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??? 1 引言
目前的信息家電還處在初級階段，信息家電的標準還未確定，對其的研究也還未有突破性的進展。另外，隨著以PC為中心拓展出來的各種家庭數字產品開始浮出水面，在未來的數字家庭中，PC作為家庭應用的控制中心的地位將越來越受到重視。
本文利用SX52單片機和外圍擴展模塊模擬信息家電，利用PC模擬家庭網關，從而成功搭建了一個模擬家庭網關和信息家電交互的平臺。這種利用一個單片機集成系統對信息家電進行模擬為研究信息家電的內部體系結構以及家庭網關和信息家電功能分配提供了實驗平臺，同時大大節省了資源和費用。
創新點：本文描述了利用SX52為主芯片，通過擴展外圍電路和軟件模塊模擬信息家電的通用方法，并以模擬電風扇做了具體實現，為后續對信息家電和家庭網關的研究提供了基礎實驗平臺。
2 信息家電
信息家電是所有能夠通過網絡系統交互信息的家電產品，也就是說信息家電是將數字技術和網絡技術集成在電冰箱、洗衣機等傳統家用電器上并以此為基礎建立家庭網絡環境，信息家電具有以下特點：
（1）相互之間通過有線或無線方式相連，能相互識別并協同工作與網絡化；
（2）能夠遵循一定的協議，通過家庭網關或直接與外部網絡進行信息交互；
（3）與用戶雙向交流，功能單一集中并且便于學習，使用簡單；
（4）信息家電應該具有實時化，數字化與智能化的特點；
其中虛框顯示的嵌入式操作系統層，在今后隨著信息家電產品功能的增多增強，使用嵌入式操作系統是一種必然趨勢，本文在單片機上實現模擬系統就沒有采用嵌入式操作系統，這樣極大地節省了資源和費用。
3 家庭網絡與家庭網關
家庭網絡借助現有的計算機網絡技術，將家庭內各種家電和設備連網，通過網絡為人們提供各種豐富、多樣化、個性化、方便、舒適、安全和高效的服務。實現家庭網絡與外部信息的交換需要設計一個理想的家庭網關。家庭網關是一種簡單的、智能的、標準化的、靈活的整個家庭網絡接口單元，它可以從不同的外部網絡接收通訊信號，通過家庭網絡傳遞信號給某個消費設備。家庭網關應具備的兩個主要功能是：（1）作為家庭內部網絡和外部網絡連接的一種物理接口；（2）使住宅用戶可以獲得各種家庭服務的平臺。
家庭網關接口的有效的解決方案，當前比較統一的觀點是開發一個集中式網關，它將提供一個最有效的橋接外部網絡和家庭網絡或設備的解決方案。
4 嵌入式Web服務器
嵌入式Web服務器（EmbeddedWebServer,EWS）是指將Web服務器引入到現場測試和控制設備中，在相應的硬件平臺和軟件系統的支持下，使傳統的測試和控制設備轉變為具備了以TCP/IP為底層通信協議，Web技術為核心的基于互聯網的網絡測試和控制設備。EWS系統與傳統的Web應用相比，簡化了系統結構，將信息采集和信息發布都集成到現場的測控設備中。由于有了標準的接口形式和通信協議，內嵌于設備的Web服務器可以向任何接入它所在網絡的合法用戶提供統一的基于瀏覽器方式的操作和控制界面，瀏覽器成了設備的前端控制板。由于Web技術的開放性和獨立平臺特性，大大降低了軟件系統和通信系統的設計、維護工作量，節省了人員培訓費用等，提高了現場測試和控制設備的管理水平。
5 硬件選型
5.1 SX52的優勢
用單片機實現嵌入式互聯網方案的技術難點是：如何利用單片機本身有限的資源對信息進行TCP/IP協議處理，使之變成可以在互聯網上傳輸的IP數據包。目前解決這個問題有兩種方案：一種是PC網關+專用網，缺點是要增加布線和第三方協議轉換軟件；另一種是32位MCU+RTOS,弊端是開發難，成本極高。而用軟件方法實現網絡協議比采用集成網絡協議的芯片，具有節省空間、降低成本的優點，更重要的是可以隨意配置甚至修改各種協議，且能通過軟件升級方式跟隨未來的發展。
通過美國Ubicom公司的SX52微控器進行網絡控制更具其獨特優勢，主要體現在：
（1）速度快，在100MHz頻率下能達到100MIPS;
（2）現成的網絡協議模塊供套用，可以通過虛擬外設功能來運行網絡協議棧，例如TCP、IP、HTTP以及SMTP等；
（3）強大的虛擬外設功能，即通過軟件對I/O口進行靈活的配置，CPU執行虛擬軟件模塊就可以驅動普通的I/O口來模擬外設的功能，比如UART、SPI、IIC和FSK等。采用其成功的網絡協議模塊和一些適用于小型嵌入系統的做法構筑現場控制Web服務器是最明智的做法。
5.2 SX52主要模塊功能特點
5.2.1 CPU模塊（包括在線下載ISP電路）
此模塊實現開發系統板的系統控制，并實現網絡接口控制，主要包含SX52BD、24C256。
SX52BD開發系統板主CPU,它是UBICOM公司生產的一款RISC指令集的高速8位單片機，片上帶有4K×16位的Flash存儲器和262×8位的RAM。由于采用CPU并行流水線方式及單時鐘周期指令，在100MHz晶振驅動下指令執行速度可達100MIPS。這款單片機以其優異的性能，可以廣泛應用在需要網絡支持的場合，尤其適合于需要網絡遠程控制或遠程監控的應用中。開發系統板所實現的網絡協議（IP、ARP、DHCP、UDP、TCP、HTTP、SMTP）就是通過此芯片實現的。
