简述数据通信的特点模板(10篇)

导言：作为写作爱好者，不可错过为您精心挑选的10篇简述数据通信的特点，它们将为您的写作提供全新的视角，我们衷心期待您的阅读，并希望这些内容能为您提供灵感和参考。

篇1

Abstract: Metro SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) system is a metro important part of the power supply system, which is mainly responsible for the distribution substation at all MTR stations for data acquisition, monitoring, and control, this paper outlines the SCADA system components, and the SCADA system debugging is important and difficult for reference only.

Keywords: Metro Power; SCADA system; debugging;

中图分类号：U231+.8 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2013）

一、 SCADA系统概述

1 SCADA系统的特征

1.1 实时性

SCADA系统的实时性与多任务性是其重要特征之一，当然根据行业的不同，SCADA系统对实时性与多任务性的要求也不一样，如在地铁电力等领域对实时性要求很高，而供水供气等行业对实时性要求较低。

1.2 开放性

SCADA系统大多遵循国际标准或行业标准，满足开放性的要求。系统的软件多采用全开放式的体系结构，系统具有良好的扩展能力，也有利于更好地与其它相关系统的连接与广泛集成。

1.3 可靠性

SCADA系统关键节点以及重要的功能单元采用冗余配置，保证整个系统功能的可靠性不受单个节点或单元故障影响。在硬件方面选择工业级标准的硬件，有时用小型服务器代替普通监控机，以提高系统的可靠性。

1.4 安全性

SCADA系统具有隔离故障功能，切除故障不会影响各节点的运行。SCADA系统可设置软、硬件防火墙，以达到有效杜绝病毒和黑客入侵的目的。为了杜绝病毒对系统的破坏，在上位机（Master Computer）和下位机（Slaver Computer）选择操作系统时不选用Windows操作系统平台，而选用UNIX操作系统平台、Linux操作系统平台。

1.5可维护性

SCADA入运行后能得到可靠的维修服务。支持在线远程诊断功能，可以在远方通过网络设施诊断系统的运行情况。系统应当有完善的维修服务支持，以便于系统投

2 SCADA 系统的相关技术分析

2.1 数据通信和网络技术

SCADA 系统通常会包含以下几种类型的数据通信：现场测控仪表、执行机构与各下位机智能节点之间的通信；下位机系统与 SCADA 系统服务器之间的通信；监控中心不同功能计算机之间的通信和监控中心网络服务器与远程客户端之间的通信。由于SCADA 系统中的各种智能化、数字化设备越来越多，分布范围越来越广，功能越来越强，所需要的数据通信能力和网络技术要求也越来越高。因此，数据通信和网络技术在SCADA 系统中的作用越来越重要。

2.1.1 数据通信技术

数据通信技术从本质上来说是一种信息传递技术，其现代概念可定义为：利用光、电技术手段，借助光波或电磁波，实现从一地向另一地迅速而准确的信息传递和交换。数据通信系统是指以计算机为中心，通过数据传输信道将分布在各处的数据终端设备连接起来，以实现数据通信为目的的系统。它一般由数据信息的发送设备、接收设备、传输介质、传输报文、通信协议等组成。数据传输信号分为模拟信号和数字信号。数据的传输模式按数据代码的传输顺序可分为：并行传输和串行传输；按数据传输的同步方式可分为：同步传输和异步传输；根据数据的传输方向与时间的关系可分为：单工传输、半双工传输和全双工传输；按数据信号特点可分为：基带传输、频带传输和数字数据传输。

2.1.2 网络技术

基于 PC 远程监控的 SCADA 技术的实现离不开现代通信网络技术的产生与发展。现代通信网络是由现代通信网元组成的集合体，用以支持实现组织内外部的语音、数据、多媒体形式的通信要求。

通信网络的基本构成要素是终端设备、传输链路、交换设备和接入设备。除了这些硬件设备外，为了保证网络能正确、稳定、可靠、合理的运行，使用户间可以快速建立连接并有效交换信息，达到通信质量一致、运转可靠性和信息透明性等要求，还必须有网络运行管理的软件，如标准、信令、协议等。现代通信网络的分类标准多样：可以按传输介质分为导线、电缆、光缆通信网和微波、短波、移动、卫星通信网等；按技术分为 PDH 通信系统、SDH 通信系统、DWDM 通信系统、CDMA移动通信网、ATM 网络、帧中继（FR）网等；按业务类型可分为电报网、电话网、广播电视网、数据网、计算机通信网、多媒体通信网和综合业务数字网等；按地域可分为本地通信网、长途通信网和国际通信网或局域网（LAN）、城域网（MAN）和广域网（WAN）等；按照网络属性可分为公用网和专用网。

2.2 I/O 接口和数据采集

I/O 接口技术是伴随着计算机技术产生的，它是连接 CPU 与其设备并进行数据交换的信息通道。在 SCADA 系统中，I/O 接口技术被广泛采用在系统上、下位机与现场设备信息通信中。通常 I/O 通道除了有模数（A/D）、数模（D/A）、数字输入（DI）、数字输出（DO）等设备外，还包括一些辅助部件，如多路转换开关、放大器、采样保持器等。这些辅助设备既可以部分地与 I/O 设备做在一起构成相对独立的数据采集设备，也可以做成独立的卡件（如端子板形式），再将这些卡件通过电缆与 I/O 设备连接，构成输入/输出通道。I/O 接口主要实现了数据缓冲、信号转换、驱动功能、中断管理和隔离功能。

2.3自动控制技术

自动控制就是利用各类自动控制装置和仪表（包括工业控制计算机）代替人的操作，使生产过程或机器设备自动地按照预定的规律运行，或使它的某些参数（如温度、压力、流量、成分、电流、电压、转速等）按预定要求变化或在一定的精度范围内保持恒定。 反馈是通过检测装置将系统的输出返回到系统的输入端，与设定值进行比较，产生偏差信号作为控制器的输入量。自动控制和反馈是自动控制系统中的两个重要概念。控制系统可分为开环控制系统、闭环控制系统、定值控制系统、随动控制系统、程序控制系统、连续控制系统、离散控制系统、线性控制系统和非线性控制系统等。

2.4 软件系统架构

传统的软件系统架构有 C/S、B/S 模式等。随着 2000 年后软件架构进入应用普及阶段，商业化的架构风格迅速出现并普及开来。市场上具有代表性的技术风格有：N 层的客户端/服务器架构风格、面向服务的架构风格（SOA）等。

（1）N 层的客户端/服务器架构N 层的客户端/服务器架构模式是为了区别传统的二层和三层 C/S 模式的一种更加灵活的层次式架构风格。分层设计是一种最常见的架构设计方法，它能够有效地使设计简化，使设计的系统机构清晰，便于提高复用能力和产品维护能力。

（2）面向服务的架构风格（SOA）

面向服务的体系架构将应用程序的不同功能单元（称为服务）通过这些服务之间定义良好的接口和契约联系起来。接口是采用中立的方式进行定义的，它应该独立于实现服务的硬件平台、操作系统和编程语言。这使得构件在各种这样的系统中的服务可以以一种统一和通用的方式进行交互。

二、SCADA 系统的系统调试

1 SCADA 系统调试的难点和必要性

SCADA 系统是一个庞大复杂的分布式测控系统，SCADA 系统调试工作是

联系设备建设和系统运营的纽带，是完善系统功能使其适合运营需要的必要步骤，目前，系统监控点数均已达几十万点，为完成系统监控功能，必须对所有接入点进行 100%测试；系统接口众多，包含集成的子系统和互联系统，工程协调难度大；系统调试工作量大，系统调试工作往往得根据现场施工安装进度的变化而更改计划，且经常会因为子系统不具备测试条件或测试一次不能通过而增加系统调试的时间；系统调试周期长，从子系统单机调试到系统最终验收测试；系统性能要求高，增加了系统调试的要求。但是，为满足 SCADA 系统的监控功能能够按期实现，必须编制系统高效的系统调试计划，并按计划执行；并且，为缩短系统工程验收时间，常常是将系统调试测试报告作为系统验收测试的参考。

2 SCADA 系统调试的内容

系统调试分为单机调试、集成子系统调试和综合联调三个阶段。其中，单机调试的目的是为了检验设备安装到现场后是否正常，设备配置是否正确；集成子系统调试是为了检验 SCADA 系统与各子系统是否连通，是否具备各子系统的基本功能；综合联调是为了检验 SCADA 系统与互联系统是否连通，是否具备基本功能和联动功能。单机调试的内容包括：上电后各设备、模块工作指示灯状态应正常；设备的硬件配置、软件配置、网络地址配置、预置参数应符合设计要求。集成子系统调试的内容包括：SCADA 系统的网络调试；集成子系统与现场监控对象的接口调试；集成子系统现场级监控设备的功能测试；集成子系统与 SCADA 系统软件平台的接口调试；SCADA 系统的集成子系统的专业功能测试；冗余设备无扰动自动切换测试。其中，内外部接口测试应符合接口测试规范；点对点、端到端测试应按 100%且同时进行；集成子系统专业功能应符合设计要求。

综合联调的内容包括：SCADA 系统与互联系统接口调试、SCADA 系统的互联专业功能调试以及联动功能调试。其中，SCADA 系统与互联系统接口调试应按接口调试规范进行；点对点、端到端测试应按 100%进行且端到端测试应在点对点测试完成之后；对于非控制类测试点应覆盖所有设备类型，每种设备类型宜采用抽测方式，抽测数量应不低于该类型设备总数的 10%，每个抽中的设备应进行 100%测试；互联系统专业功能应符合设计要求；系统联动功能应符合设计要求。

结语

SCADA 系统对于城市轨道交通供电系统的稳定和安全起到了重要的作用 ，其完善的系统和可靠的技术为城市轨道交通的安全运营起到了关键的支持，随着城市轨道交通的不断发展， 该系统也在不断的完善。

参考文献：

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中图分类号：TP323 文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 12-0000-02

The Development and Application of OPC-based Services PC and PLC system in Automation Project

Peng Yabin

(Zhejiang Kaiyuan Engineering Co.,Ltd.,Jinhua321014,China)

Abstract:This paper briefly introduces the principle of OPC,KEP Server EX and three OPC servers,and through the implementation of OPC service communication of IFIX SCADA and SIEMENS S7 series PLC automation control system,and according to the engineering practice in the way of industrial automation control system structure and function,can be used for the fields of automation design and reference works.

