基于labview的光通信实验演示系统.doc

毕业设计（论文）开题报告题 目： 基于Lab view的光通信实验演示系统院 （系） 信息与电气工程学院专 业 测控技术与仪器学 生 何晓慧学 号 100220204班 号 1002202指导教师 田兆硕开题报告日期 2014.03.07哈尔滨工业大学教务处制说 明一、开题报告应包括下列主要内容：1课题来源及研究的目的和意义；2国内外在该方向的研究现状及分析；3主要研究内容；4研究方案及进度安排，预期达到的目标；5为完成课题已具备和所需的条件和经费；6预计研究过程中可能遇到的困难和问题，以及解决的措施；7主要参考文献。二、对开题报告的要求1开题报告的字数应在3000字以上；2阅读的主要参考文献应在10篇以上，其中外文资料应不少于三分之一。本学科的基础和专业课教材一般不应列为参考资料；3参考文献按在开题报告中出现的次序列出；4参考文献书写顺序：序号 作者.文章名.学术刊物名.年，卷（期）：引用起止页。三、如学生首次开题报告未通过，需在一周内再进行一次。四、开题报告由指导教师填写意见、签字后，统一交所在院（系）保存，以备检查。指导教师评语： 指导教师签字： 检查日期： 目录一课题来源及研究的目的和意义4二国内外研究现状及分析5 2.1国外现状5 2.2国内现状5 2.3现状及发展前景分析6三主要研究内容7四研究方案及进度安排，预期达到的目标7 4.1研究方案7 4.1.1使用ActiveX技术实现串口通信7 4.1.2使用VISA实现串口通信8 4.1.3两种方案的比较10 4.2进度安排10 4.3预期达到的目标10五为完成课题已具备和所需的条件和经费11六预计研究过程中可能遇到的困难和问题及解决措施11七参考文献11一、课题来源及研究的目的和意义信息产业己成为当今世界上最强劲的高科技增长点和经济社会的支柱，激光通信技术正以难以想象的速度将世界带入高速发展的信息时代。而空间光通信作为激光通信发展的一个重要分支，在星际间通信、近地无线互连、无线宽带接入、应急通信等方面都有着广阔的应用前景。随着对超稼激光器、新型光束控制器、高灵敏度和高数据率接收器以及适合空间应用的先进通信电子设备的研究墓本成熟，空间光通信己成为下一代光通信的主要发展方向。开展空间光通信的研究意义及应用前景：1. 作为卫星光通信链路地面模拟系统的技术组成部分2. 为低轨道卫星与地面站间的卫星光通信打下良好的技术基础3. 空间光通信具有巨大的潜在市场和商业价值(1) 可以克服一些通常容易碰到的自然因素障碍当河流、湖泊、港湾、马路、立交桥和其它自然因素阻碍铺设光纤时，无线光通信系统可跨越宽阔的河谷，繁华的街道，将两岸或者岛屿与陆地连接起来。(2) 提供大容量多媒体宽带网接入用无线光通信系统作为接入解决方案，不需耗资、耗时地铺设光纤就能满足对办公大楼或商业集中区大容量接入的需要。(3) 可为大企业、大机关提供内部大容量宽带网无线光通信系统能在企业、机关范围内为建筑物与建筑物之间的大容量连接提供一种开放空间传送的解决方案。(4) 为公安、军队等重要部门提供高速宽带保密通信。(5) 支持灾难抢救的应急系统无线光通信系统可为灾难抢救提供一种大容量的临时通信解决方案。(6) 为一时性大规模的重要活动提供临时的大规模通信系统例如，奥运会和其他体育运动会、音乐会、大型会议以及贸易展览会等专门活动往往需要大容量宽带媒体覆盖。无线光通信系统能提供一种迅速、经济而有效的解决方案，不受原有通信系统的带宽限制，也不用再去办理光纤铺设许可证。信息网络世界的到来让我们的生活有了质的飞跃，但也警醒我们科技进步才是第一生产力，光通信技术关系着下一代宽带信息网络的未来, 要为承载未来 I P业务的下一代光通信网络奠定良好的基础。为了适应网络的发展和传输流量不断提高的需求, 各大传输系统供应商都在技术开发上进行了不懈的努力。而我们的研究就是利用串口通信对光通信系统进行演示实验，模拟网络管理系统等核心设备构建先进的示范网络, 实现信息产业跨越式的发展。二、国内外研究现状及分析1. 国外现状光纤通信的发展依赖于光纤通信技术的进步。为了适应网络的发展和传输流量不断提高的需求,各大传输系统供应商都在技术开发上进行了不懈的努力。富士通公司在 150km、1.3Lm零色散光纤上进行了5520Gbit/s传输的研究,实现了1.1Tbit/s速率的传输.NEC公司进行了13220Gbit/s、120km传输的研究，实现了2.64Tbit/s速率的传输.NTT公司实现了3Tbit/s传输系统.