前言

随着社會的不斷發展和科技的不斷進步，我們身邊出現越來越多的智能化設備和智能機器人，小到家用小型智能設備，大到智能化工廠、智能化城市。智能制造已成為時下熾手可熱的主流行業，是國家重點發展的熱門領域之一，以下主要概述智能制造領域中上下位通訊的知識與常用通訊協議。

智能制造

上下位機概述

• 什麼是上位機？

上位機是指可以直接發出操控命令的計算機，一般屏幕上顯示各種信号變化（液壓，水位，溫度等）

提供用戶操作交互界面并向用戶展示反饋數據

上位機

• 什麼是下位機？

下位機是指直接控制設備獲取設備狀況的計算機，一般是PLC/單片機之類的帶微處理器的系統。

一般用于接收和反饋上位機的指令，并且根據指令控制機器執行動作以及從機器傳感器讀取數據。

典型設備類型：PLC，51，ARM等各類可編程芯片

• 上下位機的關系

上位機給下位機發送控制命令，下位機收到此命令并執行相應的動作。

上位機給下位機發送狀态獲取命令，下位機收到此命令後調用傳感器測量，然後轉化為數字信息反饋給上位機。

下位機主動發送狀态信息或報警信息給上位機。

什麼是通訊協議？

通訊協議又稱通信規程，是指通信雙方對數據傳送控制的一種約定。約定中包括對數據格式，同步方式，傳送速度，傳送步驟，糾錯方式以及控制字符定義等問題做出統一規定，通信雙方必須共同遵守，也叫做鍊路控制規程。

通訊協議是實現上位機與下位機之間數據交換的基本通道。

常見的通訊協議有哪些？

上位機/下位機常見通訊協議：串口通信（RS232/RS485）、USB、藍牙、網絡（UDP/TCP）

• 串口是什麼？

串口即串行接口，也稱串行通信接口或串行通訊接口（通常指COM接口），是采用串行通信方式的擴展接口。

串口是計算機上一種非常通用的設備通信協議。一般大多數計算機（不包括筆記本電腦）都包含兩個基于RS-232的串口，同時也是儀器儀表設備通用的通信協議。

• 串行通信

串行通信端口，即COM1、COM2，一般接鼠标、鍵盤等其他串口設備。它在一個方向上隻能傳送一路信号，一次隻能傳送一個二進制位，傳送一個字節信息時，隻能一位一位地依次傳送。

• 并行通信

并行通信端口，即LPT1，俗稱打印口，因為它常接打印機，它是同時傳送八路信号，一次并行傳送完整的一個字節信息。

• 串口通訊與并口通訊的優缺點分析

并行通信在同一時刻發送多位數據

　　串行通信用一根線在不同的時刻發送8位數據

　　并行通信：

優點->發送速度快

　　 缺點->傳輸距離短資源占用多

　　串行通信：

優點->傳輸距離遠占用資源少

缺點->發送速度慢

• 串口擴展

由于計算機上串口數量的限制，因此引申出一款串口擴展産品---多串口卡。多串口卡是一種可分配多個串/并行端口供終端連接的設備，每個終端可以通過它與主機進行通訊。使用多串口卡是最便捷簡單地解決擴展計算機外部設備數量的方案。它可使計算機方便擴展串口或并口，所以也稱為串并口擴展卡。

多串口卡

TCP通訊

TCP/IP 中有兩個具有代表性的傳輸層協議，分别是 TCP 和 UDP。

• TCP協議

TCP 是一種面向連接的、可靠的流協議。流就是指不間斷的數據結構，當應用程序采用 TCP 發送消息時，雖然可以保證發送的順序，但還是猶如沒有任何間隔的數據流發送給接收端。TCP 為提供可靠性傳輸，實行“順序控制”或“重發控制”機制。此外還具備“流控制（流量控制）”、“擁塞控制”、提高網絡利用率等衆多功能。

• UDP協議

UDP 是不具有可靠性的數據報協議，不提供複雜的控制機制，利用 IP 提供面向無連接的通信服務。它是一種将應用程序發來的數據在收到的那一刻，立即按照原樣發送到網絡上的機制。所以在 UDP通訊中，雖然可以确保發送消息的大小，卻不能保證消息一定會到達。因此，應用有時會根據自己的需要進行重發或糾正處理。

• TCP 和 UDP 的優缺點

TCP 和 UDP 的優缺點無法簡單地、絕對地去做比較。

TCP 用于在傳輸層有必要實現可靠傳輸的情況。

UDP 主要用于那些對高速傳輸和實時性有較高要求的通信或廣播通信。

• TCP/IP通訊的基本條件

MAC 地址（數據鍊路層，OSI模型第2層）：用于識别同一鍊路中不同的計算機。

IP 地址（網絡層，OSI模型第3層）：用于識别 TCP/IP 網絡中互連的主機和路由器。

端口号：用于識别同一台計算機中進行通信的不同應用程序，也被稱為程序地址。

TCP/IP通訊的基本條件

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