引 言

　　隨著信息技術、計算機網絡技術的迅猛發展和廣泛普及，越來越多的家庭通過Internet或Intranet來獲得信息和資訊。作為現代化的智能化住宅小區，向社區內的廣大住戶提供寬帶多媒體綜合信息資訊服務，是智能化住宅的重要體現，也是信息社會發展的客觀需要。建設部住宅產業辦公室提出了我國住宅智能化的概念，即住宅小區智能化是利用4C(計算機、通信、網絡、自控、IC卡)技術真正實現遠程家庭的智能控制，通過有效的傳輸網絡,將遠程信息服務與管理、物業管理與安防、住宅智能化系統集成,為住宅小區的服務與管理提供高技術的智能化手段,以期實現快捷高效的超值服務管理,提供安全舒適的家居環境。

1 系統簡介

　　家庭智能控制系統的開發基于短信息技術、自動控制技術、計算機技術、數字通信技術及加密技術。系統利用相關的網絡、計算機系統和控制器，以無線網絡和有線網絡為基本控制指令和數據信息傳送方式，實現手機無線遙控和數據傳送。通過專設的短信控制中心和服務中心，為家庭和小區管理提供全方位的數字化服務。家庭智能控制系統具有手機遠程控制、自動報警、呼叫社區服務、物業管理等功能，還可以根據用戶群的需要向生活連網服務、智能辦公等方向無限擴展。

　　設備接入Internet/Intranet網，原則上講，只要實現TCP/IP網絡協議就可以。TCP/IP協議及其應用是一項復雜的系統工程。該協議的建立經過了縝密的設計過程，全套協議的實現是比較復雜的。在嵌入式系統中，實現該協議有一定的難度。在實際的應用中，如果要完全實現該協議，比較合理的方案是直接利用集成的TCP/lP協議的芯片，將系統中央控制單元和TCP/IP協議處理單元進行分離。

　　另一方面，實現其它幾個方案中，可以對原有的TCP/IP進行精簡，保留實際應用系統所需要的一些協議，使得核心芯片既能實現網絡的數據傳輸，又可以完成監控任務。對原有的TCP/IP協議迸行精簡，可以大大減輕系統實現的難度，并提高系統的效率和可靠性。

圖1

2 系統工作原理

　　該系統的原理框圖如圖1所示。

　　家庭中的三表度數作為采集信號，通過采樣保持電路處理以后，送入單片機進行處理。單片機把數據通過串口送入E5122網絡協議處理器中進行打包處理，將數據打包成TCP/IP協議包，該數據包通過RTL8019AS以太網控制器發送到以太網上。采用CPLD芯片EPM7128S作為譯碼和驅動電路。在本應用場合，家庭用戶終端對數據交換的速率要求不高，在1MB/s以下。所以可以采用一般的高速單片機，寫入TCP/IP協議，這樣既可以滿足要求，價格又能讓用戶接受。

3 芯片介紹

    (1)網絡接口控制器RTL8019AS

　　RTL8019AS是Realtek公司高集成度的專用以太網接口芯片，支持EthernetII、IEEE802.3、10Base5、10Base2、10BaseT，支持UTP、AUI&BNC、PnP自動探測模式，并且內嵌16KB SRAM用于收發緩沖，降低了對主處理器的速度要求。支持8位、16位數據總線模式；支持跳線、無跳線模式；有全雙工的通信接口，可以通過交換機在雙絞線上同時發送和接收數據，使帶寬從10M增加到20M，是用來進行以太網通信的理想芯片。

