一種基于以太網(wǎng)的嵌入式數字監控系統

摘要:本文根據監控系統的發(fā)展現狀,提出了一個(gè)基于以太網(wǎng)的嵌入式數字家庭監控系統的設計方案,并初步比較完整的完成了該監控系統的開(kāi)發(fā)。系統采用嵌入式現場(chǎng)監控器進(jìn)行數據采集,現場(chǎng)監控器由數據采集卡和網(wǎng)絡(luò )通訊卡組成,現場(chǎng)控制卡負責接收監控中心發(fā)出的控制命令,它們都是由一塊51單片機控制,其軟件開(kāi)發(fā)都是使用了C51和51匯編程序。

關(guān)鍵字:監控系統;嵌入式系統;單片機

　　1 引言

　　隨著(zhù)科技的進(jìn)步及對生活質(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)現家庭生活的信息化和自動(dòng)化,滿(mǎn)足人們舒適、快節奏的生活需要,當家庭采用了監控系統之后,各種電子設備就能夠在幾乎無(wú)需過(guò)問(wèn)的情況下進(jìn)行操作。鑒于這種數字化家庭的發(fā)展趨勢,遠程監控作為一種理想的有效的而且快捷方便的實(shí)現途徑己被廣泛采用。
 

　　2 系統總體設計

　　本系統將采用上、下位機的方式組建監控系統。下位機工作于監控現場(chǎng),采用51系列單片機控制;上位機則用于監控中心,使用一臺PC機。單片機通過(guò)各種傳感器,采集數據,通過(guò)以太網(wǎng)卡控制芯片實(shí)現的網(wǎng)絡(luò )接口將監控數據傳給異地的PC機,PC機的遠程監控端接收監控信息并存儲,然后進(jìn)行相應處理并發(fā)出相應的報警信息。同時(shí),PC機也可以向單片機發(fā)送指令,控制單片機的監控行為?？刂泼畎l(fā)出去以后,負責現場(chǎng)控制的單片機接受命令,經(jīng)過(guò)信息處理以后再執行。

　　3 監控系統硬件設計

　　對于現場(chǎng)監控器和現場(chǎng)控制器都是分別由各自的單片機來(lái)組成,現場(chǎng)控制器的硬件設計與現場(chǎng)監控器硬件設計一樣,都是包含了單片機最小系統的擴展,再加上各自的功能模塊。圖1是現場(chǎng)控制卡的硬件框圖。

　　系統硬件設計主要包括兩部分內容:一是單片機系統的擴展部分設計,主要是系統存儲器的擴展,存儲器擴展指EPROM, RAM的擴展等。二是功能模塊的設計,包括通信功能模塊、電機驅動(dòng)模塊。

　　3.1 單片機系統的擴展

　　3.1.1 系統存儲器的擴展

　　本系統使用的單片機為78E58B單片機。78E58B是一款以8051為核心的單片機,它具有集成度高、指令功能強、運算速度快、I/O接口功能強、可靠性高等優(yōu)點(diǎn),包含32K字節的片內Flash電擦寫(xiě)程序存儲器:4K字節附加ROM; 512字節片內RAM;三個(gè)16位定時(shí)器/計數器;一個(gè)串口。該芯片還包括8個(gè)中斷源,2個(gè)中斷優(yōu)先級的中斷資源。32K字節的程序存儲器對于系統來(lái)說(shuō)己經(jīng)足夠了,所以沒(méi)有擴展外部程序存儲器,所以在硬件框圖中不必添加外部ROM,節省了系統開(kāi)銷(xiāo),還可以省卻部分電路、連線(xiàn),減少了干擾源。然而,78E58B只有512字節的片內RAM遠遠不能滿(mǎn)足系統功能的要求,故采用了8K字節的靜態(tài)RAM 6264作為外部數據存儲器。

　　3.1.2 復位電路設計

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

　　3.2 接口實(shí)現

　　3.2.1 RS232異步串行通信單元

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

　　設計這部分硬件單元,主要是為了系統調試的需要。在調試階段,通過(guò)串行通信端口,向計算機輸出調試的結果,有利于觀(guān)察系統運行的狀態(tài)。另外一個(gè)目的是為了將來(lái)系統擴展的需要,可以方便的通過(guò)串行通信端口,向系統輸入必要的命令和信息。

　　3.2.2 單片機雙機并行互連的實(shí)現方法

　　實(shí)現現場(chǎng)控制卡和網(wǎng)絡(luò )通訊卡的連接實(shí)際上就是實(shí)現兩卡上單片機的互連。本來(lái)單片機帶有串口,利用串口進(jìn)行互連通信非常方便,但是系統中的單片機的串口都要用于對外連接,所以單片機的串口就不能用做系統內單片機之間的通信接口了。但是,單片機的并行端口也能相互連接來(lái)進(jìn)行數據通信,因此就通過(guò)單片機的并行端口來(lái)實(shí)現現場(chǎng)控制卡和網(wǎng)絡(luò )通訊卡直接的互連。在本系統中,可根據不同的使用要求,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。