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、智能家电电网络管管理系统统G&D小组组一、方案案简介智能家电电网络管管理系统统的目标标是实现现家用电电器的网网络化、智能化化管理。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、了解家家中的状况。智能家电电网络管管理系统统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：系统集有有线和无无线Weeb服务务器于一一体，用用户可以以利用办办公室的的PC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，便可以以查看并并控制家家用电器器；也可可以用手手机发

2、送送短消息息来控制制家用电电器；系统具有有良好的的用户界界面，当当清晨用用户离家家上班时时，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。在完成成用户指指定的任任务后，向用户户反馈必必要的信信息。系统留有有功能扩展展接口，以便日日后应用用于防火火防盗等等功能。二、系统统原理和硬硬件连接接系统的原原理框图图如图11所示，主要包包括：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。图

3、1系统统原理框框图ARM微微控制器器STRR7100STR7710是是整个系系统的核心。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，在在远程操操纵家电电方面，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，然后根根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，在在网络家家电工作作模式设设置方面面，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。一旦出出现紧急急或危险险的状况况时，及及时采取取必要的的保护措措施，并通过过MC335i发发送警告告信息。2.网络络控制器器CS89900AA2.1 CS889000A简介介CS89900AA是CIRRRUSS LOOGICC公司生生产的低低功耗、性能优优越的116 位位以太网网控制器器。该芯芯片的突突出特点点是使用用灵活, 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, 通过内内部寄存存器的设

5、设置来适适应不同同的应用用环境。2.1.1主要要功能模模块：CS89900AA内部结结构框图图如图22所示。它内部部主要的的功能模模块是8802.3介质质访问控控制块(MACC)。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、帧头的的产生和和检测、CRCC校验码码的生成成和验证证。通过过对发送送控制寄寄存器(TxCCMD) 的初初始化配配置，MACC能自动动完成帧帧的冲突突后重传传。如果果帧的数数

6、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 CCS89900AA内部结结构框图图2.1.2主要要特点：符合IIEEEE 8002. 3以太太网标准准, 并带带有ISSA总线线接口;片内44K字节节RAMM ;适用于于I/OO操作模模式, 存储器器操作模模式和DDMA操操作模式式;带有传传送、接接收低通通滤波的的10BBasee2T 连接端端口;支持110Baase22, 110Baase55 和10BBasee2F的AUII接口;自动生生成报头头, 自动动进行CCRC检检验, 冲突后后自动重重发;最大电电流消耗耗为555mA (

7、5VV电源) ;全双工工操作;支持外外部EEEPROOM。另外, 要实现现CS89900AA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。CS89900AA支持的的传输模模式有II/O模模式和MMemoory模模式, 另外还还有DMMA模式式。其中中, II/O模模式是访访问CSS89000A存存储区的的缺省模模式, 比较简简单易用用，所以以在本系统中我们选选用I/O模式式。2.2CCS89900AA的基本本工作原原理2.2.1CS89900AA与STRR7100的硬件件连接CS89900AA与STRR7100的硬件件连接框框图如图

8、图3所示，STRR7100通过/SSBHEE、/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。因此, 要使使CS89900AA工作于于16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、再由低低到高变变化的电电平信号号, 这在在网络驱驱动程序序中予以以实现。数据的接接收采用用中断方方式, 由于CSS89000A和和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

9、个非非门。CCS89900AA与STRR7100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。在此模模式下, 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。CS89900AA通过一一个带厄厄流线圈圈的隔离离变压器器(E220233)将CPUU要发送送的数据据发送到到网络上

10、上；接收数数据时, 由网网络传来来的数据据也经过过隔离变变压器。加隔离离变压器器的作用用主要是是将外部部线路与与CS89900AA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 CCS89900AA与STRR7100的连接接框图2.2.2CS89900AA发送和和接收数数据的过过程CS89900AA在收到到由STTR7110发来来的以太太网帧(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),

