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

1、智能家电网络管理系统 G&D小组一、方案简介智能家电网网络管理理系统的的目标是是实现家家用电器器的网络络化、智智能化管管理。通通过该系统将家家中的网网络电器器与互联联网相连连，这样样无论何何时何地地，用户户都可以以通过该该系统远远程操纵纵家用电电器、对对家中的的大小事事务发布布指令、了了解家中中的状况。智能家电网网络管理理系统的的核心部部分是一一个嵌入入式Weeb服务务器，它它主要具具有以下下功能：系统集有线线和无线线Webb服务器器于一体体，用户户可以利利用办公公室的PPC机登录家中中的Weeb服务务器，在在通过用用户名和和密码验验证后，便便可以查查看并控控制家用用电器；也可以以用手机机发送

2、短短消息来来控制家家用电器器；系统具有良良好的用用户界面面，当清清晨用户户离家上上班时，只需需顺手按按几个按按键，便便可以使使整个房房间里的的家电有有条不紊紊地忙碌碌起来。在在完成用用户指定定的任务务后，向向用户反反馈必要要的信息息。系统留有功功能扩展展接口，以以便日后后应用于于防火防防盗等功功能。二、系统原原理和硬硬件连接接系统的原理理框图如如图1所示，主主要包括括：ARMM微控制制器STTR7110、以太网网控制器器CS89900AA、GPRRS模块块MC335i以以及LCCD。其中STTR7110与MC335i通通过RSS2322串口相相连，与与CS89900AA通过ISSA总线线相连。

3、图1系统原原理框图图ARM微控控制器SSTR7710STR7110是整整个系统统的核心。它作为一一个嵌入入式网关关，将外部部网络与与所有的的网络家家电连接接在一起起,是整个个系统运行行的平台台。首先，在远远程操纵纵家电方方面，STRR7100负责从从MC335i接接收到的的短消息息和从CS89900AA接收到的以太太网数据据中提取取出用户户指令，然然后根据据该指令操操纵相应应的网络家电电或者查查询其运运行情况况，最后后再通过过MC335i以以短消息息的形式式或通过过CS89900AA以网页页的形式式将指令的的执行结结果反馈馈到用户户终端。其次，在网网络家电电工作模模式设置置方面，STRR710

4、0的任务就就是在LLCD上上显示相相应的菜菜单以及及帮助信信息，通过良良好的界界面指导导用户完完成设置置。之后后，STTR7110定时时查看家家用电器器的工作作情况。一一旦出现现紧急或或危险的的状况时时，及时时采取必必要的保保护措施施，并通过过MC335i发发送警告告信息。2. 网络络控制器器CS89900AA2.1 CCS89900AA简介CS89000A 是CIRRRUSS LOOGICC公司生生产的低低功耗、性性能优越越的166 位以以太网控控制器。该该芯片的的突出特特点是使使用灵活活, 其物物理层接接口、数数据传输输模式和和工作模模式等都都能根据据需要而而动态调调整, 通过内内部寄存存

5、器的设设置来适适应不同同的应用用环境。2.1.11主要功功能模块块：CS89000A内内部结构构框图如如图2所示。它它内部主主要的功功能模块块是8002.33介质访访问控制制块(MMAC)。8022.3介介质访问问控制块块支持全全双工操操作, 完全依依照IEEEE 8022. 33 以太太网标准准( IISO/IECC 88802-3, 19993) , 它它负责处处理有关关以太网网数据帧帧的发送送和接收收, 包括括: 冲突突检测、帧帧头的产产生和检检测、CCRC校校验码的的生成和和验证。通通过对发发送控制制寄存器器(TxxCMDD) 的的初始化化配置，MACC能自动动完成帧帧的冲突突后重传传

6、。如果果帧的数数据部分分少于446个字字节, 它能生生成填充充字段使使数据帧帧达到8802. 3所所要求的的最短长长度。图2 CSS89000A内内部结构构框图2.1.22主要特特点：符合IEEEE 8022. 33以太网网标准, 并带带有ISSA总线线接口;片内4KK字节RAAM ;适用于II/O操操作模式式, 存储储器操作作模式和和DMAA操作模模式;带有传送送、接收收低通滤滤波的110Baase22T 连连接端口口;支持100Basse2, 100Basse5 和10BBasee2F的AUII接口;自动生成成报头, 自动动进行CCRC检检验, 冲突后后自动重重发;最大电流流消耗为为55m

