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E5122的家庭網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)
摘要:對(duì)家庭控制系統(tǒng)的方案、組成、硬件配置、軟件設(shè)計(jì)、工作原理、功能以及技術(shù)性能進(jìn)行了論述。給出了通過(guò)單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議處理器將數(shù)據(jù)打包成以太網(wǎng)協(xié)議包發(fā)送到以太網(wǎng)上,從而實(shí)現(xiàn)基于以太網(wǎng)的遠(yuǎn)程控制方案。1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介
家庭智能控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)主要基于短信息技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字通信技術(shù)及加密技術(shù)。該系統(tǒng)利用相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和控制器,以無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和有線網(wǎng)絡(luò)為基本控制指令和數(shù)據(jù)信息傳送方式來(lái)實(shí)現(xiàn)手機(jī)無(wú)線遙控和數(shù)據(jù)傳送,并通過(guò)專設(shè)的短信控制中心和服務(wù)中心,來(lái)為家庭和小區(qū)管理提供全方位的數(shù)字化服務(wù)。家庭智能控制系統(tǒng)具有手機(jī)遠(yuǎn)程控制、自動(dòng)報(bào)警、呼叫社區(qū)服務(wù)、物業(yè)管理等功能。還可以根據(jù)用戶群的需要向生活聯(lián)網(wǎng)服務(wù)、智能辦公等方向無(wú)限擴(kuò)展。
一般情況下,只要將設(shè)備接入Internet/Intranet網(wǎng),原則上只要實(shí)現(xiàn)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議就可以了。TCP/IP協(xié)議及其應(yīng)用是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。該協(xié)議的建立要經(jīng)過(guò)縝密的設(shè)計(jì)過(guò)程,全套協(xié)議實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較復(fù)雜。在嵌入式系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)該協(xié)議有一定的難度。在實(shí)際應(yīng)用中,如果要完全實(shí)現(xiàn)該協(xié)議,比較合理的方案是直接利用集成的TCP/lP協(xié)議芯片將系統(tǒng)中央控制單元和TCP/IP協(xié)議處理單元進(jìn)行分離。
另一方面,也可以對(duì)原有的TCP/IP進(jìn)行精簡(jiǎn),而只保留實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)所需要的一些協(xié)議,從而使核心芯片既能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸任務(wù),又可完成對(duì)任務(wù)的監(jiān)控。因?yàn)椋瑢?duì)原有的TCP/IP協(xié)議進(jìn)行精簡(jiǎn)可大大減輕系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的難度,同時(shí)也可以提高系統(tǒng)的效率和可靠性。
圖1
2 系統(tǒng)工作原理
圖1所示是一個(gè)基于E5122網(wǎng)絡(luò)協(xié)議處理器的家庭網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的原理框圖。圖中,以家庭中的三表數(shù)據(jù)作為采集信號(hào),并將其通過(guò)采樣保持電路處理以后送入單片機(jī),然后由單片機(jī)把數(shù)據(jù)通過(guò)串口送入E5122網(wǎng)絡(luò)協(xié)議處理器中進(jìn)行打包處理,以將數(shù)據(jù)打包成TCP/IP協(xié)議包,最后再把該數(shù)據(jù)包通過(guò)RTL8019AS以太網(wǎng)控制器發(fā)送到以太網(wǎng)上。本系統(tǒng)采用CPLD芯片EPM7128S作為譯碼和驅(qū)動(dòng)電路。由于家庭用戶終端一般對(duì)數(shù)據(jù)交換的速率要求不高(在1MB/s以下),所以可采用一般高速單片機(jī)來(lái)寫(xiě)入TCP/IP協(xié)議,這樣既可滿足功能要求,又能降低成本,用戶也容易接受這樣的價(jià)格。
3 TCP/IP協(xié)議解析芯片E5122
E5122是上海精致科技公司研制的飛虹系列網(wǎng)絡(luò)協(xié)議處理器。其外部晶振頻率為22.1184MHz,工作電壓為5V?蔀橛布䦟(shí)現(xiàn)TCP/IP協(xié)議提供API接口,并可以I2C協(xié)議或RS-232接口方式與用戶端進(jìn)行通信,其通信接口支持帶I2C接口的MPU,同時(shí)還為不帶I2C接口的MPU提供I2C驅(qū)動(dòng)程序。 E5122與網(wǎng)絡(luò)的接口為以太網(wǎng)接口,可通過(guò)以太網(wǎng)控制芯片RTL8019連接到以太網(wǎng)。其串行速率最大可達(dá)115.2kbps,并可實(shí)現(xiàn)真正實(shí)時(shí)傳送。
