智能家电网络管理系统-嵌入开发网--发布嵌入式行业产品信36080.docx

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1、智能家电网络管理系统 GG&D小组组一、方案简简介智能家电网网络管理系系统的目标标是实现家家用电器的的网络化、智智能化管理理。通过该系统将家中中的网络电电器与互联联网相连，这这样无论何何时何地，用用户都可以以通过该系系统远程操操纵家用电电器、对家家中的大小小事务发布布指令、了了解家中的的状况。智能家电网网络管理系系统的核心部分分是一个嵌嵌入式Weeb服务器器，它主要要具有以下下功能：1. 系统集有线线和无线WWeb服务务器于一体体，用户可可以利用办办公室的PPC机登录家中的的Web服务务器，在通通过用户名名和密码验验证后，便便可以查看看并控制家家用电器；也可以用用手机发送送短消息来来控制家用用

2、电器；2. 系统具有良良好的用户户界面，当当清晨用户户离家上班班时，只需顺顺手按几个个按键，便便可以使整整个房间里里的家电有有条不紊地地忙碌起来来。在完成成用户指定定的任务后后，向用户户反馈必要要的信息。3. 系统留有功功能扩展接接口，以便便日后应用用于防火防防盗等功能能。二、系统原原理和硬件件连接系统的原理理框图如图图1所示，主主要包括：ARM微控控制器STTR7100、以太网控控制器CSS89000A、GPRSS模块MC335i以及及LCD。其中STRR710与与MC355i通过RS2232串口口相连，与与CS89000A通过过ISA总线线相连。图1系统原原理框图1. ARM微控控制器ST

3、TR7100STR7110是整个个系统的核心。它作为一个个嵌入式网关关，将外部网网络与所有有的网络家家电连接在一起起,是整个系统统运行的平台台。首先，在远远程操纵家家电方面，STR7710负责责从MC335i接收收到的短消消息和从CS89000A接收到的以太网网数据中提取取出用户指指令，然后后根据该指令操纵纵相应的网络家电或或者查询其其运行情况况，最后再通通过MC335i以短消息的的形式或通通过CS89000A以网网页的形式式将指令的执执行结果反反馈到用户户终端。其次，在网网络家电工作模模式设置方方面，STR7710的任务就是是在LCDD上显示相相应的菜单单以及帮助助信息，通过良好好的界面指指

4、导用户完完成设置。之之后，STTR7100定时查看看家用电器器的工作情情况。一旦旦出现紧急急或危险的的状况时，及及时采取必必要的保护护措施，并通过MCC35i发发送警告信信息。2. 网络络控制器CCS89000A2.1 CCS89000A简介介CS89000A 是CIRRRUS LLOGICC公司生产产的低功耗耗、性能优优越的166 位以太太网控制器器。该芯片片的突出特特点是使用用灵活, 其物理层层接口、数数据传输模模式和工作作模式等都都能根据需需要而动态态调整, 通过内部部寄存器的的设置来适适应不同的的应用环境境。2.1.11主要功能能模块：CS89000A内部部结构框图图如图2所示。它它内

5、部主要要的功能模模块是8002.3介介质访问控控制块(MMAC)。802.3介质访访问控制块块支持全双双工操作, 完全依依照IEEEE 8002. 33 以太网网标准( ISO/IEC 88022-3, 19933) , 它负责处处理有关以以太网数据据帧的发送送和接收, 包括: 冲突检检测、帧头头的产生和和检测、CCRC校验验码的生成成和验证。通通过对发送送控制寄存存器(TxxCMD) 的初始始化配置，MAC能自自动完成帧帧的冲突后后重传。如如果帧的数数据部分少少于46个字节节, 它能生生成填充字字段使数据据帧达到8802. 3所要求求的最短长长度。图2 CSS89000A内部结结构框图2.1

