基于Web的單片機遠程監控系統的設計與實(shí)現

1. 引言

單片機系統以其簡(jiǎn)單、高效的特點(diǎn)，在工業(yè)控制和日常生活中應用越來(lái)越廣泛。目前大多數單片機系統是以51 單片機為核心，與檢測、伺服、顯示設備配合起來(lái)實(shí)現監控功能。

然而，這些監控系統的數據傳輸多采用RS-232、RS-485 以及各種現場(chǎng)總線(xiàn)，這些方式有些通信速度不夠快，有些距離不夠遠，且各種總線(xiàn)之間難于實(shí)現互連和互操作。以太網(wǎng)作為目前應用最為廣泛的局域網(wǎng)，在工業(yè)自動(dòng)化和過(guò)程控制領(lǐng)域得到了越來(lái)越多的應用。同時(shí)，隨著(zhù)Internet 的普及，現代通信技術(shù)的進(jìn)步，基于TCP/IP 和Client/Server 架構的分布式監控技術(shù)也日趨成熟。把嵌入式系統連接到Internet 上，就可以方便、低廉地把信息傳送到世界的任何一個(gè)地方。

傳統的遠程監控系統一般采用C/S 模型的方式，主要針對大型的設備進(jìn)行監控。對于如攝像頭圖象監控﹑家用儀表﹑門(mén)禁控制系統等小型的設備的監控就需要采用低成本的方案。

鑒于此，在低成本的單片機系統上移植精簡(jiǎn)的TCP/IP 協(xié)議簇，實(shí)現對于小型設備遠程監控是最佳選擇。該系統以Web 方式實(shí)現，用戶(hù)可以在任何一臺裝有瀏覽器的PC 機上進(jìn)行遠程監視與控制，具有價(jià)格低廉、操作方便、界面友好等優(yōu)點(diǎn)。傳統的遠程監控系統模型與本系統采用的模型如圖1 和圖2 所示。

圖1 傳統遠程監控系統模型

圖2 單片機監控系統模型

2. 系統硬件設計

本系統以 Cygnal 公司的完全集成的混合信號系統級芯片（SOC）C8051F020 單片機為核心，采用Realtek 公司的10M 自適應以太網(wǎng)控制器RTL8019AS 實(shí)現系統的網(wǎng)絡(luò )接口部分。

SRAM 部分用于存放大量的數據信息。數據采集部分用于采集系統需要監控的設備的運行情況，由于C8051F020 內部帶有真正12 位100 ksps 的8 通道ADC 帶PGA 和模擬多路開(kāi)關(guān)，還有兩個(gè)12 位DAC 可編程更新時(shí)序，可以方便的進(jìn)行模擬信號采集和對外設進(jìn)行控制。

C8051F020 單片機內置64K FLASH 程序存儲器、4K 內部SRAM,可以嵌入TCP /IP 協(xié)議， 從而實(shí)現嵌入式Web Sever 的功能。RTL8019AS 集成了介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制子層（MAC）和物理層的性能，與單片機的接口簡(jiǎn)單，可以方便地用來(lái)設計基于ISA 總線(xiàn)的系統。另外，它還具有與NE2000 兼容、軟件移植性好以及價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，所以特別適合用于嵌入式系統。

圖3 系統框圖

3.系統軟件設計

3.1 軟件流圖設計

軟件的實(shí)現主要是根據數據在網(wǎng)絡(luò )中傳輸的方向和數據的流向來(lái)實(shí)現的。在本設計中數據的流向為：請求信息從局域網(wǎng)中來(lái)，通過(guò)RJ 45 送到RTL80l9AS,處理后的數據包送入單片機系統的協(xié)議棧，由協(xié)議棧對數據包進(jìn)行解析，得到原始請求信息。請求信息再經(jīng)過(guò)單片機系統的處理，產(chǎn)生回復信息?；貜托畔⒌骄钟蚓W(wǎng)的過(guò)程與上面正好相反。整個(gè)系統的軟件流程如上圖4 所示。