《智能产线的装调》课件-任务3 - 3.3.1

任务三

手机MIC纱网精密贴合设备网络通讯

能力目标1、了解网络通讯的意义2、了解常见的几种网络通讯3、能够使用SOCKET通讯完成机器人与相机的通讯任务三手机MIC纱网精密贴合设备网络通讯学习目标在设备运行的过程中，每一个控制器都要与其周围的控制器进行信号的交互，从而确保设备正常运行。通常情况下，为了确保接线的方便、快速，同时保证信号交互的顺畅与安全性，控制器与控制器之间通常选用网络通讯，这样便于控制器之间的管理和控制数据的收集与上传。网络通信是通过网络将各个孤立的设备进行连接，通过信息交换实现人与计算机、计算机与计算机之间的通信。任务三手机MIC纱网精密贴合设备网络通讯环节一任务导入任务三手机MIC纱网精密贴合设备网络通讯环节二任务分析

网络通信中最重要的就是网络通信协议。通俗地说，网络协议就是网络之间沟通、交流的桥梁，只有相同网络协议的计算机才能进行信息的沟通与交流。这就好比人与人之间交流所使用的各种语言一样，只有使用相同语言才能正常、顺利地进行交流。从专业角度定义，网络协议是计算机在网络中实现通信时必须遵守的约定，也就是通信协议。主要是对信息传输的速率、传输代码、代码结构、传输控制步骤、出错控制等做出规定并制定出标准。任务三手机MIC纱网精密贴合设备网络通讯环节三信息搜集§3.3.1网络通信协议的分类网络通信协议由三个要素组成：（1）语义，解释控制信息每个部分的意义。它规定了需要发出何种控制信息，以及完成的动作与做出什么样的响应。（2）语法，用户数据与控制信息的结构与格式，以及数据出现的顺序。（3）时序，对事件发生顺序的详细说明。可以形象地把这三个要素描述为：语义表示要做什么，语法表示要怎么做，时序表示做的顺序。网络通讯的种类常见的网络通信协议有：RS232协议、RS485协议、TCP/IP协议、Socket通信协议等。任务三手机MIC纱网精密贴合设备网络通讯环节三信息搜集§3.3.1网络通信协议的分类一、RS232协议RS-232标准接口（又称EIARS-232）是常用的串行通信接口标准之一，如图3.1它是由美国电子工业协会(EIA)联合贝尔系统公司、调制解调器厂家及计算机终端生产厂家于1970年共同制定，其全名是“数据终端设备(DTE)和数据通信设备(DCE)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25个脚的DB-25连接器，对连接器的每个引脚的信号内容加以规定，还对各种信号的电平加以规定。后来IBM的PC机将RS232简化成了DB-9连接器，从而成为事实标准。而工业控制的RS-232口一般只使用RXD、TXD、GND三条线。任务三手机MIC纱网精密贴合设备网络通讯环节三信息搜集§3.3.1网络通信协议的分类（一）RS232协议的通讯原理1、初始状态时，RTS、CTS持续为ON，通过通信程序设置和监测RS232引线状态。在应答模式下，计算机中的软件一直监视着振铃指示(RI)，等待RI发出ON信号。2、计算机上的通信程序在收到RI信号后，就开始通过振铃指示器ON/OFF变换的次数对振铃进行计数，当到达程设定的振铃次数时，通信程序就发生数据终端就绪(DTR)信号，强迫调制解调器进入摘机状态。3、等待2s后(FCC规定)，调制解调器自动开始发送其应答载波。这时调制解调器发出调制解调器就绪(DSR)信号通知计算机:它已完成所有的准备工作并等待载波信号。4、在持续发出DTR信号期间，计算机软件监测DSR信号。当DSR信号变为ON时，计算机就知道调制解调器已准备数据链路的连接，计算机立即开始监测数据载波监测(CD)信号，以证实数据链路的存在。5、当源调制解调器的载波出现在电话线上时，应答调制解调器就发出CD信号。6、通过发送数据线(TD)和接收数据线(RD)，开始全双工通信。在数据链路传输期间，计算机通过监测CD来确保数据链路的存在。

