嵌入式Web Server智能家居控制器的研究及实现

论文摘要

随着4C技术（计算机技术、控制技术、通信技术和图形显示技术）的迅速发展以及人们生活水平的不断提高,智能家居行业已在现代生活中占据越来越重要的位置,而将家居控制器通过嵌入式设备连入网络也成为当前智能家居控制系统研究的热点问题。在传统控制技术中,若要对现场设备进行监控,必须通过专用通信线,而采用嵌入式Web Server技术,只需将嵌入式设备连接到Internet便可实现远程监控功能。课题选用基于8位微处理器的嵌入式Internet接入方案,设计了一款价格低廉,面向普通家庭且实用性较强的嵌入式Web Server智能家居控制器。系统采用双CPU控制方案,将控制器分为嵌入式Web Server和本地控制器两大模块,不仅解决了MCS-51系列单片机端口资源紧张问题,更方便了系统扩展与二次开发。嵌入式Web Server模块以8位微处理器W78E58B和以太网控制芯片RTL8019AS为处理核心,结合嵌入式Web的具体要求在单片机上实现了精简的TCP/IP协议栈,并通过CGI接口设计实现嵌入式Web Server与远程浏览器的动态交互,使用户可以在任何时间和地点利用标准的Web浏览器（如IE浏览器）进行远程访问和控制。论文在完成嵌入式Web Server模块的基础上,进行了本地控制器模块的软硬件设计。本地端控制器以AT89S52为控制核心,包括串行通讯模块、参数采集模块、红外接收模块、液晶显示模块以及驱动控制模块,不仅能完成家居设备的常规控制,还可实现与嵌入式Web Sever模块的通信,接受上位机发送的命令,处理并返回相应参数,实现系统的远程监控功能。最后,在以太网中对智能家居控制器进行了测试。结果表明,该系统操作灵活、性能稳定,具备良好的开发与应用前景,整个课题取得了预期的效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题研究的背景
• 1.2 国内外研究开发现状和发展趋势
• 1.2.1 国外研究动态
• 1.2.2 国内研究动态
• 1.2.3 智能家居的发展趋势
• 1.3 课题研究的意义
• 1.4 课题研究的主要内容
• 2 系统总体方案设计
• 2.1 嵌入式Internet 接入的方案选择
• 2.2 嵌入式设备Internet 接入的底层硬件接口选择
• 2.3 智能家居控制器总体设计方案
• 2.4 本章小结
• 3 智能家居控制器的网卡驱动
• 3.1 嵌入式微处理器及网卡芯片选择
• 3.1.1 嵌入式微处理器的选择
• 3.1.2 网络芯片RTL8019AS
• 3.2 网卡接口硬件电路设计
• 3.2.1 RTL8019AS 与微处理器的接口电路
• 3.2.2 网络隔离变压器的接口电路
• 3.2.3 MAX232 串行接口电路
• 3.2.4 X5045 与单片机的接口电路
• 3.3 网卡驱动程序的实现
• 3.3.1 RTL8019AS 初始化
• 3.3.2 RTL8019AS 数据包的接收
• 3.3.3 RTL8019AS 数据包的发送
• 3.4 本章小结
• 4 TCP/IP 协议栈的实现
• 4.1 TCP/IP 协议概述
• 4.2 TCP/IP 协议栈的简化
• 4.3 嵌入式TCP/IP 协议栈的实现
• 4.3.1 数据链路层ARP 协议的实现
• 4.3.2 网络层的实现
• 4.3.3 传输层的实现
• 4.3.4 应用层的实现
• 4.4 Web 动态服务的实现
• 4.4.1 CGI 简介
• 4.4.2 CGI 实现
• 4.5 本章小结
• 5 本地端家居控制器的实现
• 5.1 本地家居控制器总体设计方案
• 5.1.1 本地端控制器功能介绍
• 5.1.2 微处理器的选择
• 5.1.3 本地控制器总体设计方案
• 5.2 串行通讯模块
• 5.2.1 串行通讯模块硬件电路
• 5.2.2 串行通讯模块软件设计
• 5.3 时钟日历模块
• 5.3.1 硬件电路
• 5.3.2 软件实现
• 5.4 参数采集模块
• 5.4.1 环境参数采集
• 5.4.2 设备与安防监测
• 5.5 人机接口模块
• 5.5.1 红外遥控发送电路
• 5.5.2 红外接收与控制电路
• 5.5.3 液晶显示模块
• 5.6 驱动与控制模块
• 5.7 系统抗干扰措施
• 5.7.1 系统的硬件抗干扰措施
• 5.7.2 系统的软件抗干扰措施
• 5.8 本章小结
• 6 系统功能测试
• 6.1 串行通讯测试
• 6.2 网络连接测试
• 6.3 远程网络功能测试
• 6.3.1 实时状态监视
• 6.3.2 远程控制测试
• 6.4 本章小结
• 7 结论
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 攻读学位期间发表的论文
• 攻读学位期间参与的科研项目