【文章內(nèi)容簡介】 端上網(wǎng)，完成遠(yuǎn)程監(jiān)控。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案用框圖如下所示： 圖 21 3. 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 方案論證及選擇 SPI 轉(zhuǎn)以太網(wǎng)模塊 方案一： 采用獨(dú)立的以太網(wǎng)控制器 ENC28J60， ENC28J60 采用業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)串行外設(shè)接 (SPI)的以太網(wǎng)控制器 ENC28J60 具有以下主要特征：符合 IEEE 802． 3 協(xié)議。內(nèi)置 10Mbps 以太網(wǎng)物理層器件 (PHY)及媒體訪問控制器 (MAC)，可按業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)協(xié)議可靠地收發(fā)信息包數(shù)據(jù)。具有可編程過濾功能。特殊的過濾器，包括 Microchip 的可編程模式匹配過濾器，可自動(dòng)評價(jià)、接收或拒收 Magic Packet，單播 (Unicast)、多播 (Multicast)或廣播 (Broadcast)信 息包，以控制 MCU 傳輸部分 燈 溫度 濕度 PC 機(jī)服務(wù)器 客戶 1 客戶 3 客戶 2 減輕主控單片機(jī)的處理負(fù)荷。 l0bps SPI 接口。業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的串行通信端口，使得低至 18 引腳的8 位單片機(jī)也具有網(wǎng)絡(luò)連接功能。 方案二： 采用 SPI 轉(zhuǎn)以太網(wǎng)控制器 W5100。 W5100 是一款多功能的單片網(wǎng)絡(luò)接口芯片，內(nèi)部集成有 10/100 以太網(wǎng)控制器，主要應(yīng)用于高集成、高穩(wěn)定、高性能和低成本的嵌入式系統(tǒng)中。使用 W5100 可以實(shí)現(xiàn)沒有操作系統(tǒng)的 Inter 連接。 W5100 與 10BASET和 100BASETX兼容。 W5100 內(nèi)部集成了全硬件的、且經(jīng) 過多年市場驗(yàn)證的 TCP/IP 協(xié)議棧、以太網(wǎng)介質(zhì)傳輸層（ MAC）和物理層（ PHY）。硬件 TCP/IP 協(xié)議棧支持 TCP， UDP，IPv4， ICMP， ARP， IGMP 和 PPPoE，這些協(xié)議已經(jīng)在很多領(lǐng)域經(jīng)過了多年的驗(yàn)證。 W5100 內(nèi)部還集成有 16KB 存儲器用于數(shù)據(jù)傳輸。使用 W5100 不需要考慮以太網(wǎng)的控制，只需要進(jìn)行簡單的端口（ Socket）編程。 W5100 提供 3 種接口：直接并行總線、間接并行總線和 SPI總線。 W5100 與 MCU 接口非常簡單，就像訪問外部存儲器一樣。 方案選擇： ENC28J60 需要用 等轉(zhuǎn)用于微處理器的傳輸協(xié)議，該協(xié)議不是標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP 協(xié)議，刪減了一些不常用的功能。使用 ENC28J60 必須要開發(fā)者熟悉 TCP/IP 協(xié)議。W5100 是一款多功能的單片網(wǎng)絡(luò)接口芯片，內(nèi)部集成有 10/100 以太網(wǎng)控制器 。開發(fā)者不需非常要熟悉 TCP/IP 協(xié)議。只需要進(jìn)行上位機(jī)的 Socket 編程。所以我們選用 W5100 模塊。 單片機(jī)模塊 方案一： 采用應(yīng)用最廣泛、最傳統(tǒng)的 8 位 C51 系列單片機(jī)， C51 系列單片機(jī)從內(nèi)部的硬件到軟件有一套完整的按位操作系統(tǒng)，稱作位處理器，或布爾處理器， 它 的處理對象不是字或字節(jié)而是位 。但傳統(tǒng)的 51 系列也有很多不足 之處，當(dāng)晶振頻率為 12MHz 時(shí)， 系統(tǒng)時(shí)鐘 12 分頻后 機(jī)器周期 只有 1μs， 運(yùn)行速度過慢 ， 顯然適應(yīng)不了現(xiàn)代高速運(yùn)行的需要 。工作電壓為 5V，沒有省電模式，功耗高等缺點(diǎn) 。 