【文章內(nèi)容簡介】 需要編寫串口通信程序。對于 AVR 而言，重點(diǎn)在于數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)傳輸，此時需要編寫或者調(diào)用 RTL8019 的驅(qū)動程序。通過學(xué)習(xí) html 語言，編寫嵌入式系統(tǒng)中的 WEB頁設(shè)計(jì)。進(jìn)行 服務(wù)程序設(shè)計(jì)時，設(shè)計(jì)的要點(diǎn)在于動態(tài)頁面的返回，單片機(jī)程序?qū)?shù)連接的處理，對所傳送過來的 表單數(shù)據(jù)的處理，從而可以控制設(shè)備的狀態(tài)和設(shè)備做如何運(yùn)轉(zhuǎn)。研究 TCP/IP 協(xié)議，并結(jié)合嵌入式系統(tǒng)的具體應(yīng)用對各個協(xié)議進(jìn)行不同程度的簡化和改寫，將改寫后的 TCP/IP 協(xié)議嵌入單片機(jī)，完成以太網(wǎng)的驅(qū)動程序，保證數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確傳輸。這個這是整個系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。 設(shè)計(jì)的目的及其意義 設(shè)計(jì)以 AVR單片機(jī)為控制器， 結(jié)合 太網(wǎng)控制芯片 RTL8019AS，通過 RTL8019AS實(shí)現(xiàn) 智能終端采集的數(shù)據(jù)與 Inter網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)進(jìn)行互傳 ， 可以遠(yuǎn)程控制各類家用設(shè)備以及對工業(yè)環(huán)境中的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和控制。 將 WEB頁寫入到單片機(jī) 內(nèi) ， 通過這些頁面遠(yuǎn)程操控智能終端 。 通過單片機(jī)采集 室內(nèi)的溫度、光強(qiáng)以及窗葉的角度，傳輸?shù)奖镜赜?jì)算機(jī)，并且通過瀏覽器顯示，可以方便的得到 數(shù)據(jù) 。 選用的 AVR 單片機(jī)已廣泛地應(yīng)用于 工業(yè)、軍事、智能玩具 、便攜式智能儀表和機(jī)器人制作等領(lǐng)域，使產(chǎn)品功能、精度和質(zhì)量大幅度提升，且電路簡單，故障率低，可靠性高，成本低廉。最重要的是簡單易學(xué)，容易開發(fā)。 里面添加了用組態(tài)王來對室內(nèi)環(huán)境的實(shí)時監(jiān)控，不僅可以查看實(shí)時數(shù)據(jù)，也可以查看歷史數(shù)據(jù)。所以整個設(shè)計(jì)對于終端的控制分為三個方面，一個是組態(tài)王控制，網(wǎng)絡(luò)控制，以及紅外控制。當(dāng)不在線的 時候，可以用組態(tài)王進(jìn)行控制，以及現(xiàn)場可以用紅外控制等等。實(shí)現(xiàn)多功能測控。 江蘇師范大學(xué)科文學(xué)院 基于 AVR 單片機(jī)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6 第二章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 智能終端設(shè)計(jì) 智能終端的功能主要是實(shí)現(xiàn)對室內(nèi)環(huán)境的參數(shù)進(jìn)行采集及對日常家庭用具的控制，如對溫度，光強(qiáng)的采集，以及對窗簾的擺動的角度進(jìn)行控制。本設(shè)計(jì)是以 STC89C52RC 單片機(jī)為控制芯片，采用 DS18B20 溫度傳感器來采集室內(nèi)溫度，利用光敏電阻在太陽光的照射下阻值迅速減少的特性制成的傳感器來對室內(nèi)光線進(jìn)行采集采集，輸出的電壓值在通過 AD芯片進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，通過讀取單片機(jī)引腳相應(yīng)的高 低電平，獲取相應(yīng)的數(shù)值，達(dá)到獲取室內(nèi)光強(qiáng)的目的。通過控制步進(jìn)電機(jī)來達(dá)到控制窗葉旋轉(zhuǎn)的角度。