7、mA (5V电电源) ;全双工操操作;支持外部部EEPPROMM。另外, 要要实现CCS89900AA与STRR7100之间的的数据通通讯，在电路路设计时时可根据据具体情情况灵活活选择合合适的数数据传输输模式。CS8900A支持的传输模式有I/O模式和Memory模式, 另外还有DMA模式。其中, I/O模式是访问CS8900A存储区的缺省模式, 比较简单易用，所以在本系统中我们选用I/O模式。2.2CSS89000A的的基本工工作原理理2.2.11CS89900AA与STRR7100的硬件件连接CS89000A与与STRR7100的硬件件连接框框图如图图3所示，SSTR7710通通过/SSB

8、HEE、/IOOW和/IORR等控制制信号实实现对CCS89900AA的工作作方式控控制和读读写操作作。需要要说明的的是: 当CS89900AA有硬件件复位或或软件复复位时,它将默默认成为为8位工作作模式。因因此, 要使CSS89000A工工作于116位模式式, 系统统必须在在访问之之前提供供给总线线高位使使能管脚脚(/SSBHEE) 一一个由高高到低、再再由低到到高变化化的电平平信号, 这在在网络驱驱动程序序中予以以实现。数据的接收收采用中中断方式式, 由于于CS89900AA和STRR7100的中断断电平是是相反的的, 所以以, 中断断信号线线间需接接一个非非门。CCS89900AA与ST

9、RR7100之间的的数据传传输采用用的是默默认的II/O模模式, 因此, 读写管管脚/MMEMWW和/M EMRR被置高高,以关闭闭Memmoryy方式。在在此模式式下, 用4根地址址线就可可以实现现对所有有寄存器器的访问问。如图图3所示,管脚SAA0SSA3对对应接到到STRR7100的地址址线A11AA14上即即可。除除了为保保证上述述的缺省省偏移地地址(00 x03300)须将SAA8和SA99置高外外, 其余余不用的的地址线线都接低低电平。CS89000A通通过一个个带厄流流线圈的的隔离变变压器(E20023)将CPUU要发送送的数据据发送到到网络上上；接收数数据时, 由网网络传来来的

10、数据据也经过过隔离变变压器。加加隔离变变压器的的作用主主要是将将外部线线路与CCS89900AA隔开, 防止干干扰和烧烧坏元器器件, 实现带带电的插插拔功能能。图3 CSS89000A与与STRR7100的连接接框图2.2.22CS89900AA发送和和接收数数据的过过程CS89000A在在收到由由STRR7100发来的的以太网网帧(帧结构构如图44所示)后, 侦听听网络线线路。如如果线路路忙,就等到到线路空空闲为止止,否则, 立即发发送该数数据帧。发送时,首首先,CCS89900AA添加以以太网包包头(包括先先导字段段和包开开始标志志，包结结构如图图4所示), 然后后, 生成成CRCC校验码

11、码, 最后后, 将此此以太网包包发送到到以太网网上。接收时, 它将从从以太网网收到的的数据包包在经过过解码、去去掉包头头和地址址检验等等步骤后后缓存在在片内。在在CRCC校验通通过后, 它会会根据初初始化配配置情况况, 通知知STRR7100，CS89900AA收到了了数据帧帧。最后后, 根据据配置选选择一种种传输模模式传到到主机的的存储区区中。图4 以太太网帧结结构3. GPPRS模模块MCC35ii3.1 MMC355i简介介MC35ii是Sieemenns公司司推出的的新一代代无线通通信GPPRS模模块, 如图5所示。MC335i模模块主要要由GSSM基带带处理器器、GSMM射频模模块供

12、电电模块(ASIIC)、 FLAASH、ZIFF连接器器天线接接口六部部分组成成如图。通过独独特的440引脚脚的ZIIF连接接器实现现电源、连接指指令、数据、语音信信号及控控制信号号的双向向传输。通过ZIIF连接接器及550欧姆姆天线连连接器可可分别连连接SIIM卡座座和天线线。图5 GPPRS模模块MCC35ii主要特点:电源：单单电源 3.33V 5.5V；频段：支支持GSSM9000MHHz和DCSS18000MHHz双频频网络；发射功率率：2W(GSMM9000MHzz)和1W(DCSS18000MHHz)；SIM卡卡连接方方式：外接；天线：由由天线连连接器连连接外部部天线；音频接口口