6、.22主要特点点：符合IEEEE 8802. 3以太网网标准, 并带有ISSA总线接接口;片内4KK字节RAMM ;适用于II/O操作作模式, 存储器操操作模式和和DMA操作作模式;带有传送送、接收低低通滤波的的10Baase2TT 连接端端口;支持100Basee2, 110Basse5 和和10Baase2FF的AUI接口口;自动生成成报头, 自动进行行CRC检验验, 冲突后后自动重发发;最大电流流消耗为555mA (5V电电源) ;全双工操操作;支持外部部EEPRROM。另外, 要要实现CSS89000A与STR7710之间间的数据通通讯，在电路设设计时可根根据具体情情况灵活选选择合适的

7、的数据传输输模式。CCS89000A支持持的传输模模式有I/O模式和和Memoory模式式, 另外还还有DMAA模式。其其中, II/O模式式是访问CCS89000A存储储区的缺省省模式, 比较简单单易用，所所以在本系统中我们选用用I/O模式式。2.2CSS89000A的基本本工作原理理2.2.11CS89000A与STR7710的硬硬件连接CS89000A与STR7710的硬硬件连接框框图如图33所示，STTR7100通过/SBBHE、/IOWW和/IOR等控控制信号实实现对CSS89000A的工作作方式控制制和读写操操作。需要要说明的是是: 当CS89000A有硬硬件复位或或软件复位位时,

8、它将默认认成为8位工作模模式。因此此, 要使CS89000A工作作于16位模式, 系统必须须在访问之之前提供给给总线高位位使能管脚脚(/SBBHE) 一个由高高到低、再再由低到高高变化的电电平信号, 这在网网络驱动程程序中予以以实现。数据的接收收采用中断断方式, 由于CS89000A和STR7710的中中断电平是是相反的, 所以, 中断信信号线间需需接一个非非门。CSS89000A与STR7710之间间的数据传传输采用的的是默认的的I/O模式式, 因此, 读写管脚脚/MEMMW和/M EEMR被置置高,以关闭Meemoryy方式。在在此模式下下, 用4根地址线线就可以实实现对所有有寄存器的的访

9、问。如如图3所示,管脚SA00SA33对应接到到STR7710的地地址线A11A14上即可可。除了为为保证上述述的缺省偏偏移地址(0x03300)须须将SA88和SA9置高高外, 其余不不用的地址址线都接低低电平。CS89000A通过过一个带厄厄流线圈的的隔离变压压器(E22023)将CPU要发发送的数据据发送到网网络上；接收数据据时, 由网络络传来的数数据也经过过隔离变压压器。加隔隔离变压器器的作用主主要是将外外部线路与与CS89000A隔开开, 防止干干扰和烧坏坏元器件, 实现带带电的插拔拔功能。图3 CSS89000A与STR7710的连连接框图2.2.22CS89000A发送送和接收数

10、数据的过程程CS89000A在收收到由STTR7100发来的以以太网帧(帧结构如如图4所示)后, 侦听网网络线路。如如果线路忙忙,就等到线线路空闲为为止,否则, 立即发发送该数据据帧。发送时,首首先,CSS89000A添加以以太网包头头(包括先导导字段和包包开始标志志，包结构构如图4所示), 然后, 生成CRCC校验码, 最后, 将此以太网包发发送到以太太网上。接收时, 它将从以以太网收到到的数据包包在经过解解码、去掉掉包头和地地址检验等等步骤后缓缓存在片内内。在CRRC校验通通过后, 它会根据据初始化配配置情况, 通知STRR710，CS89000A收到到了数据帧帧。最后, 根据配配置选择一

11、一种传输模模式传到主主机的存储储区中。图4 以太太网帧结构构3. GPPRS模块块MC355i3.1 MMC35ii简介MC35ii是Siemmens公公司推出的的新一代无无线通信GGPRS模模块, 如图5所示。MC355i模块主主要由GSSM基带处处理器、GSM射频频模块供电电模块(AASIC)、 FLASSH、ZIF连接接器天线接接口六部分分组成如图图。通过独特特的40引脚的的ZIF连接接器实现电电源、连接指令令、数据、语音信号号及控制信信号的双向向传输。通过ZIFF连接器及及50欧姆天线连连接器可分分别连接SSIM卡座座和天线。图5 GPPRS模块块MC355i主要特点:电源：单单电源

