基于E5122的家庭网络控制系统
引 言
随着信息技术、计算机网络技术的迅猛发展和广泛普及，越来越多的家庭通过internet或intranet来获得信息和资讯。作为现代化的智能化住宅小区，向社区内的广大住户提供宽带多媒体综合信息资讯服务，是智能化住宅的重要体现，也是信息社会发展的客观需要。建设部住宅产业办公室提出了我国住宅智能化的概念，即住宅小区智能化是利用4c(计算机、通信、网络、自控、ic卡)技术真正实现远程家庭的智能控制，通过有效的传输网络,将远程信息服务与管理、物业管理与安防、住宅智能化系统集成,为住宅小区的服务与管理提供高技术的智能化手段,以期实现快捷高效的超值服务管理,提供安全舒适的家居环境。
1 系统简介
家庭智能控制系统的开发基于短信息技术、自动控制技术、计算机技术、数字通信技术及加密技术。系统利用相关的网络、计算机系统和控制器，以无线网络和有线网络为基本控制指令和数据信息传送方式，实现手机无线遥控和数据传送。通过专设的短信控制中心和服务中心，为家庭和小区管理提供全方位的数字化服务。家庭智能控制系统具有手机远程控制、自动报警、呼叫社区服务、物业管理等功能，还可以根据用户群的需要向生活连网服务、智能办公等方向无限扩展。
设备接入internet/intranet网，原则上讲，只要实现tcp/ip网络协议就可以。tcp/ip协议及其应用是一项复杂的系统工程。该协议的建立经过了缜密的设计过程，全套协议的实现是比较复杂的。在嵌入式系统中，实现该协议有一定的难度。在实际的应用中，如果要完全实现该协议，比较合理的方案是直接利用集成的tcp/lp协议的芯片，将系统中央控制单元和tcp/ip协议处理单元进行分离。
另一方面，实现其它几个方案中，可以对原有的tcp/ip进行精简，保留实际应用系统所需要的一些协议，使得核心芯片既能实现网络的数据传输，又可以完成监控任务。对原有的tcp/ip协议迸行精简，可以大大减轻系统实现的难度，并提高系统的效率和可靠性。
图1
2 系统工作原理
该系统的原理框图如图1所示。
家庭中的三表度数作为采集信号，通过采样保持电路处理以后，送入单片机进行处理。单片机把数据通过串口送入e5122网络协议处理器中进行打包处理，将数据打包成tcp/ip协议包，该数据包通过rtl8019as以太网控制器发送到以太网上。采用cpld芯片epm7128s作为译码和驱动电路。在本应用场合，家庭用户终端对数据交换的速率要求不高，在1mb/s以下。所以可以采用一般的高速单片机，写入tcp/ip协议，这样既可以满足要求，价格又能让用户接受。
3 芯片介绍
(1)网络接口控制器rtl8019as
rtl8019as是realtek公司高集成度的专用以太网接口芯片，支持ethernetii、ieee802.3、10base5、10base2、10baset，支持utp、aui&bnc、pnp自动探测模式，并且内嵌16kb sram用于收发缓冲，降低了对主处理器的速度要求。支持8位、16位数据总线模式；支持跳线、无跳线模式；有全双工的通信接口，可以通过交换机在双绞线上同时发送和接收数据，使带宽从10m增加到20m，是用来进行以太网通信的理想芯片。
rtl8019as有3种工作方式：
① 跳线方式，网卡的i/o和中断由跳线决定；
② 即插即用方式，由软件进行自动配置plug and play；
③ 免跳线方式，网卡的i/o和中断由外接的93c46里的内容决定。
网卡使用哪种方式由rtl8019as的第65脚jp决定。65脚jp 为高电平时(接到vcc或通过一个10kω的电阻上拉)使用跳线方式；rtl8019as引脚悬空时，输入状态为低电平(其它引脚也是这样，悬空的输入脚电平为低电平，里面有一个100kω的下拉电阻)。64脚aui，该引脚决定使用aui还是bnc接口。我们用的网卡接口一般是bnc的，很少用aui。bnc接口方式支持8线双绞或同轴电缆。高电平时使用aui接口，悬空为低电平，使用bnc接口。iocs16b引脚用电阻下拉为低电平，选择8位数据总线模式，省去brom模块，只需8根数据线sd0~sd7。基地址选择引脚ios3、ios2、ios1、ios0空接为低电平。因为芯片内部都接有下拉电阻，此时i/o基地址为300h，所以地址线sa8、sa9接高电平。又因为寄存器的地址偏移量为00h~1fh共32个，所以只用了地址线sa0~sa4，其余地址线接地即可。芯片的中断线由irqs2、irqs1、irqs0决定，全部空接时中断线为int0，8根中断线7根空接。smemrb和smemwb引脚决定网络接口类型时，10baset、10base2或10base5采用悬空方式时为低电平。即为自动选择方式。aui引脚决定使用aui还是bnc接口，悬空时为低电平。使用bnc接口，支持双绞线或同轴电缆，所使用的引脚有：tpin+、tpin－、tpout+、tpout－，接入网卡耦合隔离变压器中，利用rj45插头实现与网络的连接。