Keywords:Industrial automation;OPC communication;SCADA;SIEMENS S7 PLC

在通常使用的控制类产品中，包括DCS、PLC两大类。随着时代的进步和控制理念的更新，我们又将DCS的概念拓展到FCS，而且在一个工业自动化系统中，会共存很多系统与设备，为了满足自动化控制的需要，不同设备，不同系统之间的连接和通信需要可靠并且相互开放，OPC定义了一系列规范来满足多种系统和设备之间数据通信的需求，OPC为不同厂商的硬件设备、软件和系统定义了公共的接口，使得过程控制和工厂自动化中的不同系统、设备和软件之间能够相互连接、通信、操作。作为应用之一，SIEMENS及GE FANUC公司的S7系列PLC和IFIX组态软件通过KEPWARE、PC-ACCESS等OPC服务器通信，具备了可靠性高，编程简单，连接方便，通用性好，便于维护等特点，可满足各种自动控制需要外，还有良好的扩展性及强大的指令功能。

一、基于OPC服务的控制系统结构

工业自动化系统的核心是合理的控制逻辑及可靠的数据通讯，各种工业总线和数据库系统是在为可靠的数据通讯服务，因此OPC服务器必须满足上述要求，通过PLC及SCADA系统完成的控制结构大体如下：

（一）OPC简介。OPC（OLE for process control）是一个工业标准。它是由一些世界上占领先地位的自动化系统和硬件、软件公司与微软合作而建立的、满足开放性的和互操作性的接口标准。OPC标准的建立基于微软的COM（Component Object Model，组件对象模型）技术规范，并由OPC基金会这个国际组织管理。

OPC定义了一系列规范来满足多种系统和设备之间数据通信的需求。主要包括OPC数据存取规范、OPC报警与事件处理规范、OPC历史数据处理规范等。OPC规范只是定义了COM接口，OPC服务器提供者必须去实现这些接口和方法。

OPC服务器通过OPC规范定义了OPC COM组件的接口实现对数据源进行存取（读/写）或通信的方法等，数据源可以是现场的I/O设备，也可以是其它的应用程序。通过OPC服务器中COM组件提供的接口，OPC客户程序可以通过一个或多个厂商提供的OPC服务器来对数据源进行存取（读/写）或通信。如下图：

（二）KEP Server EX OPC 服务器简介。KEP Server EX OPC服务器由Kepware公司提供，Kepware公司在工业界通讯领域有着很高的声誉，是全球最知名的OPC服务器产品供应商。其产品.KEP Server EX OPC服务器：Kepware的为全球工业界领先的超级OPC服务器，提供非常卓越的工业互连通讯能力。她嵌入了工业市场上广泛范围的超过100多种通讯协议支持数百种以上设备型号的可下载驱动程序。

二、基于OPC服务的化学工业自动化控制系统

该系统为基于OPC服务的自动化控制系统，下位机采用SIEMENS S7300PLC（CPU313C），OPC服务器选用了KEPWARE Kep server Ex OPC服务器，上位机采用GE FANUC IFIX组态软件；整个系统开关量包括各种泵、阀的开启，电机的启停及状态检测；模拟量包括了反应器压力、温度及车间易燃气体浓度等信号，全部信号通过PLC采集后，经由OPC服务器传输回监控室数据库，由组态软件实现人机的交互，计算机需要记录各个过程的参数并以趋势图的方式显示出来供工艺人员使用，并提过越限报警记录功能，备查，各个过程的逻辑就地位于各个现场PLC当中，避免当通讯被破坏时执行机构的误动作。

由此可见，该系统采用本文所述方案，依靠PLC作为现场采集运算单元，应用成熟组态软件构成SCADA系统，基于OPC服务器以实现PLC与SCADA之间的可靠通讯接口，采集到数据库，藉以完成整个系统各个参数与逻辑的集成与控制。

（一）就地PLC单元。就地PLC主要完成的任务有：监控要求的各个工艺参数信号的采集，并根据工艺需要和控制需求，开发与之相适应的运算逻辑并输出控制信号，利用CP-341模块的通讯能力，通过以太网方式，将数据上传至数据库。1#PLC硬件配置如下（其余略）：

（二）PLC的OPC通讯服务器单元。OPC服务器采用的KEP Server EX OPC，内置的协议满足通过SIEMENS TCP/IP Ethernet方式与KEP Server EX通讯，配置如下：

通讯建立后，按规定格式，添加TAG，并与PLC测点表地址匹配，将自己需要通讯的数据按一定的命名规则，数据OPC服务器；完成后如下图。

（三）SCADA单元（OPC CLIENT）。上位机采用了主流的组态软件制作，GE FANUC公司出品的IFIX，GE Fanuc的iFIX是世界领先的工业自动化软件解决方案，提供了生产操作的过程可视化、数据采集和数据监控。在安装了IFIX OPC CLIENT驱动后，即可将PLC侧数据与上位机数据库数据通过OPC服务连接并通讯，如下：

通过VB脚本，完成控制界面及功能的制作：

至此，我们就已经建立了一条由PLC开始，通过OPC服务（PLC及上位机），到用户界面的数据通路，依靠这样一条通路，我们实现了数据的通讯，可满足在工业自动化要求的自动控制。通过上位机组态软件，我们可以利用过程数据库制作实时报表、趋势图以及历史数据查询等功能，在此不在敖述。最终HMI界面如下：

目前，该系统已投入运行多年，依靠该系统，可以实现以下功能：

1.获取工程现场电机及阀门状态。

2.获取现场主要工艺参数如压力、温度、浓度、电机电流等实时值，并记录，重点参数连锁逻辑自动控制。

3.数据记录，超限报警、报表显示。

自投运以来，通过OPC服务器运行稳定，数据丢包率极低，采集的数据准确可靠，满足工业运行的需要。

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摘要：本文主要针对计算机通信网络的安全问题展开探讨，主要就防火墙等四种技术进行了细致的分析，四种技术其特点都非常明显，用户可以根据自己的需求选择合适的安全技术，文章内容对于计算机通信网络安全技术研究有一定的参考价值。

关键词：计算机通信；安全技术；通信网络；信息

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中图分类号：TP309 文献标识码：A

Private Cloud Application Prospect in Shanxi

Electric Power Data Network

MENG Yaning， WANG Dong

（Information & Telecommunication Co. of SEPC， Taiyuan， Shanxi 030001）

Abstract In combination with concept of cloud technologies and private cloud， this paper analysis the feasibility of application in Shanxi Electric Power Data Network. It describes the advantages of builds enterprise private cloud. By building a private cloud services in the smart grid， will make the enterprise informatization level to a new height.

