通信技術(shù) 并行通信技術(shù)串行通信技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)無(wú)線通信技術(shù)PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1通信技術(shù)通信技術(shù) 并行通信技術(shù)串行通信技術(shù)現(xiàn)并行通信技術(shù)串行通信技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)無(wú)線通信技術(shù)場(chǎng)總線技術(shù)無(wú)線通信技術(shù)n傳輸距離短第1頁(yè)/共56頁(yè)o 用并行接口芯片8255實(shí)現(xiàn)并行通信n用C口進(jìn)行通信聯(lián)絡(luò)n若C口的值變化（如：加1），則有新數(shù)據(jù)到來(lái)。第2頁(yè)/共56頁(yè)o 用并行接口芯片8255實(shí)現(xiàn)并行通信n利用CPU的EXINT口來(lái)中斷聯(lián)絡(luò)第3頁(yè)/共56頁(yè)o 利用雙口RAM實(shí)現(xiàn)并行通信n雙口RAM是具有兩組獨(dú)立的地址線、數(shù)據(jù)線和控制線的雙端口RAMn雙口RAM可以簡(jiǎn)單可靠地實(shí)現(xiàn)主從機(jī)之間的數(shù)據(jù)共享n如：IDT7132/134 DS1609第4頁(yè)/共56頁(yè)地址線L地址線R數(shù)據(jù)線L數(shù)據(jù)線R硬件沖

2、突時(shí)，后操作一端有效；或使用軟件協(xié)議避免硬件沖突和操作速度不同帶來(lái)的錯(cuò)誤。第5頁(yè)/共56頁(yè)o DS1609為256字節(jié)的雙口RAM，數(shù)據(jù)線和地址線公用，結(jié)構(gòu)緊湊第6頁(yè)/共56頁(yè)第7頁(yè)/共56頁(yè)o AD07與一雙向I/O口相連，如：8255的PA口（應(yīng)設(shè)為輸入和輸出雙向口），PB口為控制線（輸出）。第8頁(yè)/共56頁(yè)o 由于DS1609沒有ALE地址鎖存引腳，所以在片外需將地址譯碼的片選線先與ALE相或。第9頁(yè)/共56頁(yè)n實(shí)時(shí)性較差第10頁(yè)/共56頁(yè)第11頁(yè)/共56頁(yè)第12頁(yè)/共56頁(yè)第13頁(yè)/共56頁(yè)第14頁(yè)/共56頁(yè)第15頁(yè)/共56頁(yè)第16頁(yè)/共56頁(yè)第17頁(yè)/共56頁(yè)o 毫米級(jí)：芯片內(nèi)總線；

3、o 厘米級(jí)：芯片間總線；o 分米級(jí)：機(jī)箱內(nèi)總線，如STD,ISA,PCI等；o 十米級(jí)：機(jī)柜間總線，如RS232，GPIB，VME和VXI等；o 千米級(jí)：現(xiàn)場(chǎng)總線，如FF，Profibus，WorldFIP等；第18頁(yè)/共56頁(yè)o 國(guó)際電工委員會(huì)IEC61158標(biāo)準(zhǔn)定義：現(xiàn)場(chǎng)總線是“安裝在生產(chǎn)過(guò)程區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、儀表與控制室的自動(dòng)控制裝置、系統(tǒng)之間的一種串行、數(shù)字式、多點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)總線”。o 現(xiàn)場(chǎng)總線是以單個(gè)分散的、數(shù)字化、智能化的測(cè)量和控制設(shè)備作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，用總線相連接，實(shí)現(xiàn)相互交換信息，共同完成自控任務(wù)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)，也稱為現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（Fieldbus Control Syst

4、em）。第19頁(yè)/共56頁(yè)o 為實(shí)現(xiàn)整個(gè)企業(yè)的信息集成，需要一種能在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境運(yùn)行的、性能可靠、造價(jià)低廉的通信系統(tǒng)，形成工廠底層網(wǎng)絡(luò)，完成現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化設(shè)備之間的多點(diǎn)數(shù)字通信，實(shí)現(xiàn)底層現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間以及生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)與外界的信息交換。o 在這種實(shí)際需求的驅(qū)動(dòng)下, 20世紀(jì)80年代中期現(xiàn)場(chǎng)總線在國(guó)際上發(fā)展起來(lái)了。o 技術(shù)基礎(chǔ)：計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字通信技術(shù)第20頁(yè)/共56頁(yè)o以微處理器芯片為基礎(chǔ)的各種智能儀表，為現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的數(shù)字化以及實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的應(yīng)用功能提供了條件。但不同廠商所提供的設(shè)備之間的通信標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，嚴(yán)重束縛了工廠底層網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。o從用戶到設(shè)備制造商都強(qiáng)烈要求形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，組成開放互連網(wǎng)絡(luò)。把不同廠商提供