13、：模拟信信号（麦麦克风，耳耳麦，免免提手柄柄）；通讯接口口：RS2232（指指令和数数据的双双向传送送）；SIM卡卡操作电电压：3V/1.88V；模块复位位: 采用用AT指令令或掉电电复位；模块提供供AT命令令集接口口支持文文本和PPDU模模式的短短消息；最高支持持14. 4kk的非透透明模式式，接收速速率可以以达到886.220kbbps，发送速速率可以以达到221.55kbpps；模块提供供AT命令令集，接口支支持文本本和PDDU模式式的短消消息；工作模式式有省电电模式、空闲模式式、通话模式式。MC35ii外围接口口电路及及基本工工作原理理MC35ii的正常常运行需需要相应应的外围围电路与

14、与其配合合。MCC35ii的40个引引脚通过过ZIFF连接器器分别于于电源电电路、启启动与关关机电路路、数据据通信电电路、语语音通信信电路、SIM卡电路、状态指示灯电路等连接，如图6所示。图6 MMC355i外围围接口电电路3.2.11 状态指示示灯电路路同步信号SSYNCC在方案案中用于于控制状态态指示灯。下面给给出状态态灯的工工作模式式及当前前模块所所处的工工作状态态如表11所示。根据状状态灯的的显示我我们可以清晰的的知道MMC355i当前前的工作作状态。状态指指示灯电电路的硬硬件实现现电路见见图7。表1 SSYNCC驱动Q22开关状状态状态灯模式式工作状态常灭MC35ii模式处处于关闭闭

15、或睡眠眠模式或仅充电模模式600mss亮/6000mss灭未插SIMM卡或正正在搜索索网络或或正在进行用户验验证或网网络注册册中75ms亮亮/3ss灭已登陆到网网络、无无电话呼呼入75ms亮亮/755ms灭灭75ms亮亮/3ss灭一个或多个个GPRRS上下下文被激激活闪烁GPRS数数据传输输中，闪闪烁间隔隔0.55s常亮已建立语音音链接已建立数据据链路或或正在断断开连接接图7 状态态指示灯灯电路3.2.22 SIIM卡电电路MC35ii的基带带处理器器集成了了一个与与ISOO 78166-3 IC Carrd标准准兼容的的SIMM接口。为为了适合合外部的的SIMM接口，该该接口连连接到ZZIF

16、连连接器。GSMMI1.11为为SIMM卡预留留5个引脚脚的基础础上，MMC355i在ZIFF连接器器上为SSIM卡卡接口预预留了66个引脚脚，所添添加的CCCINN引脚用用来检测测SIMM卡支架架中是否否插有SSIM卡卡。当插插入SIIM卡，该该引脚置置为高电电平，系系统方可可进入正正常工作作状态。但但是目前前移动运运营商所所提供的的SIMM卡均无无CCIIN引脚脚，所以以在设计计电路时时应将ZIFF上的CCCIN与与CCVVCC相相连。两两种接口口的定义义如图88所示。图8 SIIM卡接口定义义比较3.2.33 串口电电路RS2322接口有有Malle和Femmalee两种。DDTE如如我

17、们的的嵌入式式系统，计计算机，终终端等等等通常是是Malle的，而而DCEE如GPRRS模块块等的MMODEEM通常常用Feemalle接口口。DCCE为用用户设备备（指的的是DTTE）提提供接入入网的连连接点。MC35ii的串口口是遵循循ITUU-T RS-2322数据交交换电路路DCEE标准的的串行异异步发送送和接收收口，电电路采用用CMOOS电压压（2.65VV）。所所有的ZZIF接接口上的的RS-2322信号都都是低电电平有效效（loow aactiive）。RSS2322的引脚定定义如表表2所示（引引脚的名名称中表表示方向向的词如如Traansmiit和Recceivve等，都都是从

18、DDTE的的角度定定义的）要完成基本本的串行行通信功功能，实实际上只只需要RRXD、TXDD和GNDD即可，但但由于RRS-2232-C标准准定义的的高、低低电平信信号与GGPRSS模块定定义的TTTL/CMOOS电路路所定义义的高低低电平完完全不同同，LVVTTLL的标准准逻辑“11”对应应233.3VV电平，标标准逻辑辑“0”对对应0VV0.4V电电平，而而RS-2322-C标标准采用用负逻辑辑方式，标标准逻辑辑“1”对对应-55V-15VV电平，标标准逻辑辑“0”对对应+55V+15VV电平，显显然，两两者间要要进行通通信必须须经过电电平转换换，我们们所用的的转换芯芯片是SST32232

