遠(yuǎn)程操控信息家電
出處：andyxgui 發(fā)布于：2007-08-02 15:27:17
| 將嵌入式CPU芯片嵌入到家電設(shè)備中，是單片機(jī)技術(shù)與家電產(chǎn)品技術(shù)充分結(jié)合的一種表現(xiàn)形式。同時(shí)，將嵌入式操作系統(tǒng)固化在其中，通過運(yùn)行針對(duì)系統(tǒng)編寫的應(yīng)用程序來對(duì)裝有嵌入式芯片的設(shè)備進(jìn)行控制和管理，以使該設(shè)備具有相當(dāng)?shù)闹悄?。如果在家用電器的控制板?nèi)置一塊WebController，就可以將它們連接到Internet網(wǎng)。這就促成我們的夢(mèng)想變成現(xiàn)實(shí)：一方面，我們可便捷地通過手機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理或PC上的Web瀏覽器等工具對(duì)它們進(jìn)行遠(yuǎn)程控制; 另一方面，家電制造商可通過Internet對(duì)售出的產(chǎn)品進(jìn)行監(jiān)控，如果出現(xiàn)故障，它們會(huì)自動(dòng)發(fā)出維修請(qǐng)求信號(hào)，并指出故障部位，從而使售后服務(wù)更為迅捷。 下面給出一個(gè)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)家電控制器的實(shí)例，在其上能模擬實(shí)現(xiàn)家電設(shè)備的基本網(wǎng)絡(luò)功能。 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì) 由嵌入式設(shè)備及連接介質(zhì)組成的物理網(wǎng)絡(luò)被稱為嵌入式網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)代表一個(gè)家電設(shè)備。連接介質(zhì)可以采用的UTP雙絞線或無線微波。圖1是本文所采用的以太結(jié)構(gòu)的總線型嵌入式網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)結(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)著一個(gè)網(wǎng)絡(luò)家電控制器。本例中的設(shè)備可使用普通的UTP雙絞線經(jīng)RJ45連接。  圖1 總線型嵌入式網(wǎng)絡(luò) 在設(shè)計(jì)上，嵌入式網(wǎng)絡(luò)由于受應(yīng)用環(huán)境的限制，應(yīng)滿足以下多種因素的要求: ● 實(shí)時(shí)性; ● 可靠性; ● 實(shí)現(xiàn)難度和造價(jià); ● 開放性; ● 小型化和化; ● 使用簡(jiǎn)單，配置要求低。 無線連接 目前，有線網(wǎng)絡(luò)己經(jīng)非常發(fā)達(dá)，但是在特定的情況下仍然不能滿足人們的需要，此時(shí)，無線網(wǎng)絡(luò)則日漸風(fēng)行。人們常常采用無線的方式進(jìn)行設(shè)備訪問，如實(shí)時(shí)告警等。無線告警的基本思想是，控制器不間斷地監(jiān)測(cè)某一參數(shù)的狀態(tài)變化，一旦出現(xiàn)異常(如火災(zāi)事故，盜竊等設(shè)定)則啟動(dòng)無線短信息及語音功能向相關(guān)部門或用戶進(jìn)行警戒，使事故在發(fā)生破壞作用之前得到有效控制或?qū)⑵茐淖饔媒档偷匠潭?，從而有力地保證財(cái)產(chǎn)及生命安全。 以下介紹實(shí)例是采用SonyEricsson的GR47無線模塊的有關(guān)功能模擬緊急情況下自動(dòng)報(bào)警。GR47基本具備GSM所能提供給移動(dòng)終端的所有功能，還支持近年來開始完善GPRS的業(yè)務(wù)。模塊向用戶提供了嵌入式應(yīng)用接口，允許用戶通過這些接口使用模塊系統(tǒng)資源或在其基礎(chǔ)上擴(kuò)展客戶應(yīng)用功能。利用模塊的一個(gè)GPIO口監(jiān)測(cè)某一參數(shù)的狀態(tài)變化，一旦狀態(tài)出現(xiàn)異常則啟動(dòng)短信息及語音功能向用戶進(jìn)行通報(bào)的方式模擬告警功能。 按照功能分類，該實(shí)例所采用的硬件平臺(tái)主要由微處理器單元、GPRS通信模塊單元、存儲(chǔ)器單元、串口通信單元、電源單元和看門狗單元以及JTAG接口單元組成，基本硬件框圖如圖2所示，其實(shí)質(zhì)是一個(gè)完整的嵌入式系統(tǒng)再加上相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。  圖2 硬件結(jié)構(gòu)框圖 軟件設(shè)計(jì) 用戶與設(shè)備接口設(shè)計(jì) 作為當(dāng)今市場(chǎng)上使用為廣泛的一種人機(jī)接口，網(wǎng)絡(luò)瀏覽器成為一種實(shí)現(xiàn)嵌入式設(shè)備訪問的有效途徑，無論是通過Internet還是直接和嵌入式設(shè)備連接，在與嵌入式設(shè)備接口時(shí)，快速、簡(jiǎn)單地與嵌入式設(shè)備進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳輸是必不可少的，因此設(shè)計(jì)中盡量減少和嵌入式設(shè)備之間的往返信息能夠使網(wǎng)絡(luò)成為一種更為高效的通信媒介，而且在傳輸過程中花時(shí)間的是圖像數(shù)據(jù)，所以在設(shè)計(jì)中盡可能地考慮減少圖像的比例，則與設(shè)備之間的通信速度就可以大大加快。 