基于web的智能家居系統(tǒng)的設計（軟件部分）

PAGE第一章智能家居簡介智能家居，或稱智能住宅，在英文中常用SmartHome。與智能家居的含義近似的還有家庭自動化（HomeAutomation）、電子家庭（ElectronicHome、E-home）、數(shù)字家園（Digitalfamily）、家庭網(wǎng)絡（Homenet/NetworksforHome）、網(wǎng)絡家居（NetworkHome）,智能家庭/建筑（Inte1ligenthome/building）、在香港、臺灣等地區(qū)還有數(shù)碼家庭、數(shù)碼家居等稱法。

智能家居是以住宅為平臺，兼?zhèn)浣ㄖ?、網(wǎng)絡通信、信息家電、設備自動化，集系統(tǒng)、結構、服務、管理為一體的高效、舒適、安全、便利、環(huán)保的居住環(huán)境。

智能家居可以定義為一個過程或者一個系統(tǒng)。利用先進的計算機技術、網(wǎng)絡通訊技術、綜合布線技術、將與家居生活有關的各種子系統(tǒng)，有機地結合在一起，通過統(tǒng)籌管理，讓家居生活更加舒適、安全、有效。與普通家居相比，智能家居不僅具有傳統(tǒng)的居住功能，提供舒適安全、高品位且宜人的家庭生活空間；還由原來的被動靜止結構轉變?yōu)榫哂心軇又腔鄣墓ぞ?，提供全方位的信息交換功能，幫助家庭與外部保持信息交流暢通，優(yōu)化人們的生活方式，幫助人們有效安排時間，增強家居生活的安全性，甚至為各種能源費用節(jié)約資金。要完整地理解智能家居，有必要先對幾個智能家居發(fā)展過程中有著重大影響的系統(tǒng)進行介紹。1.1家庭自動化（HomeAutomation）

家庭自動化系指利用微處理電子技術，來集成或控制家中的電子電器產(chǎn)品或系統(tǒng)，例如：照明燈、咖啡爐、電腦設備、保安系統(tǒng)、暖氣及冷氣系統(tǒng)、視訊及音響系統(tǒng)等。家庭自動化系統(tǒng)主要是以一個中央微處理機（CentralProcessorUnit，CPU）接收來自相關電子電器產(chǎn)品（外界環(huán)境因素的變化，如太陽初升或西落等所造成的光線變化等）的訊息后，再以既定的程序發(fā)送適當?shù)男畔⒔o其它電子電器產(chǎn)品。中央微處理機必須透過許多界面來控制家中的電器產(chǎn)品，這些界面可以是鍵盤，也可以是觸摸式熒幕、按鈕、電腦、機、遙控器等；消費者可發(fā)送信號至中央微處理機，或接收來自中央微處理機的訊號。

家庭自動化是智能家居的一個重要系統(tǒng)，在智能家居剛出現(xiàn)時，家庭自動化甚至就等同于智能家居，今天它仍是智能家居的核心之一，但隨著網(wǎng)絡技術有智能家居的普遍應用，網(wǎng)絡家電/信息家電的成熟，家庭自動化的許多產(chǎn)品功能將融入到這些新產(chǎn)品中去，從而使單純的家庭自動化產(chǎn)品在系統(tǒng)設計中越來越少，其核心地位也將被子家庭網(wǎng)絡/家庭信息系統(tǒng)所代替。它將作為家庭網(wǎng)絡中的控制網(wǎng)絡部份在智能家居中發(fā)揮作用。目前最有名的家庭自動化系統(tǒng)為美國的X-10。1.2家庭網(wǎng)絡(Homenetworking)首先大家要把家庭網(wǎng)絡和純粹的“家庭局域網(wǎng)”分開來，我們還會提到“家庭局域網(wǎng)/家庭內(nèi)部網(wǎng)絡”這一名稱，它是指連接家庭里的PC、各種外設及與因特網(wǎng)互聯(lián)的網(wǎng)絡系統(tǒng)，它只是家庭網(wǎng)絡的一個組成部份。家庭網(wǎng)絡是在家庭范圍內(nèi)(可擴展至鄰居，小區(qū))將PC、家電、安全系統(tǒng)、照明系統(tǒng)和廣域網(wǎng)相連接的一種新技術。當前在家庭網(wǎng)絡所采用的連接技術可以分為“有線”和“無線”兩大類。有線方案主要包括：雙絞線或同軸電纜連接、線連接、電力線連接等；無線方案主要包括：紅外線連接、無線電連接、基于RF技術的連接和基于PC的無線連接等。

家庭網(wǎng)絡相比起傳統(tǒng)的辦公網(wǎng)絡來說，加入了很多家庭應用產(chǎn)品和系統(tǒng)，如家電設備、照明系統(tǒng)，因此相應技術標準也錯綜復雜，這里面也牽涉太多知名的網(wǎng)絡廠家和家電廠家的利益，我們在智能家居技術一章中將對各種技術標準作詳細介紹。家庭網(wǎng)絡的發(fā)展趨勢是將智能家居中其它系統(tǒng)融合進去，最終一統(tǒng)天下。1.3網(wǎng)絡家電

網(wǎng)絡家電是將普通家用電器利用數(shù)字技術、網(wǎng)絡技術及智能控制技術設計改進的新型家電產(chǎn)品。網(wǎng)絡家電可以實現(xiàn)互聯(lián)組成一個家庭內(nèi)部網(wǎng)絡，同時這個家庭網(wǎng)絡又可以與外部互聯(lián)網(wǎng)相連接。