　　RTL8019AS有3種工作方式：

① 跳線方式，網卡的I/O和中斷由跳線決定；

② 即插即用方式，由軟件進行自動配置plug and play；

③ 免跳線方式，網卡的I/O和中斷由外接的93C46里的內容決定。

　　網卡使用哪種方式由RTL8019AS的第65腳JP決定。65腳JP 為高電平時(接到VCC或通過一個10kΩ的電阻上拉)使用跳線方式；RTL8019AS引腳懸空時，輸入狀態為低電平(其它引腳也是這樣，懸空的輸入腳電平為低電平，里面有一個100kΩ的下拉電阻)。64腳AUI，該引腳決定使用AUI還是BNC接口。我們用的網卡接口一般是BNC的，很少用AUI。BNC接口方式支持8線雙絞或同軸電纜。高電平時使用AUI接口，懸空為低電平，使用BNC接口。IOCS16B引腳用電阻下拉為低電平，選擇8位數據總線模式，省去BROM模塊，只需8根數據線SD0~SD7。基地址選擇引腳IOS3、IOS2、IOS1、IOS0空接為低電平。因為芯片內部都接有下拉電阻，此時I/O基地址為300H，所以地址線SA8、SA9接高電平。又因為寄存器的地址偏移量為00H~1FH共32個，所以只用了地址線SA0~SA4，其余地址線接地即可。芯片的中斷線由IRQS2、IRQS1、IRQS0決定，全部空接時中斷線為INT0，8根中斷線7根空接。SMEMRB和SMEMWB引腳決定網絡接口類型時，10BaseT、10Base2或10Base5采用懸空方式時為低電平。即為自動選擇方式。AUI引腳決定使用AUI還是BNC接口，懸空時為低電平。使用BNC接口，支持雙絞線或同軸電纜，所使用的引腳有：TPIN+、TPIN－、TPOUT+、TPOUT－，接入網卡耦合隔離變壓器中，利用RJ45插頭實現與網絡的連接。

    (2)TCP/IP協議解析芯片E5122

　　 E5122是上海精致科技公司研制的飛虹系列網絡協議處理器。外部晶振22.1184MHz，工作電壓5V。以硬件實現TCP/IP協議，提供API接口，極大地方便了使用，由外部集成 RAM。對用戶端以I2C協議或RS-232接口方式進行通信，通信接口支持帶I2C接口MPU，為不帶I2C接口MPU提供I2C驅動程序。E5122與網絡的接口為以太網接口，通過以太網控制芯片RTL8019連接到以太網。串行速率最大達115.2Kbps，達到真正實時傳送。

　　E5122 是完成TCP/IP 協議的專用芯片，用以實現以太網和串口之間的協議轉換。可以為串口設備提供完善的網絡通信解決方案，只需外接MPU。本系統采用的MPU型號是：89C52單片機。單片機程序中，只需要簡單調用API函數即可實現。E5122結構如圖2所示。設備做為服務器端，即首次連接網絡時，客戶機端主動請求連接服務器端作為被動端監聽，并接收連接的局域網內連網接收遠端客戶的主動查詢訪問，并將設備信息返回給客戶；同樣，還可以作為客戶機主動和局域網內，或Internet上的主機進行通信。 E5122 芯片外部使用32KB RAM，用來作為以太網數據緩沖，使用256字節(最少為256字節)的串行EEPROM(I2C總線接口)存儲系統參數。用戶通過串口與E5122 連接實現通信。E5122 完成TCP/IP 協議和串口通信協議。支持普通串口和用戶設備進行交互，通過外接RTL8019AS 以太網控制芯片來實現網絡連接。

　　當系統初次運行時，E5122會對RTL8019AS進行初始化工作，并設置其工作模式以及中斷源等。

　　當RTL8019AS 接收到數據時，會觸發E5122 中斷。此時E5122 通過A8~A13 和A15 來選擇RTL8019AS的寄存器地址和存儲器地址，控制和實現數據的讀取。當有數據通過E5122 發送給RTL8019AS 時，通過地址線設置RTL8019AS 相應寄存器進行數據發送。

