一種基于以太網(wǎng)的嵌入式數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)

摘要:本文根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀,提出了一個(gè)基于以太網(wǎng)的嵌入式數(shù)字家庭監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案,并初步比較完整的完成了該監(jiān)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。系統(tǒng)采用嵌入式現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控器由數(shù)據(jù)采集卡和網(wǎng)絡(luò)通訊卡組成,現(xiàn)場(chǎng)控制卡負(fù)責(zé)接收監(jiān)控中心發(fā)出的控制命令,它們都是由一塊51單片機(jī)控制,其軟件開(kāi)發(fā)都是使用了C51和51匯編程序。

關(guān)鍵字:監(jiān)控系統(tǒng);嵌入式系統(tǒng);單片機(jī)

　　1 引言

　　隨著科技的進(jìn)步及對(duì)生活質(zhì)量要求的不斷提高,信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)的發(fā)展,為家用電器居家環(huán)境集中控制和遠(yuǎn)程遙控提供了可能。將信息技術(shù)與家電控制技術(shù)相融合,在很大程度上實(shí)現(xiàn)家庭生活的信息化和自動(dòng)化,滿足人們舒適、快節(jié)奏的生活需要,當(dāng)家庭采用了監(jiān)控系統(tǒng)之后,各種電子設(shè)備就能夠在幾乎無(wú)需過(guò)問(wèn)的情況下進(jìn)行操作。鑒于這種數(shù)字化家庭的發(fā)展趨勢(shì),遠(yuǎn)程監(jiān)控作為一種理想的有效的而且快捷方便的實(shí)現(xiàn)途徑己被廣泛采用。
 

　　2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)將采用上、下位機(jī)的方式組建監(jiān)控系統(tǒng)。下位機(jī)工作于監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng),采用51系列單片機(jī)控制;上位機(jī)則用于監(jiān)控中心,使用一臺(tái)PC機(jī)。單片機(jī)通過(guò)各種傳感器,采集數(shù)據(jù),通過(guò)以太網(wǎng)卡控制芯片實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)接口將監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳給異地的PC機(jī),PC機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控端接收監(jiān)控信息并存儲(chǔ),然后進(jìn)行相應(yīng)處理并發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警信息。同時(shí),PC機(jī)也可以向單片機(jī)發(fā)送指令,控制單片機(jī)的監(jiān)控行為?？刂泼畎l(fā)出去以后,負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)控制的單片機(jī)接受命令,經(jīng)過(guò)信息處理以后再執(zhí)行。

　　3 監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控器和現(xiàn)場(chǎng)控制器都是分別由各自的單片機(jī)來(lái)組成,現(xiàn)場(chǎng)控制器的硬件設(shè)計(jì)與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控器硬件設(shè)計(jì)一樣,都是包含了單片機(jī)最小系統(tǒng)的擴(kuò)展,再加上各自的功能模塊。圖1是現(xiàn)場(chǎng)控制卡的硬件框圖。

　　系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)主要包括兩部分內(nèi)容:一是單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展部分設(shè)計(jì),主要是系統(tǒng)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展,存儲(chǔ)器擴(kuò)展指EPROM, RAM的擴(kuò)展等。二是功能模塊的設(shè)計(jì),包括通信功能模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。

　　3.1 單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展

　　3.1.1 系統(tǒng)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展

　　本系統(tǒng)使用的單片機(jī)為78E58B單片機(jī)。78E58B是一款以8051為核心的單片機(jī),它具有集成度高、指令功能強(qiáng)、運(yùn)算速度快、I/O接口功能強(qiáng)、可靠性高等優(yōu)點(diǎn),包含32K字節(jié)的片內(nèi)Flash電擦寫程序存儲(chǔ)器:4K字節(jié)附加ROM; 512字節(jié)片內(nèi)RAM;三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器;一個(gè)串口。該芯片還包括8個(gè)中斷源,2個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)的中斷資源。32K字節(jié)的程序存儲(chǔ)器對(duì)于系統(tǒng)來(lái)說(shuō)己經(jīng)足夠了,所以沒(méi)有擴(kuò)展外部程序存儲(chǔ)器,所以在硬件框圖中不必添加外部ROM,節(jié)省了系統(tǒng)開(kāi)銷,還可以省卻部分電路、連線,減少了干擾源。然而,78E58B只有512字節(jié)的片內(nèi)RAM遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足系統(tǒng)功能的要求,故采用了8K字節(jié)的靜態(tài)RAM 6264作為外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。

　　3.1.2 復(fù)位電路設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)的復(fù)位電路采用了電平式開(kāi)關(guān)復(fù)位與上電復(fù)位,另外復(fù)位引腳還與網(wǎng)絡(luò)通訊卡上MCU的一個(gè)I/O口連接。使用這種復(fù)位電路,當(dāng)該MCU中的程序在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題的時(shí)候,就可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通訊卡上的MCU使之復(fù)位,重新恢復(fù)正常工作。雖然這種復(fù)位電路干擾易串入復(fù)位端,但是一般不會(huì)造成單片機(jī)的錯(cuò)誤復(fù)位。復(fù)位電路如圖2所示,但要注意的是這種復(fù)位電路要與手動(dòng)的開(kāi)關(guān)復(fù)位電路隔離,以免復(fù)位功能失效,甚至短路。

　　3.2 接口實(shí)現(xiàn)

　　3.2.1 RS232異步串行通信單元

　　本系統(tǒng)采用RS232最簡(jiǎn)單的全雙工通信方式,只用了三根線,即串行接收RXD,串行發(fā)送TXD和接地線GND。將"串行發(fā)送"和"串行接收"交叉連接,地線直接相連,其余信號(hào)線都不用。用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)通信的"握手"、空閑檢測(cè)等功能。并且選用MAX232串口通信信號(hào)轉(zhuǎn)換芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)RS232與TTL的電平和正負(fù)邏輯電平的轉(zhuǎn)換。通過(guò)MAX232的TTL和RS-232的輸入/輸出端口,自動(dòng)的調(diào)節(jié)了單片機(jī)的TTL電平信號(hào)和RS-232的串口通信信號(hào)的電平匹配。

　　設(shè)計(jì)這部分硬件單元,主要是為了系統(tǒng)調(diào)試的需要。在調(diào)試階段,通過(guò)串行通信端口,向計(jì)算機(jī)輸出調(diào)試的結(jié)果,有利于觀察系統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)。另外一個(gè)目的是為了將來(lái)系統(tǒng)擴(kuò)展的需要,可以方便的通過(guò)串行通信端口,向系統(tǒng)輸入必要的命令和信息。

　　3.2.2 單片機(jī)雙機(jī)并行互連的實(shí)現(xiàn)方法

　　實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)控制卡和網(wǎng)絡(luò)通訊卡的連接實(shí)際上就是實(shí)現(xiàn)兩卡上單片機(jī)的互連。本來(lái)單片機(jī)帶有串口,利用串口進(jìn)行互連通信非常方便,但是系統(tǒng)中的單片機(jī)的串口都要用于對(duì)外連接,所以單片機(jī)的串口就不能用做系統(tǒng)內(nèi)單片機(jī)之間的通信接口了。但是,單片機(jī)的并行端口也能相互連接來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信,因此就通過(guò)單片機(jī)的并行端口來(lái)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)控制卡和網(wǎng)絡(luò)通訊卡直接的互連。在本系統(tǒng)中,可根據(jù)不同的使用要求,來(lái)采用不同的并行連接方法。目前可用的連接方法包括以下三種:單向并行通信接口;主從并行通信接口;無(wú)主從雙向并行通信接口。