19、。表2 RSS2322的引脚脚定义引脚名称功能信号特征1DCD载波数据检检测当线路为“ooff-hoook”时时，默认认为“00”，表表示连接接已经建建立，等等待接受受远程mmodeem来的的应答ttonee。如果果没有接接受到应应答toone，则则DCDD转为“11”。2RXD数据接收当DTE接接收到来来自DCCE的数数据是才才激活，否否则默认认状态是是“1”即即负电平平。在DDCE端端可能被被称为TTXD。3TXD数据发送当有数据从从DTEE发送到到DCEE时激活活，否则则默认状状态是“”。在DCCE端可可能称为为RXDD。4DTR数据终端准准备好正常工作时时默认保保持为“0”，即正正电平

20、。当当DTRR为状态态“”时表明明moddem转转为“on-hoook”而中止止连接。5GND地6DSR数据设备准准备好当以下三个个条件满满足时：1.moddem连连到工作作的电话话线上（即即“offfhoook”）；2.moddem工工作在数数据模式式而不是是语音模模式或拨拨号模式式；3.moddem已已经完成成拨号DDSR就就默认为为“0”。7RTS请求发送默认处于“0”状态,即正电电压，随随时准备备相应从从DTEE来的待待发送数数据。在在DCEE端，可可能准备备称为CCTS。8CTS清除发送默认处于“00”状态态下，告知DTTE可以以开始发发送数据据了。与与RTSS构成一一对握手手信号来

21、来协调传传到DCCE中的的数据流流。备注:DTE：DDataa Teermiinall Eqquippmennt (typpicaallyy coompuuterr, ttermminaal, priinteer oor, forr exxampple, GSSM apppliccatiion)DCE：DDataa Coommuuniccatiion Equuipmmentt (ttypiicallly moddemss, ee.g. Siiemeens GSMM ennginne)三、系统软软件设计计1. 系统统软件框框架系统软件采采用分层层设计，包包括硬件件设备驱驱动层，操操作系统统层，应

22、应用程序序接口层层，应用用软件层层。操作作系统选选择小型型的实时时操作系系统CC/OSS-III；TCPP/IPP协议栈栈选择uuIP11.0；图形用用户界面面选择CGUUI。软件系系统结构构如图88所示：图8 智能能家电网网络管理理系统软软件框架架2. 系统统软件流流程2.1 驱驱动程序序层2.1.11 以太网网卡驱动动程序 初始始化CS89000A的的初始化化包括以以下内容容：1) 设定定临时使使用的以以太网物物理地址址, 真实实地址需需要向权权威机构构申请；2) 设定定接收帧帧类型, 一般般能接收收广播；3) 设置置工作模模式, 8位或或16位；4) 初始始化工作作端口, 设置置成100

23、Basse2TT；5) 是否否允许中中断；6) 接收收发送使使能。 接收数数据1) 接收收数据的的步骤：a. Prre-PProccesssingg-DDesttinaatioon AAddrresss fiilteerinng- Eaarlyy Innterrruppt Generratiion-Acccepptannce fillterringg-NNormmal Intterrruptt Geenerratiion;b. Teempoorarry BBuffferiing;c. Trranssferr too Hoost.2) 接收收数据的的配置：a. Coonfiigurringg t

24、hhe PPhyssicaal IInteerfaacePhysiicall Innterrfacce CConffiguurattionn：thee LiineCCTL reggistter(Reggistter 13)b. Chhoossingg whhichh Frramee Tyypess too Accceppt Framee Acccepptannce Criiterria：thee RxxCTLL reegissterr(Reegissterr5)c. Seelecctinng wwhicch EEvennts Cauuse IntterrrupttsReceiive Intte

25、rrruptt Coonfiigurratiion：thee RxxCFGG reegissterr (RRegiisteer3), tthe BuffCFGG(Reegissterr B) d. Chooosiing Howw too Trranssferr Frrameesthe RRxCFFG rregiisteer (Reggistter33),tthe BussCTLL reegissterr (RRegiisteer 117)3)两种数数据传输输模式：Memorry aand I/OO sppacee moodeDMA mmodee在本系统中中我们选选用第一一种模式式，即I/OO