可見，網(wǎng)絡家電技術包括兩個層面：首先就是家電之間的互連問題，也就是使不同家電之間能夠互相識別，協(xié)同工作。第二個層面是解決家電網(wǎng)絡與外部網(wǎng)絡的通信，使家庭中的家電網(wǎng)絡真正成為外部網(wǎng)絡的延伸。要實現(xiàn)家電間互聯(lián)和信息交換，就需要解決：描述家電的工作特性的產(chǎn)品模型，使得數(shù)據(jù)的交換具有特定含義；

信息傳輸?shù)木W(wǎng)絡媒介。在解決網(wǎng)絡媒介這一難點中，可選擇的方案有：電力線、無線射頻、雙絞線、同軸電纜、紅外線、光纖。

目前認為比較可行的網(wǎng)絡家電包括網(wǎng)絡冰箱、網(wǎng)絡空調、網(wǎng)絡洗衣機、網(wǎng)絡熱水器、網(wǎng)絡微波爐、網(wǎng)絡炊具等。網(wǎng)絡家電未來的方向也是充分融合到家庭網(wǎng)絡中去。1.4信息家電(3C或者說IA)

信息家電應該是一種價格低廉、操作簡便、實用性強、帶有PC主要功能的家電產(chǎn)品。利用電腦、電信和電子技術與傳統(tǒng)家電（包括白色家電：電冰箱、洗衣機、微波爐等和黑色家電：電視機、錄像機、音響、VCD、DVD等）相結合的創(chuàng)新產(chǎn)品，是為數(shù)字化與網(wǎng)絡技術更廣泛地深人家庭生活而設計的新型家用電器，信息家電包括PC、機頂盒、HPC、DVD、超級VCD、無線數(shù)據(jù)通信設備、視頻游戲設備、WEBTV、INTERNE等等，所有能夠通過網(wǎng)絡系統(tǒng)交互信息的家電產(chǎn)品，都可以稱之為信息家電。目前，音頻、視頻和通信設備是信息家電的主要組成部分。另一方面,在目前的傳統(tǒng)家電的基礎上，將信息技術融人傳統(tǒng)的家電當中，使其功能更加強大，使用更加簡單、方便和實用，為家庭生活創(chuàng)造更高品質的生活環(huán)境，比如模擬電視發(fā)展成數(shù)字電視，VCD變成DVD，電冰箱、洗衣機、微波爐等也將會變成數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化的信息家電。從廣義的分類來看，信息家電產(chǎn)品實際上包含了網(wǎng)絡家電產(chǎn)品，但如果從狹義的定義來界定，我們可以這樣做一簡單分類：信息家電更多的指帶有嵌入式處理器的小型家用(個人用)信息設備，它的基本特征是與網(wǎng)絡(主要指互聯(lián)網(wǎng))相連而有一些具體功能，可以是成套產(chǎn)品，也可以是一個輔助配件。而網(wǎng)絡家電則指一個具有網(wǎng)絡操作功能的家電類產(chǎn)品，這種家電可以理解是我們原來普通家電產(chǎn)品的升級。信息家電由嵌入式處理器、相關支撐硬件（如顯示卡、存儲介質、IC卡或信用卡等讀取設備）、嵌入式操作系統(tǒng)以及應用層的軟件包組成。

信息家電把PC的某些功能分解出來，設計成應用性更強、更家電化的產(chǎn)品，使普通居民步人信息時代的步伐更為快速，是具備高性能、低價格、易操作特點的lnternet工具。信息家電的出現(xiàn)將推動家庭網(wǎng)絡市場的興起，同時家庭網(wǎng)絡市場的發(fā)展又反過來推動信息家電的普及和深人應用。

我們可以看出，實際上家庭自動化產(chǎn)品、家庭網(wǎng)絡產(chǎn)品、網(wǎng)絡家電產(chǎn)品、信息家電產(chǎn)品都只是智能家居系統(tǒng)產(chǎn)品里的一種，它們有各自不同的產(chǎn)品特征，不能簡單地將它們劃等號。當然也有許多概念交叉的產(chǎn)品，如機頂盒你可以理解為是一個家庭網(wǎng)絡產(chǎn)品、但同時又是一個信息家電產(chǎn)品。第二章設計概述基于Motorola多元化的DigitalDNATM技術，我們開發(fā)出應用于家庭的一系列智能化網(wǎng)絡控制系統(tǒng)。

網(wǎng)絡化的智能家居系統(tǒng)由智能家庭總線以及總線上掛接的多種功能模塊(節(jié)點)構成。在一個對等型的網(wǎng)絡上眾多節(jié)點可以交換數(shù)據(jù)和相互控制，通過專門開發(fā)的ECHomePro軟件，可以設定各節(jié)點之間的邏輯關聯(lián)和工作模式。圖1網(wǎng)絡化智能家居系統(tǒng)的節(jié)點構成在解決智能住宅中的設備互聯(lián)問題時，采用了分布式網(wǎng)絡控制系統(tǒng)這一方

案，它非常適合眾多的嵌入式智能設備發(fā)揮網(wǎng)絡化的特點，更容易擴充和維護。由于采用了對等網(wǎng)、單一總線方式，使得系統(tǒng)的布線簡潔、安裝方便。所有

