智能家居信息監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計論文

1、天津工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文 摘 要PAGE PAGE 4摘 要目前我國智能家居產(chǎn)業(yè)總體上存在3個方面的問題：一是由于智能家居產(chǎn)業(yè)國家還沒有統(tǒng)一的行業(yè)標準，相互間的產(chǎn)品不具兼容性；第二，產(chǎn)品實用性差，操作復(fù)雜，與市場需求脫節(jié)；第三，產(chǎn)品價格居高不下。結(jié)合課題內(nèi)容，針對目前國內(nèi)智能家居產(chǎn)業(yè)存在的問題，其監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)該具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、操作簡單、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強、主機與子機之間聯(lián)系緊密簡潔等優(yōu)點。本論文將針對這些方面進行設(shè)計。信息監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用星形拓撲結(jié)構(gòu)。中央控制器為中心節(jié)點，它采用CGI技術(shù)通過Web服務(wù)器連接到Internet，并通過由單片機和NRF905構(gòu)成的無線傳輸模塊與各個

2、功能子系統(tǒng)進行點對點數(shù)據(jù)傳輸。用戶可以上網(wǎng)訪問中央控制器，從而對其下達命令，來了解和控制家中各個家電的工作狀態(tài)。各個子功能系統(tǒng)完成用戶命令以后，會返回執(zhí)行結(jié)果給中央控制器，由中央控制器將執(zhí)行結(jié)果上傳至Internet給用戶。根據(jù)功能需求設(shè)計出的智能家居信息監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，解決了目前國內(nèi)智能家居產(chǎn)業(yè)實用性差、操作復(fù)雜、成本高的問題。關(guān)鍵詞： 無線通信； CGI技術(shù)； NRF905； 通信協(xié)議；AT89C51單片機ABSTACTSmart home industry, our country there are three general aspects: First, smart home ind

3、ustry as a unified state has not industry standard among non-compatibility of products; second, poor product availability, operational complexity, and the demand of the market ; Third, high prices. Combination of subject content for the current domestic intelligence home there is an industrys proble

4、ms, the monitoring network should have a simple structure, low cost, simple operation, good stability, anti-jamming capability Jiang, links between the host and Zi machine simple Deng Youdian close. This paper will address these aspects of design.Information and Control System of using star topology

5、. Central controller for the central node, it uses CGI technology through the Web server to connect to the Internet, and through a microcontroller and a wireless transmission module NRF905 constitute each functional subsystem with point to point data transmission. Internet users can access the centr

6、al controller to its orders, to understand and control home appliances work in all states. Completion of each sub-function system after the user command, the implementation of the results will be returned to the central controller, the result will be implemented by the central controller uploaded to

7、 the Internet to the user.According to the functional demand design information out of intelligent home monitoring network system, solves the intelligent home Chanye practical difference, complex operation, and high cost problems.Key words: wireless communications; CGI technology; NRF905; communicat

8、ion protocol; AT89C51 microcontroller天津工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文 目 錄目 錄 TOC o 1-3 u 第一章 緒 論 PAGEREF _Toc264369929 h 11.1研究背景及意義 PAGEREF _Toc264369930 h 11.1.1國內(nèi)智能家居系統(tǒng)的功能狀況 PAGEREF _Toc264369931 h 11.1.2 研究意義 PAGEREF _Toc264369932 h 21.2 設(shè)計思路及優(yōu)勢 PAGEREF _Toc264369933 h 31.3 論文的主要內(nèi)容和組織結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc264369934 h 31.4

9、 本章小結(jié) PAGEREF _Toc264369935 h 4第二章 智能家居信息監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的總體設(shè)計方案 PAGEREF _Toc264369936 h 52.1 智能家居信息監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的需求分析 PAGEREF _Toc264369937 h 52.2 信息監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的總體設(shè)計方案 PAGEREF _Toc264369938 h 52.3 構(gòu)成無線數(shù)據(jù)傳輸模塊的器件選取 PAGEREF _Toc264369939 h 62.3.1 單片機的選取 PAGEREF _Toc264369940 h 62.3.2 無線收發(fā)芯片的選取 PAGEREF _Toc264369941 h 62.4本

10、章小結(jié) PAGEREF _Toc264369942 h 7第三章 信息監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的硬件設(shè)計 PAGEREF _Toc264369943 h 83.1 單片機最小系統(tǒng)的搭建 PAGEREF _Toc264369944 h 83.2 無線數(shù)據(jù)傳輸模塊的電路連接 PAGEREF _Toc264369945 h 93.2.1 NRF905芯片概述 PAGEREF _Toc264369946 h 93.2.2基于NRF905傳輸系統(tǒng)的硬件設(shè)計 PAGEREF _Toc264369947 h 113.2.3 AT89C51單片機與NRF905接口電路 PAGEREF _Toc264369948 h 12

11、3.4 本章小結(jié) PAGEREF _Toc264369949 h 12第四章 信息監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的軟件設(shè)計 PAGEREF _Toc264369950 h 144.1 通信協(xié)議和用戶操作字的設(shè)計 PAGEREF _Toc264369951 h 144.1.1 地址位和數(shù)據(jù)位的定義 PAGEREF _Toc264369952 h 144.1.2 用戶操作字定義 PAGEREF _Toc264369953 h 164.2 無線數(shù)據(jù)傳輸模塊的軟件設(shè)計 PAGEREF _Toc264369954 h 164.2.1 數(shù)據(jù)傳輸過程 PAGEREF _Toc264369955 h 164.2.2UART串口

12、軟件設(shè)計 PAGEREF _Toc264369956 h 174.2.3SPI接口軟件設(shè)計 PAGEREF _Toc264369957 h 194.2.4主程序流程圖 PAGEREF _Toc264369958 h 194.3 Web服務(wù)器的設(shè)計與實現(xiàn) PAGEREF _Toc264369959 h 204.3.1 Web服務(wù)器原理 PAGEREF _Toc264369960 h 204.3.2 CGI原理 PAGEREF _Toc264369961 h 214.3.3 設(shè)計思想及工作流程 PAGEREF _Toc264369962 h 224.4 本章小結(jié) PAGEREF _Toc26436

13、9963 h 23第五章 智能家居信息監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計 PAGEREF _Toc264369964 h 245.1 單片機硬件電路的抗干擾設(shè)計 PAGEREF _Toc264369965 h 245.1.1 造成干擾的原因 PAGEREF _Toc264369966 h 245.1.2 單片機硬件抗干擾措施 PAGEREF _Toc264369967 h 245.2 單片機軟件的抗干擾設(shè)計 PAGEREF _Toc264369968 h 265.2.1 程序運行混亂時使程序重入正軌 PAGEREF _Toc264369969 h 265.2.2 系統(tǒng)故障處理、自恢復(fù)程序的編寫 PAGE