5、的自動(dòng)化設(shè)備互連為系統(tǒng)。這里的開放意味著對(duì)同一標(biāo)準(zhǔn)的共同遵從，意味著這些來(lái)自不同廠商而遵從相同標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備可互連為一致通信系統(tǒng)。o從這個(gè)意義上說(shuō)，現(xiàn)場(chǎng)總線就是工廠自動(dòng)化領(lǐng)域的開放互連系統(tǒng)。開發(fā)這項(xiàng)技術(shù)首先必須制定相應(yīng)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。真正形成開放互連系統(tǒng)，是大勢(shì)所趨。第21頁(yè)/共56頁(yè)第22頁(yè)/共56頁(yè)o 開放性：現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)是公開的，而DCS制造廠商的技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)是各有各的專利，彼此是封閉的。o 互操作性：不同廠商的主機(jī)或現(xiàn)場(chǎng)儀表可以相互通信或操作，而DCS中則往往需要接口核驅(qū)動(dòng)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。o 智能化與自治性：現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備具有較高的智能，能處理各種參數(shù)、運(yùn)行狀態(tài)信息及故障信息，可以自診斷，甚至

6、能在部件、網(wǎng)絡(luò)故障的情況下獨(dú)立工作。第23頁(yè)/共56頁(yè)o 高度分散：各現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備有足夠的主動(dòng)性，它們可以相互通信，完全可以把各種控制功能分散到各種設(shè)備中。o 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境適應(yīng)性：工作在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)前端，作為工廠網(wǎng)絡(luò)底層的現(xiàn)場(chǎng)總線，是專為現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境而設(shè)計(jì)的，可支持雙絞線、同軸電纜、光纜、射頻、紅外線、電力線等，具有較強(qiáng)的抗干擾能力，能采用兩線制實(shí)現(xiàn)供電與通信，并可滿足本質(zhì)安全防爆要求等。第24頁(yè)/共56頁(yè)o 節(jié)省硬件數(shù)量與投資o 節(jié)省安裝費(fèi)用o 節(jié)省維護(hù)開銷o 用戶具有高度的系統(tǒng)集成主動(dòng)權(quán)o 提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性與可靠性第25頁(yè)/共56頁(yè)o 基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線（FF，F(xiàn)oundation Fieldbus）o

7、LonWorks現(xiàn)場(chǎng)總線o 過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)總線PROFIBUS（PROcess Field BUS）o CAN(Control Area Network)總線o HART(Highway Addressable Remote Transducer)總線第26頁(yè)/共56頁(yè)第27頁(yè)/共56頁(yè)o CAN是控制局域網(wǎng)絡(luò)（Control Area Network）的簡(jiǎn)稱，最早由德國(guó)BOSCH公司推出，用于汽車內(nèi)部測(cè)量與執(zhí)行部件之間的數(shù)據(jù)通信。其總線規(guī)范現(xiàn)已被150國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織制訂為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。由于得到了Motorola，Intel，Philip，Siemens，NEC等公司的支持，它廣泛應(yīng)用在離散控制領(lǐng)域。o

8、CAN協(xié)議也是建立在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織的開放系統(tǒng)互連模型基礎(chǔ)上的。其模型結(jié)構(gòu)為三層，即只取OSI模型的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。其信號(hào)傳輸介質(zhì)為雙絞線。通信速率最高可達(dá)1Mbps/40m，直接傳輸距離最遠(yuǎn)可達(dá)10km/5kbps?？蓲旖釉O(shè)備數(shù)最多可達(dá)110個(gè)。第28頁(yè)/共56頁(yè)o 采用多主方式工作o 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)信息有多個(gè)優(yōu)先級(jí)o 采用非破壞性總線仲裁技術(shù)o 通過(guò)報(bào)文濾波實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)及全局廣播等方式收發(fā)數(shù)據(jù)o 報(bào)文標(biāo)識(shí)符可達(dá)2032種(CAN2.0A)，擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)(CAN2.0B)則幾乎不受限制o 采用短幀結(jié)構(gòu)，傳輸時(shí)間短o 具有較強(qiáng)抗干擾能力第29頁(yè)/共56頁(yè)o “顯性”（Dominant）

9、數(shù)值表示邏輯“0”o “隱性”（Recessive）數(shù)值表示邏輯“1”第30頁(yè)/共56頁(yè)第31頁(yè)/共56頁(yè)o 數(shù)據(jù)幀：攜帶數(shù)據(jù)由發(fā)送器至接收器o 遠(yuǎn)程幀：請(qǐng)求發(fā)送具有相同標(biāo)識(shí)符的數(shù)據(jù)幀o 出錯(cuò)幀：由檢測(cè)出總線錯(cuò)誤的任何單元發(fā)送o 超載幀：提供當(dāng)前和后續(xù)數(shù)據(jù)幀的附加延遲第32頁(yè)/共56頁(yè)o 帶有優(yōu)先級(jí)的多主競(jìng)爭(zhēng)方式n網(wǎng)絡(luò)上任意節(jié)點(diǎn)均可以在發(fā)現(xiàn)總線空閑時(shí)主動(dòng)地往其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息o 非破壞性總線優(yōu)先仲裁技術(shù)n當(dāng)幾個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送消息時(shí)，根據(jù)幀中開始部分的標(biāo)識(shí)符，逐位仲裁，優(yōu)先級(jí)低的節(jié)點(diǎn)主動(dòng)停止發(fā)送數(shù)據(jù)，優(yōu)先級(jí)高的節(jié)點(diǎn)繼續(xù)發(fā)送信息第33頁(yè)/共56頁(yè)o 由單片機(jī)、SJA1000、82C250可以構(gòu)成