Key words cloud technology； private cloud； data network

0 概念简述

早期提出的云技术主要是指云计算，现今所提到的云技术除包含云计算外，还包括云存储和云安全等。

云计算是一种通过互联网以服务的方式提供动态可伸缩的虚拟化的资源的计算模式。“云”通常为一些大型服务器集群，包括计算服务器、存储服务器、宽带资源等。

云存储是从云计算衍出来的。云存储是将用户的大容量信息存储在网络的数据中心，用户端设备不必安装大容量硬盘，用户只需输入用户名和密码就可以安全提取数据。

云安全是网络时代信息安全的最新体现，它融合了并行处理、网络计算、未知病毒行为判断等新兴技术和概念，为保证用户信息和网络安全而产生的新型网络防御技术。

私有云也叫做内部云或企业云，是为一个客户单独使用而构建的，因而提供对数据、安全性和服务质量的最有效控制。

1 山西电力数据通信网（简称：数据网）概述

山西省电力数据通信网，是利用在建的山西省电力主干光纤网，在高可靠性的SDH光纤传输通道上建立高带宽、高性能、透明的、综合多种业务的数据通信网络，为山西省电力公司和相关电力企业的生产经营、信息化建设提供服务。数据网采用MPLS VPN技术组网，已承载了包括管理信息系统、变电站生产视频监控、营销采集、高清视频会议、NGN、调度信息管理系统及各类通信带外网管等三十多种业务。

2 私有云在数据网中应用的可行性分析

数据网作为服务于电力行业的专网，具有鲜明的行业特点，各种业务对网络的实时性、安全性和可靠性的要求有着较大的差异，同时有些业务之间还需要隔离，私有云的应用可以充分利用数据网的潜能来满足各个应用系统的建设和发展需要，也符合网络技术的发展趋势。

首先，数据网本身是构建在高可靠性的光纤传输网中。现有省到市的通道带宽为千兆、市到县的通道带宽为155M，而县至35kV变电站的带宽为N？M。借助通道优势，可以为各种业务提供高速、高密度、大容量的数据传输基础。

其次，良好的网络架构为企业私有云提供安全的物理平台。骨干数据网采用三层网络结构设计，整个网络拓扑结构由核心层、汇聚层、接入层三部分构成。省公司核心节点的2套核心路由器以GE接口互联，各自以POS 622M接口连接备调核心路由器，同时以GE接口与11个分公司骨干路由器分别互联。除长治地区外，各地区骨干数据网的第一台路由器利用POS 155M接入备调核心路由器，长治采用GE方式直连。省公司作为核心点的2台核心路由器以双GE接口捆绑互联；2台接入路由器以双GE接口捆绑互联；核心路由器与接入路由器以双GE接口采用口字型结构捆绑互联。核心层负责整个网络的数据交换，核心层节点设置在省公司，通过两台核心路由器实现网络结构的全冗余及流量的负载均衡。 220kV及以上变电站和电厂的接入路由器，均采用2个2M分别连接各自地调的骨干路由器。每个站点的一个2M通过主干SDH传输电路提供的透明电路连接，另外一个2M通过主干区域网SDH或地区城网传输设备提供的传输电路连接。市级骨干数据网同样采用三层网络结构设计，整个网络拓扑结构由核心层（地市）、汇聚层（县局和110KV站）、接入层（35KV站、变电所/营业站等）三部分构成。2台市网核心通过1000M链路与原有地市骨干7609互联构成城网的核心。骨干层设备安装在县支公司，用于汇聚35KV站、变电所/营业站等节点。双设备、双链路、多路由等优势，将会在企业私有云的安全性及稳定性上提供强有利的支撑。

第三，数据网作为透明的传输平台，为信息化资源的虚拟化、池化、服务化提供了条件，使资源动态部署、按需获取、智能调度等成为可能，也使资源的利用率、运行效率等大幅提升。在企业私有云里，只需要配备简单的接口装置，通过通信端口连接，就可以随时随地地通过各种终端设备，享受综合的信息服务。

第四，数据网覆盖范围广，扩展性好。现有数据网覆盖了省公司、分公司、县支公司、供电所、35kV及以上变电站、电厂、特高压等共计2300多台路由器。随着网络规模的不断扩大，计算、存储、网络安全以及配套设施等性价比，也得到明显提高，势必会为企业私有云今后的覆盖及推广提供强有力的支持。

3 企业私有云的优势

（1）统一管理。当面对海量的数据或者涉及繁多的管理面时，分散管理往往是不能保证数据的一致性，而且用户分别管理自己的存储，所有人都做重复性工作，势必就会大大降低工作效率，造成人力资源的浪费；对信息的有效控制变得很难，信息泄露以及安全性会变成一个突出的问题。统一管理很好地解决了上述问题，在同一个管理界面下对数据进行维护，用户无需再自己处理数据管理的繁琐工作，节约成本的同时、安全性问题也可以得到有效解决。

（2）易于实现集中备份和容灾。存储设备不可能保证时刻都是可靠的，硬件坏了可以更换维修，但是数据丢失，如果是关键业务数据的丢失，有可能给企业带来巨大的损失。因此就需要对数据进行备份冗余保护，并且在适当的时候以可接受的成本来实现业务的容灾，保证应用与业务的可用性。与其它分散的存储相比，集中式地处理数据备份与应用与业务容灾要更加易于实现与管理，而且更加高效。

（3）易于扩展、升级方便。由于用户只知道存储的接口，并不关心如何实现存储，换言之就相当于给私有存储云与用户之前加入了一个中间层，如果对私有存储云的后台进行变动，则不会影响用户的使用。这就为私有存储云空间进行扩展、维护、升级带来了灵活性，使得后台的变动的影响最小化。

（4）节约成本、绿色节能。由于各种业务数据是集中存储，并且易于扩展与升级，因此可以结合相应存储虚拟化，对容量进行灵活配置，提高大容量，高效率的数据访问服务。同时可以利用虚拟机技术对硬件设备进行虚拟化，充分利用硬件的效益。相比分散存储，间接上减少了设备的投资，同时又减少了硬件设备能源的消耗，从而达到绿色节能的目的。

参考文献

[1] 黄磊.浅谈“私有云”如何解惑大型企业IT发展困境[J].电信科学，2010（8）.

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中图分类号：P228.4文献标识码： A

一、管线实施GPS定位的必要性：

1、地下燃气管线是以地面建、构筑物作为相对参照物来定位的，由于

市建设步伐加快，建筑拆迁增多、道路拓宽改造等因素，原有参照物的变更与消失，对日后寻找管线造成非常大的困难。

2、市政管网中燃气、供水、电力、通讯等各种管道埋设通常都拥挤在一起，利用金属探管仪无法识别探测到的金属管道哪一条是燃气管线，往往通过运行维护人员的记忆及经验来判断，缺乏一定的科学性。

3、传统的声波振动式探测仪在工作过程中易受杂散电波、地质环境等的影响，探测准确率不高，比较先进一些的探地雷达在目标管线周围有空洞、水穴、电缆干扰时，易产生误指示，对于埋设较深或管径小于100mm的管道，难以探明。探地雷达图像具有多解性，只有经过专门训练的人员才能正确判读管线属性，还需要查阅大量的图纸资料，对于年代长久的管线，往往资料查询起来很困难，甚至资料丢失，无法详细了解管线相关属性信息。

4 、城市燃气中大量塑料管材（PE管）的使用，给日后寻线工作造成巨

困难。通过在警示带中加金属丝或示踪线的方法在一定程度上解决了管线日后寻找的问题，但因施工中金属丝易折断、易产生腐蚀断点且施工中无法很好的处理两根金属线的接口问题往往难以达到日后寻线的目的。

5、基于以上种种地下燃气管线管理及维护问题，管线采用GPS定位，掌握管线的绝对坐标，对埋地管线关键点实行数字化、信息化管理，使得管线信息查询、统计、日常管线维护、抢修、补测、管线技术改造等各项工作变的简单，从根本上解决管线查找难、统计难、维护难的问题，减少大量的成本投资，大大的提高工作人员的工作效率。

二、GPS数据采集系统

GPS（Global Position System）即为全球定位系统的简称，它是一套利用美国GPS卫星导航系统进行全天候、全方位的测量定位设备。根据GPS提供的坐标或坐标演变量精度和方式的不同可以分为毫米级，厘米级，静态，动态后处理，RTK(Real Time Kinematic 实时动态)，RTD(Real Time Differnce 实时差分)等几种设备分类和测量方式，其中 RTK是一种定位精度为1厘米左右的GPS技术。为了达到1厘米的精度，便于系统管理维护和日后的系统扩展，我们采用单点CORS站技术。

1. 系统概述

1.1 CORS简述

GPS连续运行参考站（Continuous Operating Reference Station-CORS），是基于卫星定位系统，将卫星定位与导航技术、计算机科学、测绘学、地理信息系统与现代通讯技术等有机结合，在一定区域内，由一台连续运行的GPS接收台站、系统控制中心和相应的软件构成，台站由专用固定IP网络连接，向流动站或者手持设备提供差分改正信息。

1.2 CORS应用

鉴于上面提到的CORS的这些优势，可以为燃气行业提供如下几种服务。

（1）坐标转换参数的求取

为了使GPS接收机中原始的大地经纬度坐标系统转换为当地的坐标系统，必须先计算出坐标转换参数进行坐标系统的转换，坐标转换参数的求取，必须己知至少3个高精度控制点的地方坐标值X、Y、H。

（2）抢修管网的定位

如果找寻坐标己知的管线点或是对管道安装沟槽设计中心的定位，可以利用随机软件中放样的功能进行作业。输入待确定的管线点的已知坐标作为参考点和目标点，流动站实地所在位置的坐标作为修正点，电子手簿屏幕上的图形显示出实地待定点相对于目标点所偏移的距离(左，右)，按照指示移动流动站，直到满足所要求的精度。管道沟槽中心点的确定类似-上面的操作。利用这一特点可以对燃气管道设施点进行了找寻定位，还可以对管道的施工抢修起到指导的作用。

（3）利用RTK进行管网GIS数据的采集

根据不同GIS平台要求各异，RTK在数据采集时可以将管网不同的设施点的属性加进去，对应于每个点的三维坐标，再进行一定的数据处理，可以生成适应GIS平台数据格式要求的基础资料数据库，并易于修改和完善。

