【正文】 本 科 生 畢 業(yè) 論 文 題 目： 基于Internet的遠程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計 院 系： 信息科學與技術(shù)學院電子系 二〇〇 九 年 五 月52摘 要科技的發(fā)展必然使人類的生活越來越自動化，足不出戶卻可以決勝于千里之外，這就需要借助于兩樣東西，一是現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)，二是INTERNET。本文介紹了一種簡單的典型的基于INTERNET的遠程監(jiān)控系統(tǒng)，但它包括了基本的遠程監(jiān)控系統(tǒng)基本思想與一般架構(gòu)。此遠程監(jiān)控系統(tǒng)的核心是經(jīng)典的51系列單片機，它作為系統(tǒng)的大腦，是系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，另一個必不可缺的就是W5100芯片，此芯片內(nèi)部集成了TCP/IP協(xié)議棧、以太網(wǎng)介質(zhì)訪問層（MAC）和物理層（PHY），扮演著通訊員的角色，負責系統(tǒng)與外界的溝通，在現(xiàn)場與控制臺之間搭建了一個方便快捷的橋梁。其它的還包括溫度檢測芯片以及若干個LED燈管。整個系統(tǒng)選材較少，因此具有功耗低、價格低廉、穩(wěn)定性強、開發(fā)簡單、體積小的優(yōu)點，低廉的配置也有使此方案對于大部分人來說實現(xiàn)起來也是一件容易的事。此外，本系統(tǒng)實現(xiàn)了可以在終端通過IE瀏覽器訪問系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)的模式，使遠程監(jiān)控更方便更人性化。關(guān)鍵字：遠程監(jiān)控；W5100；TCP/IP協(xié)議；嵌入式服務(wù)器AbstractAs the developing scientific technology, person39。s life bee easier and more automatic, people can finish something even they are miles away from the scene. All of this is by the help of two things, one is scene control system, and the other one is internet. There is something about the simple remote control system based on internet in this study, and the basic configuration and classic way to carry out of a remote control system will be included. The major thing or the key of this system is a classic 51 micro control unit. It is the brain of this system. Another most important thing of this system is W5100 Internet chip, which brings TCP/IP protocol, MAC, PHY together. The W5100 chip helps the system to municate with internet. What else, the system includes a chip to detect the scene temperature. So in a word, this system is an ideal solution of Intelligent Household system that easy to develop, stability, low cost, with little size and low power dissipation, what else, this system can be displayed and controlled by IE browser, it makes the remote controlling more convenience.Keywords: remote system。 W5100。 TCP/IP protocol。 embed server 目 錄第一章 緒論 1 嵌入式系統(tǒng)概述 1 嵌入式INTERNET 3 遠程監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢 4 論文研究意義 5第二章 監(jiān)控系統(tǒng)硬件實現(xiàn) 7 51單片機管理模塊 8 網(wǎng)絡(luò)芯片W5100 9 W5100 特點 9 W5100 引腳 10 W5100 存儲器映像 13 W5100寄存器 14 W5100與MCU的連接方式 15第三章 遠程監(jiān)控系統(tǒng)程序設(shè)計與實現(xiàn) 19 W5100 程序部分 19 W5100 的初始化 19 W5100 實現(xiàn)TCP通信 20 W5100實現(xiàn)UDP數(shù)據(jù)通信 25 主體程序 26第四章 系統(tǒng)仿真 28 EVBW5100/MCS51與PC的連接 29 演示軟件測試 30 演示總結(jié) 31第五章 結(jié)論 33參考文獻 34致謝 35附錄 36附錄1 W5100初始化程序 36附錄2 W5100服務(wù)器模式程序 41第1章 緒論 嵌入式系統(tǒng)概述對于大多數(shù)人來說，談起現(xiàn)代化電子產(chǎn)品的時候都會第一時間想到計算機，或者更確切地說是想到PC，因為對他們來說PC機已經(jīng)是和他們形影不離了。