【正文】 ............................19六、參考文獻(xiàn) .........................................................................................................................................21七、致謝 .................................................................................................................................................211 / 25一、引 言想象一下：您準(zhǔn)備欣賞電視節(jié)目，在您說(shuō)“看電視，新聞聯(lián)播。 ”這句話的時(shí)候，電視打開(kāi)了，頻道調(diào)整到中央一臺(tái)，窗簾拉上了，房間的光線逐漸調(diào)整到最適宜看電視的程度……或者，在您回家的路上，自動(dòng)為您提前打開(kāi)空調(diào)，調(diào)整室內(nèi)溫度到合適程度，接通通風(fēng)裝置；調(diào)節(jié)好室內(nèi)的光線；把您預(yù)先準(zhǔn)備好的食物用微波爐加熱。這樣，您一回來(lái)就可以享受到清新的空氣、舒適的環(huán)境，或許還有一杯熱茶……這看起來(lái)就想科幻影片里描寫(xiě)的一樣?？墒?，事實(shí)上這樣的生活已經(jīng)近在咫尺。隨著 IT 產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和人們生活水平的提高， “智能住宅” 、 “家庭自動(dòng)化”等技術(shù)的發(fā)展正受到人們的密切關(guān)注，相關(guān)產(chǎn)品也在逐漸成熟?；?Motorola 多元化的 DigitalDNATM 技術(shù)，我們開(kāi)發(fā)出應(yīng)用于家庭的一系列智能化網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，已經(jīng)在近千家住戶中實(shí)際使用，這些充滿智慧與靈感的模塊使得人們的生活更加輕松寫(xiě)意。網(wǎng)絡(luò)化的智能家居系統(tǒng)由智能家庭總線以及總線上掛接的多種功能模塊(節(jié)點(diǎn))構(gòu)成。在一個(gè)對(duì)等型的網(wǎng)絡(luò)上眾多節(jié)點(diǎn)可以交換數(shù)據(jù)和相互控制，通過(guò)專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)的 ECHome Pro 軟件，可以設(shè)定各節(jié)點(diǎn)之間的邏輯關(guān)聯(lián)和工作模式。圖 1 網(wǎng)絡(luò)化智能家居系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)構(gòu)成在解決智能住宅中的設(shè)備互聯(lián)問(wèn)題時(shí)，采用了分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)這一方案，它非常適合眾多的嵌入式智能設(shè)備發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)化的特點(diǎn)，更容易擴(kuò)充和維護(hù)。家庭總線電話線路燈光控制器電視機(jī)水/電 /煤氣表錄像機(jī)DVD電動(dòng)窗簾以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)終端INTERNET空調(diào)紅外線傳感器接入智能電話控制器光照傳感器溫度傳感器安防傳感器網(wǎng)絡(luò)微波爐紅外家電控制器中央空調(diào)控制器門(mén)禁控制器日程管理模塊智能網(wǎng)絡(luò)開(kāi)關(guān)電源開(kāi)關(guān)控制器手持遙控器2 / 25由于采用了對(duì)等網(wǎng)、單一總線方式，使得系統(tǒng)的布線簡(jiǎn)潔、安裝方便。所有的終端設(shè)備可隨時(shí)接入總線或脫離總線；作為一套成本敏感的消費(fèi)電子產(chǎn)品，應(yīng)以提供實(shí)用化功能為原則，將其控制在合理的價(jià)格范圍。每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)根據(jù)不同的功能需求，選擇 MC68HC08系列的某一款微控制器。例如，在“以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)終端”和“智能燈光控制器”中，采用了 MC68HC908SR12；而在“紅外家電控制器 ”、 “智能電話控制器”等資源要求相對(duì)較多的節(jié)點(diǎn)，采用 MC68HC908GP32 作為核心。本論文將選擇最具有代表性的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)情況進(jìn)行深入介紹：以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)終端（ESWeb）該網(wǎng)關(guān)終端一端連接在小區(qū)的以太網(wǎng)上，另一端連接在家庭內(nèi)的控制總線上。它可以提供三表傳送、安防報(bào)警、緊急求助、網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制等功能。該終端采用 MC68HC908SR12 設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了 TCP/IP 協(xié)議棧及 Web Server。智能燈光控制器（ESLight）它是智能網(wǎng)絡(luò)上一個(gè)典型的節(jié)點(diǎn)。具有輕觸式調(diào)光控制、網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景控制、紅外遙控、預(yù)設(shè)存儲(chǔ)等豐富功能。通過(guò)面板上的輕觸按鈕，可以控制燈光的開(kāi)關(guān)和亮度，或者使多盞燈光進(jìn)入某種預(yù)設(shè)的場(chǎng)景；也可以通過(guò)手持遙控器來(lái)控制住宅內(nèi)所有的燈光。通過(guò)遙控器上的場(chǎng)景設(shè)置按鍵，可以方便地設(shè)定燈光場(chǎng)景和迅速切換。 