（4）利用手持式GPS进行燃气管网的巡线

用价格低廉的手持GPS，接入CORS，可以实现相对较高精度的导航定位，极大的方便了巡线工作。

2. 建设内容与目标

2.1项目建设

一般地，单点CORS系统的建设内容主要包括GPS参考站接收机、控制中心、数据通信子系统和用户服务子系统四部分。

2.2 基站选择与布设

1.基站的布设一般应遵循以下几个原则：

a) 周围应便于安置接收设备和操作，视野开阔，视场内障碍物的高度角不宜超过15°。

b) 远离大功率无线电发射源（如电视台、电台、微波站等），其距离不小于200m；

c) 附近不应有强烈反射卫星信号的物件（如大面积水面等）；

d) 地面基础稳定，易于点的保存；

e) 选站时应尽可能使测站附近的小环境（地形、地貌、植被等）与周围的大环境保持一致，以减少气象元素的代表性误差。

根据以上原则结合实地情况，在公司楼顶架设一个永久站点，并作静态联测，解算出其WGS84坐标，作为以后的永久点，做好记录数据记录，并妥善保管好该点。

2.3站点设计

站点由室外室内两部分组成，室外设备包括避雷针，观测墩，GPS天线等，室内设备主要是机柜和电源，机柜内安装有GPS接收机和工业控制计算机、网络设备、电涌保护设备等。室内室外设备相互独立，仅需要将GPS天线与GPS接收机连接。

2.安全防护

电涌防护可以分为电力线、通信线、射频线、露天设备防护等几方面，具体设计如下：

1、在电力线进入GPS之前，加装电力线电涌防护设备，隔离GPS和电力线

2、在通信线进入通信终端前，加装通信线（数据线）电涌防护设备

3、在GPS（和无线电台）的射频线进入主机前，加装电涌防护设备。

4、在户外设备，尤其是GPS天线附近架设建筑物雷电防护设备。

数据通信与传输

GPS参考站数据通信系统，是将GPS参考站的观测数据通过传输信道传输到系统管理与数据中心，实现数据实时监控处理、GPS差分信息实时广播及GPS数据Internet网络。可以采用ADSL（带静态IP地址）包月服务。这样的方式需要的硬件比较简单，只需要向当地电信局申请电话线和ADSL专用调制解调器就可以了。

用户终端采用GSM移动电话或GPRS方式，通过GSM数据业务或无线IP协议连接到服务中心，通过单站的广播差分，获取相位改正信息，实现RTK高精度测量。

三、系统收益：

1、系统建成后可以对所有的管网数据进行数字化，通过外业数据采集，取得每一跟管网的三位数据，该数据兼容目前国内外常见的所有GIS平台，用于对管网的各种应用分析，生成各种分析报表。

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中图分类号:TP311文献标识码:A

文章编号:1009-2374 (2010)22-0024-02

1自动化测试简介

自动化测试的出现可以大大减少测试开销,同时大幅提高有限时间内的测试覆盖率。成熟的自动化测试机制,是可重复的、极少的人工资源投入的,可以做到“即使最小的改动也可以以最小的代价进行全面的测试”。

但是,在自动化测试实施与推广过程中,常常会因为自动化测试手段与工具的多样化与不统一化对自动化测试件设计/开发效率的影响等,导致自动化测试无法有效地推广开来。

本文通过对数据通信领域的自动化测试平台的探讨,寻找到一种更好的搭建自动化测试平台的方法,提高自动化测试效率。本文提到的实现方法,是以数据通信领域产品的自动化测试为例进行阐述与实际实现的,其他领域的软件自动化测试可以依据自身的特点与情况对此进行一些修正与改造。

2自动化测试实现的常见问题

在通常的自动化测试实现中存在着一些常见的差异性:

自动化测试所使用的测试仪器或工具不同,如:使用PC作为测试工具,或者使用数通领域通用的测试仪器(如:思博伦公司的SmartBits或IXIA公司的IXIA测试仪)作为测试工具。

测试环境(或拓扑)不同,如:有的自动化测试环境为单台被测设备,有的需要多台辅助测试设备,所实现的自动化测试方法也相应有所不同。

2.1基于PC的自动化测试

由于业界有许多基于PC的开源工具或者工具包的支撑,因此在PC上编写各种测试工具与测试软件是一件相对方便且资源丰富的方法。基于PC的自动化测试,主要完成一致性/功能测试与部分性能测试。但由于PC功能较为单一,无法很好地模拟网络的组网方式,因此常见的解决方法是通过PC对实际的组网进行测试,可以进行实际测试效果。

该测试方式的优点是较为直观,自动化测试实现简单易行。但由于不同测试用例的组网环境不同,切换用例需要手动改变组网,自动化无法连续进行,因而完成一系列测试需要相当长的时间,而且回归和重现较为困难。另外,错误故障定位困难,由于测试时使用了不同的辅助设备,出现故障时,具体哪一台设备出现故障难以确定。

2.2基于测试仪器的自动化测试

在数通测试领域,所使用的测试仪器一般都提供了强有力的自动化测试接口支撑,因此可以基于这些接口开发适用于被测设备(系统)的自动化测试软件。

该测试的优点是能够更好地进行路由仿真和性能测试,如OSPF(开放式最短路径优先)协议的收敛时间测试可以模拟任何组网,组网结构可以可视化地改变,并以协议报文的形式反馈到被测设备。

其缺点在于无法深入到具体协议的内部实现交互过程的测试,大多数的软件bug都集中于协议交互过程,导致测试覆盖率不高,需要一致性测试作为补充。

2.3自动化测试的管理

随着自动化测试规模的不断扩大,带来的自动化测试脚本管理、维护困难也会越来越突出。如何管理自动化测试,也成为一个大家愈发重视的问题

3整体化自动化测试平台的设计

3.1测试环境的整体化

自动化测试的组网环境的简化,可通过PC的网络接口模拟实际的路由和交换设备,使用一个单独链路作为被测设备配置链路,专门配置被测系统。测试链路用于测试报文收发,被测设备配置和报文收发和编解码通过脚本控制

配置链路:测试PC通过配置链路对被测设备进行控制,这样的配置链路可以是带内(如:PC的控制口),也可是带外(如:Telnet/HTTP等方式)。

测试链路:通过PC的网卡与被测设备通讯,在PC上运行各种模拟数据通信设备或协议的软件,来达成减少测试环境中的测试设备的目的,所需模拟的测试设备多的时候可以增加PC的网络接口。

这里提到的模拟数据通信设备的软件,可以是一些来自于已有的商用或开源软件,也可以是自行开发的一些测试软件。这些工具与特定应用相关,可以在实践过程不断地扩充。

测试环境的整体化,对于一些不可避免的需要组网环境的测试,目前业界已经有一些比较常用的拓扑切换方法,如使用带拓扑切换功能的网络互连设备,通过对这样的拓扑切换设备的自动化控制、操作来实现不同逻辑拓扑的切换功能,本文不做进一步的细节阐述。

3.2测试工具的整体化

PC测试可以细化编解码和能够进行一致性测试,具有较强的测试覆盖率,测试仪器测试具有能够进行性能测试、物理网络仿真的优势。二者结合后,可以达到通过PC实现协议交互过程,通过测试仪器在这些交互过程中进行所需的测试行为注入。

运用测试仪器提供的扩展命令接口,PC通过脚本控制测试仪器端口协议报文的流量发送,批量统计。同时可通过PC控制网卡适配器报文的收发,进行功能测试等。物理拓扑搭建图如图1所示:

如图1所示,测试PC充当了两个角色:

被测设备控制者:PC通过控制链路对被测设备进行配置、操作等控制。

测试仪器操作者:测试PC同时通过测试仪器提供的自动化测试接口,实现对测试仪器的自动化控制。

测试链路中存在2种测试方式:

测试PC对测试设备的测试链路:通过在PC上运行各种自动化软件,来实现对被测设备的测试,如报文收发、协议模拟等。

测试仪器对测试设备的测试链路:自动化测试程序通过调用测试仪器提供的测试接口,实现对被测设备的各种测试操作,也包括报文收发、协议模拟等。

通过对两者的有机结合,可以将测试PC对测试设备的测试链路与测试仪器对测试设备的测试链路进行统一控制,从而实现二者的交互。

3.3自动化测试管理的整体化

构造整体化的测试平台,除了自动化测试本身外,还兼具测试用例管理、测试用例编辑、测试用例执行、测试结果分析与测试结果统计反馈等功能。将整个自动化测试实现、使用、管理的过程统一在一个平台上实现。

3.4整体化测试平台框架

本章节讨论整个整体化测试平台如何进行构建,形成整体统一的测试平台框架。

3.4.1框架构成整体化测试平台框架包含如下功能支持:自动化测试脚本编辑环境。脚本编辑界面,包括各种基本的编辑功能,语法美化、关键字识别、关键字自动提示等辅助功能。