的終端設備可隨時接入總線或脫離總線；

作為一套成本敏感的消費電子產(chǎn)品，應以提供實用化功能為原則，將其控制

在合理的價格范圍。每個網(wǎng)絡節(jié)點根據(jù)不同的功能需求，選擇MC68HC08系列

的某一款微控制器。例如，在“以太網(wǎng)網(wǎng)關終端”和“智能燈光控制器”中，采

用了MC68HC908SR12；而在“紅外家電控制器”、“智能控制器”等資源

要求相對較多的節(jié)點，采用MC68HC908GP32作為核心。本論文將選擇最具有代表性的兩個節(jié)點的設計情況進行深入介紹：以太網(wǎng)網(wǎng)關終端（ESWeb）該網(wǎng)關終端一端連接在小區(qū)的以太網(wǎng)上，另一端連接在家庭內(nèi)的控制總線上。它可以提供三表傳送、安防報警、緊急求助、網(wǎng)絡遠程控制等功能。該終端采用MC68HC908SR12設計，實現(xiàn)了TCP/IP協(xié)議棧及WebServer。智能燈光控制器（ESLight）

它是智能網(wǎng)絡上一個典型的節(jié)點。具有輕觸式調光控制、網(wǎng)絡場景控制、紅外遙控、預設存儲等豐富功能。通過面板上的輕觸按鈕，可以控制燈光的開關和亮度，或者使多盞燈光進入某種預設的場景；也可以通過手持遙控器來控制住宅內(nèi)所的燈光。通過遙控器上的場景設置按鍵，可以方便地設定燈光場景和迅速切換。在網(wǎng)絡智能家居系統(tǒng)中，具有代表性的兩個節(jié)點是“以太網(wǎng)網(wǎng)關終端”和“智能燈光控制器”。如下圖所示，通過智能燈光控制器，可以對各盞燈光進行直接控制；通過以太網(wǎng)網(wǎng)絡終端，可以實現(xiàn)對燈光亮度的遠程控制和查詢。圖2簡單的控制網(wǎng)絡框圖下面將分別介紹它們的設計方案。2.1以太網(wǎng)網(wǎng)關終端2.1.1背景信息隨著互聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展，寬帶網(wǎng)絡在全國范圍內(nèi)迅速發(fā)展。許多新建住宅小

區(qū)都將以太網(wǎng)鋪設到了用戶家庭，使得整個小區(qū)的居民通過以太網(wǎng)實現(xiàn)寬帶上網(wǎng)

成為可能。同時，隨著社區(qū)服務的完善，智能小區(qū)需要通過一個安裝在每個家庭的終端設備實現(xiàn)信息發(fā)布、物業(yè)管理、三表傳送、緊急求助等功能。以往，這樣的信息終端和社區(qū)服務中心通過鋪設專線，如485總線來進行連接，工程量大，故障率高，且由于只能采取主機輪循方式而效率較低。如果能夠利用已經(jīng)鋪設到用戶家庭的、現(xiàn)成的、穩(wěn)定的以太網(wǎng)絡組建社區(qū)綜合服務體系是一項非常有意義的事情。而目前基于以太網(wǎng)的信息終端通常采用32-bit的微處理器和WindowsCE等通用操作系統(tǒng)，這種結構開發(fā)周期短、功能強、信息交換速率高、但致命的缺點是成本太高，這也是一直在國內(nèi)無法推廣的主要問題。因此，向智能小區(qū)的每個住宅提供一個基于8位MCU連接Ethernet的低成本信息終端，不僅具有實用價值，而且市場前景也相當廣闊。2.1.2設計目標在本方案中，設計了一臺家庭信息終端，安裝在智能小區(qū)的每個家庭中，提供三表傳送、安防報警、緊急求助、網(wǎng)絡遠程控制等功能。它是相對獨立的智能測控設備，可以直接與小區(qū)的以太網(wǎng)相連接。作為一個成本敏感的消費電子產(chǎn)品，應以提供實用化功能為原則，將其控制在一個適當合理的價格范圍。在此應用中，信息終端對數(shù)據(jù)交換的速率要求并不高（如1Mb/s以下），所以可采用價格低廉的高速MCU，寫入TCP/IP協(xié)議.經(jīng)過分析，我選擇了MC68HC908SR12作為設計核心，并利用10M以太網(wǎng)芯片RTL8019AS建立Ethernet網(wǎng)絡連接。在軟件設計方面的重點是實現(xiàn)TCP/IP協(xié)議棧，由于RAM和FLASH空間的限制，必需設計出相當精煉的網(wǎng)絡連接協(xié)議棧，同時又需要保證其可靠性?；贗P的設計使它能通過一個開放的網(wǎng)絡平臺相互通訊。68HC908是具備FLASH在線編程能力的MCU，為了滿足調試、升級的需要，我們設計了利用以太網(wǎng)進行在線程序升級的代碼，使得信息終端可以通過下載新的應用程序來獲得更豐富的功能。

由于信息終端是一臺嵌入式WWW服務器，使得用戶在世界任何地方隨時可

以上網(wǎng)通過WWW瀏覽器了解家中情況并簡單控制家中電器，進行設防/撤防；

真正讓用戶每天都能感受到家庭智能化的強大魅力。2.1.3功能特性1.MCU采用Motorola的MC68HC908SR12（7.4MHzBusFrequency，512byteRAM，12KBFLASH）；

