任務(wù)三

手機(jī)MIC紗網(wǎng)精密貼合設(shè)備網(wǎng)絡(luò)通訊

主講人：ＸＸＸ智能工程學(xué)院能力目標(biāo)1、了解網(wǎng)絡(luò)通訊的意義2、了解常見的幾種網(wǎng)絡(luò)通訊3、能夠使用SOCKET通訊完成機(jī)器人與相機(jī)的通訊任務(wù)三手機(jī)MIC紗網(wǎng)精密貼合設(shè)備網(wǎng)絡(luò)通訊學(xué)習(xí)目標(biāo)在設(shè)備運(yùn)行的過程中，每一個控制器都要與其周圍的控制器進(jìn)行信號的交互，從而確保設(shè)備正常運(yùn)行。通常情況下，為了確保接線的方便、快速，同時(shí)保證信號交互的順暢與安全性，控制器與控制器之間通常選用網(wǎng)絡(luò)通訊，這樣便于控制器之間的管理和控制數(shù)據(jù)的收集與上傳。網(wǎng)絡(luò)通信是通過網(wǎng)絡(luò)將各個孤立的設(shè)備進(jìn)行連接，通過信息交換實(shí)現(xiàn)人與計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的通信。任務(wù)三手機(jī)MIC紗網(wǎng)精密貼合設(shè)備網(wǎng)絡(luò)通訊環(huán)節(jié)一任務(wù)導(dǎo)入任務(wù)三手機(jī)MIC紗網(wǎng)精密貼合設(shè)備網(wǎng)絡(luò)通訊環(huán)節(jié)二任務(wù)分析

網(wǎng)絡(luò)通信中最重要的就是網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議。通俗地說，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議就是網(wǎng)絡(luò)之間溝通、交流的橋梁，只有相同網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的計(jì)算機(jī)才能進(jìn)行信息的溝通與交流。這就好比人與人之間交流所使用的各種語言一樣，只有使用相同語言才能正常、順利地進(jìn)行交流。從專業(yè)角度定義，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是計(jì)算機(jī)在網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)通信時(shí)必須遵守的約定，也就是通信協(xié)議。主要是對信息傳輸?shù)乃俾?、傳輸代碼、代碼結(jié)構(gòu)、傳輸控制步驟、出錯控制等做出規(guī)定并制定出標(biāo)準(zhǔn)。任務(wù)三手機(jī)MIC紗網(wǎng)精密貼合設(shè)備網(wǎng)絡(luò)通訊環(huán)節(jié)三信息搜集§3.3.1網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的分類網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議由三個要素組成：（1）語義，解釋控制信息每個部分的意義。它規(guī)定了需要發(fā)出何種控制信息，以及完成的動作與做出什么樣的響應(yīng)。（2）語法，用戶數(shù)據(jù)與控制信息的結(jié)構(gòu)與格式，以及數(shù)據(jù)出現(xiàn)的順序。（3）時(shí)序，對事件發(fā)生順序的詳細(xì)說明?？梢孕蜗蟮匕堰@三個要素描述為：語義表示要做什么，語法表示要怎么做，時(shí)序表示做的順序。網(wǎng)絡(luò)通訊的種類常見的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議有：RS232協(xié)議、RS485協(xié)議、TCP/IP協(xié)議、Socket通信協(xié)議等。