华为实现了1.6Tbit/s的传输系统.目前以日本为代表的发达国家,在光传输方面实现了10.96Tbit/s(274 40Gbit/s)的实验系统,在超长距离传输方面,已达到了4000km无电中继的技术水平。在光网络方面,光网技术合作计划(ONTC)、多波长光网络(MONET)、泛欧光子传送重迭网(PHOTON)、泛欧光网络(OPEN)、光通信网管理(MOON)、光城域通信网(MTON)、波长捷变光传送和接入网WOTAN)等一系列研究项目的相继启动、实施与完成,为下一代宽带信息网络,尤其为承载未来IP业务的下一代光通信网络奠定了良好的基础.2. 国内现状技术发展的历史：1966年：高锟提出光传输理论；1976年：实用化产品出现；80年代：PDH开始规模使用；90年代初：SDH标准完善，PDH仍为主力；1994年：SDH逐步成为传输主力设备；1998年：DWDM开始建设，ASON技术探讨；1999年：DWDM规模建设，全光网试验；2001年：MSTP出现并逐渐使用；2003年： ASON/OADM 逐渐使用；2005年：ASON规模建设，ROADM进入骨干网。光通信技术是构建光通信系统与网络的基础，高速光传输设备、长距离光传输设备和智能光网络的发展、升级以及推广应用，都取决于光通信器件技术进步和产品更新换代的支持。因此，通信技术的更新与升级将促使光通信器件不断发展进步。2010年中国生产制造的器件已占全球25%以上市场份额；我国光器件市场规模在全球市场中的份额也已从2008年的17%增加到2010年的26%左右，市场规模达到93亿人民币，同比增长率更是高达30%。我国通信市场的蓬勃发展以及我国通信设备商成功的海外市场拓展，正带动本土光器件产业提速发展，前瞻网数据显示，我国通信光电器件产业在全球市场的重要地位也日益显现。而下一代光通信系统的演进在很大程度上取决于通信光电子器件技术的进步，在这个市场与技术的转折点上，我国光通信技术正面临着重要的发展机遇。近年来,我国在光通信技术研究方面也取得了很大的进展,已陆续完成了155、622Mbit/s、2.5和10Gbit/sSDH系统,82.5、1610、3210和16010Gbit/sWDM系统,10和40Gbit/sOTDM实验系统,宽带接入系统以及全光通信实验网,自动交换光网络(ASON)实验平台等一系列项目.目前自行研制的SDH系统、82.5、1610和3210Gitb/sWDM系统已广泛应用于传送网、交换网和接入网.随着熔锥技术的应用以及全波光纤的研制成功,熔锥形全波耦合器带宽达到了390nm(12601650nm).全波光纤将全面应用于CWDM城域网建设中,将来全波光纤及全波耦合器也将应用到骨干网.另外熔锥技术在光功率分配、复用/解复用和功率耦合等方面已广泛应用,为高速、宽带和长距离光网络的应用提供了技术保证.在国家/八六三计划0支持下,于2001年完成的中国高速信息示范网(CAINONET)取得了重大研究成果,利用光交叉连接设备(OXC)、光分插复用器(OADM)、核心路由器(CR)和网络管理系统等核心设备构建了先进的示范网络, 实现了跨越式的发展. 在国内各研发机构、科研院所和大学的科研人员的共同努力下,我国已研制开发了一些具有自主知识产权的光通信高技术产品,取得了一批重要的研究与应用成果.这些研究工作和突出成果为O-TIME(光时代)计划的实施奠定了坚实的基础,有望在十五期间取得更多的成果,拿出世界一流的技术和产品为我国的信息基础设施建设做出贡献.3. 现状及发展前景分析光通信技术作为信息技术的重要支撑平台，在未来信息社会中将起到十分重要的作用。自光纤通信问世以来,整个通信领域发生了革命性变化，它使高速率、大容量的通信成为可能。由于光纤通信具有损耗低、传输频带宽、容量大、体积小、重量轻、抗电磁干扰、不易串音等优点而备受业内人士的青睐，发展非常迅速。光纤通信系统的传输容量从19802000年20年间增加了近10000倍，传输速度在过去的10年中提高了约100倍。目前我国长途传输网光纤化比例已超过80%，预计到2010年，全国光缆建设总长度将再增加约105km，并且将有11个大城市铺设10G以上大容量光纤通信网络。对光纤通信而言，超高速度、超大容量和超长距离传输一直是人们追求的目标，而全光网络是人们不懈追求的梦想。