11、然后后, 生成成CRCC校验码码, 最后后, 将此此以太网包包发送到到以太网网上。接收时, 它将将从以太太网收到到的数据据包在经经过解码码、去掉掉包头和和地址检检验等步步骤后缓缓存在片片内。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 以以太网帧帧结构3.GPPRS模模块MCC35ii3.1MMC355i简介介MC355i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

12、理器器、GSMM射频模模块供电电模块(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 GGPRSS模块MCC35ii主要特点点:电源：单电源源 3.3V 5.5V；频段：支持GSSM9000MHHz和DCSS18000MHHz双频频网络；发射功功率：2W(GSMM9000MHzz)和1W(DCSS18000MHHz)；SIMM卡连接接方式：外接；天线：由天线线连接器器连接

13、外外部天线线；音频接接口：模拟信信号（麦麦克风，耳麦，免提手手柄）；通讯接接口：RS2232（指令和和数据的的双向传传送）；SIMM卡操作作电压：3V/1.88V；模块复复位: 采用ATT指令或或掉电复复位；模块提提供ATT命令集集接口支支持文本本和PDDU模式式的短消消息；最高支支持144. 44k的非非透明模模式，接收速速率可以以达到886.220kbbps，发送速速率可以以达到221.55kbpps；模块提提供ATT命令集集，接口支支持文本本和PDDU模式式的短消消息；工作模模式有省省电模式式、空闲模式式、通话模式式。MC355i外围围接口电电路及基本工工作原理理MC355i的正正常运行

14、行需要相相应的外外围电路路与其配配合。MMC355i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、SIMM卡电路路、状态态指示灯灯电路等等连接，如图66所示。图6MCC35ii外围接接口电路路3.2.1状态指示示灯电路路同步信号号SYNNC在方方案中用用于控制制状态指示示灯。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 SYNNC驱动动Q2开关关状态状态灯模模式工作状态

15、态常灭MC355i模式式处于关关闭或睡睡眠模式式或仅充电电模式600mms亮/6000mss灭未插SIIM卡或或正在搜搜索网络络或正在在进行用户户验证或或网络注注册中75mss亮/3ss灭已登陆到到网络、无电话话呼入75mss亮/755ms灭灭75mss亮/3ss灭一个或多多个GPPRS上上下文被被激活闪烁GPRSS数据传传输中，闪烁间间隔0.5s常亮已建立语语音链接接已建立数数据链路路或正在在断开连连接图7状态态指示灯灯电路3.2.2 SIIM卡电电路MC355i的基基带处理理器集成成了一个个与ISSO 778166-3IIC CCardd标准兼兼容的SSIM接接口。为为了适合合外部的的SI

16、MM接口，该接口口连接到到ZIFF连接器器。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，该引脚脚置为高高电平，系统方方可进入入正常工工作状态态。但是是目前移移动运营营商所提提供的SSIM卡卡均无CCCINN引脚，所以在在设计电电路时应应将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8SIIM卡接口定义义比较3.2.3串口电电路RS2332接口口有Maale和和Femma

17、lee两种。DTEE如我们们的嵌入入式系统统，计算算机，终终端等等等通常是是Malle的，而DCCE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。MC355i的串串口是遵遵循ITTU-TT RSS-2332数据据交换电电路DCCE标准准的串行行异步发发送和接接收口，电路采采用CMMOS电电压（22.655V）。所有的的ZIFF接口上上的RSS-2332信号号都是低低电平有有效（llow acttivee）。RSS2322的引脚定定义如表表2所示（引脚的的名称中中表示方方向的词词如Trransmiit和Re

18、cceivve等，都是从从DTEE的角度度定义的的）要完成基基本的串串行通信信功能，实际上上只需要要RXDD、TXDD和GNDD即可，但由于于RS-2322-C标标准定义义的高、低电平平信号与与GPRRS模块块定义的的TTLL/CMMOS电电路所定定义的高高低电平平完全不不同，LLVTTTL的标标准逻辑辑“1”对应23.33V电平平，标准准逻辑“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，标准逻逻辑“11”对应应-5VV-115V电电平，标标准逻辑辑“0”对应+55V+15VV电平，显然，两者间间要进行行通信必必须经过过电平转转换，我我们所用用的转换换芯片是