2.10MEthernet采用RTL8019AS以太網(wǎng)芯片；

3.軟件上實現(xiàn)協(xié)議：ARP,ICMP,TFTP,UDP,TCP,IP,TELNET,HTTP,CGI等；

4.網(wǎng)絡類型：Ethernet通訊介質：UTP（非屏蔽雙絞線）；

5.網(wǎng)絡帶寬：10Mbit，由于處理器限制，實際只能達到50Kbit/s左右的傳輸速率；

6.輸入：4路光電隔離，可以配接傳感器，緊急求助按鈕等；

7.輸出：4路光電隔離輸出，可配接功率驅動模塊；

8.鍵盤：16鍵，功能：智能終端配置、設防/撤防等；實際上，在68HC908系列MCU上實現(xiàn)了TCP/IP協(xié)議棧之后，其應用領域

是相當廣泛的：1.網(wǎng)絡化控制：電機、燈光、工業(yè)自動化、家庭自動化……2.網(wǎng)絡儀表：遠程分布式數(shù)據(jù)采集……3.網(wǎng)絡家電：智能家電、WWW方式監(jiān)控界面、在線更新……4.網(wǎng)絡攝像機：在遠程瀏覽器上可以進行視頻監(jiān)控；5.家庭網(wǎng)關：非INTERNET協(xié)議的輕量級設備聯(lián)網(wǎng)的轉換器；2.2智能燈光控制器2.2.1背景信息隨著人們生活質量的提高，燈具已不單純是實現(xiàn)室內(nèi)基本照明的工具，而且是建筑裝飾的一種實用藝術品。當家里有各式各樣的燈具之后，將它們精心地搭配在一起，并且達到最適合氣氛的效果是高品質生活的需要。同時目前燈光的控制主要還是手動形式，逐個地去控制所有的燈具，這樣不僅麻煩而且效率低下，也不符合現(xiàn)代舒適生活的標準。因此，一個可以對燈光進行方便的控制，同時提供場景組合等功能的智能化

燈光系統(tǒng)不僅具有實用價值，而且市場前景也相當廣闊。2.2.2設計目標設計一個智能化燈光控制器，安裝在家中的各個房間，提供輕觸式燈光控制、紅外遙控、場景組合、預設存儲等豐富功能。通過面板上的輕觸按鈕，可以控制燈光的開關和亮度，或者使多盞燈光進入某種預設的場景；也可以通過手持遙控器來控制住宅內(nèi)所有的燈光。通過遙控器上的場景設置按鍵，可以方便地設定燈光場景和迅速切換。系統(tǒng)分為接收外來控制信號和執(zhí)行控制操作兩部分。為了接收控制信號，系統(tǒng)需具備紅外接收功能，按鍵輸入面板。為了對燈具執(zhí)行控制，需要設計220V調光控制電路。利用MC68HC908SR12的FLASH在線刷新(ISP)能力，我們設計了一套可重用的內(nèi)核（包含BIOS與OS），通過與內(nèi)核的交互可以方便地在線下載應用層的程序。

應用層的程序包括以下功能：開關面板按鍵輸入判斷、紅外遙控器接收、預設場景存儲、調光可控硅控制。由于MC68HC908SR12具有豐富的外圍接口資源，并有著很高的可靠性和運算速度，非常適合于該款產(chǎn)品的設計。2.2.3功能特性1.MCU采用Motorola的MC68HC908SR12；

2.RS485總線型網(wǎng)絡，通訊波特率19200；

3.輸入：輕觸按鍵，紅外遙控器。

4.輸出：開關輸出，調光輸出；

5.采用簡單的實時多任務內(nèi)核；

6.網(wǎng)絡化的開關按鈕控制，可以通過Windows版本軟件任意設定；

7.多種場景的設置，存儲，及執(zhí)行。第三章硬件描述

整個系統(tǒng)的核心由MC68HC908SR12構成。它的內(nèi)部框圖如圖3所示：圖3MC68HC908SR12內(nèi)部框圖對于以太網(wǎng)網(wǎng)關終端（ESWeb）和智能燈光控制器（ESLight）的設計，選擇MC68HC908SR12作為核心處理器是基于以下理由：1.較低的成本：由于是家用設備，對成本非常敏感；而SR12的價格，單芯片的解決方案，使得整體成本可以降低；

2.適用的功能：通過ESWeb實現(xiàn)基于Web瀏覽器的網(wǎng)絡遠程控制界面相對簡單，用高端處理器或者PC來實現(xiàn)顯得不夠經(jīng)濟；我們編寫的TCP/IP協(xié)議棧約占用7KBFLASH和380BytesRAM，SR12完全可以滿足這一需求并有富余。此外，高達8MHz的總線頻率使得它和其他MCU相比具有較強的處理能力，經(jīng)過實測，在以太網(wǎng)上傳輸HTML頁面并沒有感到特別的延遲；對于ESLight來說，需要10KB～12KB的空間來存儲代碼和配置信息，SR12恰好能滿足這一需求。

3.在線升級能力：對于ESWeb，由于每個家庭的設備情況不一樣，要能根據(jù)實際情況形成不同的網(wǎng)頁控制頁面；而MC68HC908系列的芯片均支持FLASH的在線編程能力，我們設計了一套運行在Windows環(huán)境的配置軟件，可以根據(jù)每個家庭的情況定制不同的HTML頁面下載到SR12芯片上；對于ESLight，可以在線下載關聯(lián)定義、場景配置、遙控器接收定義等信息，這些信息可以在掉電后存儲。

