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1、上海交通大学硕士论文 4基于无线通信技术的基于无线通信技术的 SCADA 系统的设计与实现 摘 要 系统的设计与实现 摘 要 数据采集与监控系统(SCADA)是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统。随着工业自动化技术和无线通信技术的飞速发展，工业企业对 SCADA 系统的可靠性、实时性和灵活性提出了更高的要求。针对这些要求，本文提出了一种基于射频技术和 GPRS 技术的 SCADA 系统，通过先进的无线通信技术，将工业现场的实时数据采集到企业管理层。 SCADA 系统的通信方式是决定其性能的最主要因素之一， 因此选择合适的通信方式以及通信协议成为了系统设计和实现的重点。 在通信方式的选
2、择上， 针对现场数据采集系统有线连接通信方式的连线繁多、移动性差的缺点，采用射频技术进行短程无线数据传输，提高了系统的灵活性； 针对目前流行的几种远程通信技术的不足， 引入GPRS作为本系统的远程数据传输方式，提高了系统的实时性并降低了成本。 在通信协议方面，设计了现场数据采集系统的单点对多点的分层通信协议， 使用了检错和纠错编码技术， 实现了停等、 超时重发协议，提高了系统的抗干扰能力；GPRS 应用层则采用了 PPP 协议，设计了心跳算法，保证了数据传输的可靠性和完整性。 基于无线通信技术的 SCADA 系统的实现，全部采用无线的通信方式，彻底摆脱了有线的束缚，其数据传输方式具有很强的通用
3、性，对工业领域的数据传输具有重要的借鉴价值。 关键词：SCADA，GPRS，射频，通信协议，PPP 上海交通大学硕士论文 5DESIGN AND IMPLEMEMENTATION OF SCADA SYSTEM BASED ON WIRELESS COMMUNICATION TECHNOLOGY ABSTRACT The Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA) system is a production course control and attemperament automatization system based on co
4、mputer. With the prominent development of industrial automation and wireless communication technology, industrial corporations demands SCADA system more reliabe, real-time and flexible. In this suitation, this thesis put forward a SCADA system based on RF and GPRS technologies, which using advanced
5、wireless communication technology to collect the real-time data of industrial field and to report to management layer. Communication technology is one of the most important factors of SCADA system, so selection of communication technology and design of communication protocol are very important in de
6、sign and implemention of the system. For the selection of communication technology, we choose RF technology to replace the wire to transimitting data in the filed for high flexibility. After analyzing the disadvantages of several communication technologies, we select GPRS as remote data transimissio
7、n method. For this, the system becomes more real-time and low-cost. In the facet of communication is SCADA system, this thesis designes the protocol stack for the field data-collect subnet with physical layer, data link layer, network layer and transmission layer. We implement the protocals such as
8、stop-wait, overtime re-issued to improve reliable of the 上海交通大学硕士论文 6system. We also implement PPP protocol and design heartbeat algorithm. The implementation of SCADA system based on wireless communication technology, uniquely uses wireless technology for data transmission, avoids the problems of d
9、isposing cable and improves the agility. This offers a convenient wireless data transmission method for industrial data transmission. KEY WORDSKEY WORDS: SCADA，GPRS，RF，Communication Protocal，PPP 上海交通大学硕士论文 72缩略语 缩略语 ASK：Amplitude Shift Keying 幅移键控 CPLD：Complex Programmable Logic Device 复杂可编程逻辑器件 CRC
10、：Cyclical Redundancy Check 循环冗余码校验 DSP：Digital Signal Processor 数字信号处理器 DSSS：Direct Sequence Spread Spectrum 直接序列扩频 FCC：Federal Communications Commission 美国联邦通信委员会 FHSS：Frequency Hopping Spread Spectrum跳频扩频 FSK：Frequency Shift Keying 频移键控 GPRS：General Packet Radio Service 通用无线分组业务 GSM：Global System
11、of Mobile communication 全球移动通信系统 IEEE：Institute for Electrical and Electronic Engineers 美国电气与电子工程师协会 IrDA：Infrared Data Association红外数据组织 ISM：Industrial, Scientific and Medical 工业，科学和医学 Kbps：Kilo bits per second 千位每秒 MCU：Micro Controller Unit 微控制器 NRZ：Non Return to Zero 不归零编码 PCB：Printed Circuit Boa
12、rd 印刷电路板 PSTN：Public Switched Telephone Network 公共交换电话网络 RF：Radio Frequency 射频 SCADA：Supervisory Control And Data Acquisition 数据采集与监视控制 SPI：Serial Peripheral Interface 串行总线接口 USB：Universal Serial Bus 通用串行总线 WBFH：Wide Band Frequency Hopping 宽带调频 上海交通大学硕士论文 2上海交通大学上海交通大学 学位论文原创性声明学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的
13、学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：朱俊 日期：2007 年 1 月 30 日 上海交通大学硕士论文 3上海交通大学上海交通大学 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或
14、部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密保密，在 年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密不保密。 （请在以上方框内打“” ） 学位论文作者签名： 朱俊 指导教师签名：田作华 日期： 2007 年 1 月 30 日 日期：2007 年 1 月 30 日 上海交通大学硕士论文 1第一章 绪论 第一章 绪论 1.1 课题研究背景与意义 课题研究背景与意义 1.1.1 无线通信技术的飞速发展 无线通信技术的飞速发展 现代通信领域中，无线通信的发展无疑是最为迅速和最具潜力的。不仅新的无线通信理念层出不穷，而且各种无线通信系统及其技术日新月异，
15、无线通信的任何重大观念的改变和关键技术的进步都会像其他技术革命一样给我们的工作与生活带来巨大的改变。 从现有的发展来看，无线通信涉及蜂窝移动通信系统、卫星通信系统、数字广播系统和无线局域网等，基本上形成了满足不同层次应用需求的无线网络1。本课题主要采用了基于射频技术的短程无线通信技术和基于 GPRS 的远程无线通信技术。 1985 年，美国联邦通信委员会(FCC)授权普通用户可以使用“工业、科技、医学”(ISM, Industrial, Scientific and Medical)频段，这使得短程无线通信技术向着商业化发展。ISM 频段为无线网络设备供应商提供了产品频段，而且终端用户无需向无
16、线电管理委员会申请许可证就能直接使用设备， 这对无线通信产业的发展产生了巨大的积极作用，促进了短程无线通信技术的快速发展。进入二十一世纪后，短程无线通信技术的大量商业化应用进一步促进了技术的发展，相继出现了以下具有代表性的短程无线通信标准： IrDA、 IEE802.11a、 802.11b、 802.11g、Bluetooth、HomeRF、ZigBee、UWB、WiFi、WiMax 等。短程无线通信技术具有灵活性好、简单快捷、可扩展性强、成本低廉等优点，有着广泛的应用前景2。 短程无线通信技术迅速发展的同时，远程无线通信技术也有了极大的发展。欧洲邮电管理部门(CDPT)于 1982 年成立了一个移动特别小组(GSM)，开始制定适合欧洲各国的一种数字移动通信系统的技术规范，并于 1988 年确定了主要技术规范以及实施计划。 1990 年起 GSM 开始在欧洲以及其它很多国家投入商业运行3。 上海交通大学硕士论文 2随着互联网技术和计算机技术的迅猛发展，人们对数据业务的需求快速增长，加上城市信息化智能化建设需要越来