14、REF _Toc264369970 h 275.3 本章小結(jié) PAGEREF _Toc264369971 h 29第六章 智能家居信息監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的測試與調(diào)試 PAGEREF _Toc264369972 h 306.1 調(diào)試目標 PAGEREF _Toc264369973 h 306.2 調(diào)試方案 PAGEREF _Toc264369974 h 306.3 調(diào)試過程 PAGEREF _Toc264369975 h 316.3.1 單片機最小系統(tǒng)的測試與調(diào)試 PAGEREF _Toc264369976 h 316.3.2 無線數(shù)據(jù)傳輸模塊的測試與調(diào)試 PAGEREF _Toc264369977

15、h 316.3.3 各項性能指標的測量 PAGEREF _Toc264369978 h 326.3.4 智能家居信息監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)總體功能的測試與調(diào)試 PAGEREF _Toc264369979 h 336.4 本章小結(jié) PAGEREF _Toc264369980 h 33總 結(jié) PAGEREF _Toc264369981 h 34參考文獻. PAGEREF _Toc264369982 h 36附 錄 PAGEREF _Toc264369983 h 37附件一：無線數(shù)據(jù)傳輸模塊程序源代碼 PAGEREF _Toc264369984 h 37附件二：無線數(shù)據(jù)傳輸模塊硬件電路圖 PAGEREF _T

16、oc264369985 h 43附錄三：Intelligent Home Control System PAGEREF _Toc264369986 h 44謝 辭 PAGEREF _Toc264369987 h 55天津工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文 第一章 緒 論第一章 緒 論1.1研究背景及意義由于中國的居住模式和文化與發(fā)達國家有很大的區(qū)別，所以智能家居在中國的發(fā)展也體現(xiàn)出其獨具的特色。中國人口眾多，城市住宅建設(shè)也多選擇密集型的住宅小區(qū)方式，因此很多房地產(chǎn)商會站在整個小區(qū)智能化的角度來看待家居的智能化，也就出現(xiàn)了目前一統(tǒng)天下、無所不包的“智能小區(qū)”的模式。而歐美由于獨體別墅的居住模式流行，因此住宅多

17、散布城鎮(zhèn)周邊，沒有一個很集中的規(guī)模，類似國內(nèi)的“住宅小區(qū)”這樣規(guī)模的居住區(qū)較少，因此，國外的住宅多與市政系統(tǒng)直接相同。這一點也可解釋為什么美國仍盛行ADSL、Cable Modem等寬帶接入方式，而國內(nèi)光纖以太網(wǎng)到小區(qū)、到樓的發(fā)展已經(jīng)如火如荼。因此歐美的智能家居多獨立安裝，自成體系，比如美國的X10，歐洲的EIB協(xié)議(包括澳洲的C-BUS)等都是以獨立的家庭為目標設(shè)計的。而國內(nèi)習(xí)慣上將智能家居當作智能小區(qū)的一個子系統(tǒng)來考慮，這種做法在智能家居概念初始引進階段應(yīng)該說還是可行的，但隨著智能家居的推廣與需求的不斷深入，人們開始“拷問”智能家居的真正意義與價值時，才發(fā)現(xiàn)“人性化“與“個性化”是智能家居

18、的意義所在。因此，智能家居勢將從現(xiàn)在的“千家一面”的一統(tǒng)模式中獨立出來，成為一個可完全由業(yè)主自行選配的個性張揚空間。國內(nèi)智能家居系統(tǒng)的功能狀況智能家居系統(tǒng)可以有多種分類形式，依據(jù)其體系結(jié)構(gòu)為特征進行劃分，比較常見。目前國內(nèi)市場上多數(shù)存在以下幾類不同結(jié)構(gòu)形式的系統(tǒng)類型：1拼湊型(功能間無關(guān)聯(lián)的孤立)控制系統(tǒng)：各個功能子系統(tǒng)獨立設(shè)計、自主工作。例如安防系統(tǒng)、燈光系統(tǒng)。各子系統(tǒng)相互之間互不相連，不能交換數(shù)據(jù)；2主機式集中控制系統(tǒng)：在住宅內(nèi)安裝一臺“智能控制中心”，它可以是一臺普通計算機、嵌入式或者單片計算機系統(tǒng)。一般采用星形拓撲結(jié)構(gòu)，從控制中心引出多種控制與數(shù)據(jù)線，連接到住宅中所有需要實施控制或者獲

19、取數(shù)據(jù)的監(jiān)控節(jié)點，現(xiàn)場設(shè)備與中央控制單元，使用標準模擬信號(420mA、05V等)傳輸現(xiàn)場信息。每個監(jiān)控節(jié)點不安排任何數(shù)據(jù)處理能力，只是單純地完成對繼電開關(guān)控制(例如控制燈光或電源)，或者采集無源的數(shù)據(jù)(例如門磁開關(guān)信號)。系統(tǒng)的邏輯關(guān)系固定在主控制器上，有的可以通過軟件修改。添加新設(shè)備需修改主控制器。3分級集中控制系統(tǒng)：是前一類型的擴展，同樣也采用在住宅內(nèi)安裝一臺“智能控制中心”，星形拓撲結(jié)構(gòu)。如果現(xiàn)場采集量較大，通常在中央控制單元和現(xiàn)場設(shè)備之間加入現(xiàn)場級的控制單元(PLC，單片機等)，現(xiàn)場控制單元與中央控制單元之間使用RS-232。以上三類系統(tǒng)的顯著缺點是：各子系統(tǒng)不能相互協(xié)調(diào)，統(tǒng)一控制，

20、網(wǎng)絡(luò)的潛能與優(yōu)勢未能開發(fā)。這是將原有各獨立系統(tǒng)簡單堆砌在一起的方式，嚴格意義上講，不符合智能家居系統(tǒng)的含義。仍然屬于相對獨立的智能家居系統(tǒng)。目前我國智能家居產(chǎn)業(yè)總體上存在3個方面的問題：一是由于智能家居產(chǎn)業(yè)國家還沒有統(tǒng)一的行業(yè)標準，很多中小企業(yè)各自為政，相互間的產(chǎn)品不具兼容性；第二，由于技術(shù)人員沒有做深入的市場調(diào)查，開發(fā)出的產(chǎn)品雖然技術(shù)上具有先進性，但實用性差，操作復(fù)雜，與市場需求脫節(jié)；第三，由于技術(shù)上需要投入大量研發(fā)資金，一些中小企業(yè)沒有能力持續(xù)創(chuàng)新，更難形成規(guī)模生產(chǎn)，造成產(chǎn)品價格居高不下。1.1.2 研究意義結(jié)合課題內(nèi)容，本論文主要研究智能家居信息監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)。針對目前國內(nèi)智能