如果在室內(nèi)，終端上安裝了紅外一體化接收頭，通過編程，可以用專用遙控器或者一般的電視機(jī)遙控器等來查詢室內(nèi)環(huán)境的參數(shù)以及對窗葉的控制。 智能終端的設(shè)計(jì)分為硬件和軟件兩部分組成。硬件部分主要是對環(huán)境變量的采集用到的傳感器及顯示裝置，控制窗葉的步進(jìn)電機(jī)，紅外接收裝置等。涉及到傳感器與單片機(jī)的接口電路設(shè)計(jì)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動以及 AD轉(zhuǎn)換等等。軟件部分主要為溫度傳感器的驅(qū)動編寫，AD轉(zhuǎn)換程序、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動編寫紅外解碼程序編寫以及 LCD 液 晶顯示程序的編寫等等。系統(tǒng)框圖如圖 21 所示。 圖 21 智能終端系統(tǒng)框圖 Atmega128 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng) 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)主要是以 Atmega128為控制芯片 來控制以太網(wǎng)接口芯片實(shí)現(xiàn)與Inter網(wǎng)絡(luò)的通信。其中，單片機(jī)中不僅要嵌入實(shí)時操作系統(tǒng)，還要完成對和以太網(wǎng)接口芯片的控制。而以太網(wǎng)接口芯片除了本身實(shí)現(xiàn)了物理層和數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，還要通過RJ45接口與 Inter網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。 本設(shè)計(jì)是基于 應(yīng)用案例進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)中的 WEB頁，通過瀏覽器來對智能終端采集的信號進(jìn)行顯示和對智能終端進(jìn)行控制。 Atmega128有雙串口， UART0在仿真時接入了虛擬終端，用于顯示網(wǎng)絡(luò)連接情況以及 IP地址的分配情況，UART1主要用于和智能終端的通信，實(shí)現(xiàn)采集的數(shù)據(jù)和控制信號的傳輸?shù)鹊?。設(shè)計(jì)與調(diào)試主要分為以下幾個方面： RTL8019的選擇 WEB頁設(shè)計(jì) 4,服務(wù)程序設(shè)計(jì) 數(shù)字式溫度傳感器 STC89C52 光強(qiáng)采集傳 感器 AD 轉(zhuǎn)換 紅外遙控器 紅外接收頭 LCD 數(shù)據(jù)顯示 串口 PC 機(jī)/AVR 步進(jìn)電機(jī) 江蘇師范大學(xué)科文學(xué)院 基于 AVR 單片機(jī)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7 系統(tǒng)框圖如圖 22所示。 圖 22 物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖 基于 KingView 與單片機(jī)實(shí)時對智能終端的控制及數(shù)據(jù)采集 本設(shè)計(jì)采用 KingView ，其實(shí)控制頁面來對室內(nèi)溫度以及光強(qiáng)進(jìn)行實(shí)時采集，生成實(shí)時數(shù)據(jù)曲線，因?yàn)閷?shí)時數(shù)據(jù)曲線只能表示當(dāng)前的數(shù)據(jù)變化情況。而歷史數(shù)據(jù)不能顯示，所以歷史數(shù)據(jù)要在歷史趨勢曲線畫面中進(jìn)行查詢，以備今后查看。也可以對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，并在控制頁面中顯示當(dāng)前電機(jī)旋轉(zhuǎn)的角度。 在組態(tài)王軟件中除了要放置各種控件之外，還要 對各個控件的地址進(jìn)行設(shè)置，并且與單片機(jī)中的地址相對應(yīng)， 單片機(jī)的數(shù)據(jù)地址就是指對應(yīng)的單片機(jī)程序中定義的變量 。 一個單片機(jī)下可定義很多變量 ， 每個變量對應(yīng)一個寄存器 。組態(tài)王在和單片機(jī)進(jìn)行通信時要遵循通信協(xié)議。