19、是ST332322。表2 RRS2332的引引脚定义义引脚名称功能信号特征征1DCD载波数据据检测当线路为为“offf-hhookk”时，默认为为“0”，表示示连接已已经建立立，等待待接受远远程moodemm来的应应答toone。如果没没有接受受到应答答tonne，则则DCDD转为“11”。2RXD数据接收收当DTEE接收到到来自DDCE的的数据是是才激活活，否则则默认状状态是“1”即即负电平平。在DDCE端端可能被被称为TTXD。3TXD数据发送送当有数据据从DTTE发送送到DCCE时激激活，否否则默认认状态是是“”。在DCCE端可可能称为为RXDD。4DTR数据终端端准备好好正常工作作时默

20、认认保持为为“0”，即正正电平。当DTTR为状状态“”时表明明moddem转转为“on-hoook”而中止止连接。5GND地6DSR数据设备备准备好好当以下三三个条件件满足时时：1.moodemm连到工工作的电电话线上上（即“offfhoook”）；2.moodemm工作在在数据模模式而不不是语音音模式或或拨号模模式；3.moodemm已经完完成拨号号DSRR就默认认为“0”。7RTS请求发送送默认处于于“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清除发送送默认处于于“0”状态下，告知DTTE可以以开始发发送数据据了

21、。与与RTSS构成一一对握手手信号来来协调传传到DCCE中的的数据流流。备注:DTE：Datta TTermminaal EEquiipmeent (tyypiccallly ccompputeer, terrminnal, prrintter or, foor eexammplee, GGSMaappllicaatioon)DCE：Datta CCommmuniicattionn Eqquippmennt (typpicaallyy moodemms, e.gg. SSiemmenss GSSM eengiine)三、系统统软件设设计1.系统统软件框框架系统软件件采用分分层设计计，包括括硬件

22、设设备驱动动层，操操作系统统层，应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 智智能家电电网络管管理系统统软件框框架2. 系系统软件件流程2.1驱驱动程序序层2.1.1以太太网卡驱驱动程序序2.1.1.1 初始始化CS89900AA的初始始化包括括以下内内容：1) 设设定临时时使用的的以太网网物理地地址, 真实地地址需要要向权威威机构申申请；2) 设设定接收收帧类型型, 一般般能接收收广播；3) 设设置工作作模式, 8位位或16

23、6位；4) 初初始化工工作端口口, 设置置成100Basse2TT；5) 是是否允许许中断；6) 接接收发送送使能。2.1.1.2接收数数据1) 接接收数据据的步骤骤：a. PPre-Proocesssinng-Desstinnatiion Adddresss ffiltteriing- EEarlly IInteerruupt Geneerattionn-AAcceeptaancee fiilteerinng-Norrmall Innterrruppt GGeneerattionn;b. TTempporaary Buffferringg;c. TTrannsfeer tto HHostt.

24、2) 接接收数据据的配置置：a. CConffiguurinng tthe Phyysiccal IntterffaceePhyssicaal IInteerfaace Connfigguraatioon：thee LiineCCTL reggistter(Reggistter 13)b. CChooosinng wwhicch FFramme TTypees tto AAcceept Framme AAcceeptaancee Crriteeriaa：thee RxxCTLL reegissterr(Reegissterr5)c. SSeleectiing whiich Eveentss C

25、aausee InnterrrupptsReceeivee Innterrruppt CConffiguurattionn：thee RxxCFGG reegissterr (RRegiisteer3), tthe BuffCFGG(Reegissterr B) d. Chhoossingg Hoow tto TTrannsfeer FFrammesthe RxCCFG reggistter (Reegissterr3),thee BuusCTTL rregiisteer (Reggistter 17)3)两种种数据传传输模式式：Memoory andd I/O sspacce mmodeeD

