基于USB的家電自動(dòng)化
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6. 主機發(fā)送Set_Port_Feature（寫(xiě)端口狀態(tài)）請求給集線(xiàn)器，要求它復位端口。
7. 集線(xiàn)器對設備復位。
8. 主機使用Chirp K 信號來(lái)了解全速設備是否支持高速運行。
9. 主機發(fā)送另一個(gè)Get_Port_Status 請求，確定設備是否已經(jīng)從復位狀態(tài)退出。
10. 設備此時(shí)處于缺省狀態(tài)，且已準備好在零端點(diǎn)通過(guò)缺省通道響應主機控制傳輸。缺省地址為00h，設備能從總線(xiàn)獲取高達100mA 的電流。
11. 主機發(fā)送Get_Descriptor（讀設備描述符）報文，以便確定最大數據包大小。設備描述符的八個(gè)字節是bMaxPacketSize。
12. 通過(guò)發(fā)送Set_Address（寫(xiě)地址）請求，主機分配地址，設備此時(shí)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(guò)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(dòng)程序。
15. 通過(guò)發(fā)送Set_Configuration（寫(xiě)配置）請求，主機的設備驅動(dòng)程序選擇一個(gè)有效配置。設備此時(shí)處于配置狀態(tài)。
16. 主機為復合設備接口分配驅動(dòng)程序。
17. 如果集線(xiàn)器檢測到有過(guò)流現象，或者主機要求集線(xiàn)器關(guān)閉電源，則USB 總線(xiàn)切斷設備供電電源。在這種情況下，設備與主機無(wú)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(xiàn)上未見(jiàn)任何動(dòng)作，則它將進(jìn)入掛起狀態(tài)，在掛起狀態(tài)設備消耗的總線(xiàn)電能最少。
USB 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(shí)占用10% 的帶寬，在高速運行時(shí)占用20% 的帶寬?？刂苽鬏斢稍O置階段、可選的數據階段和狀態(tài)階段組成。下面詳細描述每個(gè)階段的包。
1. 標記包。USB 中所有事務(wù)都是由主機（PC）來(lái)完成的。IN 表示數據被讀入PC，OUT 表示數據由主機送出至設備，如圖6 所示。
2. 數據包（可選）。USB 主機有兩個(gè)數據包——DATA0 和DATA1。每一個(gè)包的容量為1024 字節。
3. 狀態(tài)包。在諸如應答（ACK）、否定應答（NACK）以及停止（Stall）等事務(wù)中，狀態(tài)包用來(lái)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 位數據。
基于 USB 的家電網(wǎng)絡(luò )
在基于USB 的家電網(wǎng)絡(luò )中，可以以菊花鏈式連接6 個(gè)USB 集線(xiàn)器，為多達127 臺家電設備提供接口。所有的集線(xiàn)器能安放在一個(gè)集線(xiàn)盒中，集線(xiàn)盒則通過(guò)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(jìn)行控制，最終將為家中每個(gè)房間配備一個(gè)家電控制臺。
通過(guò)USB 自動(dòng)化，您在與朋友聊天的同時(shí)，可以通過(guò)PC 控制洗衣機的運行時(shí)間、衣服類(lèi)型、清洗劑類(lèi)型以及水溫等。您也可以為每項任務(wù)添加音頻特征，這樣當每項任務(wù)完成時(shí)，您可以在某個(gè)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(guò)USB 自動(dòng)接收指令，從洗衣機處裝入衣服，設置烘干時(shí)間，然后自動(dòng)計時(shí)烘干，在每項任務(wù)成功完成后均有音頻提示。
通過(guò)USB 自動(dòng)化，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 自動(dòng)化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(kāi)關(guān)來(lái)檢測剩余的牛奶、飲料、奶酪以及蔬菜量。根據這些信息，當您計劃去商場(chǎng)時(shí)，可以從PC 中快速匯總食品采購清單。
