隨著科技的不斷創(chuàng)新發(fā)展，現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)科技也已經(jīng)深入到家庭當(dāng)中。那么在家庭網(wǎng)絡(luò)中的新應(yīng)用管理措施又有哪些呢?我們應(yīng)該怎樣加強對通信科技的新建設(shè)應(yīng)用呢?本文從不同的角度做了介紹。文章選自：《信息通信》,《信息通信》雜志是經(jīng)國家新聞出版總署批準(zhǔn)，面向全國公開出版發(fā)行的國家科技類重點學(xué)術(shù)期刊，擁有國際國內(nèi)統(tǒng)一刊號。(ISSN 1673-1131，CN 42- 1739/TN)。本刊創(chuàng)刊于1987年，大16開，雙月刊，為全國創(chuàng)辦較早的專業(yè)期刊，曾多次獲得國家科技期刊各類獎項。本刊嚴格遵循“科學(xué)、創(chuàng)新、唯實”的方針，力求體現(xiàn)“專業(yè)性、交叉性、開放性”三大特色。本刊為全國創(chuàng)辦較早的行業(yè)期刊，曾多次獲得國家科技期刊各類獎項，多年來深受通信領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者、經(jīng)營管理及工程技術(shù)人員的肯定與支持。

　　摘要：網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的思想就是應(yīng)用—系列通信網(wǎng)絡(luò)去交換分布系統(tǒng)中不同的物理元件之間的系統(tǒng)信息與控制信號。標(biāo)準(zhǔn)的串行通信適合構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)、如菊花鏈H5—232標(biāo)7k、多點R5485標(biāo)PS、以太網(wǎng)、IEEE802.11無線通信標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)在已開發(fā)應(yīng)用的專用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，有工業(yè)自動化應(yīng)用系統(tǒng)的控制器局域網(wǎng)(cAN)協(xié)議，具有載波多路偵u6/沖突檢測(c5MD/co)的以太網(wǎng)協(xié)議和現(xiàn)場總線協(xié)議等等。

　　關(guān)鍵詞：家庭網(wǎng)絡(luò),網(wǎng)絡(luò)控制,通信科技論文

　　1　系統(tǒng)簡介

　　家庭智能控制系統(tǒng)的開發(fā)主要基于短信息技術(shù)、自動控制技術(shù)、計算機技術(shù)、數(shù)字通信技術(shù)及加密技術(shù)。該系統(tǒng)利用相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)、計算機系統(tǒng)和控制器，以無線網(wǎng)絡(luò)和有線網(wǎng)絡(luò)為基本控制指令和數(shù)據(jù)信息傳送方式來實現(xiàn)手機無線遙控和數(shù)據(jù)傳送，并通過專設(shè)的短信控制中心和服務(wù)中心，來為家庭和小區(qū)管理提供全方位的數(shù)字化服務(wù)。家庭智能控制系統(tǒng)具有手機遠程控制、自動報警、呼叫社區(qū)服務(wù)、物業(yè)管理等功能。還可以根據(jù)用戶群的需要向生活聯(lián)網(wǎng)服務(wù)、智能辦公等方向無限擴展。

　　一般情況下，只要將設(shè)備接入Internet/Intranet網(wǎng)，原則上只要實現(xiàn)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議就可以了。TCP/IP協(xié)議及其應(yīng)用是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程。該協(xié)議的建立要經(jīng)過縝密的設(shè)計過程，全套協(xié)議實現(xiàn)起來比較復(fù)雜。在嵌入式系統(tǒng)中實現(xiàn)該協(xié)議有一定的難度。在實際應(yīng)用中，如果要完全實現(xiàn)該協(xié)議，比較合理的方案是直接利用集成的TCP/lP協(xié)議芯片將系統(tǒng)中央控制單元和TCP/IP協(xié)議處理單元進行分離。

　　另一方面，也可以對原有的TCP/IP進行精簡，而只保留實際應(yīng)用系統(tǒng)所需要的一些協(xié)議，從而使核心芯片既能實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)，又可完成對任務(wù)的監(jiān)控。因為，對原有的TCP/IP協(xié)議進行精簡可大大減輕系統(tǒng)實現(xiàn)的難度，同時也可以提高系統(tǒng)的效率和可靠性。

　