21、家居產(chǎn)業(yè)存在的問題，其監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)該具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、操作簡單、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強、主機與子機之間聯(lián)系緊密簡潔等優(yōu)點。本論文將對目前智能家居信息監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的不足，提出方案并進行設(shè)計調(diào)試，以改進不足，并為以后的研究打下基礎(chǔ)。1.2 設(shè)計思路及優(yōu)勢智能家居包括中央控制器、室內(nèi)防火防盜監(jiān)控器、室內(nèi)煤氣檢測報警器等系統(tǒng)，用戶欲通過Internet了解或者控制各個系統(tǒng)，可以將命令發(fā)給中央控制器，由中央控制器根據(jù)用戶命令對各個功能系統(tǒng)進行操控。所以，采用星形拓撲結(jié)構(gòu)構(gòu)建智能家居信息監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，中央控制器是整個智能家居的中央節(jié)點，各個功能系統(tǒng)為各個站點。用戶與中央控制器通過Internet通

22、信，中央控制器與其它功能系統(tǒng)通過無線數(shù)據(jù)傳輸模塊進行點對點通行。星形拓撲結(jié)構(gòu)因為采用中央控制器集權(quán)方式，所以控制簡單，故障診斷和隔離容易，便于維修和維護。各個站點與中央節(jié)點的數(shù)據(jù)傳輸各不相關(guān)，一個站點發(fā)生故障也不會影響其它站點的工作。用戶通過Internet或者PSTN訪問中央控制器，可以使用戶隨時隨地了解和控制家中各個家電的工作狀況。由此，解決了目前市場上大多產(chǎn)品實用性差、操作復(fù)雜、成本高等問題。1.3 論文的主要內(nèi)容和組織結(jié)構(gòu)智能家居信息監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)建，需要構(gòu)成無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，以及將中央控制器連接到Internet，用戶可以通過網(wǎng)絡(luò)實時的了解和控制家中各個家電的工作。設(shè)計的主要內(nèi)容為：利

23、用單片機和無線收發(fā)芯片構(gòu)成無線數(shù)據(jù)傳輸模塊。2利用Web服務(wù)器將中央控制器連接到Internet。3編寫通信協(xié)議，使系統(tǒng)可以根據(jù)用戶命令完成相應(yīng)工作。本論文從第二章開始結(jié)構(gòu)如下：第二章介紹信息監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的總體設(shè)計方案，包括需求分析，以及滿足功能需求所設(shè)計的總體方案和器件的選取。第三章介紹系統(tǒng)硬件的設(shè)計，包括構(gòu)建無線數(shù)據(jù)傳輸模塊的硬件電路的連接。第四章介紹系統(tǒng)軟件的設(shè)計，包括無線數(shù)據(jù)傳輸模塊的軟件設(shè)計和基于單片機的Web服務(wù)器軟件設(shè)計第五章介紹系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計方法；第六章對測試與調(diào)試過程并獲取相應(yīng)技術(shù)指標。1.4 本章小結(jié)本章主要介紹了智能家居在國內(nèi)外的研究與發(fā)展現(xiàn)狀，分析了主要存在的問題，并

24、就現(xiàn)有問題針對智能家居信息監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計提出了新的思路，引出了研究內(nèi)容和論文結(jié)構(gòu)。天津工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文 第二章 智能家居信息監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的總體設(shè)計方案PAGE 71第二章 智能家居信息監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的總體設(shè)計方案2.1 智能家居信息監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的需求分析智能家居信息監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是用戶通過智能家居中央控制器對各個子功能系統(tǒng)進行控制，并具有數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)儲存的平臺。因此，提出以下功能需求：1利用CGI技術(shù)將中央控制器通過Web服務(wù)器連接到Internet，實現(xiàn)用戶上網(wǎng)操控中央控制器。2設(shè)計無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，實現(xiàn)中央控制器與各個子功能系統(tǒng)的點對點數(shù)據(jù)傳輸。3編寫通信協(xié)議，明確用戶命令含義。2.2

25、信息監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的總體設(shè)計方案系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2-1。系統(tǒng)采用星形拓撲結(jié)構(gòu)，中央控制器通過Web服務(wù)器與Internet相連，各個子功能系統(tǒng)與中央控制器之間采用點對點無線通信。用戶通過Internet向中央控制器發(fā)送命令，中央控制器接受命令，然后通過無線傳輸模塊發(fā)送給子功能系統(tǒng)。子功能系統(tǒng)接收到命令后，根據(jù)協(xié)議規(guī)定來完成相應(yīng)的操作。操作結(jié)束后，將操作結(jié)果返回給中央控制器，由中央控制器顯示給用戶。中央控制器Internet子功能系統(tǒng)1中央控制器Internet子功能系統(tǒng)1子功能系統(tǒng)2子功能系統(tǒng)3用戶例如：用戶想要查看室內(nèi)電燈亮度，則上網(wǎng)將命令傳輸給中央控制器。中央控制器將指令無線傳輸給室內(nèi)電燈控制系

26、統(tǒng)。室內(nèi)電燈控制系統(tǒng)收到指令，查看功能串口的亮度信息，將亮度數(shù)據(jù)返回給中央控制器。中央控制器將返回數(shù)據(jù)上傳到Internet。2.3 構(gòu)成無線數(shù)據(jù)傳輸模塊的器件選取2.3.1 單片機的選取本設(shè)計所用單片機為AT89C51單片機。它的主要性能如下：4kB Flash存儲器。全靜態(tài)工作：0HZ 24MHZ。三級程序存儲器保密。128 8字節(jié)內(nèi)部RAM。32條可編程I/O線。2個16位定時器/計數(shù)器。6個中斷源。可編程串行通道。片內(nèi)時鐘振蕩器。另外，AT89C51單片機采用靜態(tài)邏輯設(shè)計，工作頻率可以下降至0HZ，并且有空閑模式和掉電模式兩種省電方式。空閑模式下，CPU停止工作，RAM、定時器/計數(shù)器