照明自動(dòng)化是居家的基本需求。通過(guò)USB 自動(dòng)化，能夠檢查全屋的照明情況，并通過(guò)PC 對其進(jìn)行控制。
USB 與溫度傳感器配合使用，能夠自動(dòng)控制房屋某處電風(fēng)扇和空調的運行。這樣，可以使不同的房間或“區域”保持不同的溫度，以便節能。此外，電風(fēng)扇和空調可以自動(dòng)地分擔制冷荷合。
而在家庭安保方面，使用USB 自動(dòng)化，可以通過(guò)PC 控制門(mén)鎖、查看門(mén)鎖狀態(tài)，在臥室就可以關(guān)閉或打開(kāi)房門(mén)。
此外，USB 自動(dòng)可視門(mén)鈴能用于防止入侵者進(jìn)入房屋。USB 自動(dòng)化也使您能通過(guò)PC 打開(kāi)和關(guān)閉窗戶(hù)及窗簾。
家電USB 自動(dòng)化的潛力是無(wú)窮的。采用現代技術(shù)，USB 自動(dòng)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(dòng)化
本演示將展示交流照明的USB 自動(dòng)化，使用的是MCHPUSB.SYS，這是Microchip 開(kāi)發(fā)的USB 驅動(dòng)程序。此外，使用MCHPUSB.SYS 驅動(dòng)程序可以通過(guò)PC 的圖形用戶(hù)界面（GUI）看到電燈的狀態(tài)。
演示：USB 數據記錄器
數據記錄，對于家電制造商驗證新產(chǎn)品設計，以及在向用戶(hù)發(fā)貨之前進(jìn)行自動(dòng)化家電設備測試，是非常重要的。
從消費者的角度看，數據記錄也很重要；因為，可以預見(jiàn)，許多未來(lái)的家電產(chǎn)品都將具有儲值卡激活系統，它要求用戶(hù)進(jìn)行登錄以便使用家電。有了數據記錄功能，儲值卡在余額用完時(shí)，能夠將設備鎖定。
本演示使用Microsoft 的USBSTOR.SYS 驅動(dòng)程序來(lái)操作被當作大容量存儲設備使用的PIC18F4550 單片機。USBSTOR.SYS 是Windows 操作系統自帶的大容量存儲設備驅動(dòng)程序。在Microchip 的嵌入式 FAT16 文件系統的協(xié)助下，USBSTOR.SYS 驅動(dòng)程序在Secure Digital. 卡上創(chuàng )建文件，用來(lái)記錄模數轉換數據。然后，把記錄的數據存放在SD 卡上一個(gè)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(shí)時(shí)音頻視頻流的能力。演示將證實(shí)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(mén)鈴等。
超寬帶（UWB）USB的優(yōu)點(diǎn)
超寬帶（Ultra Wide Band，UWB）USB 也稱(chēng)為“無(wú)線(xiàn)USB”，它是一種短距離無(wú)線(xiàn)通信的推薦標準，有望在不久的將來(lái)取代藍牙技術(shù)。
藍牙是目前短距離無(wú)線(xiàn)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(wèn)題。
另一方面，UWB 使用3.1-10.6GHz 的頻段，它的每個(gè)無(wú)線(xiàn)電信道均超過(guò)500MHz，美國聯(lián)邦通信委員會(huì )（Federal Communications Commission，FCC）對其有嚴格的傳送功率限制。
UWB 使用了極寬的頻段，同時(shí)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(wú)線(xiàn)通信協(xié)議（如Wi-Fi）共存。
無(wú)線(xiàn)技術(shù)比較
總結
本文討論并演示基于USB 的家電自動(dòng)化。文中說(shuō)明了來(lái)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據記錄、用于需要類(lèi)似音頻視流那樣的實(shí)時(shí)應用。
基于USB 的家電自動(dòng)化具有無(wú)限的空間。預計采用USB 控制的家電產(chǎn)品將迅速發(fā)展。無(wú)線(xiàn)USB 的標準化，將促進(jìn)基于USB 的家電自動(dòng)化，實(shí)現高帶寬、低干擾的無(wú)線(xiàn)連接。
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