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隨著(zhù)IT技術(shù)，特別是網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò )給人們的生活帶來(lái)了方便與快捷，這也使得“智能住宅”、“家庭自動(dòng)化”等技術(shù)倍受關(guān)注。盡管目前從事網(wǎng)絡(luò )家電控制方面設計人員較多，但以少數民族語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的相關(guān)設計卻很少。本方案正是基于藏文信息交流平臺，結合目前網(wǎng)絡(luò )的發(fā)展趨勢，立足廣大藏族同胞的實(shí)際而提出的，它是以SPCE061A為主控制器，DM9000為以太網(wǎng)MAC控制器，配合一定的外圍電路而實(shí)現的基于TCP／IP協(xié)議棧的簡(jiǎn)易服務(wù)器。當用戶(hù)通過(guò)瀏覽器訪(fǎng)問(wèn)該服務(wù)器存儲的藏語(yǔ)網(wǎng)頁(yè)時(shí)，服務(wù)器會(huì )解析出用戶(hù)的相應操作指令并將其轉化成電信號，借助控制電路對相應家電進(jìn)行控制。 1 系統硬件設計 該系統設計是一個(gè)簡(jiǎn)單易行的網(wǎng)絡(luò )家電終端設備，利用互聯(lián)網(wǎng)資源使廣大藏族同胞在工作的同時(shí)可輕松自如地控制家電�；谝陨峡紤]，因此，該終端設備能夠與因特網(wǎng)相互通信；TCP服務(wù)器必須提供藏文服務(wù)，方便藏族同胞操作；終端設備操作簡(jiǎn)單明了；采用交流220 V供電；具有指示燈和藏語(yǔ)語(yǔ)音播報等操作指示；考慮到安全性，必須密碼登錄，同時(shí)能夠通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)監控家電狀態(tài)。 圖l為該系統硬件設計組成框圖，主要由SPCE061A主控板、DM9000控制模塊、電源電路、外接電器控制電路、揚聲器組成。其中，DM9000以太網(wǎng)控制模塊通過(guò)16位單片機SPCE061A直接控制，完成相應數據包的收發(fā)和解析，解析完成后，再由SPCE06iA向外接電器控制電路、揚聲器以及指示燈模塊發(fā)出操作指令，進(jìn)而控制家電。 1．1 SPCE061A主控板 高性?xún)r(jià)比、16位單片機SPCE061A可方便靈活實(shí)現語(yǔ)音的錄放系統，該器件擁有8路10位精度的A／D轉換器，其中l路為音頻轉換通道，內置自動(dòng)增益電路，便于實(shí)現語(yǔ)音錄入：2路10位精度的A／D轉換器，只需要外接功放(SPY0030A)即可完成語(yǔ)音播放。另外，該器件還具有易學(xué)易用的效率較高的指令系統和集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。在此環(huán)境中，可實(shí)現C語(yǔ)言與凌陽(yáng)匯編語(yǔ)言的互相調用，并提供語(yǔ)音錄放的庫函數，只要了解庫函數使用，就很容易完成語(yǔ)音錄放。 SPCE061A主要特性如下：16位un’SP微處理器：內核工作電壓VDD為3．3～3．6 V(CPU)，IO端口工作電壓VDH為VDD～5．5 V；CPU時(shí)鐘為0．32～49．152 MHz：內置32 K字Flash；可編程音頻處理；32位通用可編程輸入／輸出端口；14個(gè)中斷源來(lái)自于定時(shí)器A／B，時(shí)基，2個(gè)外部時(shí)鐘源輸入，鍵喚醒；使用凌陽(yáng)音頻編碼SACM S240方式(2．4 kbit／s)，能存儲210 s的語(yǔ)音數據：鎖相環(huán)PLL振蕩器提供系統時(shí)鐘信號。這里需要注意的是：I／O連線(xiàn)不能接反，采用穩壓電源供電，且電壓為5～6 V；流經(jīng)I／O端口的電流不宜過(guò)大，防止I／O端口燒壞。 