7、通信任务一旦完成，计算机就禁止DTR，调制解调器用除去其载波音调、禁止CD和DSR来响应。随着链路被拆除，调制解调器就会返回初始状态。RS-232串行通信距离较近时(<12m)，可以用电缆线直接连接标准RS232端口，若距离较远需附加调制解调器(Mode)，最为简单的且常用的是三线制接法，即地、接收数据、发送数据三脚相连。任务三手机MIC纱网精密贴合设备网络通讯环节三信息搜集§3.3.1网络通信协议的分类（二）RS232串口通信常用的9根线：2个数据信号：发送数据（Transmitteddata-TxD）——通过TxD终端将串行数据发送到MODEM，（DTE→DCE）。接收数据（Receiveddata-RxD）——通过RxD线终端接收从MODEM发来的串行数据，（DCE→DTE）。1个信号地线：SG。6个控制信号：DSR：数传机（即modem）准备好，DataSetReady。DTR：数据终端（DTE，即微机接口电路，如Intel8250/8251，16550）准备好，DataTerminalReady。RTS：DTE请求DCE发送（RequestToSend）。CTS：DCE允许DTE发送（ClearToSend），该信号是对RTS信号的回答。DCD：数据载波检出，DataCarrierDetection当本地DCE设备（Modem）收到对方的DCE设备送来的载波信号时，使DCD有效，通知DTE准备接收，并且由DCE将接收到的载波信号解调为数字信号，经RXD线送给DTE。RI：振铃信号Ringing当DCE收到交换机送来的振铃呼叫信号时，使该信号有效，通知DTE已被呼叫。任务三手机MIC纱网精密贴合设备网络通讯环节三信息搜集§3.3.1网络通信协议的分类二、RS485协议RS485是一个定义平衡数字多点系统中的驱动器和接收器的电气特性的标准，如图3.2所示，该标准由电信行业协会和电子工业联盟定义。使用该标准的数字通信网络能在远距离条件下以及电子噪声大的环境下有效传输信号。RS-485使得连接本地网络以及多支路通信链路的配置成为可能。任务三手机MIC纱网精密贴合设备网络通讯环节三信息搜集§3.3.1网络通信协议的分类RS485有两线制和四线制两种接线，四线制只能实现点对点的通信方式，现很少采用，多采用的是两线制接线方式，这种接线方式为总线式拓扑结构，在同一总线上最多可以挂接32个节点。在RS485通信网络中一般采用的是主从通信方式，即一个主机带多个从机。很多情况下，连接RS-485通信链路时只是简单地用一对双绞线将各个接口的“A”、“B”端连接起来，而忽略了信号地的连接，这种连接方法在许多场合是能正常工作的，但却埋下了很大的隐患，有以下两种原因。原因一是共模干扰：RS-485接口采用差分方式传输信号方式，并不需要相对于某个参照点来检测信号，系统只需检测两线之间的电位差就可以了，但容易忽视了收发器有一定的共模电压范围，RS-485收发器共模电压范围为-7到+12V，只有满足上述条件，整个网络才能正常工作；当网络线路中共模电压超出此范围时就会影响通信的稳定可靠，甚至损坏接口；原因二是EMI的问题：发送驱动器输出信号中的共模部分需要一个返回通路，如没有一个低阻的返回通道（信号地），就会以辐射的形式返回源端，整个总线就会像一个巨大的天线向外辐射电磁波。任务三手机MIC纱网精密贴合设备网络通讯环节三信息搜集§3.3.1网络通信协议的分类三、TCP通讯协议TCP即传输层控制协议，是因特网中的传输层协议，TCP的位码即TCP标志位，共有六种:SYN(建立主机)、ACK(确认)、PSH(传送)、FIN(结束)、RST(重置)、URG(紧急)、Sequencenumber(顺序号码)、Acknowledgenumber(确认号码)。（一）TCP通讯协议的四层模型：（1）应用层：应用程序通过这一层访问网络，常见FTP、HTTP、DNS和TELNET协议；（2）传输层：TCP协议和UDP协议；（3）网络层：IP协议，ARP、RARP协议，ICMP协议等；（4）网络接口层：是TCP/IP协议的基层，负责数据帧的发送和接收。（二）TCP通讯协议的连接1、TCP协议中建立连接需要经过三次握手的过程，如图3.3所示。