26、模式式。软件流流程图如如图9所示：图9 接收收数据软软件流程程图 发送数数据1) 发送送数据的的步骤：a. STTR7110将以以太网帧帧(Ettherrnett Frramee)发送送到CSS89000A的的缓存(buffferr meemorry)中。命令格式：Traansmmit CommmanndTraansmmit Lenngthhb. CSS89000A将将以太网网帧转变变为以太太网包(Ethhernnet Pacckett)，并并将其发发送至互互联网上上。2) 发送送数据的的配置：配置信息包包括以下下两部分分：a. Phhysiicall Innterrfacce CConffi

27、guurattionn：thee LiineCCTL reggistter(Reggistter 13)b.Traansmmit Intterrruptt Coonfiigurratiion：thee TxxCFGG reegissterr(Reegissterr 7) 和thee BuufCFFG(RRegiisteer BB)3) 发送送数据的的工作模模式：a. Inndivviduual Pacckett Trranssmisssioonb. Trranssmisssioon iin PPolll Moodec. Trranssmisssioon iin IInteerruupt Mod

28、de在本系统中中我们选选用第三三种模式式，即中中断模式式，软件件流程图图如图110所示示。图9 发送送数据软软件流程程图2.1.22 GPPRS驱驱动程序序MC35ii软件设设计包括括：用AAT命令令对MCC35ii进行初初始化，短短信的发发送和读读取。这这些任务务都是由由各个函函数模块块实现的的。MCC35ii收发短短信一共共有三种种模式：Bloock模模式，PPDU模模式和TTextt模式。BBlocck模式式需要手手机厂家家提供支支持，而而Texxt模式式虽然收收发短信信代码简简单，且且实现简简单，但但最大的的缺点是是不支持持中文。目目前基于于AT命令令的PDDU模式式已经取取代了BBl

29、occk模式式，且支支持中英英文短信信，因而而相对于于Bloock模模式和TTextt模式具具有很大大的优势势，应用用也最广广泛。本本系统采采用PDDU模式式来进行行数据传传输，PPDU相相当于一一个数据据包，它它严格地地包含了了短消息息的源/目的地地址、有有效时限限、数据据格式、协协议类型型和有效效信息。对MC355i进行行操作（包包括参数数的设置置和短信信的收发发）都是是通过AAT命令令来实现现的。图图11给出出了MCC35ii收发短短信的软软件流程程图。图11 MMC355i收发发短信流流程图操作系统层层我们设计的的系统采采用的操操作系统统是由JJeann J. Laabroossee编

30、写的的开放式式实时操操作系统统C/OS-II，主主要是基基于一下下的考虑虑：它的内核是是完全免免费的，用用户不需需要支付付任何费费用，有有利于降降低系统统的开发发成本。它的源代码码是公开开的，而而且仍在在不断升升级，增增加新的的功能。系统内核实实用性强强、可靠靠性高。操作系统内内核对处处理器以以及ROOM、RAMM资源的的要求不不高，利利于在116位微微处理器器上移植植。C/OSS-III是基于于优先级级的抢占占式实时时多任务务操作系系统内核核，最多多可以支支持644个任务务。CC/OSS-III只包含含了任务务调度、任任务管理理、时间间管理、内内存管理理和任务务间的通通信与同同步等基基本功能

31、能，没有有提供输输入/输出管管理、文文件系统统及网络络之类的的额外服服务。但但是由于于PC/OS-II的的可移植植性和开开源性，用用户可自自己添加加所需的的各种服服务。C/OSS-III属于可可剥夺性性内核，即即它总是是执行处处于就绪绪条件下下优先级级最高的的任务。为为了简化化系统的的设计，C/OS-II规定所有任务的优先级必须不同，任务的优先级同时也唯一地标识了此任务。系统通过两种方法进行任务调度：一是时钟节拍或其他硬件中断到来后，系统会进行中断级的任务切换；二是任务主动进入挂起或等待状态，这时系统可以通过发软中断命令或依靠处理器执行陷阱指令来完成任务切换。2.3 应应用程序序接口层层2.3.11 TCPP/IPP协议栈栈TCP/IIP协议议分为44层：链链路层、网网络层、传传输层、应应用层，各各层对应应的协议议如下所所示：应用层：HHTTPP协议;传输层：TTCP协协议，UUDP协协议;网络层：IIP协议议,ICCMP协协议; IP协协议，它它用于网网络层的的数据传传输；IICMPP协议，用用于报告告数据传传送传过过程中的的差错情情况；链路层：AARP协协议,AARP协协议提供供IP地址址和数据据链路层层使用MMAC地地址之间间的转换换功能。图1