1．2 以太網(wǎng)模塊 以太網(wǎng)模塊是以太網(wǎng)數據包收發(fā)控制模塊，該模塊與控制器配合，除了可完成以太網(wǎng)數據包收發(fā)外，還具有4 Mbit的串行Flash存儲器SPR4096，為用戶(hù)提供一個(gè)較大容量的存儲空間。在網(wǎng)絡(luò )中可自動(dòng)獲得同設定MAC地址一致的IP包，完成IP包的收發(fā)。該設計方案中以SPCE06lA單片機為主控制器，用以控制DM9000完成以太網(wǎng)數據包收發(fā)以及TCP／IP協(xié)議實(shí)現。DM9000主要特性如下：工作電壓為5 V，與MCU連接模式有ISA 8 bit／ISA 16 bit模式，并支持3．3 V和5 V的I／O控制；支且持EEPROM(93C46)，可供存放系統所需信息。圖2給出該以太網(wǎng)模塊的硬件電路連接。 這里需注意的是：SPCE06lA主控板和以太網(wǎng)模塊必須共地，最好采用同一電源供電，該以太網(wǎng)模塊供電電壓必須為5 V，控制I／O端口電壓為3．3 V；SPCE061A主控板和以太網(wǎng)模塊之間用于數據傳輸的控制線(xiàn)的長(cháng)度應不超過(guò)20 cm；供電電流大于200 mA。 1．3 控制電路 外接電器控制電路是實(shí)現單片機到電器控制的主體，單片機通過(guò)處理網(wǎng)頁(yè)得到用戶(hù)的操作指令，將指令轉化為電信號通過(guò)單片機的I／O接口送給外接電器控制電路，經(jīng)三極管的兩級放大，再通過(guò)繼電器完成外接電器與交流220 V電源的接通和斷開(kāi)以及指示燈的點(diǎn)亮和熄滅等操作。圖3為控制電路原理圖。 在設計該控制電路時(shí)，應注意的是：控制電路的繼電器工作電壓為6 V，但實(shí)際供電電壓應大于6 V，以保證繼電器更好的工作；指令控制端口的電壓應為5 V，如果達不到，應加放大電路放大，以免影響指令執行。 1．4 電源及供電轉換電路 該電源電路設計是將交流220 V通過(guò)變壓器轉換成直流9 V，為外接電器控制電路供電，同時(shí)在通過(guò)三端集成穩壓器7805將直流12 V轉換成5 V，分別給SPCE061A主控板和以太網(wǎng)模塊供電。這樣可使用戶(hù)采用最常用的電源，即可為對該設備供電。其電路如圖4所示。 圖4中，變壓器的選擇要合適，三端集成穩壓器要做好散熱設備，以免燒壞，導致整個(gè)設備無(wú)法正常工作。 2 系統軟件設計 2．1 服務(wù)器程序 根據需求分析，軟件設計需要實(shí)現在藏文基礎上的TCP服務(wù)器，同時(shí)，考慮到人性化，在家電動(dòng)作方面也給出藏文語(yǔ)音提示，其核心是unIP的移植和TCP服務(wù)器的實(shí)現。其中，unIP協(xié)議棧是運行在凌陽(yáng)公司unSP系列單片機上的一個(gè)精簡(jiǎn)TCP／IP協(xié)議棧。協(xié)議棧的初始版本由LwIP移植而來(lái)，它不僅僅只是LwIP說(shuō)明的arch目錄下的改動(dòng), core部分也做了不少的修改以適應unSP的16 bit的特性到協(xié)議棧中，unSP并不具有8 bit的數據類(lèi)型，地址也是以16 bit為單位，因此unIP與LwIP并不兼容，此外還增加DNS Client域名解析客戶(hù)端以及分應用實(shí)例，例如WEB SERVER等。保持協(xié)議棧的完整性。該設計方案需利用unIP協(xié)議棧中提供的運輸層TCP協(xié)議，建立應用層HTTP協(xié)議，以便完成Web服務(wù)器，使得網(wǎng)頁(yè)和服務(wù)器的數據能夠相互通信。 單片機端TCP服務(wù)器的實(shí)現：HTTP協(xié)議是一個(gè)常見(jiàn)應用層協(xié)議，它是基于TCP協(xié)議的。在本方案中通過(guò)unIP提供的TCP／IP協(xié)議的一些接口函數API實(shí)現該應用層協(xié)議。