　　2　系統(tǒng)工作原理

　　圖1所示是一個基于E5122網(wǎng)絡(luò)協(xié)議處理器的家庭網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的原理框圖。圖中，以家庭中的三表數(shù)據(jù)作為采集信號，并將其通過采樣保持電路處理以后送入單片機，然后由單片機把數(shù)據(jù)通過串口送入E5122網(wǎng)絡(luò)協(xié)議處理器中進行打包處理，以將數(shù)據(jù)打包成TCP/IP協(xié)議包，最后再把該數(shù)據(jù)包通過RTL8019AS以太網(wǎng)控制器發(fā)送到以太網(wǎng)上。本系統(tǒng)采用CPLD芯片EPM7128S作為譯碼和驅(qū)動電路。由于家庭用戶終端一般對數(shù)據(jù)交換的速率要求不高(在1MB/s以下)，所以可采用一般高速單片機來寫入TCP/IP協(xié)議，這樣既可滿足功能要求，又能降低成本，用戶也容易接受這樣的價格。

　　3　TCP/IP協(xié)議解析芯片E5122

　　E5122是上海精致科技公司研制的飛虹系列網(wǎng)絡(luò)協(xié)議處理器。其外部晶振頻率為22.1184MHz，工作電壓為5V。可為硬件實現(xiàn)TCP/IP協(xié)議提供API接口，并可以I2C協(xié)議或RS-232接口方式與用戶端進行通信，其通信接口支持帶I2C接口的MPU，同時還為不帶I2C接口的MPU提供I2C驅(qū)動程序。 E5122與網(wǎng)絡(luò)的接口為以太網(wǎng)接口，可通過以太網(wǎng)控制芯片RTL8019連接到以太網(wǎng)。其串行速率最大可達115.2kbps，并可實現(xiàn)真正實時傳送。

　　E5122 是完成TCP/IP 協(xié)議的專用芯片，可用以實現(xiàn)以太網(wǎng)和串口之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換，該器件只需外接MCU就可為串口設(shè)備提供完善的網(wǎng)絡(luò)通信解決方案。本系統(tǒng)采用的MPU為89C52單片機，而且只需在單片機程序中簡單調(diào)用API函數(shù)即可。圖2所示是E5122的結(jié)構(gòu)框圖。該設(shè)備可做為服務(wù)器端，即首次連接網(wǎng)絡(luò)時，客戶機端主動請求連接服務(wù)器端作為被動端進行監(jiān)聽，同時接受局域網(wǎng)內(nèi)聯(lián)網(wǎng)遠端客戶的主動查詢訪問，并將設(shè)備信息返回給客戶該設(shè)備同樣也可以作為客戶機主動和局域網(wǎng)內(nèi)或In-ternet 上的主機進行通信。E5122 芯片外部使用32kB RAM來為以太網(wǎng)進行數(shù)據(jù)緩沖。它使用256字節(jié)(最少為256字節(jié))的串行EEPROM(I2C 總線接口)來存儲系統(tǒng)參數(shù)。用戶可通過串口與E5122進行通信，E5122的作用是：完成TCP/IP 協(xié)議和串口通信協(xié)議，同時支持普通串口和用戶設(shè)備的交互，并可通過外接RTL8019AS 控制芯片來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接。

　　4　硬件電路設(shè)計

　　4.1 接口電路

　　在具體使用中，由于單片機本身的限制，設(shè)計時可采用跳線方式將JP引腳接高電平; 而用E5122與RTL8019AS的接口來傳輸網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。

　　當(dāng)系統(tǒng)初次運行時，E5122會對RTL8019AS進行初始化，同時設(shè)置其工作模式以及中斷源等。RTL8019AS接收到數(shù)據(jù)時會觸發(fā)E5122中斷，此時E5122將通過A8～A13和A15來選擇RTL8019AS的寄存器地址和存儲器地址并控制和實現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀取，當(dāng)有數(shù)據(jù)通過E5122發(fā)送給RTL8019AS時，系統(tǒng)將通過地址線設(shè)置RTL8019AS的相應(yīng)寄存器以進行數(shù)據(jù)發(fā)送。其具體的接口電路如圖3所示。

　　4.2 I2C總線數(shù)據(jù)存儲器

　　I2C總線是INTER INTEGRATED CIRCUIT BUS的縮寫，即“內(nèi)部集成電路總線”。I2C總線是由Philips公司首先提出的串行通訊接口規(guī)范，該總線使用串行數(shù)據(jù)線SDA　和串行時鐘線SCL　來進行主從器件之間的數(shù)據(jù)傳輸，接口十分簡單。

　　I2C總線上的數(shù)據(jù)傳輸率可達100kbit/s，快速模式下可達400kbit/s。在I2C總線傳輸中，當(dāng)SCL為高時，SDA由高變低為開始條件;而當(dāng)SCL為高時，SDA由低變?yōu)楦邉t為停止條件。SDA和SCL都是雙向傳輸線，SDA線上的數(shù)據(jù)在時鐘為高期間必須是穩(wěn)定的，只有當(dāng)SCL線上的時鐘信號為低時，數(shù)據(jù)線上的狀態(tài)才可以改變。輸出到SDA線上的每一個字節(jié)必須是8位，每次傳輸?shù)淖止?jié)不受限制，但每個字節(jié)必須有一個應(yīng)答位。

