物聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)關(guān)應用系統的一般設計方法

隨著(zhù)互聯(lián)網(wǎng)的日益普及、信息共享程度的要求不斷提高，各種家電設備、儀器儀表以及工業(yè)生產(chǎn)中的數據采集與控制設別在逐步走向網(wǎng)絡(luò )化，以便利用龐大的網(wǎng)絡(luò )資源，實(shí)現分布式遠程監控、信息交換與共享。物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展更是為網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的應用起到了巨大的推動(dòng)作用。

利用以太網(wǎng)實(shí)現遠程控制系統，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)共享以單片機應用系統為核心的小型嵌入式信息采集系統的信息，是物聯(lián)網(wǎng)應用的關(guān)鍵內容。

單片機網(wǎng)絡(luò )化應用系統的基本設計原則是：可靠性高、性能價(jià)格比高、操作簡(jiǎn)便以及設計周期短。

在進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)關(guān)應用系統方案設計時(shí)，可以采用下述一般設計方法作為指導。

1. 確定系統功能與性能

由需求調查確定物聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)關(guān)應用系統的設計目標，這一目標包括系統功能與性能。系統功能主要由數據采集、數據處理、輸出控制等。

2. 確定系統基本結構

物聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)關(guān)應用系統結構一般是以單片機為核心外部擴展相關(guān)電路的形式。確定了系統中的單片機、存儲器分配以及輸入/輸出方式就可答題確定出物聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)關(guān)應用系統的基本組成。

⑴單片機

在系統詳細方案設計時(shí)，先要確定單片機的型號。所選單片機的型號不同，組成的系統結構也就不同。

⑵存儲器分配

不同的單片機具有不同的存儲器組織。應根據應用系統的需要合理進(jìn)行存儲器的分配。

⑶I/O方式

采用不同的輸入/輸出方式，對于單片機應用系統的軟、硬件結構有直接的影響。在單片機應用系統中，常用的I/O方式主要有：無(wú)條件傳送方式(同步傳送方式)、查詢(xún)方式、中斷方式。

⑷網(wǎng)絡(luò )控制器

性能穩定，結構簡(jiǎn)單，編程易實(shí)現的網(wǎng)絡(luò )控制器對于優(yōu)化物聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)關(guān)應用系統起著(zhù)關(guān)鍵性的作用。

物聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)關(guān)應用系統的工作模式可以分為兩類(lèi)，服務(wù)器端和客戶(hù)端。無(wú)論工作于何種模式，都需要對以太網(wǎng)控制器進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )參數配置，以實(shí)現最基本的物理連接(即能夠ping通)。

3. 硬件設計

物聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)關(guān)應用系統硬件設計是圍繞著(zhù)單片機及網(wǎng)絡(luò )控制器做外部功能擴展而展開(kāi)的，其基本結構如圖所示。

⑴ 程序存儲器

傳統的單片機內無(wú)片內程序存儲器或存儲容量不夠大，需外部擴展程序存儲器。外部擴展的存儲器通常選用FLASH存儲器?，F在的單片機一般都集成了較大容量的程序存儲器，使用時(shí)，不需要進(jìn)行程序存儲器的擴展。

⑵ 數據存儲器

數據存儲器用于暫時(shí)保存程序運行中的中間結果，一般由RAM 構成。大多數單片機都提供了小容量的片內數據存儲器，只有當片內數據存儲器不夠用時(shí)才擴展外部數據存儲器。無(wú)論是程序存儲器還是數據存儲器，存儲器的設計原則是：在存儲容量能夠滿(mǎn)足要求的前提下，盡可能減少存儲芯片的數量。

⑶ I/O接口

由于外設多種多樣，使得單片機與外設之間的接口電路也各種不相同。因此，I/O接口常常是單片機應用系統中設計最復雜也是最困難的部分之一。

⑷ 譯碼電路

當需要外部擴展電路時(shí)，常常需要設計譯碼電路。譯碼電路要盡可能簡(jiǎn)單，要求存儲器空間分配合理，譯碼方式選擇得當。

⑸ 總線(xiàn)驅動(dòng)器

如果單片機外部擴展的器件較多，負載過(guò)重，就要考慮設計總線(xiàn)驅動(dòng)器。

⑹ 抗干擾電路

針對可能出現的各種干擾，應考慮抗干擾電路的設計。在單片機應用系統中，一個(gè)不可缺少的抗干擾電路就是抗電源干擾電路。最簡(jiǎn)單的實(shí)現方法是在系統弱電部分(以單片機為核心)的電源入口處對地跨接1個(gè)100uf 左右的電容和1個(gè)0.1uf左右的電容，在系統內部各芯片的電源端對地跨接1個(gè)0.01~0.1uf的小電容。

4. 軟件設計

軟件是物聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)關(guān)應用系統中的一個(gè)重要組成部分，一般計算機應用系統的軟件包括系統軟件和用戶(hù)軟件，而物聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)關(guān)應用系統中的軟件一般只有用戶(hù)軟件，即應用系統軟件。軟件設計的關(guān)鍵是確定軟件應完成的任務(wù)及選擇相應的軟件結構。

⑴任務(wù)確定

根據系統軟、硬件的功能分工，確定出軟件應完成什么功能。作為實(shí)現控制功能的軟件應明確控制對象、控制信號及控制時(shí)序;作為實(shí)現處理功能的軟件應明確輸入是什么、要做什么樣的處理(即處理算法)、產(chǎn)生何種輸出。

⑵ 軟件結構

軟件結構與程序設計技術(shù)密切相關(guān)。程序設計技術(shù)提供了程序設計的基本方法，最常用的程序設計方法是模塊化程序設計。模塊化程序設計具有結構清晰、功能明確、設計簡(jiǎn)便、程序模塊可共享、便于功能擴展及便于程序維護等特點(diǎn)。為了編制模塊程序，先要將軟件功能劃分為若干子功能模塊，然后確定出各模塊的輸入、輸出及相互間的聯(lián)系。