10、一個(gè)最小的CAN總線智能節(jié)點(diǎn)o SJA1000是一種獨(dú)立CAN通信控制器o SJA1000主要功能n標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)和擴(kuò)展結(jié)構(gòu)報(bào)文的接收和發(fā)送nBasic CAN和PeliCAN兩種工作方式n標(biāo)準(zhǔn)和擴(kuò)展幀格式都具有單/雙接收濾波器n第34頁(yè)/共56頁(yè)與SJA1000的TX0和RX0通過(guò)光耦相連，實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)間電氣隔離與地之間并聯(lián)2個(gè)30pF的小電容，可以濾除總線上的高頻干擾第35頁(yè)/共56頁(yè)oLonWorks是由美國(guó)Echelon公司推出并由它與摩托羅拉、東芝公司共同倡導(dǎo)，于1990年正式公布而形成的。oLonWorks使用開放式通信協(xié)議LonTalk。 LonTalk采用了ISO/OSI模型的全部七層通

11、訊協(xié)議，采用了面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)變量把網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化為參數(shù)設(shè)置。o其通信速率從300bps至1.5Mbps不等，直接通信距離可達(dá)2700m（78kbps，雙絞線）。o支持雙絞線、同軸電纜、光纖、電力線、紅外線、射頻等多種通信介質(zhì)，并開發(fā)了相應(yīng)的本質(zhì)安全防爆產(chǎn)品。o被譽(yù)為通用控制網(wǎng)絡(luò)。第36頁(yè)/共56頁(yè)o LonWorks技術(shù)所采用的LonTalk協(xié)議被封裝在稱之為Neuron的神經(jīng)元芯片中而得以實(shí)現(xiàn)。第37頁(yè)/共56頁(yè)（IEEE802.11系列）。第38頁(yè)/共56頁(yè)Market NameStandardGPRS/GSM1RTT/CDMAWi-Fi802.11bBluetooth80

12、2.15.1ZigBee802.15.4Application FocusWide AreaVoice & DataWeb，E-mail，VideoCableRePlacementMonitoring & ControlSystem Resources16MB+1MB+250KB+4KB32KBBattery Life (day)170.55171001000+Network Size1327255/65000Bandwidth (Kbps)64128+11000+72020250Transmission Range (meter)1000+1100110+1100Succes

13、s MetricsReach，QualitySpeed FlexibilityCost，ConvenienceReliability，Power，Cost第39頁(yè)/共56頁(yè)第40頁(yè)/共56頁(yè)擴(kuò)展服務(wù)集ESS示意圖，包括了無(wú)線站點(diǎn)、無(wú)線接入點(diǎn)、基本服務(wù)集等。第41頁(yè)/共56頁(yè)第42頁(yè)/共56頁(yè)第43頁(yè)/共56頁(yè)第44頁(yè)/共56頁(yè)第45頁(yè)/共56頁(yè)o 自組織網(wǎng)絡(luò)：分為微微網(wǎng)和散射網(wǎng)。n微微網(wǎng)：最多256個(gè)藍(lán)牙單元設(shè)備，其中只有一個(gè)藍(lán)牙設(shè)備是主設(shè)備，17個(gè)激活的從設(shè)備，而其它設(shè)備則處于待機(jī)狀態(tài)。第46頁(yè)/共56頁(yè)o 自組織網(wǎng)絡(luò)：分為微微網(wǎng)和散射網(wǎng)。n散射網(wǎng)：幾個(gè)互相獨(dú)立且不同步的微微網(wǎng)以特定方式互聯(lián)起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)散射網(wǎng)（又稱微微互聯(lián)網(wǎng)或分布式網(wǎng)絡(luò)） 。第47頁(yè)/共56頁(yè)o 藍(lán)牙接入網(wǎng)關(guān)：藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)和其他網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行互聯(lián)的無(wú)線設(shè)備，具有相當(dāng)于橋接器或路由器的功能。o 藍(lán)牙接入網(wǎng)關(guān)為每一個(gè)所連接的藍(lán)牙設(shè)備提供LAN或Internet網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。第48頁(yè)/共56頁(yè)o 藍(lán)牙設(shè)備的應(yīng)用主要是