(2)tcp/ip协议解析芯片e5122
e5122是上海精致科技公司研制的飞虹系列网络协议处理器。外部晶振22.1184mhz，工作电压5v。以硬件实现tcp/ip协议，提供api接口，极大地方便了使用，由外部集成 ram。对用户端以i2c协议或rs-232接口方式进行通信，通信接口支持带i2c接口mpu，为不带i2c接口mpu提供i2c驱动程序。e5122与网络的接口为以太网接口，通过以太网控制芯片rtl8019连接到以太网。串行速率最大达115.2kbps，达到真正实时传送。
e5122 是完成tcp/ip 协议的专用芯片，用以实现以太网和串口之间的协议转换。可以为串口设备提供完善的网络通信解决方案，只需外接mpu。本系统采用的mpu型号是：89c52单片机。单片机程序中，只需要简单调用api函数即可实现。e5122结构如图2所示。设备做为服务器端，即首次连接网络时，客户机端主动请求连接服务器端作为被动端监听，并接收连接的局域网内连网接收远端客户的主动查询访问，并将设备信息返回给客户；同样，还可以作为客户机主动和局域网内，或internet上的主机进行通信。 e5122 芯片外部使用32kb ram，用来作为以太网数据缓冲，使用256字节(最少为256字节)的串行eeprom(i2c总线接口)存储系统参数。用户通过串口与e5122 连接实现通信。e5122 完成tcp/ip 协议和串口通信协议。支持普通串口和用户设备进行交互，通过外接rtl8019as 以太网控制芯片来实现网络连接。
当系统初次运行时，e5122会对rtl8019as进行初始化工作，并设置其工作模式以及中断源等。
当rtl8019as 接收到数据时，会触发e5122 中断。此时e5122 通过a8~a13 和a15 来选择rtl8019as的寄存器地址和存储器地址，控制和实现数据的读取。当有数据通过e5122 发送给rtl8019as 时，通过地址线设置rtl8019as 相应寄存器进行数据发送。
4 硬件电路设计
在具体使用中，由于单片机本身的限制，进行了一系列的简化设计。采用跳线工作方式，jp引脚接高电平； e5122与rtl8019as接口用于传输网络数据。
当系统初次运行时，e5122 会对rtl8019as 进行初始化工作，设置rtl8019as 的工作模式以及设置中断源等。当rtl8019as 接收到数据时，会触发e5122 中断，此时e5122 通过a8~a13 和a15 来选择rtl8019as的寄存器地址和存储器地址，控制和实现数据的读取。
当有数据通过e5122 发送给rtl8019as 时，通过地址线设置rtl8019as 相应的寄存器进行数据发送。
接口电路图如图3所示。
5 应用中的几个技术问题
在系统的实际应用过程中，要注意以下几个问题。
(1)传输速度
在系统中，上位pc机与下位测控设备之间数据交换的速度，取决于以太网接口模块的传输速度。而以太网模块的传输速度取决于以太网接口芯片的速度、单片机的处理速度，以及和设备交换数据的方式。
在一般的测控系统中，要传送的仅仅是控制命令和测量数据，数据量不大。模块与测控设备之间采用rs-232、rs-485、can等串口方式连接，其通信速率仅几十kb/s或上百kb/s。这时以太网接口芯片的速度(10mb/s)和微处理器的速度就远大于串口通信速度。因此传输速率主要就取决于串口的通信速率。
当要传送的数据速率要求很高时(如图像)，它与测控设备之间就不能再采用串口连接，而必须采用并口连接，这时传输速率就取决于微处理器的处理速度。此时，要选用一些高速的单片机，如p89c52rx系列或sx系列等单片机。
(2)ip地址
以太网测控系统中，测控设备通过该模块进入以太网，就必须确定自己的ip地址。ip地址的获得有两种方式：有动态获得ip地址和固定分配ip地址。由于e5122不支持rarp反向地址解析协议，因此无法获得动态ip地址，只能使用固定ip地址。
(3)安全控制
在小型封闭的局域网中进行测控，安全问题不大，但在广域网甚至因特网上进行测控，安全控制就至关紧要。为此，采用48~128位的用户密码来保护测控设备的安全。合法用户可以修改、设定自己的密码。网络非法用户即使窃取了ip地址，没有用户密码，也无法操作设备。
(4)实时性问题
测控系统在很多场合都要强调它的实时性，但以太网不是一个实时系统。由于它的载波侦听碰撞检测(csma/cd)通信方式，决定了以太网中ip包的传输会有延迟，甚至丢包，这是利用以太网组成分布式测控系统最大的缺点。但是，现在以太网的速度越来越快，百兆网甚至千兆网，或在一些小型封闭的局域网中，网络的繁忙程度大为减轻，ip包几乎没有碰撞，传输延迟、丢包现象就大大减小，不会影响测控系统的正常工作。同时，在系统的网络层之上，可增加应答协议，丢包的问题就可基本克服。