實(shí)現整個(gè)服務(wù)器的具體思路為： 1)初始化unIP協(xié)議棧，然后使用DM9000創(chuàng )建一個(gè)網(wǎng)絡(luò )接口，添加至unIP協(xié)議棧內，并將其設置為unlP協(xié)議棧的默認網(wǎng)絡(luò )接口。 2)申請創(chuàng )建一個(gè)TCP協(xié)議控制塊，并將其配置為監聽(tīng)80端口(Web 服務(wù)的默認端口)，同時(shí)設置好TCP協(xié)議接收連接的回調函數(指用戶(hù)將自行定義的函數的函數指針通過(guò)某種方式告訴協(xié)議棧，使得協(xié)議棧在適當時(shí)候，通過(guò)該函數指針調用該函數，從而執行用戶(hù)操作)。 3)建立循環(huán)，在循環(huán)中不斷檢測DM9000是否有新的數據輸入，并將接收到的數據包送至協(xié)議棧處理。當TCP的3次握手完成后，協(xié)議棧自動(dòng)調用用戶(hù)設置好的接收連接回調函數，交由應用層處理連接建立后的事宜。 由上述思路，構思出基于TCP協(xié)議的服務(wù)器的流程，如圖5所示。 2．2 藏文網(wǎng)頁(yè)部分設計 藏文網(wǎng)頁(yè)的實(shí)現有兩種方案：使用圖片形式和標準藏文國際編碼(UTF-8)。前者是所有的操作系統都可打開(kāi)所做的藏文網(wǎng)頁(yè)。但處理過(guò)程相對繁瑣；后者采用國際藏文編碼，網(wǎng)頁(yè)制作簡(jiǎn)單，但所做的網(wǎng)頁(yè)必須在裝有藏文字庫的系統上顯示。本方案的網(wǎng)頁(yè)需通過(guò)網(wǎng)頁(yè)轉換工具將相應的網(wǎng)頁(yè)數據存儲到單片機中。由于網(wǎng)頁(yè)轉換工具無(wú)法保存圖片信息，故只能選擇后者。 監控界面在本方案中以3個(gè)電器(空調、燈、音樂(lè ))為例設計的，電器的操作設計通過(guò)按鈕控制，電器狀態(tài)的監控通過(guò)游走的表顯示，當未對電器操作時(shí)電器的狀態(tài)默認為“C”(關(guān)閉)，當電器被打開(kāi)后狀態(tài)欄的狀態(tài)是“0”(打開(kāi))，其網(wǎng)頁(yè)如圖6所示。 制作好的藏語(yǔ)網(wǎng)頁(yè)文件經(jīng)過(guò)“NetpagetoC”網(wǎng)頁(yè)轉換工具將網(wǎng)頁(yè)數據轉換成C文件添加到相應的工程位置中，從而完成網(wǎng)頁(yè)數據在SPCE0-6lA與以太網(wǎng)模塊所構成的服務(wù)器中的存儲。 3 系統測試 將以DM9000以太網(wǎng)模組和單片機組成的TCP服務(wù)器終端直接接到交換機上，即可通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)訪(fǎng)問(wèn)該終端設備。把TCP服務(wù)器接好后，通過(guò)能夠連接Internet的PC機即可直接登陸到該TCP服務(wù)器，并且可設置相應的家用電器的狀態(tài)。本方案采用控制接線(xiàn)板供電線(xiàn)路的開(kāi)關(guān)進(jìn)行模擬。登陸TCP服務(wù)器后，點(diǎn)擊家用電器的開(kāi)或關(guān)，在網(wǎng)絡(luò )通暢時(shí)，家用電器能夠在小于l s的時(shí)間內響應PC機的控制指令。該系統設計的主控板消耗電流20 mA；太網(wǎng)模組消耗電流為212 mA；接線(xiàn)板控制驅動(dòng)電路消耗電流40 mA。 4 結論 經(jīng)測試各項功能指標均達到系統設計要求。本方案結合西藏地區人民日益增長(cháng)的物質(zhì)文化生活的需要，立足于解決和提升藏族同胞實(shí)際的生活質(zhì)量，在需求方面盡量考慮藏民們需要的同時(shí)，具有操作簡(jiǎn)便，界面友好等特點(diǎn)。進(jìn)一步開(kāi)發(fā)該系統設計，其將具有一定的市場(chǎng)前景。 |
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