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基于USB的家電自動化

作者: 時間:2013-05-26 來源:網絡 收藏
,這是對Get_Port_Status 請求的響應。

  6. 主機發(fā)送Set_Port_Feature(寫端口狀態(tài))請求給集線器,要求它復位端口。

  7. 集線器對設備復位。

  8. 主機使用Chirp K 信號來了解全速設備是否支持高速運行。

  9. 主機發(fā)送另一個Get_Port_Status 請求,確定設備是否已經從復位狀態(tài)退出。

  10. 設備此時處于缺省狀態(tài),且已準備好在零端點通過缺省通道響應主機控制傳輸。缺省地址為00h,設備能從總線獲取高達100mA 的電流。

  11. 主機發(fā)送Get_Descriptor(讀設備描述符)報文,以便確定最大數(shù)據(jù)包大小。設備描述符的八個字節(jié)是bMaxPacketSize。

  12. 通過發(fā)送Set_Address(寫地址)請求,主機分配地址,設備此時處于地址狀態(tài)。

  13. 主機發(fā)送Get_Descriptor 報文,以獲取更多的設備信息。主機通過發(fā)送描述符響應設備請求,隨后發(fā)送全部的次級描述符。

  14. 主機分配并加載設備驅動程序。

  15. 通過發(fā)送Set_Configuration(寫配置)請求,主機的設備驅動程序選擇一個有效配置。設備此時處于配置狀態(tài)。

  16. 主機為復合設備接口分配驅動程序。

  17. 如果集線器檢測到有過流現(xiàn)象,或者主機要求集線器關閉電源,則 總線切斷設備供電電源。在這種情況下,設備與主機無法通信,但設備處于連接狀態(tài)。

  18. 如果在3 毫秒內設備在總線上未見任何動作,則它將進入掛起狀態(tài),在掛起狀態(tài)設備消耗的總線電能最少。

   協(xié)議層

  控制傳輸使主機和設備之間可以交換設備配置信息和其他控制信息??刂苽鬏斣诘退俸腿賯鬏斶\行時占用10% 的帶寬,在高速運行時占用20% 的帶寬??刂苽鬏斢稍O置階段、可選的數(shù)據(jù)階段和狀態(tài)階段組成。下面詳細描述每個階段的包。

  1. 標記包。 中所有事務都是由主機(PC)來完成的。IN 表示數(shù)據(jù)被讀入PC,OUT 表示數(shù)據(jù)由主機送出至設備,如圖6 所示。

  2. 數(shù)據(jù)包(可選)。USB 主機有兩個數(shù)據(jù)包——DATA0 和DATA1。每一個包的容量為1024 字節(jié)。

  3. 狀態(tài)包。在諸如應答(ACK)、否定應答(NACK)以及停止(Stall)等事務中,狀態(tài)包用來跟蹤USB 狀態(tài)。

  4. 幀起始包(SOF)。每一毫秒,USB 主機都將發(fā)送一幀SOF,每幀有11 位數(shù)據(jù)。

  主機和設備

基于 USB 的網絡

  在基于USB 的網絡中,可以以菊花鏈式連接6 個USB 集線器,為多達127 臺設備提供接口。所有的集線器能安放在一個集線盒中,集線盒則通過控制電纜連接到設備上。這也可以由帶USB 端口、運行Windows OS 的單板機進行控制,最終將為家中每個房間配備一個家電控制臺。

  通過USB ,您在與朋友聊天的同時,可以通過PC 控制洗衣機的運行時間、衣服類型、清洗劑類型以及水溫等。您也可以為每項任務添加音頻特征,這樣當每項任務完成時,您可以在某個特定的地方(臥室、客廳、游泳池或廚房等)收到音頻提示。

  此外,烘干機可以通過USB 自動接收指令,從洗衣機處裝入衣服,設置烘干時間,然后自動計時烘干,在每項任務成功完成后均有音頻提示。

  通過USB ,您可以在辦公桌上控制咖啡機,不僅僅是煮咖啡,還能檢測咖啡壺中還剩多少咖啡。USB 甚至可以使您能煮出符合自己口味的咖啡。

  USB 還可以使您看到冰箱內部的情況,設置特定的觸發(fā)開關來檢測剩余的牛奶、飲料、奶酪以及蔬菜量。根據(jù)這些信息,當您計劃去商場時,可以從PC 中快速匯總食品采購清單。