(1)测试脚本调试环境。自动化测试脚本的调试器,可以通过集成当前通用的调试环境与工具来达成。

(2)测试管理界面。测试工程建立和管理:建立测试工程项目,生成相关的工程组织文件,并可添加/移除已编辑好的测试脚本和测试配置文件。测试参数设置和参数脚本生成:配置测试过程所需的参数,并生成相应的配置脚本文件。当测试环境改变时,测试人员只需更新相关参数。测试例执行规则设置:设置测试例执行的规则,如在何种条件下终止测试执行过程,测试过程希望察看的信息,测试用例按何种顺序执行等。测试用例脚本,用例描述,拓扑的映射关系维护:测试人员可以根据用例列表,查看用例描述,物理和逻辑组网图。测试结果的记录和日志生成:对于测试失败的用例,记录错误的日志。测试结果处理:测试结果的查询,并提供同问题记录系统的接口,使得测试结果能够及时上报;同时,也可视需求决定是否提供E-mail、短信等实时通知功能。

(3)测试执行操作界面。提供测试控制的界面,测试开始,暂停,继续,停止等。

测试过程监视:在窗口界面显示测试例执行的结果和统计,指定类型的协议报文的收发过程和编解码等信息。对各种信息划分等级,测试人员可以在测试执行过程屏蔽/显示某一级别的信息。支持测试人员定义多个窗口显示不同类型的信息。

(4)公用支持库的支撑。提供自行定义的一套自动化测试公用库,其基础构成包括:被测设备的控制库:用于控制不同的被测设备,将相同的操作归类,提供统一接口。报文收发的通用库,这里的报文收发可以通过PC网卡实现,也可通过测试仪器实现,目的是为不同的测试手段提供统一的接口。函数报文缓冲操作接口:提供一组申请、释放和访问内存缓冲区的命令,用于支持协议报文的编解码,以及协议报文编解码命令。利用报文缓冲区管理命令实现特定协议编解码的过程。扩展接口规范的定义和扩展开发库的提供:为后续新的协议支持或新的操作支持,提供兼容性以及统一的命名规则要求。

3.4.2框架实现简述本文给出了具体框架的搭建模型和为实现相应的功能需要完成的内容,具体的实现平台、方式可依据所需自动化测试环境的不同而变化,譬如:平台运行的操作系统、实现平台所使用的编程语言等等。笔者在实践过程中,是在Windows操作系统下的使用C#进行工具实现,完成了对测试PC、思博伦公司的SmartBits测试仪器,以及被测设备的自动化测试。

在实际实现过程中,可以依据当前系统的自动化测试程度与水平,通过逐步叠加的方式来逐步实现框架中的不同功能。譬如:其中提到的自动化脚本编辑环境、测试执行失败记录的分析、测试结果的统计等功能,可以随着自动化测试资源投入的增大,对自动化需求的增多,而逐步增加开发,并不一定需要一步到位地实现所有功能。

本文从数据通信领域自动化测试实现常见的一些问题入手,通过构建一个整体化的,不依赖于自动化测试实现方法、实现手段的自动化测试平台与工具,以期达到解决这些常见的问题,提高自动化测试实现效率,改善自动化测试管理方式的目的。

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中图分类号： C35 文献标识码： A

Design and Implementation of

ARINC429 Data Bus Communication System Based on DSP

Li Yinhua Song Yan，

（CASIC in Harbin of Fenghua co.， LTD， Harbin 150036， China）

Abstract： In the view of application of the ARINC429 air bus， this paper puts forward a design scheme based on DSP. An analysis will be made on the whole system structure， and the software and hardware design will be given based on the analysis. Hardware design gives the system’s hardware schematics， analysis of system performance and functions of some parts； Software design focuses on the receiving， transmitting data module of ARINGC429 bus， the corresponding flow chart is given. The experimental results show that the design scheme has a simple hardware circuit design， good real-time performance， compatibility and generality， to meet the requirements of the design aviation bus.

Key words：ARINC429，DSP，CPLD，HI-8582

0.引言

ARINC429总线是航空电子设备的数字传输标准，目前广泛的应用于各种航空电子设备中，绝大多数的现役民用飞机，如波音系列飞机、欧洲空中客车等机种，其航空电子设备系统间的信息交换采用的就是ARINC429串行总线标准。ARINC429是一种研发较早、目前工程应用很好的航空总线，有着规范定义简单实用、设计维护相对容易，设计成本较低、电子设备与现有航空电子系统兼容性好等一系列优势。

现在的ARINC429数据总线接口大多采用单片机做控制器，由于指令周期较长，使得数据传输速度受到限制，不能满足实时性要求。针对当前ARINC429总线接口的这个缺陷。本论文研究了一种基于DSP技术的ARINC429数据总线通信接口板。通过该接口板，上位PC机可对内部应用ARINC429总线的机载电子设备进行测控，然后对所得数据进行分析，确定机载电子设备的工作状态，并做出相关处理，下位机实时收发处理ARINC429总线上传输的各种数据。

1.总体方案设计

构造完整的ARINC429总线数据通信系统主要是实现实时429总线数据信息的接收和发送，并能在简单友好的人机工作界面上直观显示。当有数据从429总线上传输时，429接口电路能够准确地将其接收，并把它送到中央处理器（DSP），经中央处理器处理（DSP）后，继续向上位PC机发送；当上位PC机的消息传输到来时，由中央处理器（DSP）进行实时处理后，控制429收发模块将数据传送到429 总线上；以此完成一次数据的流通的过程。

为使系统能够既节约成本提高系统的可靠性，又可组成网络，本文给出了基于DSP的一种具有16个接收通道/2个发送通道的ARINC429总线接口卡；通讯系统的整体设计框架如图1所示，将整个数据通信设计成下位机+上位机的双CPU 结构，DSP 为下位机。

图1通讯系统整体设计框图

2.硬件电路设计

2.1芯片选型

根据低功耗、低成本的性能要求，考虑到运算速度、存储空间大小、性能价格比、硬件资源、开发工具、功耗以及芯片订货的难易程度等多个方面，本系统选择了TI公司TMS320F2812作为系统的控制器，设计一种基于DSP的ARNIC429航空总线通讯系统，它具有峰值运行每秒150万条指令（MIPS）的处理速度和单周期完成32×32位MAC运算功能，同时它还具有128k×16的片上Flash，18k×16的片上RAM以及大量的片上外设。其开发既可使用C28x汇编也可使用ANSIC/C++语言[1]。

逻辑控制CPLD模块，主要用于产生、传输系统各模块需要的控制信号，并完成DSP和HI8582的接口电路设计，设计中选用了ALTERA公司生产的一款性价比很高的MAX7000S系列的EPM7128AETC100[18]。这款CPLD采用第二代多数组矩阵结构为基础和先进的0.81微米CMOS EEPROM技术制造的，速度可达180MHz，可用逻辑门最大为5000门，宏单元最多可达到256个，其引脚到引脚的延时可达5ns。

模拟多路开关是一种重要的器件，在多路被测信号共享一路A/D转换器的数据采集系统中，通常用来将多路被测信号分别传送到A/D转换器进行转换，以便计算机能对多路被测信号进行处理。通过对性能、集成度、价格、系统硬件配合度等多方面考虑终于选择了双4选1多路模拟开关HCC4052B作为系统扩展信道的芯片。

2.2ARINC429总线收发数据模块

ARINC429数据收发模块电路的主体由HI-8582构成。HI-8582内部集成有两个接收器、一个发送器、定时电路、总线驱动电路等，这使得HI-8582可以直接连接在ARINC429总线上，完成数据接收、发送所需要的数据串-并、并-串转换以及电平转换。

发送数据时，发送器接口将经过DSP预处理的并行传输的数据转换为普通的串行数据信息，再把普通的串行传输的信息变换为双极性归零信号，最后传输到ARINC429总线上。发送器部分包括FFIO内存、奇偶校验发生器、发送器字间隔产生电路和驱动电路。可通过写控制寄存器来设定发送信道延迟、发送信道字间隔，还可通过读取状态位检查其工作状态（包括FIFO空、FIFO满、是否正在发送）。发送模块结构框图如图2所示。

图2 发送模块结构框图

接收数据时，ARINC429总线上的双极性归零信号经过接收器的译码还原为普通的串行数据，串行数据经过移位寄存器转换为并行数据进入接收器缓冲区。同时对接收到的数据自动实行差错控制；对字间隔、位间隔出错进行自动检测，若无错误，则将数据分两次送至DSP的数据总线上供读取。双极性归零串行信号含有自同步信息，接收器电路中的时钟脉冲检波电路可以还原发送器的时钟脉冲，从而保证接收器和发送器同步。接收模块结构框图如图3所示。

图3 接收模块结构框图

2.3多信道拓展模块

以上介绍的只是一路发送信道和接收信道，由于本系统需要构建2路独立的发送信道和16路独立的接收信道，因此必须通过CPLD与多路选择开关协同扩展接收通道。当DSP通过429总线接收器接收数据时，必须先设定好多路开关的值来选通接收通道，且同时最多能选通4条接收通道。当CPLD选通4052B以后，实现双4选1输入429数据，429数据经过HI-8582处理实现一次数据的接收过程。

