们转发至目的地，这一过程称为分组交换。进行分组交换的通信网 称为分组交换网。 ( 2 ) x 2 5 协议的简介 x 2 5 协议是指用分组方式工作并通过专用电路和公用数据网连接的终端使用的d t e ( 数据 终端设备) i d c e ( 数据电路终端设备) 之间的接口协议。它定义了物理层、数据链路层、分组 层( 即w e b 网) 3 层协议。分别对应于i s o o s i 的7 层模型的下3 层”“。 物理层的基本功能是建立、保持和拆除数据终端设备( d a t at e r m i a n le q u i p m e n t ，d t e ) 和数据通信设备( d a t a c o m m u n i c a t i o n se q u i p m e n t ，d c e ，或称为数据电路终接设备) “之间 物理链路的机械、电气、功能和规程的条件。提供同步、全双工的点到点比特流的传输手段， d t e i 本地d c e 之间的接口按x 2 l 建议规定。 4 西南农业大学硕士学位论文文献综述 数据链路层通过d t e $ 1 1 p s e ( 本地分组交换机) 间的物理链路向分组层提供等待重发，差 错控制方式的分组传送服务，可靠性高。这一层规定的l a p b 规程是h d l c 规程的平衡类子集 土要规定了数据链路的建立和拆除规程，建立后的信息传输规程以及差错控制、流量控制等。 另外这一层还规定7 m l p ( 多链路规程) ，通过在多条平行的数据链路上同时传送信息帧。以提 高信息的吞吐最和可靠性。 分组层( w e b 层) 土要描述d t e d c e 接e l 上交换控制信息和用户数据的分组层规程，规定 了虚电路业务规程、基本分组结构和数据分组格式以及可选用的用户业务功能等。l 这一层采用时分复婀原理，实现一个源d t e 利用一条物理电路呼叫多个目的d t e 进行分组 数据交换。此外还提供永久虚电路p v c 业务，这是供_ j 户同定使用的虚电路，源d t e 不必呼叫 即能使用虚电路。 ( 3 ) 分组交换原理 分组交换是把电路交换和报文交换的优点结合起来的一种交换技术。电路交换过程类似 丁i 打电话，当用户需发送数据时，主叫方需通过呼n u ，由交换网连接被叫建立起一条物理连 接数据通路，需拆除连接时，由通信般方中任一方完成。它的特点是适合发送一次性大批量 的信息。由_ 丁建立连接时间长，传递短报文时，效率较低，并且要求通信双方在信息传输速 率、编码格式、通信协议等方面完全兼容，这就限制了不同速率、不同编码格式、不同通信 协议的双方用户进行通信。报文交换的基本原理是采e 1 4 “存储转发”技术，从源站发送 报文时把目的地自h 添加在报文中，然后网络中的交换机将源站的报文接收后暂时存在存储 器中，再根据提供的目的地址，不断通过网络中的其他交换机选择空闲的路径转发。最后送 到目的地址。这样就解决了不同类型用户之间的通信并且不需要像电路交换那样在传输过 程中长时间建立一条物理通路而可以在同一条线路上以报文为单位进行多路复用所以大 大提高了线路的利用率。但此种方式时延较妖时延变化大，不适用于实时及会话式通信， 但适用于e m a 电子邮件) ，p c 文件，公用电报等业务“。 分组交换仍采用“存储转发”技术但不像报文交换那样以报文为单位进行交换， 而是将报文划分成有固定格式的分组( p a c k e t ) 进行交换、传输，一般为i k b i t 至数千位，每个分 组按一定格式附加源与目的地址，分组编号、分组起始结束标志、差错校验等信息，以分组 形式在网络中传输l 。当源d t e 将分组以比特串形式传送至本地分组交换机p s e 后，本地p s e 收到每个分组要求的转发信息，不管是否接通目的地址设备都先存储起来。