方案二： 采用以 LPC2103 為代表的 RAM7 系列單片機(jī)， LPC2103 單片機(jī)內(nèi)置 PLL 倍頻功能，可將內(nèi)核的頻率升至 70MHz，內(nèi)部嵌入高速的 Flash，擁有 128 位寬度儲存器接口和獨(dú)特的加速結(jié)構(gòu)使 32 位代碼能夠在最大時(shí)鐘速率下運(yùn)行。但是， RAM7 系列單片機(jī)在內(nèi)部資源相同的條件下價(jià)格昂貴，適 合于在高端行業(yè)中使用。 方案三： 采用 MSP43F2616 單片機(jī)， 430 單片機(jī)是 TI 公司推出的 16 位的、具有精簡指令集的超低功耗單片機(jī)， MSP43F2616 其內(nèi)部自帶 12 位的 AD 和 DA，還有高達(dá) 120Kfash存儲區(qū)， 4KARM 存儲區(qū)， 2 個(gè) SPI 接口、 4 個(gè)串口等，其最大特點(diǎn)是可以在線編程和這樣可以為編程者調(diào)試程序提供很大的便利。其低功耗特點(diǎn)非常適合用在對功耗要求非常嚴(yán)格的環(huán)境。 方案選擇 ：從上面的介紹可知道： 51 單片機(jī)價(jià)格便宜但功能少，且沒有低功耗模式。LPC2103 價(jià)格高功耗大， MSP430 不僅功能多、價(jià)格 合適而且有低功耗模式完全符合系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要，故我們選用 MSP430 作為控制器。 溫濕度采集模塊 方案一：淘寶網(wǎng)上買成品模塊。店家會給相關(guān)資料及一些技術(shù)支持。但成本非常高。 方案二：自己購買溫濕度傳感器 DHT11 和 TI 公司溫度傳感器 TMP121。網(wǎng)上關(guān)于這兩種傳感器的資料相當(dāng)多，所以很容易驅(qū)動(dòng)傳感器正常工作。并且可以更具實(shí)際需要更加靈活的設(shè)計(jì)應(yīng)用電路。 方案選擇 ：通過比較論證我們選擇方案二，成本低、系統(tǒng)設(shè)計(jì)靈活。 無線通信模塊 方案一： XL24L01PD01 是采用挪威 NORDIC 公司的 nrf24L01p 無線收發(fā) IC 設(shè)計(jì)的一款高性能 無線收發(fā)模塊，采用 GFSK 調(diào)制，工作在 24002483M的國際通用 ISM 頻段，最高調(diào)制速率可達(dá) 2MBPS。 XL24L01PD01 集成了所有與RF 協(xié)議相關(guān)的高速信號處理部分，如：自動(dòng)重發(fā)丟失數(shù)據(jù)包和自動(dòng)產(chǎn)生應(yīng)答信號等，模塊的 SPI 接口可以利用單片機(jī)的硬件 SPI 口連接或用單片機(jī)的 I/O 口進(jìn)行模擬，內(nèi)部有 FIFO 可以與各種高低速微處理器接口，便于使用低成本單片機(jī)。通信距離開闊地 100 米左右。 NRF24L01 可以支持一對多的模式。 方案二： 采用串口無線通信模塊。 RF1100232 無線收發(fā)模塊，采用 TI 公司的高性能CC1101無線通信芯片， 433MHz 免費(fèi) ISM頻段免許可證使用，串口 232/485 通訊方式，透明傳輸，應(yīng)用簡單無需編程即可使用，極大方便使用，提供多達(dá) 256個(gè)信道，低功耗工作，直線傳輸距離可達(dá) 200米 。 高抗干擾能力和低誤碼率，基于 FSK的調(diào)制方式，采用高效前向糾錯(cuò)和信道交織編碼技術(shù)，提高了數(shù)據(jù)抗隨機(jī)干擾和突發(fā)干擾的能力 。 低功耗模塊，最大發(fā)射功率 10mW是一款低成本 433MHz 頻段無線透傳模塊 。 方案選擇： 方案一通信距離短、功耗相對較大、不易調(diào)試。方案二的串口數(shù) 據(jù)傳輸非常方便我們在調(diào)試的時(shí)候觀察數(shù)據(jù)，且通信距離更長、功耗更低。故我們選用方案二。 室內(nèi)燈光控制模塊、防盜模塊、人數(shù)統(tǒng)計(jì)模塊 方案一： 直接在網(wǎng)上購買模塊。 方案二： 自己設(shè)計(jì)電路、組裝調(diào)試。 方案選擇： 方案一成本高而且電路不能再次修改。方案二成本低，電路設(shè)計(jì)空間大。且對整個(gè)系統(tǒng)開發(fā)可以再次修改等。故我們選用方案二。 