采用SX52單片機(jī)模擬家庭網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)

主CPU的信號引腳都已經(jīng)連接到用戶試驗(yàn)區(qū)的周圍，有5組共40條信號線。開發(fā)使用人員可以在試驗(yàn)區(qū)利用這些信號進(jìn)行相應(yīng)的外圍電路擴(kuò)展試驗(yàn)。

4 擬系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

4.1 硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

本文選擇SX52作為模擬實(shí)現(xiàn)信息家電和家庭網(wǎng)關(guān)交互的平臺(tái)是非常合適的，因?yàn)槲覀兝闷溆脩粼囼?yàn)區(qū)模塊擴(kuò)展外圍模塊電路(如電冰箱遙控模塊)模擬信息家電，以主模塊模擬家庭網(wǎng)關(guān)，以實(shí)現(xiàn)通過遠(yuǎn)程終端(Web瀏覽器或者專用控制客戶端)對信息家電的控制，本文只討論利用專用控制客戶端，通過串口通訊方式實(shí)現(xiàn)對家電的遠(yuǎn)程控制。

在板上添加了紅外遙控發(fā)射電路(主芯片CS5104)模擬電冰箱，能夠?qū)崿F(xiàn)對電冰箱的遙控功能，同時(shí)為了了解開發(fā)系統(tǒng)遙控效果，還添加了遙控接收電路(主芯片CS8206)，可以響應(yīng)發(fā)射電路的遙控信號。還添加了遙控接收端狀態(tài)LED(9只)用于顯示電冰箱狀態(tài)。硬件構(gòu)成框圖如圖2所示，本文只給出包含電冰箱模塊的框圖，添加其它模塊類似?！?p style="text-align: center">

圖2 系統(tǒng)硬件構(gòu)成框圖

4.2 軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

通過專用控制客戶端控制信息家電，首先要定義控制協(xié)議，讓從客戶端發(fā)送過去的信息被家庭網(wǎng)關(guān)解包提取有效信息后能進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換，把控制信息轉(zhuǎn)化為控制命令發(fā)送給信息家電，以執(zhí)行正確的操作，系統(tǒng)工作流程如下：

(1)開發(fā)系統(tǒng)板上電后初始化主芯片及各外圍芯片。

(2)打開客戶端程序如圖3所示。

(3)根據(jù)需要配置控制電冰箱的各選項(xiàng)，點(diǎn)擊“確定”后即啟動(dòng)開發(fā)板上的電冰箱模塊，然后客戶端程序發(fā)出的服務(wù)請求(包含連接家庭網(wǎng)關(guān)的認(rèn)證請求)，經(jīng)過開發(fā)板上的RTL8019AS,再經(jīng)SX52解釋驗(yàn)證，如果驗(yàn)證成功，在SX52控制下把已經(jīng)轉(zhuǎn)換的請求信息發(fā)送給電冰箱遙控發(fā)射芯片，該芯片發(fā)送遙控信號遙控接收電路，通過相應(yīng)的LED顯示，從而響應(yīng)遠(yuǎn)程控制請求。最后通過觀看控制界面上的顯示狀態(tài)與開發(fā)板上相應(yīng)LED顯示是否相符(界面上表示溫度的滑竿只設(shè)計(jì)了三個(gè)固定溫度，在開發(fā)板上用三個(gè)LED分別顯示)，從而檢驗(yàn)?zāi)M系統(tǒng)運(yùn)行成功與否.

圖3 專用控制客戶端界面

由于考慮到單片機(jī)的處理能力，定義單個(gè)字符傳遞控制信息不僅可以節(jié)省資源，而且可以縮短響應(yīng)時(shí)間，滿足更高的實(shí)時(shí)性要求。以對電冰箱模塊的模擬為例，由客戶端程序發(fā)送給網(wǎng)關(guān)的信息，由網(wǎng)關(guān)提取后轉(zhuǎn)發(fā)給電冰箱模塊，其中的控制協(xié)議具體實(shí)現(xiàn)如下：用e代表關(guān)閉，t代表設(shè)置溫度(考慮到單片機(jī)的處理能力有限，只利用 “高中低”代表溫度設(shè)定值)，s代表啟動(dòng)/凍速(快速、標(biāo)準(zhǔn)、慢速，啟動(dòng)后默認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn))，m代表工作模式(省電模式和正常模式)。選擇好各選項(xiàng)按 “確定”后，就將控制信息以數(shù)據(jù)報(bào)的形式發(fā)送給家庭網(wǎng)關(guān)(SX52)，家庭網(wǎng)關(guān)再進(jìn)行解拆包，把來自客戶端的有效控制信息提取出來，再轉(zhuǎn)換成為模擬信息家電的電冰箱模塊所能識(shí)別的形式，最后通過I2C總線發(fā)給電冰箱模塊。后面相應(yīng)的燈就按已經(jīng)定義好的規(guī)律變亮或是變暗，表示溫度的滑竿的狀態(tài)也相應(yīng)變化。

根據(jù)上面制定的協(xié)議，制作客戶端和在相應(yīng)的文件中進(jìn)行代碼添加和修改，再按以下的步驟完成最后的工作：

(1)制作客戶端實(shí)現(xiàn)以上協(xié)議，并顯示電冰箱的控制狀態(tài)信息，頁面外觀如圖3所示。

(2)修改i2c_uartdemo.src源文件，將其中的串口連接方式改為以太網(wǎng)連接方式，并添加電冰箱初始化代碼、中斷代碼和協(xié)議轉(zhuǎn)化模塊。

(3)利用匯編/編程器軟件SXKey52.exe將文件i2c_uartdemo.src下載到開發(fā)系統(tǒng)板，然后利用PC上運(yùn)行的客戶端程序(如圖3所示)對開發(fā)板上的電冰箱硬件電路進(jìn)行控制。

5 結(jié)束語

本文從研究家庭網(wǎng)關(guān)和信息家電出發(fā)，選擇高性能的8位SX52單片機(jī)集成系統(tǒng)并進(jìn)行軟硬件裁剪，成功地利用外圍硬件電路和虛擬外圍及網(wǎng)絡(luò)協(xié)議軟件虛擬模塊，搭建了模擬家庭網(wǎng)關(guān)和信息家電的嵌入式實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，為進(jìn)一步研究家庭網(wǎng)關(guān)和信息家電內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及二者之間的功能分配打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1] 秦勃,章軍,基于嵌入式系統(tǒng)的安全網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì),微計(jì)算機(jī)信息,2005年第21卷第8-2 期