光纤通信现已成为一种最主要的信息传输技术,迄今尚未发现可以取代它的更好的技术。即使是在全球通信行业处于低迷的时期,光纤通信的发展也从未停滞过,就我国而言,从现代通信的发展趋势来看,光纤通信也将成为未来通信发展的主流。人们期望的真正的全光网络的时代也会在不远的将来如愿到来。三、主要研究内容本课题研制的基于lab view的光通信演示系统，主要研究内容包括：（1） 基于lab view的串口通信的研究（2） 光通信技术的研究（3） 基于lab view的光通信实验演示系统的设计，即外接模块与lab view连接对光信号进行数据的发送与接收。其中包括发射模块与接收模块。四、研究方案及进度安排，预期达到的目标4.1 研究方案本次课题中光通信的研究主要涉及串口通信，再把串口通信中的数据传输用光电信号转换来实现即可。所以串口通信是本次课题的重点，下面两种方案即围绕串口通信展开。我们可以通过两种方式实现lab view串口通信，第一种可以在lab view中利用ActiveX技术实现串行通信，即在LABVIEW中利用ActiveX控件容器，调用第三方提供的ActiveX控件一MSComm控件，实现对计算机串口的通信管理。另一种我们可以利用虚拟仪器标准体系结构VISA实现。4.1.1使用ActiveX技术实现串口通信(采用MSComm)ActiveX通常翻译为“微软倡导的网络化多媒体对象技术”，实际上它是一整套跨越编程语言的软件开发方法与规范。利用LABviEW的ActiveX控件容器，可以调用第三方提供的ActiveX控件。MSComm控件，即Microsoft Communication Control，是Microsoft为简化Windows下串行通信编程而提供的ActiveX控件。它提供了一系列标准通信命令的使用接口，利用它可以建立与串口通信，并可以通过串口连接到其他通信设备、发出命令、交换数据以及监视和响应串行连接中发生的事件和错误。在LABVIEW中使用ActiveX控件一MSComm控件，与在VC、VB中使用一样，它可以通过中断的方式进行数据接收。（1） 通过在前面板空白处右键弹出控件.NET与ActiveXActiveX容器，把它拖放到前面板上，（2） 然后在容器框内单击鼠标右键，弹出快捷菜单，在菜单中选“插入ActiveX对象”，弹出一个对话框，列出所有可选的ActiveX控件，选择串口控件一“Microsoft Communications Control，version6.0”，单击OK按钮后，一个串口控件MSComm即添加到LABVIEW的前控制面板环境中。（3） 一个串口资源要有一个MSComm控件与之相对应，在程序框图中MSComm控件的端口上弹出菜单，创建属性。就可以看到MSC0mm所有属性列表，在框图程序中选择控件属性对其进行编程，就可以实现所需要的功能。4.1.2 使用VISA实现串口通信VISA(Virtual Instrument Software Architecture)是应用于仪器编程的标准1/0函数库及其相关规范的总称，一般称这个1/0函数库为VISA库，VISA库驻留于计算机系统中，是计算机与仪器之间的软件层连接，用以实现对仪器的程控。它本身并不具有仪器编程能力，VISA是调用低层驱动器的高层的API。采用VISA接口模块来进行编程，具有很好的兼容性、扩展性和独立性。VISA可以控制VXI仪器、GPIB仪器或串行仪器，是仪器驱动程序发展的一个工业标准。无论接口如何，VISA都可以使用相同的操作与仪器通信。它还支持多平台工作、多接口控制，是一个多类型的函数库，总之，使用VISA方便用户在不同的平台，对不同类型的设备进行开发、移植及升级测控系统.(1) VISA库中的串行通讯函数Nl一VISA包含的子函数在函数选板“仪器I/OVISA”中，有几个常用的Nl一VISA函数:VISA查找资源、VISA打开、VISA写入、VISA读写和VISA关闭。VISA查找资源VISA Find ResourceVISA查找资源函数用于搜索系统中的VISA资源VISA打开VISA openVISA打开函数用于打开“VISA资源名称”参数所代表的会话(session)VISA写入VISA WriteVISA写入函数用于向“VISA资源名称”参数所代表的仪器写入数据。