27、、串行口和終端系統(tǒng)繼續(xù)工作；掉電模式下，片內(nèi)振蕩器停止工作，從而使時鐘被“凍結(jié)”，一切功能暫停，只保存片內(nèi)RAM中的內(nèi)容，直到下一次硬件復(fù)位。這些功能特性完全可以勝任以其搭建最小系統(tǒng)并控制無線收發(fā)芯片的工作，而且價格便宜，使用方便。2.3.2 無線收發(fā)芯片的選取無線數(shù)據(jù)傳輸模塊采用NRF905芯片，它具有的特點如下：具有低功耗Shock Burst工作模式。工作電源電壓范圍低，1.9V3.6V。多通道工作，ETSI/FCC兼容。通道切換時間小于650s。極少的材料消耗。無需外部SAW濾波器。輸出功率可調(diào)至10dBm。“傳輸前監(jiān)聽”的載波檢測協(xié)議。當正確的數(shù)據(jù)包被接收或發(fā)送時，有數(shù)據(jù)準備就緒信號

28、輸出。當?shù)刂氛_輸出地址匹配信號時，偵測接收的數(shù)據(jù)包。數(shù)據(jù)包自動重發(fā)功能。自動產(chǎn)生CRC和前導(dǎo)碼。所以，用單片機控制NRF905芯片進行數(shù)據(jù)傳輸，編程方便、連接簡易。因此，應(yīng)用NRF905芯片構(gòu)建無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，有效的改進了目前國內(nèi)智能家居網(wǎng)絡(luò)操作復(fù)雜、實用性差、各個子系統(tǒng)不能相互協(xié)調(diào)、可拓展性弱的短處。2.4本章小結(jié)本章主要對智能家居信息監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的功能與指標需求進行了分析，并由此引出總體設(shè)計框架。并介紹了重要器件的選取。天津工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文 第三章 無線數(shù)據(jù)傳輸模塊的硬件設(shè)計信息監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的硬件設(shè)計第二章根據(jù)智能家居信息監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的功能需求提出了總體設(shè)計方案，本章將分別介紹系統(tǒng)

29、各個部分的硬件電路設(shè)計。主要圍繞最小系統(tǒng)、無線數(shù)據(jù)傳輸模塊兩部分來展開。3.1單片機最小系統(tǒng)的搭建最小系統(tǒng)由時鐘系統(tǒng)、測試調(diào)試接口、供電系統(tǒng)、存儲器系統(tǒng)和復(fù)位及復(fù)位配置系統(tǒng)五部分構(gòu)成。信息監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)使用的最小系統(tǒng)硬件電路圖如圖3-1。圖3-1最小系統(tǒng)硬件電路圖時鐘系統(tǒng)：圖3-1中的晶振、電容C1與C2組成時鐘系統(tǒng)。外接晶振11.0592MHZ。波特率公式如公式（3-1）。 （3-1）其中，SMOD為波特率倍增選擇，fosc = 11.0592MHZ為主時鐘，k為定時器的計數(shù)器長度，N為定時器定時常數(shù)的初值。將11.0592MHZ代入上式，得出的系統(tǒng)波特率均為整數(shù)，為以后的計算提供方便。供電系

30、統(tǒng)：圖3-1中的VCC（5V）、電阻R5和R6組成了供電系統(tǒng)。AT89C51單片機的電源電壓為5V，NRF905芯片的電源電壓為3.3V。所以，用兩個電阻串聯(lián)分壓的方式為AT89C51單片機和NFR905芯片分別供電。圖2-1中的電阻R5和R6分別為2K和3K。這兩電阻之間用導(dǎo)線引出后接到NRF905芯片的電源引腳即可。單片機電源引腳直接接VCC（5V）。復(fù)位及復(fù)位配置系統(tǒng)：圖3-1中的VCC（5V）、按鍵S7、電容C4和電阻R4組成了復(fù)位系統(tǒng)。其中，C4 = 10F，R4 = 10K。系統(tǒng)復(fù)位分為上電復(fù)位和按鍵復(fù)位。上電復(fù)位時間計算公式如公式（3-2）： （3-2）將電源電壓VCC的值、電容

31、C4的值和電阻R4的值代入上式，得出上電復(fù)位時間為t = 230ms。圖3-1中的JP為排針，為I/O口外接設(shè)備時所用。AT89C51單片機的P0口、P1口和P2口為外接其他設(shè)備預(yù)留。3.2 無線數(shù)據(jù)傳輸模塊的電路連接3.2.1 NRF905芯片概述NRF905單片無線收發(fā)器工作在433/868/915MHZ的ISM頻段。由一個完全集成的頻率調(diào)制器，一個帶解解調(diào)器的接收器，一個功率放大器，一個晶體振蕩器和一個調(diào)節(jié)器組成。Shock Burst工作模式的特點是自動產(chǎn)生前導(dǎo)碼和CRC。可以很容易通過SPI接口進行編程配置。電流消耗很低，在發(fā)射功率為-10dBm時，發(fā)射電流為11mA，接收電流為12

32、.5mA。進入POWERDOWN模式可以很容易實現(xiàn)節(jié)電。NRF905共有32個引腳。引腳圖見圖3-2。主要引腳功能見表3-2。圖3-2 NRF905引腳圖NRF905有兩種活動模式和兩種節(jié)電模式，分別為Shock Burst RX、Shock Burst TX、掉電模式和STANDBY模式。它們由TRX_CE、TX_EN、PWR_UP的設(shè)置來設(shè)置。表3-2 NRF905主要引腳功能引腳名稱功能說明1TRX_CE數(shù)字輸入使能芯片發(fā)射或接收2PWR_UP數(shù)字輸入芯片上電6CD數(shù)字輸出載波檢測7AM數(shù)字輸出地址匹配8DR數(shù)字輸出接收或發(fā)射數(shù)據(jù)完成10MISOSPI接口SPI輸出11MOSISPI接口

33、SPI輸入12SCKSPI時鐘SPI時鐘13CSNSPI使能SPI使能32TX_EN數(shù)字輸入TX_EN =“1”TX模式；TX_EN=“2”RX模式 NRF905的所有配置都通過SPI接口進行，SPI接口由五個寄存器組成，一條SPI指令用來決定執(zhí)行什么操作。SPI接口只有在掉電模式和STANDBY模式時是被激活的。五個寄存器分別為狀態(tài)寄存器、配置寄存器、發(fā)送地址寄存器、發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器和接收數(shù)據(jù)寄存器。3.2.2 基于NRF905傳輸系統(tǒng)的硬件設(shè)計單片機需要連接主機和子機的信息輸出端以及NRF905的各個相關(guān)端口。其主要任務(wù)是用來獲取外部設(shè)備（主機與子機）的信息，并控制NRF905，設(shè)置傳輸數(shù)速