然后检查目的 地址，在p s e 保存的路由表中找到该目的地址规定的发送通路，p s e 即按允许的最大发送速率 转发该分组。同样每一个中转p s e 均按此方式存储、转发每个分组。直到将分组送到目的地p s e ， 再由该p s e 送到目的地址d t e 。 按上述方式传送的是分组交换中的数据报方式，一般适用于较短的单个分组的报文，其 优点是传输可靠性高、传输延时小，由丁i p s e 上的存储器容量减小，提高了经济性，缺点是每 个分组附加的控制信息多，增加了传输信息的长度年【】处理时间，增大了额外开销。 两南农业大学硕l 学位论文文献综述 分组交换的另一种方式叫虚电路方式，它与数据报方式的区别主要是在信息交换之前 由源d t e 向本地p s e 发送一特定呼叫请求的分组，其中含有目的d t e 的地址及逻辑信道识别 符，并由p s e 中转转发。若该呼叫被目的d t e 接受，则以“呼叫接受”予以应答，w e b l l p 发出 一个“呼叫连通”给源d t e ，此时呼川建立，在两台d t e 之间建立一条称作虚电路的逻辑通路， 信息就能在这条虚电路上传输，真到数据交换结束，虚电路被拆除，相应的逻辑信道识别符 被释放。 冈此虚电路方式在每次通信时都经过虚电路建立、数据传输和拆除3 个阶段，类似于电 路交换方式，但信息在网络中的传输是分组交换方式。这种方式对信息传输频率高、每次传 输鲑小的用户不太适_ h j 但由丁每个分组头只需标出虚电路标识符和序号，所以分组头开销 小，适朋k ：报文传送。 ( 4 ) 分组交换数据网的特点” 传输质最赢 分组交换方式具有差错控制功能。它不仅在节点交换机之间传输分组时具有差错校验与 重发的功能。而且对丁分组型终端，在_ i j 户线部分也可以进行同样的差错控制，网内全程误 码率在i 1 0 。o 以f 。 电路利用率高，经济性能好 分组交换是- - i s 先将米臼终端的报文进行分组并视电路的空闲情况，以分组为单位在 网内高速传输，最终传递到对方终端的通信方式，即存储转发方式。因此、可以相互利用其 通信的空余时间进行多个分组的通信。共同利用一条线路传输信号，从而极大地提高传输线 路的利用率，获得很好的经济效i ；i l 。在实时性要求不严和电文长度较短的通信中，采用分缨 交换非常经济，其通信费用与实际占用电路的时间和通信量成上e 比即分组交换的资源来取 与距离无关。只计算占用电路的时间和通信的业务量。 不同速率终端可互相通信 分组交换是以存储交换方式工作的，可以把发送终端送出的报文交换为接收终端能够接 收的形式。因此，分组交换网能够实现不同速率、不同编码方式、不周的同步方式以及不同 的传输规程的终端之间的通信。 分组多路通信 由于每个分组都包含有控制信息，所以分组型终端尽管和分组交换机之间只有的一条用 户线连接，但可以同时与多个用户终端进行通信，即同时把同一信息发送到不同的用户，这 是公用电话网和用户电报网以及电路交换的公用数据网等所不能实现的。 分组交换网也有其缺点。由于采用存储转发方式工作，所以每个分组的传送延迟可达几 百毫秒，而且在传送分组时，需要交换机有一定的开销。故分组交换不适宣实时性要求高 信息量很大的业务，另外，由于技术比较复杂，网络管理功能强等原因，大型分组交换网的 投资较大 6 西南农业大学硕士学位论文 文献综述 ( 5 ) 分组交换数据网的发展现状 分组交换数据网的发展起源丁6 0 年代末。1 9 6 9 年美国国防部建立的a r p a 网( 初期有4 个 节点) ，是第1 个使_ h = 1 分组交换技术的计算机网络“。7 0 年代，各国纷纷建立公用分组交换网， 如美国的t e l e n t 网和t y m n e t 网、加拿人的d a t a p a c 网、法国的f f 柚s p m 网等。我国于1 9 8 9 年建立了c n p a c 网，1 9 9 3 年建立t c h i n a p a c 网。