一种基于以太网的嵌入式数字监控系统

摘要:本文根据监控系统的发展现状,提出了一个基于以太网的嵌入式数字家庭监控系统的设计方案,并初步比较完整的完成了该监控系统的开发。系统采用嵌入式现场监控器进行数据采集,现场监控器由数据采集卡和网络通讯卡组成,现场控制卡负责接收监控中心发出的控制命令,它们都是由一块51单片机控制,其软件开发都是使用了C51和51汇编程序。

关键字:监控系统;嵌入式系统;单片机

　　1 引言

　　随着科技的进步及对生活质量要求的不断提高,信息技术和网络化技术的发展,为家用电器居家环境集中控制和远程遥控提供了可能。将信息技术与家电控制技术相融合,在很大程度上实现家庭生活的信息化和自动化,满足人们舒适、快节奏的生活需要,当家庭采用了监控系统之后,各种电子设备就能够在几乎无需过问的情况下进行操作。鉴于这种数字化家庭的发展趋势,远程监控作为一种理想的有效的而且快捷方便的实现途径己被广泛采用。
 

　　2 系统总体设计

　　本系统将采用上、下位机的方式组建监控系统。下位机工作于监控现场,采用51系列单片机控制;上位机则用于监控中心,使用一台PC机。单片机通过各种传感器,采集数据,通过以太网卡控制芯片实现的网络接口将监控数据传给异地的PC机,PC机的远程监控端接收监控信息并存储,然后进行相应处理并发出相应的报警信息。同时,PC机也可以向单片机发送指令,控制单片机的监控行为。控制命令发出去以后,负责现场控制的单片机接受命令,经过信息处理以后再执行。

　　3 监控系统硬件设计

　　对于现场监控器和现场控制器都是分别由各自的单片机来组成,现场控制器的硬件设计与现场监控器硬件设计一样,都是包含了单片机最小系统的扩展,再加上各自的功能模块。图1是现场控制卡的硬件框图。

　　系统硬件设计主要包括两部分内容:一是单片机系统的扩展部分设计,主要是系统存储器的扩展,存储器扩展指EPROM, RAM的扩展等。二是功能模块的设计,包括通信功能模块、电机驱动模块。

　　3.1 单片机系统的扩展

　　3.1.1 系统存储器的扩展

　　本系统使用的单片机为78E58B单片机。78E58B是一款以8051为核心的单片机,它具有集成度高、指令功能强、运算速度快、I/O接口功能强、可靠性高等优点,包含32K字节的片内Flash电擦写程序存储器:4K字节附加ROM; 512字节片内RAM;三个16位定时器/计数器;一个串口。该芯片还包括8个中断源,2个中断优先级的中断资源。32K字节的程序存储器对于系统来说己经足够了,所以没有扩展外部程序存储器,所以在硬件框图中不必添加外部ROM,节省了系统开销,还可以省却部分电路、连线,减少了干扰源。然而,78E58B只有512字节的片内RAM远远不能满足系统功能的要求,故采用了8K字节的静态RAM 6264作为外部数据存储器。

　　3.1.2 复位电路设计

　　本系统的复位电路采用了电平式开关复位与上电复位,另外复位引脚还与网络通讯卡上MCU的一个I/O口连接。使用这种复位电路,当该MCU中的程序在运行过程中出现问题的时候,就可以通过网络通讯卡上的MCU使之复位,重新恢复正常工作。虽然这种复位电路干扰易串入复位端,但是一般不会造成单片机的错误复位。复位电路如图2所示,但要注意的是这种复位电路要与手动的开关复位电路隔离,以免复位功能失效,甚至短路。

　　3.2 接口实现

　　3.2.1 RS232异步串行通信单元

　　本系统采用RS232最简单的全双工通信方式,只用了三根线,即串行接收RXD,串行发送TXD和接地线GND。将"串行发送"和"串行接收"交叉连接,地线直接相连,其余信号线都不用。用软件来实现通信的"握手"、空闲检测等功能。并且选用MAX232串口通信信号转换芯片来实现RS232与TTL的电平和正负逻辑电平的转换。通过MAX232的TTL和RS-232的输入/输出端口,自动的调节了单片机的TTL电平信号和RS-232的串口通信信号的电平匹配。

　　设计这部分硬件单元,主要是为了系统调试的需要。在调试阶段,通过串行通信端口,向计算机输出调试的结果,有利于观察系统运行的状态。另外一个目的是为了将来系统扩展的需要,可以方便的通过串行通信端口,向系统输入必要的命令和信息。

　　3.2.2 单片机双机并行互连的实现方法

　　实现现场控制卡和网络通讯卡的连接实际上就是实现两卡上单片机的互连。本来单片机带有串口,利用串口进行互连通信非常方便,但是系统中的单片机的串口都要用于对外连接,所以单片机的串口就不能用做系统内单片机之间的通信接口了。但是,单片机的并行端口也能相互连接来进行数据通信,因此就通过单片机的并行端口来实现现场控制卡和网络通讯卡直接的互连。在本系统中,可根据不同的使用要求,来采用不同的并行连接方法。目前可用的连接方法包括以下三种:单向并行通信接口;主从并行通信接口;无主从双向并行通信接口。