34、率、波特率等。無線數(shù)據(jù)傳輸模塊結(jié)構(gòu)如圖3-2所示。無線數(shù)據(jù)傳輸模塊無線數(shù)據(jù)傳輸模塊無線數(shù)據(jù)傳輸模塊AT89C51AT89C51NRF905NRF905外部設(shè)備中央控制器子功能系統(tǒng)無線傳輸圖3-2 無線數(shù)據(jù)傳輸模塊結(jié)構(gòu)該系統(tǒng)由外部數(shù)據(jù)設(shè)備和無線數(shù)據(jù)傳輸模塊組成。外部設(shè)備為PC機或者數(shù)據(jù)采集等設(shè)備。無線數(shù)據(jù)傳輸模塊與外部數(shù)據(jù)設(shè)備之間采用RS-232接口。AT89C51單片機的P00 P01口用于連接RS-232接口。PC機與單片機用兩根線方式進行全雙工異步通信。由于AT89C51單片機的輸入輸出為TTL電平，PC機配置的是RS-232標準串行接口，二者電氣規(guī)范不一致，因此，使用ICL3221收發(fā)芯

35、片實現(xiàn)串口電平轉(zhuǎn)換。數(shù)據(jù)傳輸速率在板可設(shè)置或者通過外部數(shù)據(jù)設(shè)備設(shè)置。在板波特率利用AT89C51單片機的P16和P17兩位設(shè)置，可設(shè)置為9.6kbit/s、19.2 kbit/s、38.4 kbit/s和115.2 kbit/s。利用外部數(shù)據(jù)設(shè)備設(shè)置波特率時，單片機的初始數(shù)據(jù)傳輸速率為9.6 kbit/s，P16和P17置為00狀態(tài)。當單片機收到波特率設(shè)置命令后，數(shù)據(jù)傳輸速率調(diào)整為設(shè)定值。在本設(shè)計中，采用在板設(shè)置數(shù)據(jù)傳輸速率為19.2kbit/s。AT89C51單片機與NRF905接口電路AT89C51單片機除了對寄存器讀寫外，還要對NRF905的工作模式切換進行控制。單片機與NRF905的信

36、號連接圖見圖3-3。P20 P10P20 P10 P11P21 P12 P13P22 P14P15P23 P16P17P32P33TX_ENPWR_UPCDCSNAMMOSIMISOSCKTRX_CEDRLED0LED3LED2LED1 AT89C51 NRF905圖3-3 單片機與NRF905信號連接AT89C51單片機與NRF905之間的雙向數(shù)據(jù)傳輸用SPI接口。單片機的P06 P07與P20 P21連接NRF905的SPI接口，P22 P27連接NRF905的控制信號和檢測信號，用于控制NRF905的模式切換以及通信過程中必須的信號指示。單片機的P05連接一個LED指示燈，用來表示通信進

37、行與否。3.4 本章小結(jié)本章主要介紹了智能家居信息監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的無線數(shù)據(jù)傳輸模塊的硬件電路的設(shè)計。其中包含了單片機最小系統(tǒng)的搭建和單片機與NRF905連接的硬件電路的設(shè)計。完成了智能家居信息監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)總體功能實現(xiàn)的硬件基礎(chǔ)。天津工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文 第四章 信息監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的軟件設(shè)計第四章 信息監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的軟件設(shè)計為實現(xiàn)智能家居信息監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)方案設(shè)計中提到的功能，其軟件設(shè)計上要完成通信協(xié)議的設(shè)計、無線傳輸程序的編寫和Web服務(wù)器的設(shè)計與實現(xiàn)。本章將分別對以上三點給予介紹。4.1 通信協(xié)議和用戶操作字的設(shè)計無線數(shù)據(jù)傳輸模塊設(shè)計好后，主機與子機之間就可以完成正常的數(shù)據(jù)通信了。對數(shù)據(jù)包中的數(shù)

38、據(jù)定義具體含義，就使主機與子機之間的對話有了實質(zhì)性的內(nèi)容。4.1.1 地址位和數(shù)據(jù)位的定義智能家居課題小組將智能家居的各項功能分成了：中央控制器、遙控器、IC卡門控制器、插座控制器、室內(nèi)防火防盜監(jiān)控器、室內(nèi)煤氣檢測報警器、室外LED燈控制器、室內(nèi)照明燈自動開關(guān)控制器和智能家居安全巡檢機器人。其中，中央控制器為主機，其它各個子功能系統(tǒng)為子機。每個系統(tǒng)都裝有無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，可以根據(jù)需要自由收發(fā)數(shù)據(jù)包?，F(xiàn)在，對每個系統(tǒng)規(guī)定地址，對數(shù)據(jù)包中的數(shù)據(jù)內(nèi)容加以定義。各個子系統(tǒng)地址設(shè)置見表4-1。表4-1 子系統(tǒng)地址設(shè)置序號系統(tǒng)名稱地址設(shè)置1中央控制器0000 0000H2遙控器0000 0001H3IC卡

39、門控制器0000 0010H4插座控制器0000 0011H5室內(nèi)防火防盜監(jiān)控器0000 0100H6室內(nèi)煤氣檢測報警器0000 0101H7室外LED燈控制器0000 0110H8室內(nèi)照明燈自動開關(guān)控制器0000 0111H9智能家居安全巡檢機器人0000 1000H數(shù)據(jù)包中數(shù)據(jù)位內(nèi)容的定義以及說明如下：查詢指令：0000 0000；查詢子功能系統(tǒng)當前狀態(tài)。啟動指令：0000 0001；開啟子功能系統(tǒng)，使其開始工作。關(guān)閉指令：0000 0010；關(guān)閉子功能系統(tǒng)，使其停止工作。顯示啟動狀態(tài)：0000 1000；子功能系統(tǒng)返回指令，表示當前子功能系統(tǒng)為啟動狀態(tài)。顯示關(guān)閉狀態(tài)：0000 1001；

40、子功能系統(tǒng)返回指令，表示當前子功能系統(tǒng)為關(guān)閉狀態(tài)。啟動成功指令：0000 1010；子功能系統(tǒng)返回指令，當收到中央控制器的啟動指令時，進行啟動工作，啟動成功后將該指令返回給中央控制器。關(guān)閉成功指令：0000 1011；子功能系統(tǒng)返回指令，當收到中央控制器的關(guān)閉指令時，進行啟關(guān)閉工作，關(guān)閉成功后將該指令返回給中央控制器。啟動失敗指令：0000 1100；子功能系統(tǒng)返回指令，當收到中央控制器的啟動指令時，進行啟動工作，如果啟動失敗，將該指令返回給中央控制器。關(guān)閉失敗指令：0000 1101；子功能系統(tǒng)返回指令，當收到中央控制器的關(guān)閉指令時，進行關(guān)閉工作，如果關(guān)閉失敗，將該指令返回給中央控制器。例如