組態(tài)王提供的單片機(jī)的通信協(xié)議可以支持 HEX和 ASCII,其中 ASCII開發(fā)比較簡單，所以本設(shè)計(jì)采用 ASCII傳輸協(xié)議編寫了單片機(jī)程序。設(shè)計(jì)好的組態(tài)畫面可以做成安裝包，倘若電腦中沒有安裝組態(tài)軟件，則可以直接對安裝包進(jìn)行安裝，則可使用。系統(tǒng)圖如圖 23所示。 圖 23 KingView 控制系統(tǒng)框圖 本章小結(jié) 系統(tǒng)總體方案分為三個部分，智能終端設(shè)計(jì)、物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、組態(tài)王數(shù)據(jù)采集等等。包括硬件制作和軟件的編寫?？煞謩e在不同的控制狀態(tài)對智能終端進(jìn)行控制來對室內(nèi)環(huán)境數(shù)據(jù)的采集，避免了在一種狀態(tài)失效就對數(shù)據(jù)的無法采集的狀態(tài)。 單片機(jī) 以太網(wǎng)接口芯片 RJ 45 接頭 集線器 以太網(wǎng) PC1 PC2 智能終端 主頁面 控制頁面 歷史數(shù)據(jù)頁面 江蘇師范大學(xué)科文學(xué)院 基于 AVR 單片機(jī)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8 第三章 系統(tǒng)硬件的選擇 智能終端硬件的選擇 單片機(jī)的選擇 STC89C52是一種低功耗、高性能 CMOS8位微控制器， 單片機(jī)引腳如圖 31所示。 輸入 /輸出口線 ： P0口 8位雙向口線 ： P1口 8位雙 向口線 ： P2口 8位雙向口線 ： P3口 8位雙向口線 ALE：地址鎖存控制信號 ALE PSEN：外部程序存儲器選通信號 EA：訪問程序存儲器控制信號 RST：復(fù)位信號 XTAL1和 XTAL2外接晶體引線端 Vss：地線 Vcc： +5V電源 STC89C52RC單片機(jī) 有如下特點(diǎn) : 4K字節(jié) EEPROM存儲空間 EEPROM存儲空間 圖 31 STC89C52引腳圖 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的選擇 江蘇師范大學(xué)科文學(xué)院 基于 AVR 單片機(jī)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9 在 A/D轉(zhuǎn)換器中， 是將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號， 一般的 A/D轉(zhuǎn)換過程 通過采樣保持、量化和編碼這三個步驟完成的， 即首先對輸入的模擬電壓信號采樣，采樣結(jié)束后進(jìn)入保持時間，在這段時間內(nèi)將采樣的電壓量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，并按一定的編碼形式給出轉(zhuǎn)換結(jié)果，然后開始下次采樣。模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換過程框圖如圖 32所示。 圖 32 模擬量 數(shù)字量轉(zhuǎn)換過程框圖 本設(shè)計(jì)中選取逐次比較型單片集成 A/D 轉(zhuǎn)換器 ADC0804。它是早期的 A/D 轉(zhuǎn)換器，因其價(jià)格低廉而要求不高被廣泛應(yīng)用。采用 CMOS 工藝 20 引腳集成芯片，分辨率為 8位，轉(zhuǎn)換時間為 100 微秒，輸入電壓范圍為 05V。芯片內(nèi)具有三態(tài)輸出數(shù)據(jù)鎖存器，可直接連接在數(shù)據(jù)總線上。 ADC0804 引腳分布圖如圖 33所示。 各引腳作用如下： VIN（ +）、 VIN（ ） :兩 個 模擬信號輸入端 。 DB7DB0:數(shù)字信號輸出 端 。 AGND：模擬信號 接 地。 DGND：數(shù)字信號 接 地。 CLK：時鐘信號 的 輸入端。 CLKR：內(nèi)部時鐘發(fā)生器的外接電阻端。 CS：片選信號輸入端 。 WR：寫信號輸入，低電平啟動 A/D轉(zhuǎn)換。 RD：讀信號輸入，低電平輸出端有效。 INTR： A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，低電平表示本次轉(zhuǎn)換已完成。 