基于Web的單片機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

摘 要：傳統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)一般采用C/S 模型的方式，針對(duì)大型設(shè)備，成本高。文章采用SOC 芯片C8051F020 和10M 自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)芯片RTL8019AS 接口的方案，在單片機(jī)中嵌入了精簡(jiǎn)的TCP/IP 協(xié)議棧，構(gòu)建了基于Web 的單片機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)軟、硬件平臺(tái)，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了基于單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集和遠(yuǎn)程監(jiān)控，所實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)具有成本低廉、操作方便、可靠等優(yōu)點(diǎn)。

1. 引言

單片機(jī)系統(tǒng)以其簡(jiǎn)單、高效的特點(diǎn)，在工業(yè)控制和日常生活中應(yīng)用越來(lái)越廣泛。目前大多數(shù)單片機(jī)系統(tǒng)是以51 單片機(jī)為核心，與檢測(cè)、伺服、顯示設(shè)備配合起來(lái)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控功能。

然而，這些監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸多采用RS-232、RS-485 以及各種現(xiàn)場(chǎng)總線，這些方式有些通信速度不夠快，有些距離不夠遠(yuǎn)，且各種總線之間難于實(shí)現(xiàn)互連和互操作。以太網(wǎng)作為目前應(yīng)用最為廣泛的局域網(wǎng)，在工業(yè)自動(dòng)化和過(guò)程控制領(lǐng)域得到了越來(lái)越多的應(yīng)用。同時(shí)，隨著Internet 的普及，現(xiàn)代通信技術(shù)的進(jìn)步，基于TCP/IP 和Client/Server 架構(gòu)的分布式監(jiān)控技術(shù)也日趨成熟。把嵌入式系統(tǒng)連接到Internet 上，就可以方便、低廉地把信息傳送到世界的任何一個(gè)地方。

傳統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)一般采用C/S 模型的方式，主要針對(duì)大型的設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。對(duì)于如攝像頭圖象監(jiān)控p家用儀表p門(mén)禁控制系統(tǒng)等小型的設(shè)備的監(jiān)控就需要采用低成本的方案。

鑒于此，在低成本的單片機(jī)系統(tǒng)上移植精簡(jiǎn)的TCP/IP 協(xié)議簇，實(shí)現(xiàn)對(duì)于小型設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控是最佳選擇。該系統(tǒng)以Web 方式實(shí)現(xiàn)，用戶可以在任何一臺(tái)裝有瀏覽器的PC 機(jī)上進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視與控制，具有價(jià)格低廉、操作方便、界面友好等優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)模型與本系統(tǒng)采用的模型如圖1 和圖2 所示。

圖1 傳統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)模型

圖2 單片機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)模型

2. 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)以 Cygnal 公司的完全集成的混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)芯片（SOC）C8051F020 單片機(jī)為核心，采用Realtek 公司的10M 自適應(yīng)以太網(wǎng)控制器RTL8019AS 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)接口部分。

SRAM 部分用于存放大量的數(shù)據(jù)信息。數(shù)據(jù)采集部分用于采集系統(tǒng)需要監(jiān)控的設(shè)備的運(yùn)行情況，由于C8051F020 內(nèi)部帶有真正12 位100 ksps 的8 通道ADC 帶PGA 和模擬多路開(kāi)關(guān)，還有兩個(gè)12 位DAC 可編程更新時(shí)序，可以方便的進(jìn)行模擬信號(hào)采集和對(duì)外設(shè)進(jìn)行控制。

C8051F020 單片機(jī)內(nèi)置64K FLASH 程序存儲(chǔ)器、4K 內(nèi)部SRAM，可以嵌入TCP /IP 協(xié)議， 從而實(shí)現(xiàn)嵌入式Web Sever 的功能。RTL8019AS 集成了介質(zhì)訪問(wèn)控制子層（MAC）和物理層的性能，與單片機(jī)的接口簡(jiǎn)單，可以方便地用來(lái)設(shè)計(jì)基于ISA 總線的系統(tǒng)。另外，它還具有與NE2000 兼容、軟件移植性好以及價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，所以特別適合用于嵌入式系統(tǒng)。

圖3 系統(tǒng)框圖

3.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 軟件流圖設(shè)計(jì)

軟件的實(shí)現(xiàn)主要是根據(jù)數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)姆较蚝蛿?shù)據(jù)的流向來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在本設(shè)計(jì)中數(shù)據(jù)的流向?yàn)椋赫?qǐng)求信息從局域網(wǎng)中來(lái)，通過(guò)RJ 45 送到RTL80l9AS，處理后的數(shù)據(jù)包送入單片機(jī)系統(tǒng)的協(xié)議棧，由協(xié)議棧對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行解析，得到原始請(qǐng)求信息。請(qǐng)求信息再經(jīng)過(guò)單片機(jī)系統(tǒng)的處理，產(chǎn)生回復(fù)信息?；貜?fù)信息到局域網(wǎng)的過(guò)程與上面正好相反。整個(gè)系統(tǒng)的軟件流程如上圖4 所示。

圖4 軟件框圖

3.2 RTL8019 接收與發(fā)送數(shù)據(jù)

1.RTL8019 芯片初始化主要是將網(wǎng)卡設(shè)置成正常的模式，跟外部網(wǎng)絡(luò)連接。清除所有中斷標(biāo)志位，讓芯片開(kāi)始工作。