41、：中央控制器想查詢插座控制器是否在運行，則通過無線傳輸模塊向插座控制器發(fā)送“0000 0011 0000 0000”。假設(shè)它是“關(guān)閉”的狀態(tài) 它就會返回“0000 0000 0000 1001”。如果想啟動插座控制器，使其的運行，就發(fā)送“0000 0011 0000 0001”。插座控制器接收到命令后開始啟動，如果啟動成功的話，會向中央控制器返回“0000 0000 0000 1010”。4.1.2 用戶操作字定義由上述制定的協(xié)議，用戶也需要用規(guī)范命令輸入給中央控制器。用戶命令字安排如下：1各個子功能系統(tǒng)名稱安排遙控器Remote Controller； IC卡門控制器IC Door Cont

42、roller；插座控制器Socket Controller； 室內(nèi)防火防盜監(jiān)控器FS Monitor；室外LED燈控制器LED Controller；室內(nèi)煤氣檢測報警器Gas Alarm；智能家居安全巡檢機器人Robort；室內(nèi)照明燈自動開關(guān)控制器Switch of Indoor Lights Controller。2命令名稱安排查詢當前狀態(tài)Inquire； 啟動Start； 關(guān)閉Close。3狀態(tài)返回數(shù)據(jù)名稱安排正在運行Running； 待機狀態(tài)Standby；操作成功Operate Success； 操作失敗Operate Failure。例如：查看室內(nèi)煤氣檢測報警器當前狀態(tài)，則向中央控制

43、器輸入“Inquire Gas Alarm”。報警器正在運行，則顯示“Running”；報警器處于待機狀態(tài)，則顯示“Standby”。啟動室內(nèi)煤氣檢測報警器，則輸入“Start Gas Alarm”；關(guān)閉啟動室內(nèi)煤氣檢測報警器，則輸入“Close Gas Alarm”。啟動或者關(guān)閉成功，中央控制器顯示“Operate Success”；啟動或者關(guān)閉失敗，則顯示“Operate Failure”。4.2 無線數(shù)據(jù)傳輸模塊的軟件設(shè)計4.2.1 數(shù)據(jù)傳輸過程如圖4-1。發(fā)送端的PC機（或其它外部設(shè)備）有數(shù)據(jù)傳輸或需要設(shè)計設(shè)備參數(shù)時，通過串口將數(shù)據(jù)發(fā)送給單片機。單片機接收數(shù)據(jù)后，將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)（這里

44、包括目標設(shè)備的地址和所需發(fā)送的數(shù)據(jù)）通過SPI接口發(fā)送給NRF905。NRF905將數(shù)據(jù)加前導(dǎo)碼和CRC碼，將數(shù)據(jù)包發(fā)送。當接收端的NRF905接收到有效數(shù)據(jù)后，DR置高位。單片機檢測到DR位為高電平時，復(fù)位TRX_CE引腳，使NRF905進入空閑模式，然后通過SPI接口從NRF905中讀出接收數(shù)據(jù)，最后通過UART傳給PC機或者其它外部設(shè)備。軟件功能模塊由CPU寄存器初始化、串行口初始化、串口接收發(fā)送程序、SPI初始化、SPI接收發(fā)送程序、I/O口初始化、NRF905配置寄存器操作和NRF905接收程序、發(fā)送程序、主程序模塊組成。PC機等外部設(shè)備的串口PC機等外部設(shè)備的串口UART SPIN

45、RF905PC機等外部設(shè)備的串口UART SPINRF905數(shù) 據(jù) 包單片機1單片機2發(fā)送端接收端圖4-1數(shù)據(jù)無線傳輸過程UART串口軟件設(shè)計1串口數(shù)據(jù)幀格外部數(shù)據(jù)設(shè)備與無線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備間的雙向數(shù)據(jù)傳輸使用相同的幀格式。幀格式由幀頭、幀長、幀標志和數(shù)據(jù)組成。幀頭為數(shù)據(jù)幀開始的標志，固定為0FF81H，長度為2字節(jié)。幀長指從幀標志開始至本幀結(jié)束的所有數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)，不包括幀頭和幀長本身，單位為字節(jié)，幀長占1字節(jié)。幀標志用以指示本幀數(shù)據(jù)的內(nèi)容屬性，長度為1字節(jié)。不同類型幀的數(shù)據(jù)長度和幀標志的具體定義如表4-2所示。數(shù)據(jù)是指所傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)等內(nèi)容。數(shù)據(jù)長度見表4-1。數(shù)據(jù)內(nèi)容定義如下：（1）波特率設(shè)置：0

46、1H 0AH對應(yīng)波特率（單位為kbit/s）為2.4、4.8、9.6、14.4、19.2、28.8、38.4、57.6、76.8、115.2。表4-2 幀的數(shù)據(jù)長度和幀標志的定義方向內(nèi)容數(shù)據(jù)長度/字節(jié)幀標志數(shù)值外部數(shù)據(jù)設(shè)備至無線設(shè)備波特率設(shè)置11H設(shè)備地址設(shè)置42H發(fā)射功率13H工作頻率14H發(fā)送數(shù)據(jù)不超過2545H無線設(shè)備至外部數(shù)據(jù)設(shè)備波特率已設(shè)置112H設(shè)備地址已設(shè)置413H發(fā)射功率已設(shè)置114H工作頻率已設(shè)置115H接收數(shù)據(jù)不超過25416H（2）設(shè)備地址設(shè)置：設(shè)備地址為00000000H FFFFFFFFH。（3）發(fā)射功率：00H為低功率；01H為高功率。（4）工作頻率：433MHZ頻

47、段，信道間隔100KHZ。（5）發(fā)送數(shù)據(jù)：發(fā)送數(shù)據(jù)長度不定，最長不超過254字節(jié)。2UART初始化初始化UART包括波特率設(shè)置、數(shù)據(jù)格式和SCON寄存器設(shè)置。PCON寄存器與定時器相連接，可以構(gòu)成波特率發(fā)生器。波特率計算公式見前文公式（3-1）。選擇定時器T1工作在串行口工作方式1，即k = 16，SMOD選擇為1，定時器定時常數(shù)的初值設(shè)置為FFFAH，代入公式（3-1）可得到波特率為9.6kbit/s。在串行口工作方式1下，字符幀格式為8為數(shù)據(jù)位、1位起始位和1位停止位。SCON寄存器可以設(shè)置單片機串行口工作方式，使能串口發(fā)送和接收，并相應(yīng)接收完成中斷。3數(shù)據(jù)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)發(fā)送采用中斷方式。