12、33.3V 5.55V；频段：支支持GSMM900MMHz和DCS11800MMHz双频频网络；发射功率率：2W(GSM9900MHHz)和1W(DCS11800MMHz)；SIM卡卡连接方式式：外接；天线：由由天线连接接器连接外外部天线；音频接口口：模拟信号号（麦克风风，耳麦，免免提手柄）；通讯接口口：RS2332（指令令和数据的的双向传送送）；SIM卡卡操作电压压：3V/11.8V；模块复位位: 采用AT指令或或掉电复位位；模块提供供AT命令集集接口支持持文本和PPDU模式式的短消息息；最高支持持14. 4k的非非透明模式式，接收速率率可以达到到86.220kbpps，发送速率率可以达到到

13、21.55kbpss；模块提供供AT命令集集，接口支持持文本和PPDU模式式的短消息息；工作模式式有省电模模式、空闲模式、通话模式。3.2 MC35ii外围接口电电路及基本工作作原理MC35ii的正常运运行需要相相应的外围围电路与其其配合。MMC35ii的40个引脚脚通过ZIIF连接器器分别于电电源电路、启启动与关机机电路、数数据通信电电路、语音音通信电路路、SIMM卡电路、状状态指示灯灯电路等连连接，如图图6所示。图6 MMC35ii外围接口口电路3.2.11 状态指示灯灯电路同步信号SSYNC在在方案中用用于控制状态指示灯。下面给出出状态灯的的工作模式式及当前模模块所处的的工作状态态如表1

14、所示。根据状态态灯的显示示我们可以清晰的知知道MC335i当前前的工作状状态。状态指示示灯电路的的硬件实现现电路见图图7。表1 SSYNC驱驱动Q2开关状状态状态灯模式式工作状态常灭MC35ii模式处于于关闭或睡睡眠模式或仅充电模模式600mss亮/6000ms灭未插SIMM卡或正在在搜索网络络或正在进行用户验验证或网络络注册中75ms亮亮/3s灭已登陆到网网络、无电电话呼入75ms亮亮/75mms灭75ms亮亮/3s灭一个或多个个GPRSS上下文被被激活闪烁GPRS数数据传输中中，闪烁间间隔0.55s常亮已建立语音音链接已建立数据据链路或正正在断开连连接图7 状态态指示灯电电路3.2.22

15、SIMM卡电路MC35ii的基带处处理器集成成了一个与与ISO 7816-3 IC CCard标标准兼容的的SIM接口口。为了适适合外部的的SIM接口口，该接口口连接到ZZIF连接接器。GSMII1.111为SIM卡预预留5个引脚的的基础上，MC35i在ZIF连接器上为SIM卡接口预留了6个引脚，所添加的CCIN引脚用来检测SIM卡支架中是否插有SIM卡。当插入SIM卡，该引脚置为高电平，系统方可进入正常工作状态。但是目前移动运营商所提供的SIM卡均无CCIN引脚，所以在设计电路时应将ZIF上的CCIN与CCVCC相连。两种接口的定义如图8所示。图8 SIIM卡接口定义比较3.2.33 串口电

16、路路RS2322接口有Maale和Femaale两种种。DTEE如我们的的嵌入式系系统，计算算机，终端端等等通常常是Malle的，而而DCE如GPRSS模块等的的MODEEM通常用用Femaale接口口。DCEE为用户设设备（指的的是DTEE）提供接接入网的连连接点。MC35ii的串口是是遵循ITTU-T RS-2232数据据交换电路路DCE标准准的串行异异步发送和和接收口，电电路采用CCMOS电电压（2.65V）。所所有的ZIIF接口上上的RS-232信信号都是低低电平有效效（loww acttive）。RS2232的引脚定义义如表2所示（引引脚的名称称中表示方方向的词如如Transmitt