4.足夠的器件資源：SR12具有多達31個GPIO，可以很方便地和以太網(wǎng)控制器RTL8019AS相連接；剩余接口可以用來擴展傳感器、鍵盤、功率輸出等接口；內(nèi)置的溫度傳感器和10-bitAD轉換器可以用來采集溫度和模擬量數(shù)據(jù)；通過時鐘單元的輸入捕獲功能，還可以實現(xiàn)對水、電、氣三表的脈沖輸出采集。在ESLight的設計中，由于需要對可控硅進行控制，一方面，需要精確地獲取220V交流電中的過零信息，另一方面，也需要通過定時器控制可控硅的開關時間，SR12的兩個IRQ以及兩個定時器能很好地滿足兩路調光控制器的設計要求。

5.安全可靠：系統(tǒng)要有非常高的可靠性，不易出現(xiàn)誤動作，例如，在燈光系統(tǒng)中，由于和220V交流電距離很近，不能受到交流電的影響。由于MC68HC908系列的芯片在穩(wěn)定性和抗干擾能力方面表現(xiàn)不俗，所以能極好地滿足這一要求。接下來，將分別描述兩個節(jié)點的硬件設計細節(jié)。3.1以太網(wǎng)網(wǎng)關終端3.1圖4信息終端模塊硬件系統(tǒng)框圖硬件由以下幾部分組成：

1.單片機及其外圍器件，主要是：MC68HC908SR12、PLL（32.768KHz晶體等）、LED指示燈；

2.以太網(wǎng)控制器部分，主要是RTL8019AS、耦合變壓器、RJ45插座、20MHz晶體；

3.外置存儲器，由一片接口的EEPROM構成。通過SR12內(nèi)置的接口連接；4.家庭控制網(wǎng)絡連接部分，由MAXIM公司的MAX487、RJ11插座構成。

5.外部接口，16鍵按鍵鍵盤、4路模擬量輸入、4路數(shù)字量輸入、2路脈沖量輸入；

6.電源部分，由一片7805提供5V的直流電壓。3.1圖5RTL8019AS部分電路圖6RS485電平轉換部分的電路圖3.2智能燈光控制器3.3.1硬件框圖圖7智能燈光控制器的原理框圖硬件由以下幾部分組成：

1.單片機及其外圍器件，主要是：MC68HC908SR12、PLL（32.768KHz晶體等）、LED指示燈、蜂鳴器；

2.按鍵輸入接口，在面板上，提供6鍵的按鈕，作為調光控制或場景控制；

3.紅外遙控接口，在面板上有一個紅外遙控器接收窗口，可以實現(xiàn)紅外遙

控信號的接收；

4.調光驅動部分，使用兩片可控硅（SCR，Silicon-ControlledRectifier，又稱硅控整流器）進行調光控制。通過一片光藕（MOC3021），從220V交流電上取出過零點信號作為同步，過零信號表現(xiàn)為一個低電平脈沖，連接到SR12的IRQ1、2上作為中斷輸入；

5.家庭控制網(wǎng)絡連接部分，由MAXIM公司的MAX487、RJ11插座構成。

6.電源部分，由控制總線可提供12V直流電壓，由一片7805提供5V的直流電壓。第四章軟件描述

我們用匯編語言實現(xiàn)了一段啟動代碼（BootCode），而全部的應用程序則采

用C語言編程，編譯環(huán)境為HiwareC。以太網(wǎng)網(wǎng)關終端的軟件框圖如下：圖8以太網(wǎng)網(wǎng)關終端的軟件框圖智能燈光控制器的軟件框圖如下：圖9智能燈光控制器軟件框圖4.1啟動代碼（BootCode）Motorola的MC68HC908SR12是片內(nèi)集成FLASH的8位單片機，F(xiàn)LASH擦寫速度快，可靠性高，可獨立擦寫至少1萬次以上，所以在需周期修改存儲的數(shù)據(jù)和代碼的場合，都是理想的選擇。同時，表貼工藝（SMD）因其使相同集成度的器件封裝性能更好、尺寸更小等優(yōu)點，越來越得到推廣。但是這也給嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)帶來了新的問題：表貼的芯片一旦焊接到PCB板上，就很難再取下來，如果事先寫入的程序錯誤或者丟失，則會給修改或恢復帶來諸多的麻煩。在本項目中，包括SR12在內(nèi)的大部分器件選擇了貼片形式的，因此需要實現(xiàn)程序的在系統(tǒng)編程。如果通過Monitor方式在線編程，那么需要在PCB板設

計時預留相應的管腿和跳線。但在本設計中由于體積限制無法預留。因此，我們采用了固定BOOT代碼的方式。BOOT代碼的工作流程如圖10所示。

我們將燒寫了BOOT代碼的芯片直接焊接到目標板上，通過串口通訊就可以

隨時更新目標板上的程序，無需設置任何跳線，非常方便。Boot代碼約為1.5K，如果去掉其中的CRC校驗計算部分，改為Checksum校驗和，代碼將更簡潔。圖10BOOT代碼工作流程圖有了Boot代碼，調試的過程為：

1.通過串口連接目標板；

2.編譯程序，生成SX格式文件；

3.復位目標板，在3秒鐘的延時時間內(nèi)，通過自行編寫的DLS19工具，將S19格式文件下載到目標板上；

4.程序將自動按照正常工作狀態(tài)開始執(zhí)行。此時，可以通過串口打印信息，在DLS19工具中進行調試。4.2TCP/IP協(xié)議棧設計4.2.1現(xiàn)有的8-bitMCU連接網(wǎng)絡的方案比較利用8位MCU通過精簡的TCP/IP協(xié)議棧來連接以太網(wǎng)，現(xiàn)在已有的方案