E5122 是完成TCP/IP 協(xié)議的專用芯片,可用以實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)和串口之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換,該器件只需外接MCU就可為串口設(shè)備提供完善的網(wǎng)絡(luò)通信解決方案。本系統(tǒng)采用的MPU為89C52單片機(jī),而且只需在單片機(jī)程序中簡(jiǎn)單調(diào)用API函數(shù)即可。圖2所示是E5122的結(jié)構(gòu)框圖。該設(shè)備可做為服務(wù)器端,即首次連接網(wǎng)絡(luò)時(shí),客戶機(jī)端主動(dòng)請(qǐng)求連接服務(wù)器端作為被動(dòng)端進(jìn)行監(jiān)聽(tīng),同時(shí)接受局域網(wǎng)內(nèi)聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)端客戶的主動(dòng)查詢?cè)L問(wèn),并將設(shè)備信息返回給客戶?該設(shè)備同樣也可以作為客戶機(jī)主動(dòng)和局域網(wǎng)內(nèi)或In-ternet 上的主機(jī)進(jìn)行通信。E5122 芯片外部使用32kB RAM來(lái)為以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)緩沖。它使用256字節(jié)(最少為256字節(jié))的串行EEPROM(I2C 總線接口)來(lái)存儲(chǔ)系統(tǒng)參數(shù)。用戶可通過(guò)串口與E5122進(jìn)行通信,E5122的作用是:完成TCP/IP 協(xié)議和串口通信協(xié)議,同時(shí)支持普通串口和用戶設(shè)備的交互,并可通過(guò)外接RTL8019AS 控制芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接。
4 硬件電路設(shè)計(jì)
4.1 接口電路
在具體使用中,由于單片機(jī)本身的限制,設(shè)計(jì)時(shí)可采用跳線方式將JP引腳接高電平; 而用E5122與RTL8019AS的接口來(lái)傳輸網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。
當(dāng)系統(tǒng)初次運(yùn)行時(shí),E5122會(huì)對(duì)RTL8019AS進(jìn)行初始化,同時(shí)設(shè)置其工作模式以及中斷源等。RTL8019AS接收到數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)觸發(fā)E5122中斷,此時(shí)E5122將通過(guò)A8~A13和A15來(lái)選擇RTL8019AS的寄存器地址和存儲(chǔ)器地址并控制和實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀取,當(dāng)有數(shù)據(jù)通過(guò)E5122發(fā)送給RTL8019AS時(shí),系統(tǒng)將通過(guò)地址線設(shè)置RTL8019AS的相應(yīng)寄存器以進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送。其具體的接口電路如圖3所示。
4.2 I2C總線數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器
I2C總線是INTER INTEGRATED CIRCUIT BUS的縮寫(xiě),即“內(nèi)部集成電路總線”。I2C總線是由Philips公司首先提出的串行通訊接口規(guī)范,該總線使用串行數(shù)據(jù)線?SDA?和串行時(shí)鐘線?SCL?來(lái)進(jìn)行主從器件之間的數(shù)據(jù)傳輸,接口十分簡(jiǎn)單。
I2C總線上的數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)100kbit/s,快速模式下可達(dá)400kbit/s。在I2C總線傳輸中,當(dāng)SCL為高時(shí),SDA由高變低為開(kāi)始條件;而當(dāng)SCL為高時(shí),SDA由低變?yōu)楦邉t為停止條件。SDA和SCL都是雙向傳輸線,SDA線上的數(shù)據(jù)在時(shí)鐘為高期間必須是穩(wěn)定的,只有當(dāng)SCL線上的時(shí)鐘信號(hào)為低時(shí),數(shù)據(jù)線上的狀態(tài)才可以改變。輸出到SDA線上的每一個(gè)字節(jié)必須是8位,每次傳輸?shù)淖止?jié)不受限制,但每個(gè)字節(jié)必須有一個(gè)應(yīng)答位。
4.3 隔離耦合變壓器
設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采用1?1隔離變壓器,同時(shí)應(yīng)避免雷電引起的感應(yīng)電壓損壞后級(jí)電路。此外,還需完成平衡-不平衡的轉(zhuǎn)換隔離、傳輸和匹配。
4.4 復(fù)位與看門狗電路
通過(guò)看門狗電路可在程序跑飛或死機(jī)時(shí),對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行重新置位或復(fù)位,以使系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行。其電路如圖4所示。該電路采用MAX813L來(lái)完成電源復(fù)位和看門狗功能。
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