17、和Receeive等等，都是从从DTE的角角度定义的的）要完成基本本的串行通通信功能，实实际上只需需要RXDD、TXD和GND即可可，但由于于RS-2232-CC标准定义义的高、低低电平信号号与GPRRS模块定定义的TTTL/CMMOS电路路所定义的的高低电平平完全不同同，LVTTTL的标标准逻辑“11”对应233.3V电平，标标准逻辑“00”对应0V0.4VV电平，而而RS-2232-CC标准采用用负逻辑方方式，标准准逻辑“11”对应-5VV-155V电平，标标准逻辑“00”对应+5VV+155V电平，显显然，两者者间要进行行通信必须须经过电平平转换，我我们所用的的转换芯片片是ST33232

18、。表2 RSS232的的引脚定义义引脚名称功能信号特征1DCD载波数据检检测当线路为“ooff-hhook”时，默认为“0”，表示连接已经建立，等待接受远程modem来的应答tone。如果没有接受到应答tone，则DCD转为“1”。2RXD数据接收当DTE接接收到来自自DCE的数数据是才激激活，否则则默认状态态是“1”即负负电平。在在DCE端可可能被称为为TXD。3TXD数据发送当有数据从从DTE发送送到DCEE时激活，否否则默认状状态是“”。在DCEE端可能称称为RXDD。4DTR数据终端准准备好正常工作时时默认保持持为“0”，即正电电平。当DDTR为状状态“”时表明moodem转转为“on

19、-hhook”而中止连连接。5GND地6DSR数据设备准准备好当以下三个个条件满足足时：1.moddem连到到工作的电电话线上（即即“offhookk”）；2.moddem工作作在数据模模式而不是是语音模式式或拨号模模式；3.moddem已经经完成拨号号DSR就默默认为“0”。7RTS请求发送默认处于“0”状态,即正电压压，随时准准备相应从从DTE来的的待发送数数据。在DDCE端，可可能准备称称为CTSS。8CTS清除发送默认处于“00”状态下，告知DTEE可以开始始发送数据据了。与RRTS构成成一对握手手信号来协协调传到DDCE中的的数据流。备注:DTE：DData Termminall E

20、quuipmeent (typiicallly coomputter, termminall, prrinteer orr, foor exxamplle, GGSM appllicattion)DCE：DData Commmuniccatioon Eqquipmment (typpicallly mmodemms, ee.g. Siemmens GSM engiine)三、系统软软件设计1. 系统统软件框架架系统软件采采用分层设设计，包括括硬件设备备驱动层，操操作系统层层，应用程程序接口层层，应用软软件层。操操作系统选选择小型的的实时操作作系统CC/OS-II；TCP/IP协议议栈选择uuI

21、P1.0；图形形用户界面面选择CCGUI。软件系统统结构如图图8所示：图8 智能能家电网络络管理系统统软件框架架2. 系统统软件流程程2.1 驱驱动程序层层2.1.11 以太网卡卡驱动程序序2.1.11.1 初始化化CS89000A的初初始化包括括以下内容容：1) 设定定临时使用用的以太网网物理地址址, 真实地地址需要向向权威机构构申请；2) 设定定接收帧类类型, 一般能能接收广播播；3) 设置置工作模式式, 8位或或16位；4) 初始始化工作端端口, 设置成成10Baase2TT；5) 是否否允许中断断；6) 接收收发送使能能。2.1.11.2 接收数据据1) 接收收数据的步步骤：a. Pr

22、re-Prrocesssingg-Deestinnatioon Adddresss fiilterring- Eaarly Inteerruppt Generratioon-AAccepptancce fiilterring-Norrmal Inteerruppt Geeneraationn;b. Teemporrary Buffferinng;c. Trransffer tto Hoost.2) 接收收数据的配配置：a. Coonfiggurinng thhe Phhysiccal IInterrfaceePhysiical Inteerfacce Coonfiggurattion：the