但是他們都忽略了比PC更廣泛應用的一種現(xiàn)代化電子產(chǎn)品，那就是嵌入式系統(tǒng)。各種微處理器應用的數(shù)量遠遠地超過了PC上應用的X86處理器，而微處理器絕大部分是用在嵌入式系統(tǒng)中的，因此可以說嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)成為了人們生活中不可或缺的一分子了。在現(xiàn)代社會生活中，我們不僅僅需要那種放在桌上處理文檔、進行工作管理的計算“機器”，我們還可能擁有大小不一、形狀各異的嵌入式電子產(chǎn)品，小到手機、MPPDA等微型數(shù)字產(chǎn)品，大到網(wǎng)絡(luò)家電、車載電子設(shè)備等。目前，各種各樣的新型嵌入式系統(tǒng)設(shè)備在應用數(shù)量上已經(jīng)遠遠超過了通用計算機。在工業(yè)和服務(wù)領(lǐng)域，使用嵌入式技術(shù)的數(shù)字機床、工業(yè)機器人、服務(wù)機器人等正在逐漸改變著傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)和服務(wù)方式。嵌入式系統(tǒng)可以這樣定義：嵌入式系統(tǒng)是以應用為中心，以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，并且軟硬件可裁剪，適用于對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。一般來說，嵌入式系統(tǒng)由處理器、存儲器、輸入/輸出設(shè)備和軟件(包括操作系統(tǒng)和應用程序)4部分組成，如圖11所示。應用程序軟件結(jié)構(gòu) 操作系統(tǒng)處理器 OUTPUT 硬件結(jié)構(gòu) INPUT 存儲器圖 11：嵌入式系統(tǒng)的組成嵌入式系統(tǒng)與PC比較如下表11與表12 ：表11：嵌入式系統(tǒng)與PC硬件上的比較設(shè)備說明嵌入式系統(tǒng)PCCPU嵌入式系統(tǒng)（ARM,68K等）CPU（INTEL的Pentium, AMD的Athion等）內(nèi)存SDRAM芯片SDRAM或DDR內(nèi)存條內(nèi)存設(shè)備Flash硬盤輸入設(shè)備按鍵、觸摸屏鼠標、鍵盤、麥克風輸出設(shè)備LCD顯示器聲音設(shè)備音頻芯片聲卡接口MAX232等芯片主板集成其它設(shè)備USB芯片、網(wǎng)卡芯片主板集成或外接卡表12：嵌入式系統(tǒng)與PC軟件發(fā)及開發(fā)平臺上的比較嵌入式系統(tǒng)PC引導代碼Boot loader引導，針對不同電路進行移植主板的BIOS引導，無須改動操作系統(tǒng)LINUX,WINCE,UCOS等，需要移植WINDOWS,LINUX等，不需要移植驅(qū)動程序每個設(shè)備驅(qū)動都必須針對電路板進行重新開發(fā)或移植，一般不能直接下載使用操作系統(tǒng)含有大多數(shù)驅(qū)動程序，或從網(wǎng)上直接下載使用協(xié)議棧需要移植操作系統(tǒng)由第三方供應商提供開發(fā)環(huán)境借助服務(wù)器或PC進行交差編譯在本機就可以開發(fā)調(diào)試仿真器需要不需要從上面兩個表格可以很容易看出嵌入式操作系統(tǒng)與PC之間存在著很大的差異，兩者的最大區(qū)別在于嵌入式系統(tǒng)性具有“軟硬件可裁剪性”的靈活性，可以根據(jù)各種具體的現(xiàn)場實現(xiàn)千差萬別的特定功能。嵌入式系統(tǒng)同PC系統(tǒng)相比有以下特點：1. 功耗低、體積小、專用性強。嵌入式本身就是為特定的用戶或特定的功能量身定做的，所以它能把PC中許多由板卡完成的任務(wù)集成在芯片內(nèi)部，從而有利于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計趨于小型化。2. 為了提高執(zhí)行速度和系統(tǒng)可靠性，嵌入式系統(tǒng)的軟件一般都固化在存儲器芯片中，而不是存儲于磁盤等載體中。3. 可靠性高。嵌入式系統(tǒng)對軟件代碼的要求很高，應盡最大可能避免“死機”的發(fā)生，因為“死機”很可能導致系統(tǒng)的崩潰或造成嚴重后果。4. 嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)需要專門的開發(fā)工具和開發(fā)環(huán)境[1]。 嵌入式INTERNET介紹了嵌入式系統(tǒng)與PC既有共性也有個性，具體的應用可以根據(jù)實際工作而選擇使用嵌入式系統(tǒng)還是普通的PC機。或者還有一種方法就是把兩者結(jié)合起來，各取所長，從而合成一個更完美的系統(tǒng)，那就是基于Internet的嵌入式系統(tǒng)，而如今世界上無所不在的Internet則是把二者結(jié)合起來的重要橋梁。下面將要介紹的是Internet在嵌入式系統(tǒng)中的應用。網(wǎng)絡(luò)在人們生活中的作用是不容置疑的。隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)深入到人類生活的各個方面，網(wǎng)絡(luò)就像覆蓋在地球表面的電子皮膚，它大大的改變了我們的工作方式和生活方式。21世紀是一個網(wǎng)絡(luò)化的世界，這不僅是指通過計算機網(wǎng)絡(luò)形成了全球化的Internet，而且還包括我們身邊的樓宇自動化系統(tǒng)、家庭電器產(chǎn)品、智能儀表及工業(yè)過程控制等通信網(wǎng)絡(luò)。若能將Internet網(wǎng)絡(luò)技術(shù)延伸到電子設(shè)備或控制網(wǎng)絡(luò)并使之互連，將Internet的應用范圍擴大到任何需要網(wǎng)絡(luò)的地方，使之增加許多新的、有價值的、超越局域網(wǎng)的服務(wù)功能，必然會讓我們的世界變得更加自動化和智能化。