智能家居嵌入式Internet技術(shù)詳情
2013-11-27 來源：智慧城市網(wǎng)
智能家居為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控以及與外部網(wǎng)絡(luò)的通信，必須要實(shí)現(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)的Internet接入，智能家居中的嵌入式Internet技術(shù)在此發(fā)揮了很大作用。單片機(jī)采用互聯(lián)網(wǎng)通訊與控制具有很好的實(shí)用價(jià)值，可以很容易地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的控制與監(jiān)測(cè)，也是信息家電要實(shí)現(xiàn)的主要目標(biāo)。然而目前利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)嵌入式因特網(wǎng)方案的技術(shù)難點(diǎn)在于：如何利用單片機(jī)自身有限的資源對(duì)信息進(jìn)行TCP/IP協(xié)議處理，使之變成可以在因特網(wǎng)上傳輸?shù)腎P數(shù)據(jù)包。從解決這一技術(shù)出發(fā)，目前出現(xiàn)如下四種方案：
�。�1）32位MCU+RTOS
采用32位單片機(jī)，在RTOS（實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)）平臺(tái)上進(jìn)行軟件開發(fā)，在嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)中集成TCP/IP協(xié)議，實(shí)現(xiàn)TCP/IP的協(xié)議處理，這一協(xié)議可以采用軟件來實(shí)現(xiàn)，也可以通過硬件進(jìn)行軟件的簡(jiǎn)化。這種配置要求單片機(jī)有一定的存儲(chǔ)空間來實(shí)施TCPIIP協(xié)議。目前國內(nèi)較為流行的RTOS有VxWorks，pSOS，Nucleus，QNX，WindowsCE等。
由于采用單片機(jī)，此方案可以完成很多復(fù)雜的功能，但成本較高，開發(fā)周期較長(zhǎng)，需要購買昂貴的RTOS開發(fā)軟件，對(duì)開發(fā)人員的能力要求較高。
�。�2）8位MCU+TCP/IP協(xié)議芯片
這個(gè)方案是由MCU和固化了TCP/IP協(xié)議的芯片組成應(yīng)用系統(tǒng)的核心。應(yīng)用系統(tǒng)可以直接撥號(hào)上網(wǎng)，硬件電路相對(duì)簡(jiǎn)單，但需要大容量的存儲(chǔ)器，如果使用的TCP/IP協(xié)議芯片是軟件固化的，還要求MCU有較高的運(yùn)行速度。采用這種方案的芯片有ScenixSemiconductor公司的SX-stack，Seiko公司的57600A，iReady公司的InternetTuner，ConnectOne公司的iChip等。其中Scenix單片機(jī)為軟件固化協(xié)議，軟件協(xié)議棧用匯編語言編寫，存儲(chǔ)在單片機(jī)的FLASH程序存儲(chǔ)器中；其它芯片則為硬件固化，硬件TCP/IP協(xié)議堆棧作為MCU和Internet之間的加速器。
這個(gè)方案的優(yōu)點(diǎn)是將8位單片機(jī)系統(tǒng)直接與Internet相連，可以使用PC機(jī)通過Internet遠(yuǎn)程訪問單片機(jī)系統(tǒng)，也可以使用單片機(jī)系統(tǒng)將信息通過Internet發(fā)送到遠(yuǎn)程PC或其它終端上。但應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工程師必須熟悉TCP/IP等協(xié)議和相關(guān)接口，軟件設(shè)計(jì)量較大。另外每個(gè)電子設(shè)備都需要一個(gè)IP地址，因此需要擴(kuò)充IP協(xié)議才能到更好的支持。
（3）MCU+EMIT協(xié)議+emGateway
利用emWare公司開發(fā)的EMIT（EmbeddedMicroInternetworkingTechnology，嵌入式微Internet網(wǎng)絡(luò)技術(shù)），在應(yīng)用系統(tǒng)的MCU內(nèi)部使用emNet協(xié)議，再通過emGateway與Internet連接。EmGateway網(wǎng)絡(luò)軟件接口可以安裝在計(jì)算機(jī)、TV機(jī)頂盒或?qū)Ｓ玫募矣秒娖鞣⻊?wù)器中，它支持TCP/IP協(xié)議并運(yùn)行HTTP服務(wù)程序，作為用戶可以通過網(wǎng)絡(luò)瀏覽器遠(yuǎn)程訪問服務(wù)器。EmGateway通過RS-232，RS-485，CAN、紅外及射頻等通信方式與多個(gè)嵌入式設(shè)備相連，每個(gè)嵌入式設(shè)備的應(yīng)用程序包含的一個(gè)獨(dú)立的通信任務(wù)，稱為emMicro，監(jiān)測(cè)嵌入式設(shè)備中預(yù)先定義的各個(gè)變量，并將結(jié)果反饋到emGateway中，同時(shí)emMicr。還可以解釋Gateway的命令，修改設(shè)備中的變量或進(jìn)行某種控制。EmMicro和emGateway一起為嵌入式設(shè)備提供了Internet功能。
由于復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是通過emGateway在PC機(jī)上實(shí)現(xiàn)的，應(yīng)用系統(tǒng)MCU只使用較簡(jiǎn)單的emNet協(xié)議，因此對(duì)MCU的要求較低。但應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師必須熟悉emNet協(xié)議和相關(guān)的接口，原來客戶應(yīng)用系統(tǒng)的MCU也不一定符合要求，并且軟硬件設(shè)計(jì)的工作量仍然較大。同時(shí)，應(yīng)用系統(tǒng)的單片機(jī)處理emNet協(xié)議要占用一定的系統(tǒng)資源。
�。�4）MCU+Webchip+PC網(wǎng)關(guān)
所謂Webchip是獨(dú)立于各種微控制器的專用網(wǎng)絡(luò)接口芯片，它通過標(biāo)準(zhǔn)的輸入、輸出口與各種MCU相連。MCU通過Webchip與網(wǎng)關(guān)連接即可接收并執(zhí)行經(jīng)由Internet遠(yuǎn)程傳來的命令或?qū)?shù)據(jù)交給Webchip發(fā)送出去。
Webchip的主要優(yōu)點(diǎn)在于：對(duì)MCU應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工程師來說，無需熟悉復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議及其接口；對(duì)MCU芯片來說，對(duì)運(yùn)行速度和存儲(chǔ)器容量等方面無特殊要求；軟件設(shè)計(jì)只需要增加一小段接口程序，其它無需作大的改動(dòng)，在大程序上簡(jiǎn)化了應(yīng)用設(shè)計(jì)的工作量，可以縮短MCU應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)周期。
以上四種方案從不同途徑實(shí)現(xiàn)了MCU應(yīng)用系統(tǒng)與Internet的連接，再加上RS-232，RS-485總線、無線射頻或紅外控制模塊等擴(kuò)展方案，就可以構(gòu)成小型的家庭控制網(wǎng)絡(luò)。