目前，分组交换网已成为数据通信领域的主 导。 13 3 数字数据网 与数字信道的传输一样，数据信号传输也有两种基本形式，即基带传输和频带传输。数 字数据网( d d n ) 主要向【 户提供端剑端的数字犁数据传输信道，既可用于计算机远程通信，也 可传送数字化传真、数字话音、图像等各种数字化业务，这与在模拟信道上通过m o d e m 来实 现数据传输有很大区别。因为现有通信网的模拟信道主要是为传输话音信号而设置的它的 通信速率低、可靠性筹，很难满足日益增艮的p c 机用户和其他数字传输用户的要求。 ( i ) 数字数据网的概念” 数字数据网是以传输数据信号为土的数字传输通信网络，其中包含了数据通信、数字传 输、数字交义连接、计算机管理等技术，可以为客户提供永久性或半永久性电路的专用数字 数据传输通道，为客户建立自己的专用数据网提供条件。它由脉冲编码调制( p c m ) 数字电路及 数字交叉连接系统组成，其中数字交叉连接系统( 简称d a c s ) 用于通信线路的交接、调度及管 理，它由同步电路、交接矩阵、微机处理3 个主要单元组成。同步电路为网络提供精确的定时 信号和时隙校准：交接矩阵负责时隙交接：微处理机崩丁管理内部和外部操作。 ( 2 ) 数字数据网传输原理 由于大量数字图像、图形信息传输任务日益增多，再加上光缆通信的发展和脉冲编码调 制设备的实际应用，使大容量信息的高速传输成为可能。数字数据网也正是利用这一技术得 以投入使用的。 脉冲编码调制原理在2 0 世纪3 0 年代已经提山，由丁_ 当时器件限制，只停留在试验阶段。 至6 0 年代初，脉冲编码调制作为传输端机开始投入实际使用，作为两个模拟局间的数字中继 线，既解决了线路复j = _ j ，又改善了音质音量。目前世界上流行两种脉冲编码调制制式，一是 美、日等国发展的p c m 2 4 路一次群设备称为t 1 另一种由西欧国家发展的p c m 3 0 3 2 路一次 群设备称为e 1 ，目前我国采用e 1 制式。 p c m 一次群的帧结构在2 7 = 1 2 5 us 一个周期内共有3 2 个时隙其中有3 0 个话路时隙，1 个 同步时隙和1 个信令时隙。每个时隙时间为3 9 u s ，内有s 位码，所以在一个取样周期内共有8 x 3 2 = 2 5 6 b i t ，每秒取样8 0 0 0 次，故3 0 3 2 路p c m 传输端机的码率为8 k x 2 5 6 = 2 0 4 8 m b p s ，而每一路 码率为8 k x 8 = 6 4 k b p s 。“” 上面为一次群速率，如果信道带宽允许则4 个一次群可合成8 4 4 8 m b p s 的二次群码率，4 7 西南农业大学硕士学位论文 文献综述 个二次群可合成3 4 3 6 8 m b p s 的三次群码率，4 个三次群可合成1 3 9 2 6 4 m b p s 的四次群码率。 中国数字数据网在北京设立网管中心管理全网的网络资源分配及运营状态、故障诊断、 报警及处理等。在北京、上海、广州、南京、武汉、西安、成都、沈阳设有枢纽节点机，其 他省会城市设骨干节点机，此外，北京、上海、广。州还设有国际出入口节点设备。 中国数字数据网适用于信息量大，实时性强的中高速数据通信业务，如：l a n 的互联、 大型同类主机的互联、业务量大的专用网以及图像传输、会议t v 等。目前能提供的业务有： 提供24 4 ，8 ，9 6 1 9 , 2 ，n x 6 4 k b p s ( n = 1 3 1 ) 等不同速率的点对点、点对多点的通信：单向、 双向、n 向的通信；提供各种可用度高、延时小、定时、多点等专用电路服务：此外还可提供 f r ，话音( 3 3 传真及虚拟专用网等业务。 ( 3 ) 数字数据网的特点 不具备交换功能数字数据网是同步数据传输网，不具备交换功能。