上位机软件核心技术（智能制造领域中）

前言

随着社会的不断发展和科技的不断进步，我们身边出现越来越多的智能化设备和智能机器人，小到家用小型智能设备，大到智能化工厂、智能化城市。智能制造已成为时下炽手可热的主流行业，是国家重点发展的热门领域之一，以下主要概述智能制造领域中上下位通讯的知识与常用通讯协议。

智能制造

上下位机概述

• 什么是上位机？

上位机是指可以直接发出操控命令的计算机，一般屏幕上显示各种信号变化（液压，水位，温度等）

提供用户操作交互界面并向用户展示反馈数据

上位机

• 什么是下位机？

下位机是指直接控制设备获取设备状况的计算机，一般是PLC/单片机之类的带微处理器的系统。

一般用于接收和反馈上位机的指令，并且根据指令控制机器执行动作以及从机器传感器读取数据。

典型设备类型：PLC，51，ARM等各类可编程芯片

• 上下位机的关系

上位机给下位机发送控制命令，下位机收到此命令并执行相应的动作。

上位机给下位机发送状态获取命令，下位机收到此命令后调用传感器测量，然后转化为数字信息反馈给上位机。

下位机主动发送状态信息或报警信息给上位机。

什么是通讯协议？

通讯协议又称通信规程，是指通信双方对数据传送控制的一种约定。约定中包括对数据格式，同步方式，传送速度，传送步骤，纠错方式以及控制字符定义等问题做出统一规定，通信双方必须共同遵守，也叫做链路控制规程。

通讯协议是实现上位机与下位机之间数据交换的基本通道。

常见的通讯协议有哪些？

上位机/下位机常见通讯协议：串口通信（RS232/RS485）、USB、蓝牙、网络（UDP/TCP）

• 串口是什么？

串口即串行接口，也称串行通信接口或串行通讯接口（通常指COM接口），是采用串行通信方式的扩展接口。

串口是计算机上一种非常通用的设备通信协议。一般大多数计算机（不包括笔记本电脑）都包含两个基于RS-232的串口，同时也是仪器仪表设备通用的通信协议。

• 串行通信

串行通信端口，即COM1、COM2，一般接鼠标、键盘等其他串口设备。它在一个方向上只能传送一路信号，一次只能传送一个二进制位，传送一个字节信息时，只能一位一位地依次传送。

• 并行通信

并行通信端口，即LPT1，俗称打印口，因为它常接打印机，它是同时传送八路信号，一次并行传送完整的一个字节信息。

• 串口通讯与并口通讯的优缺点分析

并行通信在同一时刻发送多位数据

　　串行通信用一根线在不同的时刻发送8位数据

　　并行通信：

优点->发送速度快

　　 缺点->传输距离短资源占用多

　　串行通信：

优点->传输距离远占用资源少

缺点->发送速度慢

• 串口扩展

由于计算机上串口数量的限制，因此引申出一款串口扩展产品---多串口卡。多串口卡是一种可分配多个串/并行端口供终端连接的设备，每个终端可以通过它与主机进行通讯。使用多串口卡是最便捷简单地解决扩展计算机外部设备数量的方案。它可使计算机方便扩展串口或并口，所以也称为串并口扩展卡。

多串口卡

TCP通讯

TCP/IP 中有两个具有代表性的传输层协议，分别是 TCP 和 UDP。

• TCP协议

TCP 是一种面向连接的、可靠的流协议。流就是指不间断的数据结构，当应用程序采用 TCP 发送消息时，虽然可以保证发送的顺序，但还是犹如没有任何间隔的数据流发送给接收端。TCP 为提供可靠性传输，实行“顺序控制”或“重发控制”机制。此外还具备“流控制（流量控制）”、“拥塞控制”、提高网络利用率等众多功能。

• UDP协议

UDP 是不具有可靠性的数据报协议，不提供复杂的控制机制，利用 IP 提供面向无连接的通信服务。它是一种将应用程序发来的数据在收到的那一刻，立即按照原样发送到网络上的机制。所以在 UDP通讯中，虽然可以确保发送消息的大小，却不能保证消息一定会到达。因此，应用有时会根据自己的需要进行重发或纠正处理。

• TCP 和 UDP 的优缺点

TCP 和 UDP 的优缺点无法简单地、绝对地去做比较。

TCP 用于在传输层有必要实现可靠传输的情况。

UDP 主要用于那些对高速传输和实时性有较高要求的通信或广播通信。

• TCP/IP通讯的基本条件

MAC 地址（数据链路层，OSI模型第2层）：用于识别同一链路中不同的计算机。

IP 地址（网络层，OSI模型第3层）：用于识别 TCP/IP 网络中互连的主机和路由器。

端口号：用于识别同一台计算机中进行通信的不同应用程序，也被称为程序地址。

TCP/IP通讯的基本条件