任務(wù)三手機(jī)MIC紗網(wǎng)精密貼合設(shè)備網(wǎng)絡(luò)通訊環(huán)節(jié)三信息搜集§3.3.1網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的分類一、RS232協(xié)議RS-232標(biāo)準(zhǔn)接口（又稱EIARS-232）是常用的串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)之一，如圖3.1它是由美國電子工業(yè)協(xié)會(EIA)聯(lián)合貝爾系統(tǒng)公司、調(diào)制解調(diào)器廠家及計(jì)算機(jī)終端生產(chǎn)廠家于1970年共同制定，其全名是“數(shù)據(jù)終端設(shè)備(DTE)和數(shù)據(jù)通信設(shè)備(DCE)之間串行二進(jìn)制數(shù)據(jù)交換接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用一個25個腳的DB-25連接器，對連接器的每個引腳的信號內(nèi)容加以規(guī)定，還對各種信號的電平加以規(guī)定。后來IBM的PC機(jī)將RS232簡化成了DB-9連接器，從而成為事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。而工業(yè)控制的RS-232口一般只使用RXD、TXD、GND三條線。任務(wù)三手機(jī)MIC紗網(wǎng)精密貼合設(shè)備網(wǎng)絡(luò)通訊環(huán)節(jié)三信息搜集§3.3.1網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的分類（一）RS232協(xié)議的通訊原理1、初始狀態(tài)時(shí)，RTS、CTS持續(xù)為ON，通過通信程序設(shè)置和監(jiān)測RS232引線狀態(tài)。在應(yīng)答模式下，計(jì)算機(jī)中的軟件一直監(jiān)視著振鈴指示(RI)，等待RI發(fā)出ON信號。2、計(jì)算機(jī)上的通信程序在收到RI信號后，就開始通過振鈴指示器ON/OFF變換的次數(shù)對振鈴進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)?shù)竭_(dá)程設(shè)定的振鈴次數(shù)時(shí)，通信程序就發(fā)生數(shù)據(jù)終端就緒(DTR)信號，強(qiáng)迫調(diào)制解調(diào)器進(jìn)入摘機(jī)狀態(tài)。3、等待2s后(FCC規(guī)定)，調(diào)制解調(diào)器自動開始發(fā)送其應(yīng)答載波。這時(shí)調(diào)制解調(diào)器發(fā)出調(diào)制解調(diào)器就緒(DSR)信號通知計(jì)算機(jī):它已完成所有的準(zhǔn)備工作并等待載波信號。4、在持續(xù)發(fā)出DTR信號期間，計(jì)算機(jī)軟件監(jiān)測DSR信號。當(dāng)DSR信號變?yōu)镺N時(shí)，計(jì)算機(jī)就知道調(diào)制解調(diào)器已準(zhǔn)備數(shù)據(jù)鏈路的連接，計(jì)算機(jī)立即開始監(jiān)測數(shù)據(jù)載波監(jiān)測(CD)信號，以證實(shí)數(shù)據(jù)鏈路的存在。5、當(dāng)源調(diào)制解調(diào)器的載波出現(xiàn)在電話線上時(shí)，應(yīng)答調(diào)制解調(diào)器就發(fā)出CD信號。6、通過發(fā)送數(shù)據(jù)線(TD)和接收數(shù)據(jù)線(RD)，開始全雙工通信。在數(shù)據(jù)鏈路傳輸期間，計(jì)算機(jī)通過監(jiān)測CD來確保數(shù)據(jù)鏈路的存在。

7、通信任務(wù)一旦完成，計(jì)算機(jī)就禁止DTR，調(diào)制解調(diào)器用除去其載波音調(diào)、禁止CD和DSR來響應(yīng)。隨著鏈路被拆除，調(diào)制解調(diào)器就會返回初始狀態(tài)。RS-232串行通信距離較近時(shí)(<12m)，可以用電纜線直接連接標(biāo)準(zhǔn)RS232端口，若距離較遠(yuǎn)需附加調(diào)制解調(diào)器(Mode)，最為簡單的且常用的是三線制接法，即地、接收數(shù)據(jù)、發(fā)送數(shù)據(jù)三腳相連。任務(wù)三手機(jī)MIC紗網(wǎng)精密貼合設(shè)備網(wǎng)絡(luò)通訊環(huán)節(jié)三信息搜集§3.3.1網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的分類（二）RS232串口通信常用的9根線：2個數(shù)據(jù)信號：發(fā)送數(shù)據(jù)（Transmitteddata-TxD）——通過TxD終端將串行數(shù)據(jù)發(fā)送到MODEM，（DTE→DCE）。