任务三手机MIC纱网精密贴合设备网络通讯环节三信息搜集§3.3.1网络通信协议的分类第一次握手：客户端发送syn包(syn=j)到服务器，并进入SYN_SEND状态，等待服务器确认；第二次握手：服务器收到syn包，必须确认客户的SYN（ack=j+1），同时自己也发送一个SYN包（syn=k），即SYN+ACK包，此时服务器进入SYN_RECV状态；第三次握手：客户端收到服务器的SYN＋ACK包，向服务器发送确认包ACK(ack=k+1)，此包发送完毕，客户端和服务器进入ESTABLISHED状态，完成三次握手。握手完成后，两台主机开始传输数据了。握手过程中传送的包里不包含数据，三次握手完毕后，客户端与服务器才正式开始传送数据。理想状态下，TCP连接一旦建立，在通信双方中的任何一方主动关闭连接之前，TCP连接都将被一直保持下去。任务三手机MIC纱网精密贴合设备网络通讯环节三信息搜集§3.3.1网络通信协议的分类实例:IP16.3337>23.7788:S3626544836:3626544836IP23.7788>16.3337:S1739326486:1739326486ack3626544837IP16.3337>23.7788:ack1739326487,ack1第一次握手：16发送位码syn＝1,随机产生seqnumber=3626544836的数据包到23,23由SYN=1知道16要求建立联机;第二次握手：23收到请求后要确认联机信息，向16发送acknumber=3626544837,syn=1,ack=1,随机产生seq=1739326486的包;第三次握手：16收到后检查acknumber是否正确，即第一次发送的seqnumber+1,以及位码ack是否为1，若正确，16会再发送acknumber=1739326487,ack=1，23收到后确认seq=seq+1,ack=1则连接建立成功。任务三手机MIC纱网精密贴合设备网络通讯环节三信息搜集§3.3.1网络通信协议的分类2、TCP通讯协议的断开TCP协议中断开连接需要经过四次挥手的过程，如图3.4所示：任务三手机MIC纱网精密贴合设备网络通讯环节三信息搜集§3.3.1网络通信协议的分类第一次挥手：Client发送一个FIN，用来关闭Client到Server的数据传送，Client进入FIN_WAIT_1状态。第二次挥手：Server收到FIN后，发送一个ACK给Client，确认序号为收到序号+1（与SYN相同，一个FIN占用一个序号），Server进入CLOSE_WAIT状态。第三次挥手：Server发送一个FIN，用来关闭Server到Client的数据传送，Server进入LAST_ACK状态。第四次挥手：Client收到FIN后，Client进入TIME_WAIT状态，接着发送一个ACK给Server，确认序号为收到序号+1，Server进入CLOSED状态，完成四次挥手。任务三手机MIC纱网精密贴合设备网络通讯环节三信息搜集§3.3.1网络通信协议的分类四、SOCKET通讯原理（一）套接字（socket）概念套接字（socket）是通信的基石，是支持TCP/IP协议的网络通信的基本操作单元。它是网络通信过程中端点的抽象表示，包含进行网络通信必须的五种信息：连接使用的协议，本地主机的IP地址，本地进程的协议端口，远地主机的IP地址，远地进程的协议口。应用层通过传输层进行数据通信时，TCP会遇到同时为多个应用程序进程提供并发服务的问题。多个TCP连接或多个应用程序进程可能需要通过同一个TCP协议端口传输数据。为了区别不同的应用程序进程和连接，许多计算机操作系统为应用程序与TCP／IP协议交互提供了套接字(Socket)接口。应用层可以和传输层通过Socket接口，区分来自不同应用程序进程或网络连接的通信，实现数据传输的并发服务。任务三手机MIC纱网精密贴合设备网络通讯环节三信息搜集§3.3.1网络通信协议的分类（二）建立socket连接建立Socket连接至少需要一对套接字，其中一个运行于客户端，称为ClientSocket，另一个运行于服务器端，称为ServerSocket。套接字之间的连接过程分为三个步骤：服务器监听，客户端请求，连接确认。服务器监听：服务器端套接字并不定位具体的客户端套接字，而是处于等待连接的状态，实时监控网络状态，等待客户端的连接请求。客户端请求：指客户端的套接字提出连接请求，要连接的目标是服务器端的套接字。为此，客户端的套接字