但利片j 交义连接 技术后，它具有信道交换功能。 传输速率高。网络时延小数字数据网采取了同步转移模式的数字时分复用技术，用 户数据信息根据事先约定的协议在嘲定的时隙，以预先设定的通道带宽和速率，顺序传输， 这样，只需按时隙，信道就可以准确地将数据信息送剑目的终端。由于信息总是顺序到达目 的终端，冈此免去了目的终端对信息的重编，减小了时延。数字数据网最高速率可达1 5 0 m b i t s ， 平均时延小于4 5 0 。 全透明网数字数据网传输信道本身不提供任何协议和规程约束。面向各类数据用户 开放，其通信协议由智能化的用户终端来决定，支持任何规程，并可支持数据、图像、声音 等业务。 网络管理简便数字数据网一股利用光纤传输的手段保证了较高的传输质量，因而 数字数据网将检错、纠错等功能放到智能化程度较高的终端来完成，简化了网络管理和监测 内容为用户参与网络管理创造了条件。 适合于业务量大的数据通信数字数据网的信道带宽可按r l 6 4 k b i t s ( n = l 3 1 ) 任意选 择，用户可按需要选择带宽。 专线同步数字数据网提供端到端的连接，全网时钟同步。用户独享所分配的数字信 道特别适用丁业务量大、实时性强的用户。 连接灵活数字数据网支持数据、语音、图像传输等多种业务，通常可提供2 4 k b i t s 2 m b i t s 不等的传输速率( 目前数字数据网最高传输速率可达1 5 5 m b i * , s ) ，可满足用户对不同通信 速率的要求。 尽管数字数据网具有上述诸多优点。但由于数字数据网是固定信道方式、无法实现统计 复用，因此，其线路利用率低，不适用于突发性业务的处理。 ( 4 ) 数字数据网发展状况 数字数据网能够提供和支持多种业务，因而其应用也从最初单纯提供端到端的数据通信 8 西南农业人学硕i ：学位论文文献综述 服务，逐步扩展剑并个领域。 美国数字数据网于8 0 年代初开始商用化1 。至今美国数字数据网已应用到民航订票、 工业领域、银行系统及行政管理等领域。荚国国际航空公司的数字数据网订票系统覆盖6 个城 市，主要传输机票订购信息，同时也开办了语音咨询的语音业务；美国汽车工业基地密执安 州的数字数据网可与世界许多国家企业联系，主要提供数据、语音和电视会议业务。此外， 其他国家如芬兰、挪威、德国、美国、意大利等国都已建立了本国的数字数据网。我国于1 9 9 4 年建成数字数据网骨干网，覆盖全国3 1 个省会城市。在全国范围内和国际上开放专用电路等 业务。 1 3 4 电力载波通信网 电力网也是铺设最为r 泛的网络，利j = i 电力网进行数据传输不仅运行成本低而且方便实 用。 发送端将数据调制到一个高频载波上去在经功率放大后通过耦合电路耦合到电力线上， 一般耦舍到电力线上的信号频率为几万到几十万赫兹，峰值只有几伏，因此不会对电力线路 造成不良影响。接收端同样通过耦合电路将高频信号分离出来，滤去干扰信号后放大。再经 解调还原数据。 但是，利用屯力载波通信存在许多不足。首先是线路干扰非常大，各种电设备的通、断 会在线路上产生瞬时的脉冲干扰这些干扰脉冲的峰值最高可达上千伏：各种大功率开关器 件的开合，会产生很宽频谱分布的驻波干扰。其次，不同种类线路和不同线路上的负荷都会 对高频信号在电力线上的传输产生很大的影响。因此选择合理的数据调制方式十分重要。 电力载波调制技术主要采用数字调频( 移频键控) ，该方法调制解调电路简单占用信道带 宽窄，易丁实现，但传输速率低，一般不超过1 2 0 0 b p s ，干扰性差一旦出现较强的与载频相 同干扰通信就会，大败，误码率较高。为克服噪声干扰。近年米逐步将扩频技术运用到电力 载波通信中”。 扩频技术最初是军事上为克服敌人信号干扰而发展起来的通信技术。现己逐步转入民用 通信中。