EEPROM器件24C256用于存儲網頁內容，主CPU通過I2C總線訪問24C256,其中存儲的網頁內容通過主CPU的讀寫操作可以實現網頁的瀏覽、重新下載和更新。
5.2.2 網絡接口模塊
此模塊實現了兩種網絡接口方式：以太網接口和調制解調器接口，主要包含RTL8019AS、以太網收發濾波器芯片、MAX232等。
5.2.3 用戶試驗區模塊
主CPU的信號引腳都已經連接到用戶試驗區的周圍，有5組共40條信號線。開發使用人員可以在試驗區利用這些信號進行相應的外圍電路擴展試驗。
5.2.4 調試、仿真和下載模塊
開發系統板上有調試、仿真和下載接口。通過CPU模塊中的SIP4針插座（SX-KEY），配接UBICOM公司提供的“SXKEY”
仿真頭與此插座相連，就可以實現在線式系統的仿真（包括單步、斷點等功能）、調試、和程序ISP方式編程下載。
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6 模擬系統的設計與實現
????? 6.1 添加外圍硬件電路
本文選擇PC機和SX52作為模擬實現信息家電和家庭網關交互的平臺是非常合適的，因為我們利用其用戶試驗區模塊擴展外圍模塊電路（如電風扇遙控模塊）模擬信息家電，以實現通過遠程終端（Web瀏覽器或者專用控制客戶端）對信息家電的控制，本文只討論利用嵌入式Web服務器，通過Web頁面的方式實現對家電的遠程控制這一方式。在板上添加了電風扇遙控發射電路（主芯片CS5104），由主CPU直接控制，能夠實現對電風扇的遙控功能，同時為了了解開發系統遙控效果，還添加了遙控接收電路（主芯片CS8206），可以響應發射電路的遙控信號。還添加了遙控接收端狀態LED（12只）用于顯示電風扇狀態。硬件構成框圖如圖2所示，本文只給出包含電風扇模塊的框圖，添加其它模塊類似。
6.2 軟件的設計與實現
通過瀏覽器的web頁面控制信息家電，首先要定義控制協議，讓從網關發送過去的信息能夠被家電接收解釋并能執行正確的操作，系統工作流程如下：
（1）開發系統板上電后初始化主芯片及各外圍芯片。
（2）打開PC機瀏覽器，輸入http://10.1.1.20/index.htm,由瀏覽器發出的連接嵌入式Web服務器請求經過開發板上的RTL8019AS,再經SX52解釋后在其控制下把讀取請求發送至存儲網頁的24C256,24C256根據SX52發送過來的命令取出網頁后通過RTL8019AS送至PC的瀏覽器，即打開遠程控制端如圖3所示。
（3）選擇圖3中的“速度”再點擊“確定”，啟動開發板上的電風扇模塊，然后根據需要點擊前面的選項控制風扇，瀏覽器就將控制信息通過網線傳給RTL8019AS,再經SX52解釋轉化為控制命令發送給電風扇遙控發射芯片，該芯片發送遙控信號遙控接收電路通過相應的LED顯示，從而響應控制請求。最后通過觀看控制界面上燈的狀態與開發板上相應LED顯示是否相符，從而檢驗模擬系統運行成功與否。
由于考慮到單片機的處理能力，定義單個字符傳遞控制信息不僅可以節省資源，而且可以縮短響應時間，滿足更高的實時性要求。以對電風扇模塊的模擬為例，通過網頁發送給網關的控制協議具體實現如下：用'e'代表關閉，'f'代表定時，'g'代表風速/啟動，'h'代表工作模式，'i'代表搖頭。每選擇一個選項，按“確定”后，就發送一次上面相應字符給信息家電（SX52），后面相應的燈就按已經定義好的規律變亮或是變暗。
代碼添加和修改，再按以下的步驟完成最后的工作：
（1）制作控制頁面，實現以上協議，并顯示電風扇的控制狀態信息，頁面外觀如圖3所示。然后計算該頁面的大小，利用SX52特有的哈希函數計算出URI。
（2）修改Eth_my3.src源文件中開發板IP地址值，URI值等，裁剪掉DHCP、SMTP等模塊，添加電風扇初始化代碼、中斷代碼和協議轉化模塊。
（3）利用匯編/編程器軟件SXKey52.exe將文件e2file3ttm1.
src下載到開發系統板，然后利用PC上運行的裝載程序E2File.
exe將網頁裝載到EEPROM中，再次利用SXKey52.exe將網頁服務器程序Eth_my3.src下載到開發系統板，最后打開PC上的瀏覽器，在地址欄輸入http://10.1.1.20/index.htm就可以看見如圖3所示的界面，通過該界面可以對開發板上的電風扇硬件電路進行控制。
7 小結
本文從研究信息家電內部結構和家庭網關出發，選擇高性能的8位SX52單片機集成系統并進行軟硬件裁剪，成功地利用外圍硬件電路和虛擬外圍及網絡協議軟件虛擬模塊，搭建了模擬信息家電的平臺，為進一步研究家庭網關和信息家電內部結構以及二者之間的功能分配和通信協議打下了堅實的基礎。
工商網監
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