CPLD对多路开关选通通道基于引脚A、B的逻辑组合（如下表1所示），由于本系统运用双CPLD+双HI-8582构成硬件双信道，因此必须采用4片4052B芯片才能构成16个429数据接收信道，其中4片模拟多路开关的逻辑选择模式均相同，因此只简述其一。

表1 选通信号逻辑关系

2.4DSP控制模块

在整个系统的设计中，DSP主要用于控制CPLD工作、数据中转、与外设主机通信。DSP是整个系统的中枢，控制各个部分协调工作。当机载总线上有数据传来时，通信模块能够准确迅速地接收，并把信息送到DSP处理器，经处理后，继续向上位机发送；当上位机的指令信息传来时，由DSP处理器实时处理后，控制通信模块将数据传送到机载总线上。

DSP控制模块的硬件电路连接最主要的就是HI-8582与DSP的接口设计。由于TMS320F2812是32位的处理器，而HI-8582是16位接口芯片，在接口设计中利用一片CPLD实现接口，该接口模块是用复杂可编程逻辑器CPLD完成的，主要包括以下几个部分：

① HI-8582工作所需的CLK时钟信号及复位信号/MR的产生。

该时钟信号首先是由一个12MHz的晶振提供信号给CPLD，经过分频再由图形编辑的方式编程【2】产生HI-8582工作所需要的时钟1MHz。/MR是HI-8582的主复位信号，将直接由DSP送到HI-8582。

② 协议芯片HI-8582的控制信号、状态信号以及数据信号传输通路的设计。

DSP对HI-8582的操作主要有四种，即写控制信号、写数据、读状态信号和读数据。通过对相关DSP地址总线进行译码，再配合DSP的写有效信号/WE和读有效信号/RD，可以区分这四种操作。其具体的对应关系如表2。

表2 读写操作逻辑关系

图4为DSP和协议芯片HI-8582之间逻辑接口示意图，其中XD[0..15]为DSP双向数据总线，BD[0..15]为协议芯片HI-8582的双向数据总线，DO[0..15]、DI[0..15]、A[0..15]、B[0..15]为CPLD部分的单向数据总线，S[0..8]为状态信号传输总线，C[0..9]为控制信号传输总线。通过对DSP进行软件编程，由图4所示的逻辑电路便可实现以上四种操作，完成DSP和HI-8582之间的信号传输。具体的操作流程如下：写数据操作时，数据经总线DI[0..15]和B[0..15]写入HI-8582；写控制信号操作时，经DSP编程产生的控制信号如/SEL、/EN、/PL、ENTX、/CWSTR等，由总线DI[0..15]和C[0..9]送到HI-8582的各引脚，对协议芯片进行控制；读数据操作时，来自HI-8582的数据经总线A[0..15]和DO[0..15]传输到DSP并进行进一步的处理；读状态信号操作时，协议芯片的状态信号如/HF、/D/R、TX/R等，经总线S[0..8]和DO[0..15]传输到DSP。

图4 DSP和HI-8582接口逻辑电路示意图

3.数据通信模块软件

ARINC429模块采用中断式接收、查询式发送的方式来实现ARNIC数据通信。系统上电后先调用初始化模块完成对DSP协议芯片HI-8582的初始化设置，为数据的接收和发送做好准备。HI-8582的接收和发送对时序有着严格的要求，而这些要求又体现在控制信号上。HI-8582的控制信号，如/SEL、/EN、/PL、ENTX、/CWSTR等是由DSP编程产生的，而又通过CPLD控制协议芯片HI-8582。

（1）数据接收模块

当协议芯片HI-8582的接收器接收到数据并且其缓冲区内数据达到半满时将触发中断，随后系统响应中断并进入数据接收子程序。接收子程序将严格按照HI-8582接受数据的时序要求发出控制信号，将数据从接收器的缓冲区读取，完成一个次数据字接收，具体的程序流程如图5所示。

图5 数据字接收流程图

（2）数据发送模块

本模块程序流程如图6所示：发送数据前，先向协议芯片HI-8582写入控制字，对控制寄存器进行设置；然后查询发送器的状态标志/HFT，检查发送器缓冲区内的数据没有半满；接着按照数据发送的时序要求向HI-8582发送控制信号/PL1、/PL2，将要发送的数据写入发送器缓冲区；最后使能发送器，将数据发送到429总线上，实现数据的发送功能。

图6 数据字发送流程图

上述过程只是系统实现读写单个数据字的过程，在硬件中增加了多路开关后就涉及到大量数据同时接收的问题，为此设计一个接口函数完成大批量的读写操作，上述作为子系统嵌入到接口函数中以供调用【3】。

数据接收接口函数定义：

/

INTU16 A429Rece （

INTU16 ChanNum， //A429通道号

INT32U *pRxBuf， //存放数据缓冲区的指针

INT16U nByte）； //接收数据的个数

/

数据发送接口函数定义：

/

INTU16 A429Send（

INTU16 ChanNum， //A429通道号

INT32U *pTxBuf， //写入数据的缓冲区指针

INT16U nByte）； //发送数据的个数

/

数据接收函数的功能主要是在选定接收通道号，以中断的方式从429总线接收nByte个数据字进入缓冲区，则数据接收函数流程图如图7所示；数据接收函数实现的功能是在选定接收信道号，把pRxBuf缓冲区中的nByte个数据字写入总线发送，数据发送函数流程图如图8所示。

图7 数据接收函数流程图

图8 数据发送函数流程图

4.测试结果与分析

DSP对HI-8582的操作最先接触的就是逻辑电路，因此首先调试实现逻辑电路的CPLD。CPLD主要完成DSP从HI-8582读取数据或状态信息和把数据或控制信号写到HI-8582的操作。对CPLD的内部操作逻辑和时序进行仿真，读操作的仿真结果如图9所示，写操作的仿真结果如图10所示。

图9 CPLD内部读操作仿真结果

从图9可以看出，A5是读取状态和读取数据的选择信号，当A5为低电平时，DSP通过CPLD把HI-8582总线（DB0～15）上的数据读到其外部总线（XD0～15）上，当A5为高电平时，DSP通过CPLD把HI-8582状态引脚上的数据读到其外部总线（XD0～15）上。

图10 CPLD内部写操作仿真结果

从图10可以看出，A4是写控制信号和写数据的选择信号，当A4为低电平时，DSP通过CPLD把其外部总线（XD0～15）上的数据写到HI-8582数据总线（DB0～15）上，当A4为高电平时，DSP通过CPLD把其外部数据总线（XD0～15）上的数据写到HI-8582控制引脚上。

把该部分数据读写操作的硬件描述语言烧入CPLD后，经测试和上面的仿真结果一致，正确地实现了DSP对HI-8582的读写操作要求。

5.结语

本文阐述了一种基于DSP的ARINC429总线通信系统。该设计构造了以DSP为硬件基础，以CPLD为核心的辅助控制系统，使得整个设计具有响应速度快，电路设计简单，可靠性和实时性高的优点，可以达到良好的控制效果，又有效降低了功耗和设计成本。经初步测试其性能能够满足航电系统的需要，该设计是切实可行的。

参考文献：

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1 引言

用电信息采集系统是将电能计量数据自动采集、传输和处理的系统，是电力系统信息化、智能化的产物，它有效地解决了传统人工抄表效率低、出错率相对较高等特点，提高了电能计量管理系统的管理水平，安全性更好，透明程度更高，是实现用电管理的信息化、自动化、互动化的基础。

2 用电信息采集系统概述

2.1 用电信息采集系统总体结构

用电信息采集系统主要由采集主站、通信信道、现场终端组成。实用的用户是全面的，包括六大类型： 100KVA及以上的大型专变用户、100KVA以下的中小型专变用户、三相一般工商业用户、单相一般工商业用户、居民用户和公用配变考核计量点等。从物理结构上可以分为5层，如图1所示。

主站层位于用电信息采集系统的最上层，是整个系统的管理中心，负责管理整个系统的数据传输、数据处理和数据应用以及系统的运行和安全，并管理与其它系统的数据交换。其主要有两个方面的功能：数据的传输功能和数据的处理功能。①数据的传输功能负责以一定的方式与电力用户的各种类型用电信息采集终端通信，可以定时自动、人工手动、主动上传等工作方式接收各用电信息采集终端的各类数据；②数据的处理功能是对各类型终端上传的数据进行判读，解包分析、处理及储存，为综合应用层提供数据分析结果，并通过用户界面直观显示。

通信网络层通过一定的数据接口（如WEB、RS232等）实现主站和数据采集层设备间的数据传输和交互功能，并可以以组网的形式存在，有远程通信网络和本地通信网络。远程通信网络用于主站与远距离的采集终端间通信，因此远程通信的带宽、可靠性和实时性都有一定要求，一般以光纤专网和230MHz无线专网为主。本地通信网络是短距离的数据传输，如现场采集终端、智能表计和监控设备之间的通信，可以采用低压电力线载波、微功率无线、RS485总线以及各种有线网络。

数据采集层和监控设备层与用电用户设备之间相连，是对用电信息数据的采集和监控。监控设备层包括智能电能表和其他智能计量监控设备，这些设备连接于用电信息采集终端。而数据采集层是用电信息采集终端，它负责管理电能信息数据、数据上传至主站和执行或转发主站下发的控制命令和信息。