家庭電器產(chǎn)品和工業(yè)設(shè)備絕大部分都采用單片機或微控制器MCU來進行數(shù)據(jù)處理，使用嵌入式系統(tǒng)來實現(xiàn)控制功能。智能樓宇、工業(yè)過程等在這些芯片的基礎(chǔ)上，使用特定的協(xié)議如Lon Works、CAN等組成獨立的、自成一體的控制網(wǎng)絡(luò)。如果能將嵌入式系統(tǒng)連接到Internet上，則可以方便、價格低廉地將信息傳送到幾乎世界上的任何一個角落，進而進行遠程監(jiān)控。嵌入式Internet就是在這種背景下產(chǎn)生的，它依托于工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)而構(gòu)建，是Internet技術(shù)、Web技術(shù)和嵌入式技術(shù)的有機融合。嵌入式Internet技術(shù)是指電子設(shè)備通過嵌入式模塊接入Internet，以Internet為介質(zhì)實現(xiàn)信息交互的技術(shù)。嵌入式Internet不僅是一種設(shè)備接入技術(shù)，而且是一種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)。通過Web技術(shù)和嵌入式技術(shù)可將設(shè)備接入到Internet以實現(xiàn)遠程的監(jiān)控、診斷、測試、管理及維護等功能[2]。當前，為了滿足世界上越來越多的Internet用戶，Internet的IP協(xié)議正處于在IPv4協(xié)議到IPv6協(xié)議的過渡時期。隨著嵌入式Internet的發(fā)展，越來越多的嵌入式設(shè)備都將需要接入Internet進行信息交互。因此，現(xiàn)有的IP地址資源將受到嚴重挑戰(zhàn)，IP地址資源的短缺將成為嵌入式Internet發(fā)展的瓶頸。IPv6主要用于解決IPv4地址資源短缺的問題，IPv4的地址域長度是32位，而IPv6的地址長度為128位，因此，IPv6能夠提供足夠多的IP地址，當然可以為每個嵌入式系統(tǒng)設(shè)備提供接入Internet的IP地址。隨著IPv6協(xié)議的逐漸應用，IP地址資源的缺乏將得到徹底的改善，嵌入式Internet也將得到更進一步的發(fā)展[3]。不久的將來，各種嵌入式系統(tǒng)與PC機的關(guān)系也會因為有Internet這座橋梁而越來越密不可分，彼此取長補短，從而構(gòu)成一個更全面的嵌入式系統(tǒng)。 遠程監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢遠程監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展很大程度上依賴于網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。目前，接入Internet的方式有很多，有以太網(wǎng)、ISDN、ADSL、電話接入等方式。其中以太網(wǎng)協(xié)議已經(jīng)非常廣泛地應用于各種計算機網(wǎng)絡(luò)，包括辦公室局域網(wǎng)、工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)、因特網(wǎng)、智能家居等場合。以太網(wǎng)作為一種廉價、高效的Internet接入方式已經(jīng)得到廣泛的應用，并且還在不斷地發(fā)展。所以通過以太網(wǎng)接入方式實現(xiàn)嵌入式Internet具有現(xiàn)實意義。嵌入式系統(tǒng)通過以太網(wǎng)接入Internet主要有如下三種解決方案：1. 32/64位高端嵌入式系統(tǒng)+RTOS（實時操作系統(tǒng)）的實現(xiàn)方式。該方案采用高端的32/64位微控制器上運行實時多任務(wù)操作系統(tǒng)，以實時操作系統(tǒng)作為軟件平臺，在實時多任務(wù)操作系統(tǒng)上直接實現(xiàn)TCP/IP協(xié)議，從而實現(xiàn)嵌入式Internet。目前常見的此類實時操作系統(tǒng)有NUCLEUS、LINUX等等，由于系統(tǒng)自帶TCP/IP協(xié)議，因此實現(xiàn)起來比較容易。2. PC網(wǎng)關(guān)+專用網(wǎng)的實現(xiàn)方式。采用專用的網(wǎng)絡(luò)把若干個嵌入式儀器連接在一起，然后再把該網(wǎng)絡(luò)與PC機連接起來，將PC作為網(wǎng)關(guān)，由PC機把網(wǎng)絡(luò)上的信息轉(zhuǎn)化為TCP/IP協(xié)議數(shù)據(jù)包，發(fā)送到Internet上實現(xiàn)信息的共享[11]。3. 8位單片機+網(wǎng)絡(luò)接口控制器直接接入Internet的實現(xiàn)方式。由網(wǎng)絡(luò)控制器實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接口，由主控制器執(zhí)行存儲在系統(tǒng)ROM中的協(xié)議代碼來提供所需的通信協(xié)議。該方案最突出的特點就是成本較低廉，但是軟件設(shè)計復雜，需要對TCP/IP協(xié)議有深入的了解和研究。基于Web方式是實現(xiàn)遠程監(jiān)控的一個趨勢。隨著信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，Internet在過去得到了飛速地發(fā)展，并圍繞著Internet出現(xiàn)了許多新的技術(shù)和新的應用。WWW系統(tǒng)就是在這種形勢下，作為網(wǎng)絡(luò)化信息服務(wù)的基礎(chǔ)迅速地發(fā)展起來的。WWW是一個基于Internet的全球連接的、分布的、動態(tài)的、多平臺的交互式超媒體信息系統(tǒng)。它利用多種協(xié)議傳輸，能檢索分布在世界各地