接收數(shù)據(jù)（Receiveddata-RxD）——通過RxD線終端接收從MODEM發(fā)來的串行數(shù)據(jù)，（DCE→DTE）。1個信號地線：SG。6個控制信號：DSR：數(shù)傳機(jī)（即modem）準(zhǔn)備好，DataSetReady。DTR：數(shù)據(jù)終端（DTE，即微機(jī)接口電路，如Intel8250/8251，16550）準(zhǔn)備好，DataTerminalReady。RTS：DTE請求DCE發(fā)送（RequestToSend）。CTS：DCE允許DTE發(fā)送（ClearToSend），該信號是對RTS信號的回答。DCD：數(shù)據(jù)載波檢出，DataCarrierDetection當(dāng)本地DCE設(shè)備（Modem）收到對方的DCE設(shè)備送來的載波信號時(shí)，使DCD有效，通知DTE準(zhǔn)備接收，并且由DCE將接收到的載波信號解調(diào)為數(shù)字信號，經(jīng)RXD線送給DTE。RI：振鈴信號Ringing當(dāng)DCE收到交換機(jī)送來的振鈴呼叫信號時(shí)，使該信號有效，通知DTE已被呼叫。任務(wù)三手機(jī)MIC紗網(wǎng)精密貼合設(shè)備網(wǎng)絡(luò)通訊環(huán)節(jié)三信息搜集§3.3.1網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的分類二、RS485協(xié)議RS485是一個定義平衡數(shù)字多點(diǎn)系統(tǒng)中的驅(qū)動器和接收器的電氣特性的標(biāo)準(zhǔn)，如圖3.2所示，該標(biāo)準(zhǔn)由電信行業(yè)協(xié)會和電子工業(yè)聯(lián)盟定義。使用該標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)能在遠(yuǎn)距離條件下以及電子噪聲大的環(huán)境下有效傳輸信號。RS-485使得連接本地網(wǎng)絡(luò)以及多支路通信鏈路的配置成為可能。任務(wù)三手機(jī)MIC紗網(wǎng)精密貼合設(shè)備網(wǎng)絡(luò)通訊環(huán)節(jié)三信息搜集§3.3.1網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的分類RS485有兩線制和四線制兩種接線，四線制只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)的通信方式，現(xiàn)很少采用，多采用的是兩線制接線方式，這種接線方式為總線式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在同一總線上最多可以掛接32個節(jié)點(diǎn)。在RS485通信網(wǎng)絡(luò)中一般采用的是主從通信方式，即一個主機(jī)帶多個從機(jī)。很多情況下，連接RS-485通信鏈路時(shí)只是簡單地用一對雙絞線將各個接口的“A”、“B”端連接起來，而忽略了信號地的連接，這種連接方法在許多場合是能正常工作的，但卻埋下了很大的隱患，有以下兩種原因。原因一是共模干擾：RS-485接口采用差分方式傳輸信號方式，并不需要相對于某個參照點(diǎn)來檢測信號，系統(tǒng)只需檢測兩線之間的電位差就可以了，但容易忽視了收發(fā)器有一定的共模電壓范圍，RS-485收發(fā)器共模電壓范圍為-7到+12V，只有滿足上述條件，整個網(wǎng)絡(luò)才能正常工作；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)線路中共模電壓超出此范圍時(shí)就會影響通信的穩(wěn)定可靠，甚至損壞接口；原因二是EMI的問題：發(fā)送驅(qū)動器輸出信號中的共模部分需要一個返回通路，如沒有一個低阻的返回通道（信號地），就會以輻射的形式返回源端，整個總線就會像一個巨大的天線向外輻射電磁波。