3 / 25二、設(shè)計(jì)概述在網(wǎng)絡(luò)智能家居系統(tǒng)中，具有代表性的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)是“以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)終端”和“智能燈光控制器” 。如下圖所示，通過(guò)智能燈光控制器，可以對(duì)各盞燈光進(jìn)行直接控制；通過(guò)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)終端，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)燈光亮度的遠(yuǎn)程控制和查詢。圖 2 簡(jiǎn)單的控制網(wǎng)絡(luò)框圖下面將分別介紹它們的設(shè)計(jì)方案。 以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)終端 背景信息隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，寬帶網(wǎng)絡(luò)在全國(guó)范圍內(nèi)迅速發(fā)展。許多新建住宅小區(qū)都將以太網(wǎng)鋪設(shè)到了用戶家庭，使得整個(gè)小區(qū)的居民通過(guò)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)寬帶上網(wǎng)成為可能。同時(shí)，隨著社區(qū)服務(wù)的完善，智能小區(qū)需要通過(guò)一個(gè)安裝在每個(gè)家庭的終端設(shè)備實(shí)現(xiàn)信息發(fā)布、物業(yè)管理、三表傳送、緊急求助等功能。以往，這樣的信息終端和社區(qū)服務(wù)中心通過(guò)鋪設(shè)專(zhuān)線，如 485 總線來(lái)進(jìn)行連接，工程量大，故障率高，且由于只能采取主機(jī)輪循方式而效率較低。如果能夠利用已經(jīng)鋪設(shè)到用戶家庭的、現(xiàn)成的、穩(wěn)定的以太網(wǎng)絡(luò)組建社區(qū)綜合服務(wù)體系是一項(xiàng)非常有意義的事情。而目前基于以太網(wǎng)的信息終端通常采用 32bit 的微處理器和Windows CE 等通用操作系統(tǒng)，這種結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)周期短、功能強(qiáng)、信息交換速率高、但致命的缺點(diǎn)是成本太高，這也是一直在國(guó)內(nèi)無(wú)法推廣的主要問(wèn)題。因此，向智能小區(qū)的每個(gè)住宅提供一個(gè)基于 8 位 MCU 連接 Ether 的低成本信息終端，不僅具有實(shí)用價(jià)值，而且市場(chǎng)前景也相當(dāng)廣闊。家庭總線 ESBus以太網(wǎng) 智能燈光控制器(00 3A)智能燈光控制器(00 4C)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)終端4 / 25 設(shè)計(jì)目標(biāo)在本方案中，設(shè)計(jì)了一臺(tái)家庭信息終端，安裝在智能小區(qū)的每個(gè)家庭中，提供三表傳送、安防報(bào)警、緊急求助、網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制等功能。它是相對(duì)獨(dú)立的智能測(cè)控設(shè)備，可以直接與小區(qū)的以太網(wǎng)相連接。作為一個(gè)成本敏感的消費(fèi)電子產(chǎn)品，應(yīng)以提供實(shí)用化功能為原則，將其控制在一個(gè)適當(dāng)合理的價(jià)格范圍。在此應(yīng)用中，信息終端對(duì)數(shù)據(jù)交換的速率要求并不高（如 1Mb/s 以下） ，所以可采用價(jià)格低廉的高速 MCU，寫(xiě)入 TCP/IP 協(xié)議，從而將整個(gè)終端的成本降到 100200 元人民幣。經(jīng)過(guò)分析，我們選擇了 MC68HC908SR12 作為設(shè)計(jì)核心，并利用 10M 以太網(wǎng)芯片 RTL8019AS 建立 Ether 網(wǎng)絡(luò)連接。在軟件設(shè)計(jì)方面的重點(diǎn)是實(shí)現(xiàn) TCP/IP 協(xié)議棧，由于 RAM 和 FLASH 空間的限制，必需設(shè)計(jì)出相當(dāng)精煉的網(wǎng)絡(luò)連接協(xié)議棧，同時(shí)又需要保證其可靠性。基于 IP 的設(shè)計(jì)使它能通過(guò)一個(gè)開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)相互通訊。68HC908 是具備 FLASH 在線編程能力的 MCU，為了滿足調(diào)試、升級(jí)的需要，我們?cè)O(shè)計(jì)了利用以太網(wǎng)進(jìn)行在線程序升級(jí)的代碼，使得信息終端可以通過(guò)下載新的應(yīng)用程序來(lái)獲得更豐富的功能。由于信息終端是一臺(tái)嵌入式 WWW 服務(wù)器，使得用戶在世界任何地方隨時(shí)可以上網(wǎng)通過(guò) WWW 瀏覽器了解家中情況并簡(jiǎn)單控制家中電器，進(jìn)行設(shè)防/ 撤防；真正讓用戶每天都能感受到家庭智能化的強(qiáng)大魅力。 功能特性1. MCU 采用 Motorola 的 MC68HC908SR12（ Bus Frequency，512byte RAM，12KB FLASH） ；2. 10M Ether 采用 RTL8019AS 以太網(wǎng)芯片；3. 軟件上實(shí)現(xiàn)協(xié)議：ARP, ICMP, TFTP, UDP, TCP, IP, TELNET, HTTP, CGI 等；4. 網(wǎng)絡(luò)類(lèi)型：Ether 通訊介質(zhì)：UTP（非屏蔽雙絞線） ；5. 網(wǎng)絡(luò)帶寬：10Mbit ，由于處理器限制，實(shí)際只能達(dá)到 50Kbit/s 左右的傳輸速率；6. 輸入： 4 路光電隔離，可以配接傳感器，緊急求助按鈕等；7. 輸出： 4 路光電隔離輸出，可配接功率驅(qū)動(dòng)模塊；8. 鍵盤(pán)：16 鍵，功能：智能終端配置、設(shè)防 /撤防等；實(shí)際上，在 68HC908 系列 MCU 上實(shí)現(xiàn)了 TCP/IP 協(xié)議棧之后，其應(yīng)用領(lǐng)域是相當(dāng)廣泛的：1. 網(wǎng)絡(luò)化控制：電機(jī)、燈光、工業(yè)自動(dòng)化、家庭自動(dòng)化……2. 網(wǎng)絡(luò)儀表：遠(yuǎn)程分布式數(shù)據(jù)采集……3. 網(wǎng)絡(luò)家電：