48、將TI位置位，允許數(shù)據(jù)發(fā)送。將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)加載到發(fā)送緩沖區(qū)將啟動數(shù)據(jù)發(fā)送。發(fā)送數(shù)據(jù)時，按照幀格式在所需發(fā)送的數(shù)據(jù)前加上幀頭、幀長和幀標志，然后發(fā)送。數(shù)據(jù)接收采用中斷方式。將RI位置位，允許數(shù)據(jù)接收。接收數(shù)據(jù)時，幀標志有效才開始接收一幀數(shù)據(jù)，并根據(jù)讀出的幀長信息完成接收規(guī)定長度的數(shù)據(jù)。SPI接口軟件設(shè)計SPI接口設(shè)置為主機模式，NRF905為從設(shè)備。將SPI接口波特率設(shè)置為1/2系統(tǒng)時鐘。因此，SPI速率可達5.5296MHZ。根據(jù)NRF905的讀寫時序，SPI接口的工作模式應(yīng)設(shè)置為模式0。AT89C51與NRF905同時進行雙向數(shù)據(jù)傳輸。AT89C51通過將NRF905的CSN引腳置低來實現(xiàn)

49、與NRF905同步。SPI時鐘由寫入到SPI發(fā)送緩沖寄存器的數(shù)據(jù)啟動。MOSI引腳上的數(shù)據(jù)發(fā)送次序時從最高位開始發(fā)送，同時接收到的數(shù)據(jù)傳送到接收緩沖寄存器中，CPU進行右對齊從接收緩沖寄存器中讀取接收到的數(shù)據(jù)。NRF905的所有配置都是通過SPI接口進行的。NRF905的SPI接口只有在掉電模式和STANDBY模式下是激活的。當CSN為低時，SPI接口開始等待第一條指令。任何一條新指令都在CSN由高到低的轉(zhuǎn)換開始。主程序流程圖 主程序流程圖如圖4-2所示。首先，將無線數(shù)據(jù)傳輸模塊設(shè)置為接收模式，判斷是否接受完一幀數(shù)據(jù)。如果未完成一幀數(shù)據(jù)的接收，則繼續(xù)接收數(shù)據(jù)，直到完成數(shù)據(jù)接收；如果已完成一幀數(shù)

50、據(jù)的接收，則將無線數(shù)據(jù)傳輸模塊轉(zhuǎn)換為發(fā)送模式，發(fā)送結(jié)束后返回到初始階段。主程序無限循環(huán)。I/O、SPI、UART初始化I/O、SPI、UART初始化NRF905配置寄存器初始化完成一幀的接收？根據(jù)幀標志完成不同功能配置向NRF905寫地址和數(shù)據(jù)NRF905設(shè)置成發(fā)射模式結(jié)束發(fā)送DR是否為高？從SPI口讀取數(shù)據(jù)，置低AM、DR將接收到的有效數(shù)據(jù)組幀發(fā)送到PC機NYNY主程序開始圖4-2 主程序流程圖4.3 Web服務(wù)器的設(shè)計與實現(xiàn)4.3.1 Web服務(wù)器原理一個Web服務(wù)器也稱為HTTP服務(wù)器，它通過HTTP協(xié)議與客戶端通信。這個客戶端通常指的是Web瀏覽器。HTTP是一種讓W(xué)eb服務(wù)器與瀏覽器

51、(客戶端)通過Internet發(fā)送與接收數(shù)據(jù)的協(xié)議。它是一個請求、響應(yīng)協(xié)議客戶端發(fā)出一個請求，服務(wù)器響應(yīng)這個請求。HTTP運用可靠的TCP連接，通常用的TCP 80端口。從功能上來講，Web服務(wù)器監(jiān)聽用戶端的服務(wù)請求，根據(jù)用戶請求的類型提供相應(yīng)的服務(wù)，用戶端使用Web瀏覽器和Web服務(wù)器進行通信。用戶請求有兩種：GET請求和POST請求。Web服務(wù)器在接收到用戶端的請求后，處理用戶請求并返回需要的數(shù)據(jù)。在HTTP中，客戶端總是通過建立一個連接與發(fā)送一個HTTP請求來發(fā)起一個事務(wù)。服務(wù)器不能主動去與客戶端聯(lián)系，也不能給客戶端發(fā)出一個回叫連接?？蛻舳伺c服務(wù)器端都可以提前中斷一個連接。例如，當用一個

52、瀏覽器下載個文件時，我們可以通過點擊“停止”鍵來中斷文件的下載，關(guān)閉與服務(wù)器的HTTP連接。4.3.2 CGI原理1CGI概述CGI(通用網(wǎng)關(guān)接口)定義了Web服務(wù)器與CGI腳本之間的接口標準。其主要功能是在web環(huán)境下，從客戶端傳送一些信息給Web服務(wù)器，Web服務(wù)器把接收到的有關(guān)信息放入環(huán)境變量，然后再去啟動所指定的CGI腳本以完成特定的工作，CGI腳本從環(huán)境變量中獲取相關(guān)信息來運行，最后以HTML格式輸出相應(yīng)的執(zhí)行結(jié)果返回給瀏覽器端。由于用戶能傳遞不同的參數(shù)給CGI腳本，所以CGI技術(shù)使得瀏覽器和服務(wù)器之間具有交互性。CGI在整個數(shù)據(jù)傳送的過程中，要從Web服務(wù)器傳遞有關(guān)數(shù)據(jù)給CGI腳本

53、，因此Web服務(wù)器先將從瀏覽器接收到的有關(guān)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為各種環(huán)境變量，然后CGI腳本就可以從這些環(huán)境變量中讀取所需要的內(nèi)容。也就是說，環(huán)境變量是Web服務(wù)器和CGI腳本進行數(shù)據(jù)傳遞的途徑。2CGI工作流程瀏覽器，Web服務(wù)器跟CGI腳本之間的工作流程如圖4-3所示。瀏瀏覽器Web服務(wù)器CGI腳本GET輸入數(shù)據(jù)POST輸入數(shù)據(jù)運行結(jié)果啟動CGI圖4-3 Web服務(wù)器跟CGI腳本之間的工作流程圖中，瀏覽器將用戶輸入的數(shù)據(jù)傳遞給Web服務(wù)器，Web服務(wù)器根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)設(shè)置環(huán)境變量，并新開一子進程來執(zhí)行CGI腳本。CGI腳本從環(huán)境變量中讀取所需要的數(shù)據(jù)，最后使用STDOUT輸出HTML形式的結(jié)果文件，經(jīng)