任務(wù)三手機(jī)MIC紗網(wǎng)精密貼合設(shè)備網(wǎng)絡(luò)通訊環(huán)節(jié)三信息搜集§3.3.1網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的分類三、TCP通訊協(xié)議TCP即傳輸層控制協(xié)議，是因特網(wǎng)中的傳輸層協(xié)議，TCP的位碼即TCP標(biāo)志位，共有六種:SYN(建立主機(jī))、ACK(確認(rèn))、PSH(傳送)、FIN(結(jié)束)、RST(重置)、URG(緊急)、Sequencenumber(順序號碼)、Acknowledgenumber(確認(rèn)號碼)。（一）TCP通訊協(xié)議的四層模型：（1）應(yīng)用層：應(yīng)用程序通過這一層訪問網(wǎng)絡(luò)，常見FTP、HTTP、DNS和TELNET協(xié)議；（2）傳輸層：TCP協(xié)議和UDP協(xié)議；（3）網(wǎng)絡(luò)層：IP協(xié)議，ARP、RARP協(xié)議，ICMP協(xié)議等；（4）網(wǎng)絡(luò)接口層：是TCP/IP協(xié)議的基層，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)幀的發(fā)送和接收。（二）TCP通訊協(xié)議的連接1、TCP協(xié)議中建立連接需要經(jīng)過三次握手的過程，如圖3.3所示。任務(wù)三手機(jī)MIC紗網(wǎng)精密貼合設(shè)備網(wǎng)絡(luò)通訊環(huán)節(jié)三信息搜集§3.3.1網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的分類第一次握手：客戶端發(fā)送syn包(syn=j)到服務(wù)器，并進(jìn)入SYN_SEND狀態(tài)，等待服務(wù)器確認(rèn)；第二次握手：服務(wù)器收到syn包，必須確認(rèn)客戶的SYN（ack=j+1），同時(shí)自己也發(fā)送一個SYN包（syn=k），即SYN+ACK包，此時(shí)服務(wù)器進(jìn)入SYN_RECV狀態(tài)；第三次握手：客戶端收到服務(wù)器的SYN＋ACK包，向服務(wù)器發(fā)送確認(rèn)包ACK(ack=k+1)，此包發(fā)送完畢，客戶端和服務(wù)器進(jìn)入ESTABLISHED狀態(tài)，完成三次握手。握手完成后，兩臺主機(jī)開始傳輸數(shù)據(jù)了。握手過程中傳送的包里不包含數(shù)據(jù)，三次握手完畢后，客戶端與服務(wù)器才正式開始傳送數(shù)據(jù)。理想狀態(tài)下，TCP連接一旦建立，在通信雙方中的任何一方主動關(guān)閉連接之前，TCP連接都將被一直保持下去。任務(wù)三手機(jī)MIC紗網(wǎng)精密貼合設(shè)備網(wǎng)絡(luò)通訊環(huán)節(jié)三信息搜集§3.3.1網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的分類實(shí)例:IP16.3337>23.7788:S3626544836:3626544836IP23.7788>16.3337:S1739326486:1739326486ack3626544837IP16.3337>23.7788:ack1739326487,ack1第一次握手：16發(fā)送位碼syn＝1,隨機(jī)產(chǎn)生seqnumber=3626544836的數(shù)據(jù)包到23,23由SYN=1知道16要求建立聯(lián)機(jī);第二次握手：23收到請求后要確認(rèn)聯(lián)機(jī)信息，向16發(fā)送acknumber=3626544837,syn=1,ack=1,隨機(jī)產(chǎn)生seq=1739326486的包;第三次握手：16收到后檢查acknumber是否正確，即第一次發(fā)送的seqnumber+1,以及位碼ack是否為1，若正確，16會再發(fā)送acknumber=1739326487,ack=1，23收到后確認(rèn)seq=seq+1,ack=1則連接建立成功。