2.2 用电信息采集系统研究现状

我国的用电信息采集系统起于上世纪90年代，网络搭建较为多元化，包括光纤专网、GPRS/CDMA无线网络、230MHz无线专网等。由于各网省或地市公司各自自行建设，受到规划、运行管理及资金投入等各方面因素制约，以及全国不能组网互通信息等缺陷，使其采集系统的大量数据利用率不高、覆盖面积不大。国家电网公司针对这些情况与2009年9月份，审议通过了《电力用户用电信息采集系统系列标准》，为用电信息采集系统的推广和全国信息的互通提高技术依据。

西方国家起步较早，美国于1986年成立了自动抄表协会（AMRA），之后使AMR（Automatic Meter Reading）系统更加智能化、低功耗、低成本和通信标准化。2003的统计数据显示，北美己经有49311372个单位使用自动抄表。上世纪80年代日本开始试用电力载波于远程抄表，高度重视智能电网相关技术标准的制定，其智能电网战略工作组在智能电网的宏观和微观领域开展了系统研讨，其中包括用电信息采集系统。

3 用电信息采集终端的设计

3.1 用电信息采集终端设计原则和依据

用电信息采集终端设计应满足可靠性、通信接口多样化、数据完整性、高精度性及经济适用性。其中可靠性一般采用平均无故障工作时间MTBF表示，，为系统工作总时间，m表示故障次数。

用电信息采集终端的设计依据主要是《电力用户用电信息采集系统系列标准》，该标准包括功能规范、技术规范、型式规范、检验规范、通信规范、设计导则等24个标准。根据该系列标准可以实现系统的互动互通。

3.2 用电信息采集终端设计方案

采集终端实现的功能包括数据采集、安全防护、数据处理、人机交互、终端维修、数据通信控制功能和数据存储，其总体结构图如图2所示。

用电信息采集终端采用32位Cortex--M3的AMR作为控制单元，电能计量芯片采用MAXQ3180。设计的原理结构图如图3所示。FLASH用于MAX3180采集数据的缓存，以太网实现与主站的通信，USB用于代码更新和系统升级。

MAXQ3180是专用三相电能计量芯片，外部采用3.3V供电，内置数字滤波、数字积分、数字温度传感器和事件中断。用作用电数据的采集，并提供分相和合相的电压、电流、功率、电能量、相位角和功率因数等几乎所有电气量参数，最突出优点是具有基波、谐波测量和事件监控功能。与AMR通信接口为SPI总线接口，对电流电压的测量是通过3个PT方式电压通道和4个CT方式的电流通道。

MAXQ3180的电路如图4所示。MAXQ3180的电流通道使用10Ω采样电阻，电压通道使用200Ω采样电阻。工作的频率通过XTAL1和XTAL2接晶振，晶振一般采用8MHZ的无源石英。

电压信号进入MAX3180前需要进行信号调理。调理电路如图5所示。电压经过电压互感器需要滤波与分压，滤波是为了防止噪声信号对采集数据的干扰；电压通道选用2mA/2mA的电压互感器，为弱电的信号处理进行电气隔离实，电压互感器的采样电阻为200K，其下级为三端滤波器。

4 用电信息采集的应用

用电信息采集系统对于电力公司的营销业务有很重要的作用。其营销上的应用主要有以下几种：

①市场策划分析专业应用： 用电信息采集系统可以及时、有效和准确提供用户用电情况，有利于电力公司的市场分析人员对用户类型、电力模型有较好的分析，有助于市场销售和电网设计的更好规划；

②电度、电费管理应用：避免传统人工的抄表的效率低、准确性和实时性差等特点，也避免抄表员与用户可能的工作冲突，可以建立更好的预结算机制和催费机制，丰富了电费回收和电费定价手段；

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物联网( Internet of Things，IOT) 是通过各种信息传感设备，如射频识别( Radio Frequency Identification，RFID) 、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，将任何物品与互联网相连接起来形成一个巨大的网络。进而可以进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、追踪、监控和管理。以下将着手从物联网中的RFID技术及其应用进行分析。

1.物联网概述

物联网理念指的是将无处不在的末端设备和设施，包括具有“内在智能”的设备如传感器、移动终端、工业系统、楼控系统、家庭智能设施、视频监控系统等，以及具有“外在使能”（Enabled）的物品如贴上RFID的各种资产、携带无线终端的个人或车辆等“智能化物件或动物”、通过各种无线和/或有线的长距离和/或短距离通信网络实现互联互通（M2M)、应用大集成。

2.物联网中的RFID技术

2.1自动识别技术与RFID技术

在早期的信息系统中，相当一部分的数据都是通过人工手工采集和处理的，不仅数据量十分庞大，劳动强度过高，而且人为的失误很多，生产和决策的效率都比较低，也无法实现实时处理。因此，人们研究和发展了各种各样的自动识别技术，将产业工人从繁重而且准确度不高的手工劳动中解放出来，为正确地总结和决策制订提供了良好的参考依据。根据自动识别技术的特点，我们可以给出自动识别技术的基本概念。自动识别技术就是应用一定的识别装置，通过被识别物品和识别装置之间的互动，自动地获取被识别物品的相关信息，并提供给后台的计算机处理系统来完成相关后续操作的一种技术。一个完整的自动识别系统包括前端设备、应用程序接口(或中间件)和应用系统软件。前端设备完成数据的采集工作，应用系统软件对采集的数据进行处理，而应用程序接口(或中间件)则提供自动识别技术和应用系统软件之间的通信接口，将前端设备采集的数据转换成后端软件系统可以识别和利用的信息，并进行数据传递。图1给出了典型的自动识别系统模型。

RFID(射频识别)技术是一种无线自动识别技术，又称为电子标签技术，是自动识别技术的一种创新。RFID技术具有众多优点，广泛应用于交通、物流、安全和防伪等领域，其很多应用是作为条形码等识别技术的升级换代产品。下面简述RFID的基本原理、分类以及典型应用。

2.2物联网与RFID技术

物联网技术中较重要的是将实体拟人化的信息自动识别技术。一般能够用于信息自动采集的方法有多种，不同识别技术的原理和使用范围不同。物联网环境下的信息自动识别一般可以通过 RFID 技术、无线传感技术、全球定位系统以及激光扫描技术等实现。下面分析适应物联网环境下大规模的信息自动采集的RFID技术。一个典型的RFID系统包括读写器、标签和后端应用系统。以下分别对这几个部分和射频通信原理进行介绍。

2.2.1读写器

在RFID系统中，读写器是核心部件，起到了举足轻重的作用。作为连接后端系统和前端标签的主要通道，读写器主要完成了以下功能：①读写器和标签之间的通信功能。在规定的技术条件和标准下，读写器与标签之间可以通过天线进行通信。②读写器和计算机之间可以通过标准接口(如RS232、TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol)，传输控制协议、网际协议)、USB(Universal Serial BUS，通用串行总线)等)进行通信。有的读写器还可以通过标准接口与计算机网络连接，并提供如下信息以实现多个读写器在网络中运行，即本读写器的识别码、读出标签的时间和信息。③能够在有效读写区域内实现多标签的同时识读，具备防碰撞的功能。④能够进行固定和移动标签的识读。⑤能够校验读写过程中的错误信息。⑥对于有源标签，往往能够识别与电池相关的信息，如电量等。对于RFID应用系统，读写器和标签的行为一般由后端应用系统控制来完成。通常将后端应用程序与读写器之间的通信信道称为后向通道，而将读写器和标签之间的通信信道称为前向信道。在后向通道中，应用系统作为主动方向读写器发出若干命令，获取应用所需的数据，而读写器作为从动方做出回应，建立与标签之间的通信。在前向信道中，读写器又作为主动方触发标签，并对所触发的标签进行认证、数据读取等，进而读写器将获得的标签数据作为回应传给应用系统(有源标签也可以作为主动方与读写器通信)。由此可以看到，读写器的基本作用就是作为连接前向信道和后向信道的核心数据交换环节，将标签中所含的信息传递给后端应用系统，从这个角度来看，读写器可以被看作是一种数据采集设备。

2.2.2标签

射频标签即RFID标签(也称为电子标签、射频卡等)，有源标签除了没有与计算机接口电路外，有点类似读写器，其本身就是终端机具，以下主要讨论无源标签，它是指由IC芯片和微型天线组成的超小型的小标签。标签中一般保存有约定格式的电子数据，在实际应用中，标签附着在待识别物体的表面。存储在芯片中的数据，可以由读写器通过电磁波以非接触的方式读取，并通过读写器的处理器进行信息的解读，并可以进行修改和管理。按照一般的说法，RFID标签是一种非接触式的自动识别技术，可以理解为目前使用的条形码的无线版本。无源标签十分方便于大规模生产，并能够做到日常免去维护的麻烦，因此，RFID标签的应用将给零售、物流及身份识别、防伪等产业带来革命性的变化。RFID射频系统工作时，读写器发出查询信号，标签收到该信号后，将一部分整流为直流电源提供无源标签内的电路工作，另一部分能量信号将电子标签内保存的数据信息调制后返回读写器。读写器接收反射回的已调信号，从中提取信息。在系统工作的过程中，读写器发出的信号和接收反射回来的已调信号是同时进行的，但反射信号的强度比发射信号要弱得多。标签是物品身份及属性的信息载体，是一个可以通过无线通信的、随时读写的“条形码” ，加上标签的其它优点(如数据存储量相对较大，数据安全性较高，可以多标签同时识读等)，使得RFID的应用前景十分广阔。

