摘要:本文根據監控系統的發展現狀,提出了一個基于以太網的嵌入式數字家庭監控系統的設計方案,并初步比較完整的完成了該監控系統的開發。系統采用嵌入式現場監控器進行數據采集,現場監控器由數據采集卡和網絡通訊卡組成,現場控制卡負責接收監控中心發出的控制命令,它們都是由一塊51單片機控制,其軟件開發都是使用了C51和51匯編程序。

關鍵字:監控系統;嵌入式系統;單片機

　　1 引言

　　隨著科技的進步及對生活質量要求的不斷提高,信息技術和網絡化技術的發展,為家用電器居家環境集中控制和遠程遙控提供了可能。將信息技術與家電控制技術相融合,在很大程度上實現家庭生活的信息化和自動化,滿足人們舒適、快節奏的生活需要,當家庭采用了監控系統之后,各種電子設備就能夠在幾乎無需過問的情況下進行操作。鑒于這種數字化家庭的發展趨勢,遠程監控作為一種理想的有效的而且快捷方便的實現途徑己被廣泛采用。
 

　　2 系統總體設計

　　本系統將采用上、下位機的方式組建監控系統。下位機工作于監控現場,采用51系列單片機控制;上位機則用于監控中心,使用一臺PC機。單片機通過各種傳感器,采集數據,通過以太網卡控制芯片實現的網絡接口將監控數據傳給異地的PC機,PC機的遠程監控端接收監控信息并存儲,然后進行相應處理并發出相應的報警信息。同時,PC機也可以向單片機發送指令,控制單片機的監控行為。控制命令發出去以后,負責現場控制的單片機接受命令,經過信息處理以后再執行。

　　3 監控系統硬件設計

　　對于現場監控器和現場控制器都是分別由各自的單片機來組成,現場控制器的硬件設計與現場監控器硬件設計一樣,都是包含了單片機最小系統的擴展,再加上各自的功能模塊。圖1是現場控制卡的硬件框圖。

　　系統硬件設計主要包括兩部分內容:一是單片機系統的擴展部分設計,主要是系統存儲器的擴展,存儲器擴展指EPROM, RAM的擴展等。二是功能模塊的設計,包括通信功能模塊、電機驅動模塊。

　　3.1 單片機系統的擴展

　　3.1.1 系統存儲器的擴展

　　本系統使用的單片機為78E58B單片機。78E58B是一款以8051為核心的單片機,它具有集成度高、指令功能強、運算速度快、I/O接口功能強、可靠性高等優點,包含32K字節的片內Flash電擦寫程序存儲器:4K字節附加ROM; 512字節片內RAM;三個16位定時器/計數器;一個串口。該芯片還包括8個中斷源,2個中斷優先級的中斷資源。32K字節的程序存儲器對于系統來說己經足夠了,所以沒有擴展外部程序存儲器,所以在硬件框圖中不必添加外部ROM,節省了系統開銷,還可以省卻部分電路、連線,減少了干擾源。然而,78E58B只有512字節的片內RAM遠遠不能滿足系統功能的要求,故采用了8K字節的靜態RAM 6264作為外部數據存儲器。

　　3.1.2 復位電路設計

　　本系統的復位電路采用了電平式開關復位與上電復位,另外復位引腳還與網絡通訊卡上MCU的一個I/O口連接。使用這種復位電路,當該MCU中的程序在運行過程中出現問題的時候,就可以通過網絡通訊卡上的MCU使之復位,重新恢復正常工作。雖然這種復位電路干擾易串入復位端,但是一般不會造成單片機的錯誤復位。復位電路如圖2所示,但要注意的是這種復位電路要與手動的開關復位電路隔離,以免復位功能失效,甚至短路。

　　3.2 接口實現

　　3.2.1 RS232異步串行通信單元

　　本系統采用RS232最簡單的全雙工通信方式,只用了三根線,即串行接收RXD,串行發送TXD和接地線GND。將"串行發送"和"串行接收"交叉連接,地線直接相連,其余信號線都不用。用軟件來實現通信的"握手"、空閑檢測等功能。并且選用MAX232串口通信信號轉換芯片來實現RS232與TTL的電平和正負邏輯電平的轉換。通過MAX232的TTL和RS-232的輸入/輸出端口,自動的調節了單片機的TTL電平信號和RS-232的串口通信信號的電平匹配。

　　設計這部分硬件單元,主要是為了系統調試的需要。在調試階段,通過串行通信端口,向計算機輸出調試的結果,有利于觀察系統運行的狀態。另外一個目的是為了將來系統擴展的需要,可以方便的通過串行通信端口,向系統輸入必要的命令和信息。

　　3.2.2 單片機雙機并行互連的實現方法

　　實現現場控制卡和網絡通訊卡的連接實際上就是實現兩卡上單片機的互連。本來單片機帶有串口,利用串口進行互連通信非常方便,但是系統中的單片機的串口都要用于對外連接,所以單片機的串口就不能用做系統內單片機之間的通信接口了。但是,單片機的并行端口也能相互連接來進行數據通信,因此就通過單片機的并行端口來實現現場控制卡和網絡通訊卡直接的互連。在本系統中,可根據不同的使用要求,來采用不同的并行連接方法。目前可用的連接方法包括以下三種:單向并行通信接口;主從并行通信接口;無主從雙向并行通信接口。