任務(wù)三手機(jī)MIC紗網(wǎng)精密貼合設(shè)備網(wǎng)絡(luò)通訊環(huán)節(jié)三信息搜集§3.3.1網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的分類2、TCP通訊協(xié)議的斷開TCP協(xié)議中斷開連接需要經(jīng)過四次揮手的過程，如圖3.4所示：任務(wù)三手機(jī)MIC紗網(wǎng)精密貼合設(shè)備網(wǎng)絡(luò)通訊環(huán)節(jié)三信息搜集§3.3.1網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的分類第一次揮手：Client發(fā)送一個FIN，用來關(guān)閉Client到Server的數(shù)據(jù)傳送，Client進(jìn)入FIN_WAIT_1狀態(tài)。第二次揮手：Server收到FIN后，發(fā)送一個ACK給Client，確認(rèn)序號為收到序號+1（與SYN相同，一個FIN占用一個序號），Server進(jìn)入CLOSE_WAIT狀態(tài)。第三次揮手：Server發(fā)送一個FIN，用來關(guān)閉Server到Client的數(shù)據(jù)傳送，Server進(jìn)入LAST_ACK狀態(tài)。第四次揮手：Client收到FIN后，Client進(jìn)入TIME_WAIT狀態(tài)，接著發(fā)送一個ACK給Server，確認(rèn)序號為收到序號+1，Server進(jìn)入CLOSED狀態(tài)，完成四次揮手。任務(wù)三手機(jī)MIC紗網(wǎng)精密貼合設(shè)備網(wǎng)絡(luò)通訊環(huán)節(jié)三信息搜集§3.3.1網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的分類四、SOCKET通訊原理（一）套接字（socket）概念套接字（socket）是通信的基石，是支持TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)通信的基本操作單元。它是網(wǎng)絡(luò)通信過程中端點(diǎn)的抽象表示，包含進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信必須的五種信息：連接使用的協(xié)議，本地主機(jī)的IP地址，本地進(jìn)程的協(xié)議端口，遠(yuǎn)地主機(jī)的IP地址，遠(yuǎn)地進(jìn)程的協(xié)議口。應(yīng)用層通過傳輸層進(jìn)行數(shù)據(jù)通信時(shí)，TCP會遇到同時(shí)為多個應(yīng)用程序進(jìn)程提供并發(fā)服務(wù)的問題。多個TCP連接或多個應(yīng)用程序進(jìn)程可能需要通過同一個TCP協(xié)議端口傳輸數(shù)據(jù)。為了區(qū)別不同的應(yīng)用程序進(jìn)程和連接，許多計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)為應(yīng)用程序與TCP／IP協(xié)議交互提供了套接字(Socket)接口。應(yīng)用層可以和傳輸層通過Socket接口，區(qū)分來自不同應(yīng)用程序進(jìn)程或網(wǎng)絡(luò)連接的通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟l(fā)服務(wù)。任務(wù)三手機(jī)MIC紗網(wǎng)精密貼合設(shè)備網(wǎng)絡(luò)通訊環(huán)節(jié)三信息搜集§3.3.1網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的分類（二）建立socket連接建立Socket連接至少需要一對套接字，其中一個運(yùn)行于客戶端，稱為ClientSocket，另一個運(yùn)行于服務(wù)器端，稱為ServerSocket。套接字之間的連接過程分為三個步驟：服務(wù)器監(jiān)聽，客戶端請求，連接確認(rèn)。服務(wù)器監(jiān)聽：服務(wù)器端套接字并不定位具體的客戶端套接字，而是處于等待連接的狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，等待客戶端的連接請求?？蛻舳苏埱螅褐缚蛻舳说奶捉幼痔岢鲞B接請求，要連接的目標(biāo)是服務(wù)器端的套接字。為此，客戶端的套接字必須首先描述它要連接的服務(wù)器的套接字，指出服務(wù)器端套接字的地址和端口號，然后就向服務(wù)器端套接字提出連接請求。