54、Web服務(wù)器送回瀏覽器顯示給用戶。4.3.3 設(shè)計思想及工作流程1設(shè)計思想Web服務(wù)器接收瀏覽器請求進行分析，如果是GET請求即沒有從客戶端傳來參數(shù)，則調(diào)用httpserver 0函數(shù)取得設(shè)備的當前參數(shù)值顯示給客戶端瀏覽器，用戶可以通過操作界面設(shè)置設(shè)備的新參數(shù)，發(fā)回給Web服務(wù)器；如果是POST請求，Web服務(wù)器利用CGI處理模塊分解出傳來的參數(shù)，設(shè)置設(shè)備的新的參數(shù)值，同時回送給客戶端，客戶端瀏覽器和Web服務(wù)器實現(xiàn)了交互。2工作流程具體實現(xiàn)過程：網(wǎng)頁采用HTMI，格式放在數(shù)組中，存貯在程序存儲器里面，通過普通的線性查詢技術(shù)尋找客戶端請求的文件。為使Web服務(wù)器變得實用，則要求Web服務(wù)器與瀏

55、覽器之間具有交互能力，網(wǎng)頁中含有動態(tài)內(nèi)容，允許在已存在的頁面中插入動態(tài)數(shù)據(jù)，這里采取了變量替換的方法。首先將網(wǎng)頁需要動態(tài)更新的變量用特定的標簽（如FAG：MYIPIN)表示：IP：n當客戶端請求某一文檔時，Web服務(wù)器則調(diào)用相應(yīng)的http_server()函數(shù)，將該文檔從程序存貯器中裝載到內(nèi)存RAM中。然后在內(nèi)存RAM查找是否含有特定的標簽，一旦找到則用相應(yīng)的變量值替代。網(wǎng)頁則會轉(zhuǎn)換為：IP：/TDn最后調(diào)用http_send()函數(shù)將網(wǎng)頁文檔發(fā)送出去。其流程如圖4-4所示。通常，發(fā)送的Web頁面長度有幾百個字節(jié)，接收到的PosT請求數(shù)據(jù)包長度也有幾百個字節(jié)。若在8位MCU內(nèi)存巾開辟一接收緩沖

56、區(qū)和一發(fā)送緩沖區(qū)，則很容易超出其內(nèi)存空間。唯一的實現(xiàn)方法就是緩沖區(qū)的地址共用。主程序開始主程序開始讀請求，分析請求讀取當前參數(shù)值把數(shù)據(jù)封裝后放瀏覽器設(shè)置新參數(shù)值分析FORM數(shù)據(jù)讀請求體GET/POST結(jié)束GETPOST圖4-4 Web設(shè)計流程圖4.4 本章小結(jié)根據(jù)功能需求，本章主要進行了外部設(shè)備和無線數(shù)據(jù)傳輸模塊的軟件設(shè)計，以及通信協(xié)議和用戶操作字的編寫。至此，智能家居信息監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)基本功能已經(jīng)設(shè)計完成。天津工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文 第五章 智能家居信息監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計第五章 智能家居信息監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計由于居住環(huán)境不同，智能家居信息監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)會受到各種各樣的外界干擾。信息監(jiān)控

57、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)包括外部設(shè)備、無線數(shù)據(jù)傳輸模塊等部分。其中單片機是敏感器件，最容易受到干擾。本章將介紹單片機的抗干擾設(shè)計。5.1 單片機硬件電路的抗干擾設(shè)計5.1.1 造成干擾的原因影響單片機系統(tǒng)可靠安全運行的主要因素主要來自系統(tǒng)內(nèi)部和外部的各種電氣干擾，并受系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計、元器件選擇、安裝、制造工藝影響。這些都構(gòu)成單片機系統(tǒng)的干擾因素，常會導(dǎo)致單片機系統(tǒng)運行失常，輕則影響產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量，重則會導(dǎo)致事故，造成重大經(jīng)濟損失。 觀察整個系統(tǒng)，對系統(tǒng)中單片機造成干擾的情況可分為干擾源和傳播路徑。其中，雷電、繼電器、可控硅、電機、高頻時鐘等都可能成為單片機的干擾源；通過導(dǎo)線的傳導(dǎo)和空間的輻射，成為干擾的傳播路徑

58、。干擾源產(chǎn)生的干擾信號是通過一定的耦合通道才對單片機產(chǎn)生作用的。耦合通道的耦合方式，有直接耦合、公共阻抗耦合、電容耦合、電磁感應(yīng)耦合和漏電耦合。找到干擾原因，就可以針對其進行抗干擾設(shè)計。5.1.2 單片機硬件抗干擾措施增強單片機的抗干擾性能，就要從單片機本身、干擾源和干擾傳播路徑三方面進行抗干擾設(shè)計。1對于單片機本身，為了盡量減少其對干擾噪聲的拾取，以及從不正常狀態(tài)盡快恢復(fù)的問題而采用的措施如下： （1）布線時減少了回路環(huán)的面積，以降低感應(yīng)噪聲。 （2）布線時，電源線和地線要均選擇了粗線。除減小壓降外，更重要的是降低耦合噪聲。 （3）對于單片機閑置的I/O口，均接地或接電源。其它IC的閑置端在

59、不改變系統(tǒng)邏輯的情況下接地或接電源。 （4）對單片機使用了電源監(jiān)控及看門狗電路IMP809。這樣，大幅度提高整個電路的抗干擾性能。 （5）在速度能滿足要求的前提下，降低了單片機的晶振并選用了低速的數(shù)字電路。 （6）IC器件直接焊在電路板上，很少用到IC座。（7）I/O口采用了光電、磁電、繼電器隔離，同時去掉公共地。（8）增加了復(fù)位電壓檢測電路，來防止復(fù)位不充分, CPU就工作的問題和復(fù)位不充份會改變EEPROM內(nèi)容的問題。2在抑制干擾源方面，要盡可能的減小干擾源的du/dt， di/dt：為了減小干擾源的du/dt，在干擾源兩端并聯(lián)了電容；為了減小干擾源的di/dt，在干擾源回路串聯(lián)了電感或電

60、阻以及增加了續(xù)流二極管。具體措施如下：（1）在有繼電器的各個功能系統(tǒng)中，為繼電器線圈增加了續(xù)流二極管，以消除斷開線圈時產(chǎn)生的反電動勢干擾。但是僅加續(xù)流二極管會使繼電器的斷開時間滯后，所以增加了穩(wěn)壓二極管來使繼電器在單位時間內(nèi)可動作更多的次數(shù)。 在繼電器接點兩端并接火花抑制電路（采用RC串聯(lián)電路，電阻選20K，電容選0.01uF），以減小電火花影響。 （2）在有電機的各個功能系統(tǒng)中，為電機加了電容、電感引線很短的濾波電路。 （3）焊接單片機的電路板上每個IC并接了一個0.01F0.1 F高頻電容，以減小IC對電源的影響。并且高頻電容的連線盡量靠近了電源端并盡量的粗短，否則，等于增大了電容的等效串