　　4.3 隔離耦合變壓器

　　設(shè)計時應(yīng)采用11隔離變壓器，同時應(yīng)避免雷電引起的感應(yīng)電壓損壞后級電路。此外，還需完成平衡-不平衡的轉(zhuǎn)換隔離、傳輸和匹配。

　　4.4 復(fù)位與看門狗電路

　　通過看門狗電路可在程序跑飛或死機時，對系統(tǒng)進行重新置位或復(fù)位，以使系統(tǒng)恢復(fù)正常運行。其電路如圖4所示。該電路采用MAX813L來完成電源復(fù)位和看門狗功能。

　　5　應(yīng)用中應(yīng)注意的幾個技術(shù)問題

　　在實際應(yīng)用過程中，應(yīng)注意以下幾個問題：

　　(1)傳輸速度

　　在系統(tǒng)中，上位PC機與下位測控設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換速度取決于以太網(wǎng)接口模塊的傳輸速度;而它的傳輸速度則取決于以太網(wǎng)接口芯片的速度、單片機的處理速度以及和設(shè)備交換數(shù)據(jù)的方式。

　　測控系統(tǒng)要傳送的一般是控制命令和測量數(shù)據(jù)，且數(shù)據(jù)量不大模塊與測控設(shè)備之間可采用RS-232、RS-485、CAN等串口方式進行連接，其通信速率僅幾十kb/s或上百kb/s。而以太網(wǎng)接口芯片的速度(10Mb/s)和微處理器的速度遠大于串口通信速度。因此，傳輸速率主要取決于串口的通信速率。

　　當(dāng)對傳送速率要求很高時(如傳送圖像)，以太網(wǎng)接口模塊與測控設(shè)備之間就不能再采用串口進行連接，而必須采用并口連接。這時傳輸速率取決于微處理器的處理速度。建議選用一些高速單片機，如P89C52RX系列或SX系列等。

　　(2)IP地址

　　以太網(wǎng)測控系統(tǒng)中的測控設(shè)備要通過模塊進入以太網(wǎng)，就必須確定自己的IP地址。IP地址的獲得有兩種方式：一是動態(tài)獲得IP地址，二是固定分配IP地址。由于E5122不支持RARP反向地址解析協(xié)議，故無法獲得動態(tài)IP地址，只能用固定IP地址。

　　(3)安全控制

　　在小型封閉式局域網(wǎng)中進行測控時，安全問題一般不大。但在廣域網(wǎng)甚至因特網(wǎng)上進行測控時，安全控制就至關(guān)重要。為此，應(yīng)采用48～128位的用戶密碼來保護測控設(shè)備的安全，以使合法用戶可修改、設(shè)定自己的密碼。這樣網(wǎng)絡(luò)非法用戶即使竊取了IP地址，由于沒有用戶密碼，也無法操作設(shè)備。

　　(4)實時性問題

　　測控系統(tǒng)在很多場合都要強調(diào)它的實時性，但以太網(wǎng)不是一個實時系統(tǒng)。它的載波偵聽沖突檢測(CSMA/CD)通信方式?jīng)Q定了以太網(wǎng)中IP包的傳輸會有延遲，甚至丟包，這是利用以太網(wǎng)組成分布式測控系統(tǒng)的最大缺點。但是，現(xiàn)在以太網(wǎng)的速度越來越快，在百兆甚至千兆網(wǎng)或一些小型封閉式局域網(wǎng)中，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的繁忙程度大為減輕時，IP包幾乎沒有沖突，因而傳輸延遲、丟包現(xiàn)象將大大減小，而不會影響測控系統(tǒng)的正常工作。同時在系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)層之上，如能增加應(yīng)答協(xié)議，則丟包問題就可基本解決。

　　(5)連接方式

　　該模塊有兩個插座：一個是RJ-45插座，可用雙絞線直接連接到以太網(wǎng);另一個是25腳插座，內(nèi)含RS-232或RS-485總線接口。

　　6　結(jié)束語

　　隨著21世紀(jì)的到來人類逐步跨入了信息時代。家電的網(wǎng)絡(luò)化將給已趨飽和的家電消費市場帶來新的需求。對這方面的進一步研究使得人們的生活方式、工作方式以及思維方式都發(fā)生了巨大的變化，同時也刺激了人們對各種數(shù)據(jù)源和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)需求的日益增長。因此本文所介紹的方案無疑具有一定的實用和商用價值。