連接確認(rèn)：當(dāng)服務(wù)器端套接字監(jiān)聽到或者說接收到客戶端套接字的連接請求時(shí)，就響應(yīng)客戶端套接字的請求，建立一個新的線程，把服務(wù)器端套接字的描述發(fā)給客戶端，一旦客戶端確認(rèn)了此描述，雙方就正式建立連接。而服務(wù)器端套接字繼續(xù)處于監(jiān)聽狀態(tài)，繼續(xù)接收其他客戶端套接字的連接請求。（三）SOCKET連接與TCP連接創(chuàng)建Socket連接時(shí)，可以指定使用的傳輸層協(xié)議，Socket可以支持不同的傳輸層協(xié)議（TCP或UDP），當(dāng)使用TCP協(xié)議進(jìn)行連接時(shí)，該Socket連接就是一個TCP連接。任務(wù)三手機(jī)MIC紗網(wǎng)精密貼合設(shè)備網(wǎng)絡(luò)通訊環(huán)節(jié)三信息搜集§3.3.2網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的檢測設(shè)備通訊連接完好以后，需要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通訊的測試，驗(yàn)證是否可以進(jìn)行信號和數(shù)據(jù)的交互。通常TCP通訊的檢測使用SocketTool軟件進(jìn)行檢測，如圖3.5所示。任務(wù)三手機(jī)MIC紗網(wǎng)精密貼合設(shè)備網(wǎng)絡(luò)通訊環(huán)節(jié)三信息搜集§3.3.2網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的檢測其中Server為服務(wù)端，Client為客戶端。通常兩個設(shè)備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通訊，選擇其中一個為服務(wù)端，另外一個為客戶端?，F(xiàn)在通過軟件進(jìn)行模擬操作。步驟1、建立一個服務(wù)端，點(diǎn)擊“TCPServer”，然后點(diǎn)擊“創(chuàng)建”，如圖3.6所示。任務(wù)三手機(jī)MIC紗網(wǎng)精密貼合設(shè)備網(wǎng)絡(luò)通訊環(huán)節(jié)三信息搜集§3.3.2網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的檢測步驟2、創(chuàng)建一個客戶端，其中對方IP設(shè)置為，端口號設(shè)置為默認(rèn)端口號60000，如圖3.7所示。任務(wù)三手機(jī)MIC紗網(wǎng)精密貼合設(shè)備網(wǎng)絡(luò)通訊環(huán)節(jié)三信息搜集§3.3.2網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的檢測創(chuàng)建完成后，如圖3.8所示。任務(wù)三手機(jī)MIC紗網(wǎng)精密貼合設(shè)備網(wǎng)絡(luò)通訊環(huán)節(jié)三信息搜集§3.3.2網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的檢測步驟3、點(diǎn)擊“連接”按鈕，使得服務(wù)端與客戶端進(jìn)行連接。連接成功后如圖3.9所示。任務(wù)三手機(jī)MIC紗網(wǎng)精密貼合設(shè)備網(wǎng)絡(luò)通訊環(huán)節(jié)三信息搜集§3.3.2網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的檢測步驟4、在客戶端的“數(shù)據(jù)發(fā)送窗口”發(fā)送1234，如圖3.10所示。任務(wù)三手機(jī)MIC紗網(wǎng)精密貼合設(shè)備網(wǎng)絡(luò)通訊環(huán)節(jié)三信息搜集§3.3.2網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的檢測步驟5、點(diǎn)擊服務(wù)端，可以看到在服務(wù)端的“數(shù)據(jù)接收及提示窗口”內(nèi)已經(jīng)顯示接收到的數(shù)據(jù)，如圖3.11所示。任務(wù)三手機(jī)MIC紗網(wǎng)精密貼合設(shè)備網(wǎng)絡(luò)通訊環(huán)節(jié)四任務(wù)實(shí)施§3.4.1PLC