4 硬件電路設計

　　在具體使用中，由于單片機本身的限制，進行了一系列的簡化設計。采用跳線工作方式，JP引腳接高電平； E5122與RTL8019AS接口用于傳輸網絡數據。

　　當系統初次運行時，E5122 會對RTL8019AS 進行初始化工作，設置RTL8019AS 的工作模式以及設置中斷源等。當RTL8019AS 接收到數據時，會觸發E5122 中斷，此時E5122 通過A8~A13 和A15 來選擇RTL8019AS的寄存器地址和存儲器地址，控制和實現數據的讀取。

　　當有數據通過E5122 發送給RTL8019AS 時，通過地址線設置RTL8019AS 相應的寄存器進行數據發送。

　　接口電路圖如圖3所示。

5 應用中的幾個技術問題

　　在系統的實際應用過程中，要注意以下幾個問題。

    (1)傳輸速度

　　在系統中，上位PC機與下位測控設備之間數據交換的速度，取決于以太網接口模塊的傳輸速度。而以太網模塊的傳輸速度取決于以太網接口芯片的速度、單片機的處理速度，以及和設備交換數據的方式。

　　在一般的測控系統中，要傳送的僅僅是控制命令和測量數據，數據量不大。模塊與測控設備之間采用RS-232、RS-485、CAN等串口方式連接，其通信速率僅幾十kb/s或上百kb/s。這時以太網接口芯片的速度(10Mb/s)和微處理器的速度就遠大于串口通信速度。因此傳輸速率主要就取決于串口的通信速率。

　　當要傳送的數據速率要求很高時(如圖像)，它與測控設備之間就不能再采用串口連接，而必須采用并口連接，這時傳輸速率就取決于微處理器的處理速度。此時，要選用一些高速的單片機，如P89C52RX系列或SX系列等單片機。

    (2)IP地址

　　以太網測控系統中，測控設備通過該模塊進入以太網，就必須確定自己的IP地址。IP地址的獲得有兩種方式：有動態獲得IP地址和固定分配IP地址。由于E5122不支持RARP反向地址解析協議，因此無法獲得動態IP地址，只能使用固定IP地址。

    (3)安全控制

　　在小型封閉的局域網中進行測控，安全問題不大，但在廣域網甚至因特網上進行測控，安全控制就至關緊要。為此，采用48~128位的用戶密碼來保護測控設備的安全。合法用戶可以修改、設定自己的密碼。網絡非法用戶即使竊取了IP地址，沒有用戶密碼，也無法操作設備。

    (4)實時性問題

　　測控系統在很多場合都要強調它的實時性，但以太網不是一個實時系統。由于它的載波偵聽碰撞檢測(CSMA/CD)通信方式，決定了以太網中IP包的傳輸會有延遲，甚至丟包，這是利用以太網組成分布式測控系統最大的缺點。但是，現在以太網的速度越來越快，百兆網甚至千兆網，或在一些小型封閉的局域網中，網絡的繁忙程度大為減輕，IP包幾乎沒有碰撞，傳輸延遲、丟包現象就大大減小，不會影響測控系統的正常工作。同時，在系統的網絡層之上，可增加應答協議，丟包的問題就可基本克服。

    (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；另一個是25腳插座，內含RS-232或RS-485總線接口。

結 語

　　隨著21世紀的到來，人類逐步跨入了信息時代。隨著科技的進步以及對生活質量要求的不斷提高，人們對家電的選擇和使用，已經從只關心家電的單項功能轉向追求家電品位和控制的便捷性。信息技術和網絡化技術的發展，為家用電器居家環境集中控制和遠程遙控提供了可能。將信息技術與家電控制技術相融合，在更大程度上實現家庭生活的信息化和自動化，滿足人們舒適、高節奏的生活需要，使所有的消費電子產品具有了連入網絡的能力，正是消費類電子產品下一步的發展趨勢。家電的網絡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生了巨大的變化；同時也刺激了人們對各種數據源和網絡服務需求的日益增長，為信息社會注入新的生機和活力，具有重要的理論、實用和商用價值。