23、LineeCTL regiisterr(Reggisteer 133)b. Chhoosiing wwhichh Fraame TTypess to Acceept Framee Accceptaance Critteriaa：the RxCTTL reegistter(RRegisster55)c. Seelectting whicch Evventss Cauuse IInterrrupttsReceiive IInterrruptt Connfiguuratiion：the RxCFFG reegistter (Regiisterr3), the BufCCFG(RRegisster B

24、) d. Chooosingg Howw to Trannsferr Fraamesthe RRxCFGG reggisteer (RRegisster33),thhe BuusCTLL reggisteer (RRegisster 17)3)两种数数据传输模模式：Memorry annd I/O sppace modeeDMA mmode在本系统中中我们选用用第一种模模式，即I/O 模式。软件流程程图如图99所示：图9 接收收数据软件件流程图2.1.11.3 发送送数据1) 发送送数据的步步骤：a. STTR7100将以太网网帧(Etthernnet FFramee)发送到到CS89000A

25、的缓缓存(buufferr memmory)中。命令格式：Trannsmitt CommmanddTrannsmitt Lenngthb. CSS89000A将以太太网帧转变变为以太网网包(Etthernnet PPackeet)，并并将其发送送至互联网网上。2) 发送送数据的配配置：配置信息包包括以下两两部分：a. Phhysiccal IInterrfacee Connfiguuratiion：the LineeCTL regiisterr(Reggisteer 133)b.Traansmiit Innterrrupt Conffigurratioon：the TxCFFG reegist

26、ter(RRegisster 7) 和和the BufCCFG(RRegisster B)3) 发送送数据的工工作模式：a. Inndiviiduall Paccket Trannsmisssionnb. Trransmmissiion iin Pooll MModec. Trransmmissiion iin Innterrrupt Modee在本系统中中我们选用用第三种模模式，即中中断模式，软软件流程图图如图100所示。图9 发送送数据软件件流程图2.1.22 GPRRS驱动程程序MC35ii软件设计计包括：用用AT命令对对MC355i进行初初始化，短短信的发送送和读取。这这些任务都都是由

27、各个个函数模块块实现的。MC35i收发短信一共有三种模式：Block模式，PDU模式和Text模式。Block模式需要手机厂家提供支持，而Text模式虽然收发短信代码简单，且实现简单，但最大的缺点是不支持中文。目前基于AT命令的PDU模式已经取代了Block模式，且支持中英文短信，因而相对于Block模式和Text模式具有很大的优势，应用也最广泛。本系统采用PDU模式来进行数据传输，PDU相当于一个数据包，它严格地包含了短消息的源/目的地址、有效时限、数据格式、协议类型和有效信息。对MC355i进行操操作（包括括参数的设设置和短信信的收发）都都是通过AAT命令来来实现的。图图11给出了了MC3

28、55i收发短短信的软件件流程图。图11 MMC35ii收发短信信流程图1.2 操作系统层层我们设计的的系统采用用的操作系系统是由JJean J. LLabroosse编编写的开放放式实时操操作系统C/OSS-II，主主要是基于于一下的考考虑：1. 它的内核是是完全免费费的，用户户不需要支支付任何费费用，有利利于降低系系统的开发发成本。2. 它的源代码码是公开的的，而且仍仍在不断升升级，增加加新的功能能。3. 系统内核实实用性强、可可靠性高。4. 操作系统内内核对处理理器以及RROM、RAM资源源的要求不不高，利于于在16位微处处理器上移移植。C/OSS-II是是基于优先先级的抢占占式实时多多任