  照明自動化是居家的基本需求。通過USB 自動化,能夠檢查全屋的照明情況,并通過PC 對其進行控制。

  USB 與溫度傳感器配合使用,能夠自動控制房屋某處電風扇和空調的運行。這樣,可以使不同的房間或“區(qū)域”保持不同的溫度,以便節(jié)能。此外,電風扇和空調可以自動地分擔制冷荷合。

  而在家庭安保方面,使用USB 自動化,可以通過PC 控制門鎖、查看門鎖狀態(tài),在臥室就可以關閉或打開房門。

  此外,USB 自動可視門鈴能用于防止入侵者進入房屋。USB 自動化也使您能通過PC 打開和關閉窗戶及窗簾。

  家電USB 自動化的潛力是無窮的。采用現(xiàn)代技術,USB 自動化就是把家電或設備與PC 上USB 端口連接,如圖7 所示。

  演示:基于 USB 的照明自動化

  本演示將展示交流照明的USB 自動化,使用的是MCHPUSB.SYS,這是Microchip 開發(fā)的USB 驅動程序。此外,使用MCHPUSB.SYS 驅動程序可以通過PC 的圖形用戶界面(GUI)看到電燈的狀態(tài)。

  基于USB的家電自動化

  演示:USB 數(shù)據(jù)記錄器

  數(shù)據(jù)記錄,對于家電制造商驗證新產品設計,以及在向用戶發(fā)貨之前進行自動化家電設備測試,是非常重要的。

  從消費者的角度看,數(shù)據(jù)記錄也很重要;因為,可以預見,許多未來的家電產品都將具有儲值卡激活系統(tǒng),它要求用戶進行登錄以便使用家電。有了數(shù)據(jù)記錄功能,儲值卡在余額用完時,能夠將設備鎖定。

  本演示使用Microsoft 的USBSTOR.SYS 驅動程序來操作被當作大容量存儲設備使用的PIC18F4550 單片機。USBSTOR.SYS 是Windows 操作系統(tǒng)自帶的大容量存儲設備驅動程序。在Microchip 的嵌入式 FAT16 文件系統(tǒng)的協(xié)助下,USBSTOR.SYS 驅動程序在Secure Digital. 卡上創(chuàng)建文件,用來記錄模數(shù)轉換數(shù)據(jù)。然后,把記錄的數(shù)據(jù)存放在SD 卡上一個叫做DATALOG.TXT 的文本文件中。

  演示:USB 音頻視頻應用

  本演示將展示Microchip USB PIC. 單片機播放實時音頻視頻流的能力。演示將證實PIC 器件不僅非常適用于嵌入式控制,也適用于含有音頻視頻信息的應用,如可視門鈴等。

  超寬帶(UWB)USB的優(yōu)點

  超寬帶(Ultra Wide Band,UWB)USB 也稱為“無線USB”,它是一種短距離無線通信的推薦標準,有望在不久的將來取代藍牙技術。

  藍牙是目前短距離無線連接的行業(yè)標準。然而,由于藍牙與Wi-Fi(802.11g 標準)使用相同的頻段,因此可能存在干擾問題。

  另一方面,UWB 使用3.1-10.6GHz 的頻段,它的每個無線電信道均超過500MHz,美國聯(lián)邦通信委員會(Federal Communications Commission,F(xiàn)CC)對其有嚴格的傳送功率限制。

  UWB 使用了極寬的頻段,同時發(fā)射功率較小,以便窄帶設備能夠檢測到信號。因此,UWB 能與其他的無線通信協(xié)議(如Wi-Fi)共存。

  無線技術比較

  無線技術比較

  總結

  本文討論并演示基于USB 的家電自動化。文中說明了來自Microchip 的8 位PIC 單片機不僅能用于交流家電的控制,也完全可以用于解決數(shù)據(jù)記錄、用于需要類似音頻視流那樣的實時應用。

  基于USB 的家電自動化具有無限的空間。預計采用USB 控制的家電產品將迅速發(fā)展。無線USB 的標準化,將促進基于USB 的家電自動化,實現(xiàn)高帶寬、低干擾的無線連接。


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關鍵詞: USB 家電 自動化

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