(5)连接方式
该模块有两个插座：一个是rj-45插座，可用双绞线直接连接到以太网；另一个是25脚插座，内含rs-232或rs-485总线接口。
结 语
随着21世纪的到来，人类逐步跨入了信息时代。随着科技的进步以及对生活质量要求的不断提高，人们对家电的选择和使用，已经从只关心家电的单项功能转向追求家电品位和控制的便捷性。信息技术和网络化技术的发展，为家用电器居家环境集中控制和远程遥控提供了可能。将信息技术与家电控制技术相融合，在更大程度上实现家庭生活的信息化和自动化，满足人们舒适、高节奏的生活需要，使所有的消费电子产品具有了连入网络的能力，正是消费类电子产品下一步的发展趋势。家电的网络化将给已趋饱和的家电消费市场带来新的需求。对这方面的进一步研究，使得人们的生活方式、工作方式以及思维方式都发生了巨大的变化；同时也刺激了人们对各种数据源和网络服务需求的日益增长，为信息社会注入新的生机和活力，具有重要的理论、实用和商用价值。
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1 系统简介
家庭智能控制系统的开发基于短信息技术、自动控制技术、计算机技术、数字通信技术及加密技术。系统利用相关的网络、计算机系统和控制器，以无线网络和有线网络为基本控制指令和数据信息传送方式，实现手机无线遥控和数据传送。通过专设的短信控制中心和服务中心，为家庭和小区管理提供全方位的数字化服务。家庭智能控制系统具有手机远程控制、自动报警、呼叫社区服务、物业管理等功能，还可以根据用户群的需要向生活连网服务、智能办公等方向无限扩展。
设备接入internet/intranet网，原则上讲，只要实现tcp/ip网络协议就可以。tcp/ip协议及其应用是一项复杂的系统工程。该协议的建立经过了缜密的设计过程，全套协议的实现是比较复杂的。在嵌入式系统中，实现该协议有一定的难度。在实际的应用中，如果要完全实现该协议，比较合理的方案是直接利用集成的tcp/lp协议的芯片，将系统中央控制单元和tcp/ip协议处理单元进行分离。
另一方面，实现其它几个方案中，可以对原有的tcp/ip进行精简，保留实际应用系统所需要的一些协议，使得核心芯片既能实现网络的数据传输，又可以完成监控任务。对原有的tcp/ip协议迸行精简，可以大大减轻系统实现的难度，并提高系统的效率和可靠性。
图1
2 系统工作原理
该系统的原理框图如图1所示。
家庭中的三表度数作为采集信号，通过采样保持电路处理以后，送入单片机进行处理。单片机把数据通过串口送入e5122网络协议处理器中进行打包处理，将数据打包成tcp/ip协议包，该数据包通过rtl8019as以太网控制器发送到以太网上。采用cpld芯片epm7128s作为译码和驱动电路。在本应用场合，家庭用户终端对数据交换的速率要求不高，在1mb/s以下。所以可以采用一般的高速单片机，写入tcp/ip协议，这样既可以满足要求，价格又能让用户接受。
3 芯片介绍
(1)网络接口控制器rtl8019as
rtl8019as是realtek公司高集成度的专用以太网接口芯片，支持ethernetii、ieee802.3、10base5、10base2、10baset，支持utp、aui&bnc、pnp自动探测模式，并且内嵌16kb sram用于收发缓冲，降低了对主处理器的速度要求。支持8位、16位数据总线模式；支持跳线、无跳线模式；有全双工的通信接口，可以通过交换机在双绞线上同时发送和接收数据，使带宽从10m增加到20m，是用来进行以太网通信的理想芯片。
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(2)tcp/ip协议解析芯片e5122
e5122是上海精致科技公司研制的飞虹系列网络协议处理器。外部晶振22.1184mhz，工作电压5v。以硬件实现tcp/ip协议，提供api接口，极大地方便了使用，由外部集成 ram。对用户端以i2c协议或rs-232接口方式进行通信，通信接口支持带i2c接口mpu，为不带i2c接口mpu提供i2c驱动程序。e5122与网络的接口为以太网接口，通过以太网控制芯片rtl8019连接到以太网。串行速率最大达115.2kbps，达到真正实时传送。
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当系统初次运行时，e5122会对rtl8019as进行初始化工作，并设置其工作模式以及中断源等。