29、务操作作系统内核核，最多可可以支持664个任务务。C/OS-III只包含含了任务调调度、任务务管理、时时间管理、内内存管理和和任务间的的通信与同同步等基本本功能，没没有提供输输入/输出管理理、文件系系统及网络络之类的额额外服务。但但是由于PPC/OSS-II的的可移植性性和开源性性，用户可可自己添加加所需的各各种服务。C/OSS-II属属于可剥夺夺性内核，即即它总是执执行处于就就绪条件下下优先级最最高的任务务。为了简简化系统的的设计，C/OSS-II规规定所有任任务的优先先级必须不不同，任务务的优先级级同时也唯唯一地标识识了此任务务。系统通通过两种方方法进行任任务调度：一是时钟钟节拍或其其他硬

30、件中中断到来后后，系统会会进行中断断级的任务切换换；二是任务务主动进入入挂起或等等待状态，这这时系统可可以通过发发软中断命命令或依靠靠处理器执执行陷阱指指令来完成成任务切换换。2.3 应应用程序接接口层2.3.11 TCP/IP协议议栈TCP/IIP协议分分为4层：链路路层、网络络层、传输输层、应用用层，各层层对应的协协议如下所所示：应用层：HHTTP协协议;传输层：TTCP协议议，UDPP协议;网络层：IIP协议,ICCMP协议议; IPP协议，它它用于网络络层的数据据传输；IICMP协协议，用于于报告数据据传送传过过程中的差差错情况；链路层：AARP协议议,ARPP协议提供供IP地址和和数

31、据链路路层使用MMAC地址址之间的转转换功能。图12 TTCP/IIP协议栈栈软件流程程图2.3.22 CGI2.3.22.1CGII简介早期伴随TTCP/IIP协议产产生的HTTML语言言传输的信信息是单向向的,即由服务务器端向浏浏览器输出出信息，惟一的响响应客户的的操作仅是是提供简单单的地址跳跳转,服务器无法法根据用户户在浏览器器端输入的的信息执行行相应的操操作。CGI协议议的出现使使这一问题题得到解决决。其主要要的功能是是在WWWW环境下，从客户端端传递一些些信息给WWeb服务务器，再由Webb服务器去去启动特定定的脚本程序来完成成指定的工作。2.3.22.2 CGGI的工作原理理CGI

32、具体体的工作过过程如图13所示：用户使用用IE浏览器器登录服务务器, 向服务务器发出HHTTP请请求,服务器响响应用户的的请求, 并引导到到指定的脚脚本程序。服服务器CGGI脚本程序进进行身份验验证以后，向向浏览器端端设置页面面的脚本。用用户在浏览览器端设置置功能完成后,进行提交交。服务器器端的CGGI脚本对对上传的数数据进行解解析,根据命令令执行相应应的操作。然然后读取相相应被控制制家电设备备的状态,并将该状状态的分析析结果发送送到浏览器器作为用户户的设置结结果。图13 CCGI的工工作原理示示意图2.3.22.3 CGGI软件流流程图使用FORRM向CGI接口口提交数据据有两种模模式：GE

33、T和POSTT，选择哪一一种模式取取决于FOORM的METHHOD字段段的设置，如果METTHOD设设定为POOST的话话，数据会以以STDIIN的方式式送入CGGI接口；如果METTHOD设设定为GEET的话，保存在QUUERY_STRIING的环环境参数中中，以供接口口读取。服务器如何何获取浏览览器传送来来的信息？这里必须须介绍一下下URL编码码的规则：1. FOORM提交交的信息是是以“NAAME=VVALUEE”的形式式传递到服服务器上的的。不同的资资料输入栏栏，中间会以以“&”作为分隔符，所所以多个信信息会形成成如下的形形式： “NAMEE1=VAAL2UEE1&NAAME2=VALUUE2”的形式。2. 如果果各参数值值中间有空空格的话，会以“+”代替。3. 如果果有特殊字字符则以“%XX”代替,其中“XX”为特殊字字元的166进位ASCCII码。这些特殊殊字符包括了“&”、“=”、中文以及及ASCIII码为1288以上的字字符。CGI软件件流程图如如图14所示：图14 CCGI的软软件流程图图