以太網(wǎng)智能家居控制器的設計
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本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/166756.htm
3.2 嵌入式 Web服務(wù)器的實(shí)現
設計中采用的是 W78E58B型 8位單片機，由于單片機存儲空間有限、處理速度相對較慢，且在整個(gè)遠程控制中不需要實(shí)現完整的 TCP/IP協(xié)議。因此，可以在遠程控制的網(wǎng)絡(luò )連接和訪(fǎng)問(wèn)技術(shù)中采用精簡(jiǎn) TCP/IP協(xié)議。要實(shí)現交互功能，就要在精簡(jiǎn) TCP/IP協(xié)議的基礎上實(shí)現 HTTP協(xié)議，構建嵌入式 Web服務(wù)器。本設計中的精簡(jiǎn) TCP/IP協(xié)議具有同 TCP/IP協(xié)議一樣的四層結構，各層實(shí)現的功能如下：
①鏈路層。設計中通過(guò)以太網(wǎng)接入到 Internet，因此物理層和數據鏈路層要符合以太網(wǎng)的 IEEE802.3標準。然而，以太網(wǎng)控制器 RTL8019AS的硬件組成部分已經(jīng)實(shí)現了 CSMA/CD控制機制，屏蔽了底層硬件處理的細節，并向上層軟件提供與硬件無(wú)關(guān)的接口，最終完成了數據在以太網(wǎng)中的接收和發(fā)送。因此，設計中物理層與數據鏈路層的設計是通過(guò) RTL8019AS硬件和驅動(dòng)程序共同實(shí)現的。
②網(wǎng)絡(luò )層實(shí)現了 ARP協(xié)議、ICMP協(xié)議和 IP協(xié)議。ARP是地址解析協(xié)議，具體處理過(guò)程是當接收到 ARP數據包，處理器就查看 IP地址是請求還是響應。如果是響應，則將響應中的網(wǎng)卡地址存到 ARP高速緩存表中；如果是請求，處理器將返回自己的網(wǎng)卡物理地址給對方。ICMP是調試響應 PING的請求，檢測網(wǎng)路是否通順。依照系統實(shí)際應用的要求， IP協(xié)議只需實(shí)現對數據報傳送和接收，無(wú)須實(shí)現路由選擇算法和差錯控制，同時(shí)也不需支持 IP數據報的分片和重組。
③傳輸層實(shí)現 TCP協(xié)議。 TCP協(xié)議是面向連接的、端對端的可靠通信協(xié)議。設計中采取了 TCP連接的建立與關(guān)閉機制、超時(shí)重傳機制、數據包確認機制、流量控制機制來(lái)保證它的可靠性。在超時(shí)重傳機制中，如果超時(shí)重傳定時(shí)器溢出后還沒(méi)有收到確認，則重傳該數據包，并復位重傳定時(shí)器。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，程序里每次只發(fā)送一個(gè) TCP數據包，然后等待它的確認，只有收到確認后才會(huì )繼續發(fā)送下面的 TCP數據包。在本設計，程序重傳的間隔時(shí)間是固定的，沒(méi)有采用 TCP協(xié)議中的標準算法，當達到一定的次數后，發(fā)送方還沒(méi)有收到確認，則會(huì )放棄該包的發(fā)送并關(guān)閉 TCP連接。TCP的流量控制是為了協(xié)調通信雙方的收發(fā)
④應用層實(shí)現了 HTTP協(xié)議。HTTP是在 Web服務(wù)器和瀏覽器之間通信的協(xié)議。為了
簡(jiǎn)化，設計中采用固定的 HTTP報文頭封裝 HTTP應答數據報文。格式如下：
char code html_header[ ] //客戶(hù)端訪(fǎng)問(wèn)主頁(yè)時(shí)候服務(wù)器的響應頭部
= {HTTP/1.1 200 OKn //響應行（ Respond Line），狀態(tài)為 OK，表示文件可以讀取
Cache-control: no-cachen //沒(méi)有高速緩存控制
Connection: Keep-Aliven //HTTP/1.1的可持續鏈接
Content-Length: TAG:LEN1n //文件長(cháng)度
Content-Type: text/htmlrnrn }；//客戶(hù)端 GET請求的文件格式
在響應 HTTP請求時(shí)，由于以太網(wǎng)數據包的數據部分不能超過(guò) 1500字節，因此當發(fā)送
數據超過(guò) 1500字節，需要分組發(fā)送。
3.3 以太網(wǎng)智能家居控制器遠程控制運行結果
智能家居控制器接入以太網(wǎng)后，用戶(hù)只需在瀏覽器中輸入控制器的 IP地址，便可登錄遠程控制界面。當正確輸入用戶(hù)名和密碼后，便進(jìn)入控制頁(yè)面，用戶(hù)可以訪(fǎng)問(wèn)并控制各子系統。
圖 4為智能家電的控制頁(yè)面，系統使用 GIF格式圖片表示智能家電開(kāi)關(guān)的狀態(tài)。當單擊控制頁(yè)面中相應的開(kāi)關(guān)后，智能家居 Web服務(wù)器收到 HTTP請求，執行 CGI程序，將相反狀態(tài)的圖片嵌入到網(wǎng)頁(yè)相應的位置中。與此同時(shí)，單片機會(huì )在相應家電的控制端口，輸出一個(gè)與之前狀態(tài)相反的電平，此時(shí)繼電器動(dòng)作，家電運行狀態(tài)改變。最后智能家居 Web服務(wù)器將新的 HTML頁(yè)面回送給用戶(hù)端，瀏覽器更新頁(yè)面，并顯示改變后的家電狀態(tài)。
智能家居 Web服務(wù)器的軟件系統還啟用了定時(shí)機制，當用戶(hù)在規定的時(shí)間內未執行任何操作，系統將退出控制頁(yè)面，返回到登錄頁(yè)面。用戶(hù)必須重新輸入驗證信息，并登錄后才可再次進(jìn)入控制頁(yè)面執行操作，大大提高了整個(gè)智能家居控制系統的安全性。
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