模塊電路設(shè)計(jì) SPI 轉(zhuǎn)以太網(wǎng)模塊電路 串行外圍設(shè)備 SPI 總線技術(shù)是一種同步串口接口，具體的 3~4 線接口， 收發(fā)獨(dú)立、可同步進(jìn)行，其硬件功能很強(qiáng)，所以與 SPI 相關(guān)的軟件相當(dāng)簡單， SPI 總線上 可以連接多個(gè)可作為主機(jī)的 MCU(微控制器 )、 有 SPI 接口的輸出輸入設(shè)備， 但在任一瞬間只能允許一個(gè)設(shè)備作為主機(jī)， SPI 協(xié)議是以主從方式工作的， 這種模式通常有一個(gè)主設(shè)備和一個(gè)或多個(gè)從設(shè)備， 其接口包括以下 4 種信號： (1)串行數(shù)據(jù)輸入 (也稱為主進(jìn)從出， 或 MISO) (2)串行數(shù)據(jù)輸出 (也稱為主出從進(jìn)， 或 MOSI) (3)串行移位時(shí)鐘 (也稱為 SCK) (4)從使能信號 (也稱為 SS) 數(shù)據(jù)的傳輸由 SCK 決定，根據(jù) SCK 時(shí)序的差別分為兩種， 數(shù)據(jù)在 SCK 的上升沿輸出或者在 SCK 的下降沿輸出。由于 SPI 接口定義的靈活性，同時(shí)也導(dǎo)致了各個(gè)廠商生產(chǎn)的具有 SPI 接口的芯片在工作時(shí)序上并不是一致的，所以使用時(shí)需要注意工作時(shí)序的差別。 W5100 是一款多功能的單片網(wǎng)絡(luò)接口芯片，內(nèi)部集成有 10/100 以太網(wǎng)控制器，主要應(yīng)用于高集成、高穩(wěn)定、高性能和低成本的嵌入式系統(tǒng)。使用 W5100 可以實(shí)現(xiàn)沒有操作系統(tǒng)的 Inter 連接，兼容 10BASET 和 100BASETX。 W5100 內(nèi)部集成全硬件的、經(jīng)過市場驗(yàn)證的 TCP/IP 協(xié)議棧、以 TCP,UDP,IPV4,ICMP,ARP,IGMP 和 PPPoE,這些協(xié)議已經(jīng)過多年市場驗(yàn)證。 W5100 內(nèi)部集成有 16K 存儲器用于數(shù)據(jù)傳輸，使用 W5100 不需要考慮以太網(wǎng)的控制，只需要進(jìn)行簡單的端口（ Socket）編程。 W5100 支持 3 種接口電路：直接并行總線、間接并行總線、 SPI 總線模式（支持模式 0和模式 3）。并行總線模式需要占用大量的 IO 口，為了 MCU 可以掛更多的外設(shè)，提高系統(tǒng)的應(yīng)用功能。我們選擇 SPI 總線模式。 MISO 、 MOSI、 SCLK、 CS、 SPI_EN、 INT 分別接。另外 W5100 的 6673 可以接 LED 燈顯示芯片的工作狀態(tài)。為了降低功耗，沒有接 LED。另外我們采用 給系統(tǒng)供電。也有效的降低了系統(tǒng)功耗。 W5100 采用 25M 的晶振為其提供系統(tǒng)時(shí)鐘。另外 RJ485 接口有一個(gè)電源指示燈和一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸指示燈一直工作。所以 W5100 模塊的功率還有待進(jìn)一步優(yōu)化。下圖是 W5100 與MSp430 連接示意圖： 圖 31 單片機(jī)模塊 MSP430F2616 具有 92K 閃存、 4KB RAM； 低 電壓供電 至 ； 低功耗： 活動(dòng)模式 ： 1 MHz、 V 時(shí) 365 181。A ； 待機(jī)模式（ VLO）： 181。A ； 關(guān)機(jī)模式（ RAM 保存）： 181。A ； 從待機(jī)模式喚醒只需不到 1 181。s ； 16 位 RISC 架構(gòu)， 指令周期時(shí)間 ； 三通道內(nèi)部 DMA； 具備內(nèi)部參考（ Internal Reference） ； 采樣與保持以及自動(dòng)掃描特性的 12 位模數(shù)（ A/D）轉(zhuǎn)換器 、 兩個(gè)帶同步功能的 12 位數(shù)模（ D/A）轉(zhuǎn)換器 、 帶三個(gè)捕捉 /比較寄存器的 16 位定時(shí)器 _A 、 具備七個(gè)捕捉 /影子比較寄存器（ CompareWithShadow Register）的16 定時(shí)器 _B 、 片上比較器 、 四個(gè)通用串行通信接口（ USCI） 、 USCI_A0 以及 USCI_A1 、支持自動(dòng)波特率檢測的增強(qiáng)型 UART 、 IrDA 編碼器和解碼器 、 同步 SPI 、 USCI_B0 以及USCI_B1 I2C? 同步 SPI 具備可編程電平檢測