的如表格1所示。表格1常見的MCU連接網(wǎng)絡的方案比較可見，目前尚無運行在Motorola8-bitMCU上的具備以太網(wǎng)連接功能、支持TCP/IP協(xié)議的解決方案。因此，在本項目中，希望能夠在Motorola典型的8位單片機MC68HC908SR12上做到以太網(wǎng)協(xié)議棧的支持。4.2.2現(xiàn)有的嵌入式TCP/IP協(xié)議棧的比較TCP/IP最先是在UNIX系統(tǒng)里實現(xiàn)的，后來的LINUX、DOS、WINDOWS也實現(xiàn)了TCP/IP，隨后TCP/IP協(xié)議也被移植到其它嵌入式的處理器上，

由于指令以及資源上的原因，在UNIX上實現(xiàn)的TCP/IP協(xié)議的原代碼并不能夠直接移植到8位的單片機上。單片機的程序空間是極為有限的，直接尋址的空間僅64K字節(jié)，可用的內(nèi)存RAM也是非常小的，最多只能擴64K的RAM。

單片機的運算速度也極為有限，一般只有2MIPS，而電腦上的處理能力在

100MIPS以上。

因此，嵌入式系統(tǒng)尤其是8位單片機上的TCP/IP協(xié)議棧需要高度簡化專門設計?？梢杂脕韰⒖嫉膮f(xié)議棧包括如下表所示。表格2常見嵌入式TCP/IP協(xié)議棧比較在本方案中，選擇了TinyTCP、uIP0.6作為參考設計。4.2.3TCP/IP原理簡述網(wǎng)絡協(xié)議棧網(wǎng)絡協(xié)議通常分不同層次進行開發(fā)，每一層分別負責不同的通信功能。TCP/IP通常被認為是一個四層協(xié)議系統(tǒng)，如圖11所示。每一層負責不同的功能。圖11網(wǎng)絡協(xié)議層（1）數(shù)據(jù)鏈路層，有時也稱為網(wǎng)絡接口層。通常包括操作系統(tǒng)中的設備驅動程序和計算機中對應的網(wǎng)絡接口卡。它們一起處理與電纜（或其他任何傳輸媒介）的物理接口細節(jié)。（2）網(wǎng)絡層，有時也稱作互聯(lián)網(wǎng)層。處理分組在網(wǎng)絡中的活動，例如分組的選路。在TCP/IP協(xié)議族中，網(wǎng)絡層協(xié)議包括IP協(xié)議（網(wǎng)際協(xié)議）、ICMP協(xié)

議（Internet互聯(lián)網(wǎng)控制報文協(xié)議）以及IGMP協(xié)議（Internet組管理協(xié)議）。這里主要討論IP協(xié)議。（3）傳輸層主要為兩臺主機上的應用程序提供端到端的通信。TCP為兩臺

主機提供高可靠性的數(shù)據(jù)通信。它所做的工作包括把應用程序交給它的數(shù)據(jù)分成合適的小塊交給下面的網(wǎng)絡層，確認接收到的分組，設置發(fā)送最后確認分組的超時時鐘等。由于運輸層提供了高可靠性的端到端的通信，因此應用層可以忽略所有這些細節(jié)。（4）應用層負責處理特定的應用程序細節(jié)。幾乎各種不同的TCP/IP實現(xiàn)都

會提供下面這些應用：1.HTTP超文本傳輸控制協(xié)議；2.TELNET遠程登錄；3.FTP文件傳輸協(xié)議；4.SMTP簡單郵件傳送協(xié)議；5.SNMP簡單網(wǎng)絡管理協(xié)議。由于8位嵌入式網(wǎng)絡通常面向專門的、小數(shù)據(jù)量的應用，實現(xiàn)FTP、SMTP

等協(xié)議棧并沒有太大意義。因此，這里主要討論HTTP協(xié)議。

因為數(shù)據(jù)鏈路層主要是網(wǎng)絡接口卡及驅動，由RTL8019AS來實現(xiàn)，所以下

面討論網(wǎng)絡層、傳輸層和應用層協(xié)議棧的實現(xiàn)。在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)報文中，各個層次的協(xié)議棧都會添加自己的首部和尾部數(shù)據(jù)。如圖12所示。圖12各協(xié)議棧對HTTP數(shù)據(jù)報文的貢獻.1網(wǎng)絡層IP是TCP/IP協(xié)議族中最為核心的協(xié)議。Internet所有的數(shù)據(jù)都以IP數(shù)據(jù)報格式傳輸。IP協(xié)議最大的特點是提供不可靠的和無連接的數(shù)據(jù)包傳送服務。IP數(shù)據(jù)包的格式如圖13所示。圖13IP數(shù)據(jù)包的格式.2傳輸層傳輸層中包括TCP（傳輸控制協(xié)議）、UDP（用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議）等。

用TCP協(xié)議傳輸?shù)乃^數(shù)據(jù)實際指的是數(shù)據(jù)流中的段，而用UDP協(xié)議傳輸?shù)乃^數(shù)據(jù)指的是數(shù)據(jù)包。IP所提供的是非可靠的、無連接能力的、向指定主機地址的包傳送的協(xié)議。TCP和UDP都屬于IP上層的傳輸層協(xié)議。二者都使用端口號作為送往主機的解碼地址。端口號由各個具體應用所確定，同時使用多個端口號能完成“一機多網(wǎng)”的操作。每個UDP數(shù)據(jù)包和TCP數(shù)據(jù)段中都含源端口號和目的端口號。為接收遠端的輸入而等待著執(zhí)行接入操作的主機是所謂的服務器，發(fā)起接入請求的主機就是所謂的客戶機。