VISA读取VISA ReadVISA读取函数用于从“VISA资源名称”参数所代表的仪器中读入数据VISA关闭VISA CloseVISA读取函数用于从“VISA资源名称”所代表的VISA资源名称对话，并释放与之相关的所有资源，可以有效地减轻系统资源负担。(2) 串口通信程序流程图1 串口操作程序流程图调用VISA Configure Serial Port完成串口参数的设置，包括串口资源分配、波特率、数据位、停止位、校验位和流控等。使用VISA Write发送数据，使用VVISA Read接收数据在接收数据之前需要使用VISA Bytes at Serial Port查询当前串口接收缓冲区中的数据字节数，如果VISA Read要读取的字节数大于缓冲区中的数据字节数，VISA Read操作将一直等待，直至Timeout或者缓冲区中的数据字节数达到要求的字节数。当然也可以分批读取接收缓冲区的数据或者只从中读取一定字节的数据。串口使用结束后，用VISA Close结束与VISA resource name指定的串口之间的会话。(3) 双机串行通信使用两台计算机进行通信，一台计算机作为服务器，通过串口向外发送数据;另一台计算机作为客户机，接收由服务器发送来的数据。两台计算机之间利用一条串口数据线连接起来。两台计算机之间的串行通信流程如下图客户机服务器初始化串口初始化串口 串口写 数据检测串口输入缓存字节数结束串口读结束图2 串行通信流程图 4.1.3两种方案的比较通过以上的两种方式，我们很方便的用labview实现串口通信，可以根据要求选择实现方式，采用VISA实现更方便，毕竟VISA是NI公司自身开发实现的。同时采用VISA可以很方便的实现多串口通讯以实现不同串口之间数据交换。所以本次课题研究我选择第二种方案，使用VISA实现串口通信。4.2 进度安排2014年1月1日至2014年3月7日主要工作查阅资料，重点研究基于lab view的串口通信的基本概念，同时了解光通信技术的基本概念，熟悉软件开发环境，并提出系统的设计方案。撰写开题报告以及演示文稿。2014年3月8日至2014年3月25日学习lab view串口通信、发射模块和接收模块，光通信协议及其开发环境。2014年3月26日至2014年4月28日完成lab view串口通信的开发，并且完成中期验收的成果展示。2014年4月29日至2014年5月20日开展联合调试，并重点进行实验验证，积累实验数据，整理实验和验证结果，并完善相关的实验和测试工作。2014年5月21日至2014年6月10日分析可能设计和调试过程中存在的问题，完善设计，并进行资料整理，完成设计开发文档的编写，准备结题验收。2014年6月11日至2014年6月30日整理设计思路，结合查阅资料和设计开发过程，撰写毕业论文，准备答辩。4.3 预期达到的目标(1) 掌握理解串口通信原理、lab view开发环境，对光通信原理进行了解，学习他们的基本工作流程和控制设计方法。(2) 在理解串口通信和光通信原理的基础上，规划设计双机串行通信软硬件构架及架构及访问控制方法。(3) 能用光收发器件替代线路进行信号的传输与接收。(4) 完成基于lab view的串口通信的软件开发，其中包含发送与接收模块。(5) 完成整体光通信系统的软、硬件调试和验证、评估。五、为完成课题已具备和所需的条件和经费(1) 硬件条件：a) PC台式机；b) 光收发模块。(2) 软件条件：a) Lab view VISA( virtual instrument software architecture)(3) 经费：需购置光收发模块器件（开发及调试过程可能产生的其他费用由实验室提供）。六、预计研究过程中可能遇到的困难和问题及解决措施(1) 由于本次课题中发送的信号要经过光发射模块进行电光转换，然后由光接收模块接收并转换，最后返回PC机，上传给信号显示系统。信息传递过程较复杂，直接调试较复杂。调试过程准备先分步调试，最后再联合调试。(2) 由于信号传输过程中存在一定的干扰，所以光收发器件的通讯可靠性存在一定的考虑，要对传输距离进行多次调试以达到最佳通讯范围，以保证最后接收到的信号与发射的信号（方波新号）误差在可预测范围之内。七、参考文献1王磊, 裴丽.光纤通信的发展现状和未来J.中国科技信息,2006, (4):59-60.2赵梓森. 光纤通信工程 M . 北京: 人民邮电