26、MA modde在本系统统中我们们选用第第一种模模式，即即I/OO 模式式。软件流流程图如如图9所示：图9 接接收数据据软件流流程图2.1.1.33 发送送数据1) 发发送数据据的步骤骤：a. SSTR7710将将以太网网帧(EEtheerneet FFramme)发发送到CCS89900AA的缓存存(buuffeer mmemoory)中。命令格式式：Trranssmitt CoommaandTraansmmit Lenngthhb. CCS89900AA将以太太网帧转转变为以以太网包包(Ettherrnett Paackeet)，并将其其发送至至互联网网上。2) 发发送数据据的配置置：配置

27、信息息包括以以下两部部分：a. PPhyssicaal IInteerfaace Connfigguraatioon：thee LiineCCTL reggistter(Reggistter 13)b.Trranssmitt Innterrruppt CConffiguurattionn：thee TxxCFGG reegissterr(Reegissterr 7) 和thee BuufCFFG(RRegiisteer BB)3) 发发送数据据的工作作模式：a. IIndiividduall Paackeet TTrannsmiissiionb. TTrannsmiissiion in Pol

28、ll MModeec. TTrannsmiissiion in Intterrruptt Moode在本系统统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 发发送数据据软件流流程图2.1.2GPPRS驱驱动程序序MC355i软件件设计包包括：用用AT命令令对MCC35ii进行初初始化，短信的的发送和和读取。这些任任务都是是由各个个函数模模块实现现的。MMC355i收发发短信一一共有三三种模式式：Bllockk模式，PDUU模式和和Texxt模式式。Bllockk模式需需要手机机厂家提提供支持持，而TTextt模式虽虽然收发发短信代代码简单单，且实实现简单单，

29、但最最大的缺缺点是不不支持中中文。目目前基于于AT命令令的PDDU模式式已经取取代了BBlocck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、协议类类型和有有效信息息。对MC335i进进行操作作（包括括参数的的设置和和短信的的收发）都是通通过ATT命令来来实现的的。图111给出出了MCC35ii收发短短信的软软件流程程图。图11 MC335i收收发短信信流程图图操作系

30、统统层我们设计计的系统统采用的的操作系系统是由由Jeaan JJ. LLabrrossse编写写的开放放式实时时操作系系统CC/OSS-III，主要要是基于于一下的的考虑：它的内核核是完全全免费的的，用户户不需要要支付任任何费用用，有利利于降低低系统的的开发成成本。它的源代代码是公公开的，而且仍仍在不断断升级，增加新新的功能能。系统内核核实用性性强、可可靠性高高。操作系统统内核对对处理器器以及RROM、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/OOS-III是基基于优先先级的抢抢占式实实时多任任务操作作系统内内核，最最多可以以支持664个任任务。C/OOS-III只

31、包包含了任任务调度度、任务务管理、时间管管理、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，用户可可自己添添加所需需的各种种服务。C/OOS-III属于于可剥夺夺性内核核，即它它总是执执行处于于就绪条条件下优优先级最最高的任任务。为为了简化化系统的的设计，C/OS-II规规定所有有任务的的优先级级必须不不同，任任务的优优先级同同时也唯唯一地标标识了此此任务。系统通通过两种种方法进进行任务务调度：一是时时钟节拍拍或其他他硬件中中断到来来后，系系统会进进行中断断级的任

32、务切切换；二是任任务主动动进入挂挂起或等等待状态态，这时时系统可可以通过过发软中中断命令令或依靠靠处理器器执行陷陷阱指令令来完成成任务切切换。2.3 应用程程序接口口层2.3.1TCCP/IIP协议议栈TCP/IP协协议分为为4层：链链路层、网络层层、传输输层、应应用层，各层对对应的协协议如下下所示：应用层：HTTTP协议议;传输层：TCPP协议，UDPP协议;网络层：IP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，用于报报告数据据传送传传过程中中的差错错情况；链路层：ARPP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12 TCPP/IPP协议栈栈软件流流程图2.3.2