当rtl8019as 接收到数据时，会触发e5122 中断。此时e5122 通过a8~a13 和a15 来选择rtl8019as的寄存器地址和存储器地址，控制和实现数据的读取。当有数据通过e5122 发送给rtl8019as 时，通过地址线设置rtl8019as 相应寄存器进行数据发送。
4 硬件电路设计
在具体使用中，由于单片机本身的限制，进行了一系列的简化设计。采用跳线工作方式，jp引脚接高电平； e5122与rtl8019as接口用于传输网络数据。
当系统初次运行时，e5122 会对rtl8019as 进行初始化工作，设置rtl8019as 的工作模式以及设置中断源等。当rtl8019as 接收到数据时，会触发e5122 中断，此时e5122 通过a8~a13 和a15 来选择rtl8019as的寄存器地址和存储器地址，控制和实现数据的读取。
当有数据通过e5122 发送给rtl8019as 时，通过地址线设置rtl8019as 相应的寄存器进行数据发送。
接口电路图如图3所示。
5 应用中的几个技术问题
在系统的实际应用过程中，要注意以下几个问题。
(1)传输速度
在系统中，上位pc机与下位测控设备之间数据交换的速度，取决于以太网接口模块的传输速度。而以太网模块的传输速度取决于以太网接口芯片的速度、单片机的处理速度，以及和设备交换数据的方式。
在一般的测控系统中，要传送的仅仅是控制命令和测量数据，数据量不大。模块与测控设备之间采用rs-232、rs-485、can等串口方式连接，其通信速率仅几十kb/s或上百kb/s。这时以太网接口芯片的速度(10mb/s)和微处理器的速度就远大于串口通信速度。因此传输速率主要就取决于串口的通信速率。
当要传送的数据速率要求很高时(如图像)，它与测控设备之间就不能再采用串口连接，而必须采用并口连接，这时传输速率就取决于微处理器的处理速度。此时，要选用一些高速的单片机，如p89c52rx系列或sx系列等单片机。
(2)ip地址
以太网测控系统中，测控设备通过该模块进入以太网，就必须确定自己的ip地址。ip地址的获得有两种方式：有动态获得ip地址和固定分配ip地址。由于e5122不支持rarp反向地址解析协议，因此无法获得动态ip地址，只能使用固定ip地址。
(3)安全控制
在小型封闭的局域网中进行测控，安全问题不大，但在广域网甚至因特网上进行测控，安全控制就至关紧要。为此，采用48~128位的用户密码来保护测控设备的安全。合法用户可以修改、设定自己的密码。网络非法用户即使窃取了ip地址，没有用户密码，也无法操作设备。
(4)实时性问题
测控系统在很多场合都要强调它的实时性，但以太网不是一个实时系统。由于它的载波侦听碰撞检测(csma/cd)通信方式，决定了以太网中ip包的传输会有延迟，甚至丢包，这是利用以太网组成分布式测控系统最大的缺点。但是，现在以太网的速度越来越快，百兆网甚至千兆网，或在一些小型封闭的局域网中，网络的繁忙程度大为减轻，ip包几乎没有碰撞，传输延迟、丢包现象就大大减小，不会影响测控系统的正常工作。同时，在系统的网络层之上，可增加应答协议，丢包的问题就可基本克服。
(5)连接方式
该模块有两个插座：一个是rj-45插座，可用双绞线直接连接到以太网；另一个是25脚插座，内含rs-232或rs-485总线接口。
结 语
随着21世纪的到来，人类逐步跨入了信息时代。随着科技的进步以及对生活质量要求的不断提高，人们对家电的选择和使用，已经从只关心家电的单项功能转向追求家电品位和控制的便捷性。信息技术和网络化技术的发展，为家用电器居家环境集中控制和远程遥控提供了可能。将信息技术与家电控制技术相融合，在更大程度上实现家庭生活的信息化和自动化，满足人们舒适、高节奏的生活需要，使所有的消费电子产品具有了连入网络的能力，正是消费类电子产品下一步的发展趋势。家电的网络化将给已趋饱和的家电消费市场带来新的需求。对这方面的进一步研究，使得人们的生活方式、工作方式以及思维方式都发生了巨大的变化；同时也刺激了人们对各种数据源和网络服务需求的日益增长，为信息社会注入新的生机和活力，具有重要的理论、实用和商用价值。
关于驭势科技携智能机场无人驾驶物流解决方案的具体介绍
先进封装——从2D，3D到4D封装
机器人意识尚未成熟 欧盟就已经开始立法了
AirVolt实现真正的无线充电 有效距离达到9米
USB Type-B型接口具备哪些特点
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五分钟了解单涡轮双涡管增压原理
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WiFi模块、BLE蓝牙模块、WiFi+蓝牙组合模块的介绍
三星 折叠屏手机Galaxy Fold有望7月份重新上市
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