VREF/2：參考電平輸入，決定量化單位。 VCC：芯片電源 5V輸入。 圖 33 ADC0804 引腳圖 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動芯片的選擇 ULN20xx 是高耐壓、大電流復(fù)合晶體管陣列，由七個硅 NPN 復(fù)合晶體管組成。該電路的特點(diǎn)如下： ULN20xx 的每一對達(dá)林頓都串聯(lián)一個 的基極電阻 ,在 5V 的工作電壓下它能與TTL 和 CMOS 電路直接相連，可以直接處理原先需要標(biāo)準(zhǔn)邏輯緩沖器來處理的數(shù)據(jù)。 ULN20xx 工作電壓高，工作電流大，灌電流可達(dá) 500mA，并且能夠在關(guān)態(tài)時承受 50V 的采樣 模擬信號 數(shù)字信號 量化 江蘇師范大學(xué)科文學(xué)院 基于 AVR 單片機(jī)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10 電壓，輸出還可以在高負(fù)載電流并行運(yùn)行。 ULN20xx 采用 DIP— 16 或 SOP— 16 塑料封裝。 ULN20xx 內(nèi)部還集成了一個消線圈反電動勢的二極管，可用來驅(qū)動繼電器。它是雙列16 腳封裝 ,NPN 晶體管 矩陣 ,最大驅(qū)動電壓 =50V,電流 =500mA,輸入電壓 =5V,適用于 TTL COMS。 ULN20xx 是一個非門電路，包含 7 個單元，單獨(dú)每個單元驅(qū)動電流最大可達(dá) 350mA， 9腳可以懸空。比如 1 腳輸入， 16 腳輸出，你的負(fù)載接在 VCC 與 16 腳之間 ， 不用 9 腳。 ULN20xx 由七個硅 NPN 達(dá)林頓管組成。 ULN20xx 是高壓大電流 達(dá)林頓晶體管 陣列系列產(chǎn)品 ,具有電流增益高、工作電壓高、溫度范圍寬、帶負(fù)載能力強(qiáng)等特點(diǎn) ,適應(yīng)于各類要求高速大功率驅(qū)動的系統(tǒng)。 ULN20xx 芯片引腳介紹 : 引腳 17： CPU 脈沖輸入端，端口對應(yīng)一個信號輸出端。 引腳 8：接地。 引腳 9：該腳是內(nèi)部 7 個續(xù)流二極管負(fù)極的公共端，各二極管的正極分別接各達(dá)林頓管的集電極。用于感性負(fù)載時，該腳接負(fù)載電源正極，實(shí)現(xiàn)續(xù)流作用。如果該腳接地 ,實(shí)際上就是達(dá)林頓管的集電極對地接通。 引腳 10~16：脈沖信號輸出端，對應(yīng) 7~1腳信號 輸入端。 引腳如圖 34所示： 圖 34 ULN20xx 內(nèi)部原理及引腳圖 通信芯片的選擇 MAX232 是 MAXIM 公司 為 RS232 串口設(shè)計(jì)的電平轉(zhuǎn)換芯片，使用 +5v 電源供電。 引腳介紹 : 第一部分是由 6腳和 4 只電容構(gòu)成 電荷電路 。 為的是 產(chǎn)生 12v 和 +12v兩個電源，提供給 串口電平 需要。 第二部分是由 1 1 1 14 腳 組成雙 數(shù)據(jù)通道。其中 的 13 腳、 12腳、 11腳、 14腳 為第一 個 數(shù)據(jù)通道 。 7 腳 、 8 腳、 9腳 、 10 腳 構(gòu)成 第二 個 數(shù)據(jù)通道。 第三部分是供電 ， 15腳 GND、 16腳 VCC（ +5v）。 主要特點(diǎn) : 1． 符合所有的 RS232C 標(biāo)準(zhǔn) 2． 只需要單一 的 +5V 電源 提供電壓 3． 功耗低，典型供電電流 5mA 4． 內(nèi)部集成 2 個 RS232C 驅(qū)動器 5． 高集成度，片外最低只需 4 個 電容即可工作 引腳如圖 35所示。 江蘇師范大學(xué)科文學(xué)院 基于 AVR 單片機(jī)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11 圖 35 MAX232 引腳圖 紅外遙控和紅外接收管的選擇 遙控器編碼分好幾種，常見的 32位編碼碼和 42位編碼，目前我手中遙控器就是 32位編碼，如圖 1 所示，當(dāng)有按鍵時就會產(chǎn)一個 低電平和 高電平的起始碼，接著是 16 位系統(tǒng)碼，系統(tǒng)碼能區(qū)別不同的電器設(shè)備，防止不同 的 遙控碼互相干擾，接下來是 8位數(shù)據(jù)碼和 8 位數(shù)據(jù)反碼 ,間隔 23ms 的高電平后，再發(fā)一個結(jié)束碼 ，