以直序扩频为例，其一r 作原理是在发送端将发送信号用伪随机码扩展到一个很宽的 频带上，在接收端用相同的伪随机码在对扩频信号进行相关处理即带宽压缩，恢复成窄带信 号”。对干扰信号而言，由于与扩频用的伪随机码不相关，并被扩展到很宽的频带上，使进 入信号通频带内的干扰功率人大降低，而输出信，噪比丈为提高，因此具有很强的抗干扰能力。 虽然与窄频调制相比电路较为复杂，成本高，但其优越的抗干扰性能传输速率可达l o k b p s 以上且性能稳定可靠，是未来电力载波通信的发展方向。 9 西南农业大学颇 ：学位论文绪论 第2 章绪论 2 1 研究目的和意义 据统计我国现有各类仪器仪表企业6 千多家，重庆市是全国的仪表工业基地，仪器仪表 已经形成门类品种比较齐全，具有一定技术基础和生产规模的工业体系，我国己成为亚洲除 日本以外第二大仪器仪表生产国“4 。“九五”以来，我国仪器仪表工业总的形势是向前发展 的，销售收入以年平均增长率8 不断递增，产品在微型化、集成化、智能化、总线化等发展 方向上能紧跟国际发展的步伐。但我国仪器仪表产品，绝大部分属于中低档技术水平，而且 可靠性、稳定性等关键性指标尚未全部达到要求。对高档、技术含量较高的流量计自主开发 能力较差。中档产品以及许多关键性部仆，国外公司同样。有国内市场6 0 以上的份额o ”1 结合计算机网络技术，利用远程通信原理组建远程流量计量系统，甚至可以实现远程流 量计的集中控制与统一管理。这是目前许多仪表开发商和生产厂非常关注的重要研究课题。 远程流量计量系统本身具有较重要的实用价值，流鼙计网络化、远程计量也是现代流量监测 技术的发展趋势之一。 利t j 电话网组建微机与远程流量计之间的通信网络，是实现联网最经济、最方便的方法。 通信的距离可以扩展到几十甚至上卣公里，只要电话线路能较好通信，距离基本不受限制。 利用电信部门的电话线路和交换网络，不需要单独布线，可以减少成本。使用成品的m o d e m 还可以避免通信接口的设计调试过程，缩短了开发周期，降低了开发成本，同时提高了系统 运行的可靠性和稳定性。 同时一些厂家经过市场调研与分析，为适麻市场对流量计及远程流量测量与控制的需要， 决定开发出以计算机技术为核心，与数据通信技术相结合的远程流量计量系统。以提升厂家 对技术含量较高的现场流量计以及远程控制的开发能力和市场开拓能力。为此厂校结合开 展远程流量计量系统的设计研究。 从远程流量计量系统的市场应用前景、实际应用价值和利用电话网组建远程流量计量系 统的优势的角度考虑同时针对目前远程流量计量系统的设计研究还处在较早阶段，作为该 研究课题的主要研究人员之一。本人分别设计了采用这三种通信方式的远程流量计量系统。 利用市售的专用l ：业m o d e m 模块，基y - v b 程序设计了上位机运行界面和上位机与下位机 通信模块对远程流量计量系统进行了设计研究与试验。本论文便是对该项设计与研究成果 的总结。 2 2 研究范围和研究内容 本课题所设计的远程流量计量系统是利用公用电话网进行流量计与p c 机( 上位机) 之间 的数据通信。在研究过程中，通过对单片机( 下位机) 进行汇编语言程序设计、编制以达到 单片机白动采集流最计的瞬时流量、累计流量、压力、温度等数据，并将数据进行a d 转换， o 再通过m o d e m 和公用电话网将数据传送到上位机：在上位机中，实现上位机对下位机传输 来的数据进行保存、即时显示、动态面图、报袭打印、历史查询等处理工作 对远程流量计量系统的设计研究主要有以下内容： ( 1 ) 通信方式的选择与实现方法 ( 2 ) 上僚机软件设计 ( 3 ) 下位机软、硬件的设计 ( 4 ) 通信抗干扰措旌 西南农业大学硕士学位论文 设计原理与方法 第3 章远程流量计量系统设计原理与方法 3 1 总体设计思想 远程流量计量系统是对远程流量计进行实时监测；对系统运行的重要参数进行直观的显