服務器為最常服務的應用如FTP（文件傳輸協(xié)議）、Email和HTTP，分配了知名的端口號并對其進行持續(xù)地監(jiān)聽。作為傳輸源的客戶機通常選擇隨機的端口號，并向已分配了知名端口號的服務器發(fā)出接入請求?？蛻魬盟〉亩丝谔枒笥?024，因1024以下的端口號是為知名應用而預留的。(1)TCP協(xié)議TCP提供一種面向連接的、可靠的字節(jié)流傳送服務。TCP數(shù)據(jù)包的結構如圖14所示。圖14TCP數(shù)據(jù)包的結構(2)UDP協(xié)議UDP被認為是一個應用程序和IP間的接口，因為應用程序從不直接使用IP。UDP層很小，包含8個字節(jié)的頭。但需要應用層來負責錯誤恢復，重傳等等。UDP不夠可靠，當數(shù)據(jù)包到達目標時沒有確認。它不處理以混亂順序到來的報文，也不提供反饋來控制主機間的信息流。因此UDP消息會丟失、重復或順序混亂。這意味著使用UDP的程序應該讓傳輸可靠。UDP主要用在傳輸視頻和音頻。.3應用層HTTP是WWW上的協(xié)議。當用戶要瀏覽服務器上的一個網(wǎng)頁時，一個HTTP請求就會從用戶的瀏覽器發(fā)到HTTP服務器。服務器響應這個請求，把指定的網(wǎng)頁傳送回來，用戶才看到了網(wǎng)頁。下面是一個典型的客戶端向服務器發(fā)送請求的例子：

GETDestination_IP/index.htmlhttp/1.0GET代表客戶端的請求命令，而服務器也受理這個命令；Destination_IP代表遠程主機的IP地址；index.html是客戶端請求的資源；

http/1.0是HTTP協(xié)議的版本。以太網(wǎng)網(wǎng)卡的工作原理RTL8019AS是RealTek公司生產(chǎn)的一種全雙工以太網(wǎng)控制器，由于其優(yōu)良的性能、低廉的價格，使其在市場上10MbpsISA總線網(wǎng)卡中占有相當?shù)谋壤?1主要性能1.適應于EthernetII、IEEE802.3、10Base5、10Base2、10BaseT；2.與NE2021兼容，支持8位、16位數(shù)據(jù)總線；3.全雙工，收發(fā)可同時達到10Mbps的速率，具有睡眠模式，以降低功耗；4.內(nèi)置16KB的SRAM，用于收發(fā)緩沖，降低對主處理器的速度要求；5.可連接同軸電纜和雙絞線，并可自動檢測所連接的介質；6.100腳的TQFP封裝，縮小PCB尺寸。.2內(nèi)部結構按數(shù)據(jù)鏈路的不同，可以將RTL8019AS內(nèi)部劃分為遠程DMA（remoteDMA）通道和本地DMA（localDMA）通道兩個部分。本地DMA完成控制器與網(wǎng)線的數(shù)據(jù)交換，主處理器收發(fā)數(shù)據(jù)只需對遠程DMA操作。當主處理器要向網(wǎng)上發(fā)送數(shù)據(jù)時，先將一幀數(shù)據(jù)通過遠程DMA通道送到RTL8019AS中的發(fā)送緩存區(qū)，然后發(fā)出傳送命令。RTL8019AS在完成了上一幀的發(fā)送后，再完成此幀的發(fā)送。RTL8019AS接收到的數(shù)據(jù)通過MAC比較、CRC校驗后，由FIFO存到接收緩沖區(qū)，收滿一幀后，以中斷或寄存器標志的方式通知主處理器。原理框圖如圖16所示。圖16RTL8019AS原理框圖在圖16中，接收邏輯在接收時鐘的控制下，將串行數(shù)據(jù)拼成字節(jié)送到FIFO和CRC；發(fā)送邏輯將FIFO送來的字節(jié)在發(fā)送時鐘的控制下逐步按位移出，并送到CRC；CRC邏輯在接收時對輸入的數(shù)據(jù)進行CRC校驗，將結果與幀尾的CRC比較，如不同，該幀數(shù)據(jù)將被拒收，在發(fā)送時CRC對幀數(shù)據(jù)產(chǎn)生CRC，并附加在數(shù)據(jù)尾傳送；地址識別邏輯對接收幀的目的地址與預先設置的本地物理地址進行比較，如不同且不滿足廣播地址的設置要求，該幀數(shù)據(jù)將被拒收；FIFO邏輯對收發(fā)的數(shù)據(jù)作16個字節(jié)的緩沖，以減少對本地DMA請求的頻率?？偨Y“以太網(wǎng)網(wǎng)關終端”和“智能燈光控制器”可以形成一個小系統(tǒng)，每個“智能燈光控制器”擁有一個獨立的NodeID地址，“以太網(wǎng)網(wǎng)絡終端”除了擁有在總線上的NodeID之外，還需要分配一個以太網(wǎng)上的IP地址?？梢詫崿F(xiàn)的功能如下：

1.可以通過ECHomePro軟件，定義智能燈光控制器的場景和按鍵功能。2.經(jīng)過配置后，智能燈光控制器可以對總線上的各盞燈光進行直接控制；還可以通過輕觸場景按鍵，使得總線上的多盞燈光進入預設場景模式。