2.2.3编码、调制和解调

在射频通信系统中，编码、调制与解调是通信的核心过程。一般的通信系统都具有以下的通信模型：信源的作用是把各种可能的消息转换成原始电信号，即编码。为了使这个原始信号适合在信道中传输，由发送设备对原始信号进行变换，即调制。信道是信号传输的通道。在接收端，接收设备的功能与发送设备的功能相反，它能够从接收信号中恢复出相应的原始信号，即解调；同时接收端将复原的原始信号转换成相应的消息，即解码。

信号编码的作用是对要传输的信息进行编码，以便传输信号能够尽可能地与信道相匹配，防止信息干扰或者发生碰撞。调制器用于改变高频载波信号，即使得载波信号的振幅、频率或相位与调制的基带信号相关。射频识别系统的信道传输介质为电磁场和电磁波。解调器的作用是解调获取基带信号。信号解码的作用则是对从解调器传来的基带信号进行解码，恢复成原来的信息，并识别和纠正传输中的错误。

2.2.4 RFID空中接口协议

在RFID射频部分，数据是由无线信道传输的，电子标签和读写器之间通过相应的空中接口协议才能进行相互通信。空中接口协议定义了读写器与标签之间进行命令和数据双向交换的机制(包括编解码方式、调制解调方式等)。因此，空中接口标准决定了RFID射频部分的信道模型，在RFID系统中举足轻重，它将直接决定系统传输和识别的可靠性和有效性。

3.物联网在校园中的应用

目前，国内外高校、企业开展了无限传感网络的研究，这些都为技术进一步发展奠定基础，而基于物联网技术到底能为用户提供哪些独特的服务，才是物联网最终是否能广泛应用的关键。

3.1智能图书馆

RFID 射频识别技术，RFID 具有无线传输和大容量数据储存的能力，提高图书馆及档案馆管理的效率。RFID实现：①简化借还书手续。图书馆在处理读者借还书过程中都要扫描条形码还需做磁及消磁，以 RFID 卷标取代条形码、磁条，可以一次性读取数据资料，减少读者的等待时间，提升馆员业务速度；②便于定位错架的图书。利用 RFID无线电波感应技术，及时发现错架的图书，便于读者寻找，便于馆员整架工作；③降低盘点工作量。图书馆盘点的方式是将每本书从架上取出，这样费时费力效率低，通过 RFID 以无线电波传送信息，一次性获取数个 RFID 卷标数据，提高盘点工作效率；④实现读者自助借还书。图书馆构建自助借还设备，读者可自行办理图书的借还，不再受图书馆工作时间限制。应用校园物联网技术实现移动图书馆，建立以网站形式提供面向移动设备的无线访问服务，移动设备终端通过附带的 RFID 读写器，获得所需文字、图片、音像的 EPC 编码，便可阅读相关信息。

3.2 智能安全管理

主要措施是借助无线数据通信等技术对信息进行收集，处理并发送给用户。表现在学生日常安全管理工作中，就是把相关感应器和识别设备置放在学生活动的相关区域，比如图书馆、食堂，教室，寝室和一些不安全区域，一旦学生进入或者离开，手机就会发出相应信息提示或者警告。通过“物联网”，学生工作者可以随时掌握学生的准确位置和其他情况。极大地起到预防不安全事故的发生。学校可以在教室、走廊、大楼入口处、寝室门口、图书馆和顶楼等地点架设RFID读取器，每个学生配戴RFID标签。例如当学生到危险区域（如楼顶），通过RFID读取器，向学生本人发出危险提示，同时发出警报信息通知相关人员做即时处理，预防和阻止不安全事故发生。

参考文献：

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中图分类号：O434.19文献标识码： A文章编号：

1，电力系统中自动化控制技术

1．1 电网调度自动化 

电网调度自动化主要组成部分，由电网调度控制中心的计算机网络系统、工作站、服务器、大屏蔽显示器、打印设备等，其主要是通过电力系统专用广域网连结的，下级电网调度控制中心、调度范围内的发电厂、变电站终端设备(如测量控制等装置)等构成。

1．2 变电站自动化

变电站自动化的目的是取代人工监视和电话人工操作，提高工作效率，扩大对变电站的监控功能，提高变电站的安全运行水平。变电站自动化的内容就是对站内运行的电气设备进行全方位的监视和有效控制，其特点是全微机化的装置替代各种常规电磁式设备；二次设备数字化、网络化、集成化，尽量采用计算机电缆或光纤代替电力信号电缆；操作监视实现计算机屏幕化：运行管理、记录统计实现自动化。变电站自动化除了满足变电站运行操作任务外还作为电网调度自动化不可分割的重要组成部分，是电力生产现代化的一个重要环节。

1．3 发电厂分散测控系统(DCS) 

发电厂分散控制系统(DCS)一般采用分层分布式结构，由过程控制单元(PCU)、运行员工作站(0S)、工程师工作站(ES)和冗余的高速数据通讯网络(以太网)组成。过程控制单元(PCU)由可冗余配置的主控模件(MCU)和智能I／0模件组成。MCU模件通过冗余的I／0总线与智能FO模件通讯。PCU直接面向生产过程，接受现场变送器、热电偶、热电阻、电气量、开关量、脉冲量等信号，经运算处理后进行运行参数、设备状态的实时显示和打印以及输出信号直接驱动执行机构，完成生产过程的监测、控制和联锁保护等功能。

2，电子技术、计算机技术的发展不断推动电力系统自动化进步

随着上世纪八十年代单片机技术的发展和应用，我国电力系统自动化设备实现了全面的更新换代。国产的工业计算机和引进的PC机技术为电力系统调度自动化、电厂监控系统、变电站综合自动化奠定了基础。开发的应用软件可以实现电力系统实时数据采集、汇总、分类、分析、存档、显示、打印、报警、完成操作控制等任务。 最近几年以来，各种嵌入式产品的出现，例如嵌入式高性能微处理器、嵌入式计算机、嵌入式操作系统、嵌入式以太网等产品使电力系统中的装置类设备如测量控制设备、继电保护装置、数据通信控制器等得以再次更新换代，装置的硬件电路和应用程序结构简化，产品性能大大提高，装置信息处理速度更快，功耗更低，功能扩展能力更强。

3，当前电力系统自动化依赖IT技术向前发展的重要技术 

当前电力系统自动化依赖于电子技术、计算机技术继续向前发展的主要热点有：① 电力一次设备智能化；② 电力一次设备在线状态检测；③ 光电式电力互感器；④ 适应光电互感器技术的新型继电保护及测控装置；⑤特高压电网中的二次设备开发。

3．1 电力一次设备智能化

常规电力一次设备和二次设备安装地点一般相隔几十至几百米距离，互相间用强信号电力电缆和大电流控制电缆连接，而电力一次设备智能化是指一次设备结构设计时考虑将常规二次设备的部分或全部功能就地实现，省却大量电力信号电缆和控制电缆，通常简述为一次设备自带测量和保护功能。如常见的“智能化开关”、“智能化开关柜”、“智能化箱式变电站”等。

3．2 电力一次设备在线状态检测

对电力系统一次设备如发电机、汽轮机、变压器、断路器、开关等设备的重要运行参数进行长期连续的在线监测，不仅可以监视设备实时运行状态，而且还能分析各种重要参数的变化趋势，判断有无存在故障的先兆，从而延长设备的维修保养周期，提高设备的利用率，为电力设备由定期检修向状态检修过度提供保障

3．3 光电式电力互感器

电力互感器是输电线路中不可缺少的重要设备，其作用是按一定比例关系将输电线路上的高电压和大电流数值降到可以用仪表直接测量的标准数值，以便用仪表直接测量。其缺点是随电压等级的升高绝缘难度越大，设备体积和质量也越大；信号动态范围小，导致电流互感器会出现饱和现象，或发生信号畸变；互感器的输出信号不能直接与微机化计量及保护设备接口。在这里，电磁兼容、绝缘、耐环境条件、电子电路的供电电源同样是技术难点之一。

4，变配电所的应用

4.1保护的功能类型

保护的类型包括：线路保护、出线保护、贯通线路保护、自闭线路保护、电容器保护、变压器保护等。另外，常用到的保护内容有：过电流保护、过电压保护、低频减载等。

4.2通信功能

所有通信，包括与上级站的通信，实现通信、遥控、遥调、故障录波数据上报等。此外，通信功能还可以作为调度自动化系统的数据的转发节点， 向调度主站转发就近或其他自动化装置的数据，从而实现上通下达的作用。

4.3远动功能

变配电所实时监控，即远动功能，该功能包括遥测、遇信和遏调及故障报警、数据统计和计算、图形、生产报表、曲线等的描绘。

4.4管理功能