由于在遠(yuǎn)程監(jiān)控時(shí)設(shè)備需要實(shí)時(shí)狀態(tài)發(fā)送給客戶端瀏覽器，而且在遠(yuǎn)程控制中設(shè)備也需要將結(jié)果信息及時(shí)地反饋給用戶，這些都要求系統(tǒng)不僅具備靜態(tài)網(wǎng)頁的功能還應(yīng)能滿足動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁的要求。實(shí)例中，動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁是采用CGI程序來實(shí)現(xiàn)的。系統(tǒng)中嵌入式Internet(這里主要指Web服務(wù)器)功能塊主要是通過CGI程序來獲取用戶的請(qǐng)求、查詢條件并利用應(yīng)用程序?yàn)槠涮峁┑暮笈_(tái)服務(wù)，結(jié)果使用HTML方式描述，并直接回送到客戶端的瀏覽器。CGI是WEB服務(wù)器在調(diào)用外部程序時(shí)的接口規(guī)范協(xié)議， 它規(guī)定了一套標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)格式和環(huán)境變量，擴(kuò)展Web服務(wù)器的功能，使之能夠執(zhí)行一些Web服務(wù)器本身不能完成的任務(wù)。如與各類應(yīng)用服務(wù)器通訊、訪問數(shù)據(jù)庫等。 設(shè)備參數(shù)輸出排序的SOFM機(jī)制 如上所述，在遠(yuǎn)程控制及實(shí)時(shí)監(jiān)控情形下要求系統(tǒng)能盡快地查找到相應(yīng)的參數(shù)值(如溫度、濕度等)并以動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁的形式將信息給用戶，為了滿足訪問的實(shí)時(shí)性，就需要盡可能加快參數(shù)的查找速度。在網(wǎng)絡(luò)家電控制器軟件中采取將設(shè)備的參數(shù)變量依一定規(guī)則事先排序，再按序查找的方法。這樣就可以根據(jù)索引號(hào)很快定位某一參數(shù)，從而檢索出其變量值并傳送給用戶顯示終端。針對(duì)諸具體特性，如: 家電設(shè)備的參數(shù)一般均為向量形式，而且不同用戶所需要的參數(shù)種類和數(shù)量具有不確定性，在家電網(wǎng)絡(luò)控制器的軟件系統(tǒng)中采用SOFM ( Self Organization Feature Mapping)網(wǎng)絡(luò)的競(jìng)爭(zhēng)學(xué)習(xí)機(jī)制實(shí)現(xiàn)設(shè)備參數(shù)的排序。 客戶端與服務(wù)器端的通信 系統(tǒng)應(yīng)用程序可分為客戶端和服務(wù)器端，二者主要的功能區(qū)別在于客戶端會(huì)主動(dòng)地向服務(wù)器端發(fā)起連接請(qǐng)求，而服務(wù)器端只是消極地等待響應(yīng)客戶端的連接請(qǐng)求。 在家電控制器軟件中，客戶端應(yīng)用首先通過獲得一個(gè)空閑的Socket發(fā)起一個(gè)連接請(qǐng)求，然后用本地IP地址初始化本地節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)，在遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)中初始化遠(yuǎn)端IP地址及遠(yuǎn)程端口號(hào)。接著在Socket上發(fā)起一個(gè)“Open”操作。該“Open”操作會(huì)發(fā)出一個(gè)ARP請(qǐng)求來詢問對(duì)方服務(wù)器的MAC地址，當(dāng)TCP Socket收到ARP應(yīng)答后，TCP程序會(huì)經(jīng)歷“三次握手”來和服務(wù)器端建立TCP連接。當(dāng)連接建立以后，客戶端從Socket接收緩沖區(qū)里讀取數(shù)據(jù)，并向Socket發(fā)送緩沖區(qū)里寫入待傳送數(shù)據(jù)。 與客戶端相反，服務(wù)器端應(yīng)用則不主動(dòng)獲得Socket，而是當(dāng)收入一個(gè)遠(yuǎn)端客戶請(qǐng)求時(shí)，TCP將分配一個(gè)空閑的Socket，隨后調(diào)用應(yīng)用層提供的回調(diào)例程，回調(diào)例程檢查其是否為一個(gè)合法的應(yīng)用，如果是，則連接被接納，之后該Socket被此連接使用。 否則，TCP將拒絕該連接并釋放Socket。連接建立以后，任何一方都可以發(fā)起一個(gè)終止該TCP連接的信號(hào)，連接終止后，Socket隨即被釋放。 任何的狀態(tài)變化以及任何攜帶有應(yīng)用層數(shù)據(jù)或確認(rèn)信息的TCP數(shù)據(jù)報(bào)到來，應(yīng)用層回調(diào)例程都會(huì)被調(diào)用。應(yīng)用層來決定如何處理這些數(shù)據(jù)或狀態(tài)變化。 大多數(shù)復(fù)雜的協(xié)議處理由TCP軟件完成并與上層應(yīng)用隔離。如：TCP協(xié)議監(jiān)控每一個(gè)TCP分組的傳輸，如果某個(gè)分組在規(guī)定時(shí)間內(nèi)沒有得到確認(rèn)，TCP將會(huì)重傳該分組。這對(duì)應(yīng)用層來說是透明的，而且應(yīng)用程序只需要專注于處理用戶層的數(shù)據(jù)并將TCP Socket視為可靠的數(shù)據(jù)傳輸管道。 軟件結(jié)構(gòu) 根據(jù)項(xiàng)目功能，軟件大致可以分為幾個(gè)獨(dú)立模塊及驅(qū)動(dòng)，如: Ethernet Driver、IZC Driver、 DART Driver、ARP處理模塊、IP包處理模塊、ICMP與傳輸層處理模塊，以及HTTP服務(wù)器、動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁處理模塊等。 |
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