3.以太網(wǎng)網(wǎng)絡終端相當于一個嵌入式的WWW服務器，在普通計算機的瀏覽器上，可以訪問該以太網(wǎng)網(wǎng)絡終端，實現(xiàn)對燈光亮度的遠程控制和查詢。

社會實踐報告系別：班級：學號：姓名：作為祖國未來的事業(yè)的繼承人，我們這些大學生應該及早樹立自己的歷史責任感，提高自己的社會適應能力。假期的社會實踐就是很好的鍛煉自己的機會。當下，掙錢早已不是打工的唯一目的，更多的人將其視為參加社會實踐、提高自身能力的機會。許多學校也積極鼓勵大學生多接觸社會、了解社會，一方面可以把學到的理論知識應用到實踐中去，提高各方面的能力；另一方面可以積累工作經(jīng)驗對日后的就業(yè)大有裨益。進行社會實踐，最理想的就是找到與本專業(yè)對口單位進行實習，從而提高自己的實戰(zhàn)水平，同時可以將課本知識在實踐中得到運用，從而更好的指導自己今后的學習。但是作為一名尚未畢業(yè)的大學生，由于本身具備的專業(yè)知識還十分的有限，所以我選擇了打散工作為第一次社會實踐的方式。目的在于熟悉社會。就職業(yè)本身而言，并無高低貴賤之分，存在即為合理。通過短短幾天的打工經(jīng)歷可以讓長期處于校園的我們對社會有一種更直觀的認識。實踐過程：自從走進了大學，就業(yè)問題就似乎總是圍繞在我們的身邊，成了說不完的話題。在現(xiàn)今社會，招聘會上的大字報都總寫著“有經(jīng)驗者優(yōu)先”，可還在校園里面的我們這班學子社會經(jīng)驗又會擁有多少呢？為了拓展自身的知識面，擴大與社會的接觸面，增加個人在社會競爭中的經(jīng)驗，鍛煉和提高自己的能力，以便在以后畢業(yè)后能真正真正走入社會，能夠適應國內(nèi)外的經(jīng)濟形勢的變化，并且能夠在生活和工作中很好地處理各方面的問題，我開始了我這個假期的社會實踐-走進天源休閑餐廳。實踐，就是把我們在學校所學的理論知識，運用到客觀實際中去，使自己所學的理論知識有用武之地。只學不實踐，那么所學的就等于零。理論應該與實踐相結合。另一方面，實踐可為以后找工作打基礎。通過這段時間的實習，學到一些在學校里學不到的東西。因為環(huán)境的不同，接觸的人與事不同，從中所學的東西自然就不一樣了。要學會從實踐中學習，從學習中實踐。而且在中國的經(jīng)濟飛速發(fā)展，又加入了世貿(mào)，國內(nèi)外經(jīng)濟日趨變化，每天都不斷有新的東西涌現(xiàn)，在擁有了越來越多的機會的同時，也有了更多的挑戰(zhàn)，前天才剛學到的知識可能在今天就已經(jīng)被淘汰掉了，中國的經(jīng)濟越和外面接軌，對于人才的要求就會越來越高，我們不只要學好學校里所學到的知識，還要不斷從生活中，實踐中學其他知識，不斷地從各方面武裝自已，才能在競爭中突出自已，表現(xiàn)自已。在餐廳里,別人一眼就能把我人出是一名正在讀書的學生,我問他們?yōu)槭裁?他們總說從我的臉上就能看出來,也許沒有經(jīng)歷過社會的人都有我這種不知名遭遇吧!我并沒有因為我在他們面前沒有經(jīng)驗而退后,我相信我也能做的像他們一樣好.我的工作是在那做傳菜生,每天9點鐘-下午2點再從下午的4點-晚上8:30分上班,雖然時間長了點但,熱情而年輕的我并沒有絲毫的感到過累,我覺得這是一種激勵,明白了人生,感悟了生活,接觸了社會,了解了未來.在餐廳里雖然我是以傳菜為主,但我不時還要做一些工作以外的事情，有時要做一些清潔的工作，在學校里也許有老師分配說今天做些什么，明天做些什么，但在這里，不一定有人會告訴你這些，你必須自覺地去做，而且要盡自已的努力做到最好，一件工作的效率就會得到別人不同的評價。在學校，只有學習的氛圍，畢竟學校是學習的場所，每一個學生都在為取得更高的成績而努力。而這里是工作的場所，每個人都會為了獲得更多的報酬而努力，無論是學習還是工作，都存在著競爭，在競爭中就要不斷學習別人先進的地方，也要不斷學習別人怎樣做人，以提高自已的能力！記得老師曾經(jīng)說過大學是一個小社會，但我總覺得校園里總少不了那份純真，那份真誠，盡管是大學高校，學生還終歸保持著學生的身份。而走進企業(yè)，接觸各種各樣的客戶、同事、上司等等，關系復雜，但我得去面對我從未面對過的一切。記得在我校舉行的招聘會上所反映出來的其中一個問題是，學生的實際操作能力與在校理論學習有一定的差距。在這次實踐中，這一點我感受很深。在學校，理論的學習很多，而且是多方面的，幾乎是面面俱到；而在實際工作中，可能會遇到書本上沒學到的，又可能是書本上的知識一點都用不上的情況?；蛟S工作中運用到的只是很簡單的問題，只要套公式似的就能完成一項任務。有時候我會埋怨，實際操作這么簡單，