DM9000的以太網藏文信息控制平臺

摘要：基于DM9000的以太網電路，單片機端移植精簡TCP／IP協議棧unIP，實現簡易的TCP服務器。對該簡易的TCP服務器進行改造，把藏文網頁存儲到TCP服務器中，利用互聯網直接訪問該藏文TCP服務器，直接控制家用電器。這種小型化的、以單片機為基礎的TCP服務器，接入到任何有互聯網的端口，用戶通過互聯網輕松實現家電控制。該藏文信息平臺給藏族同胞帶來較為人性化的信息服務，具有一定的推廣前景。
服務器隨著IT技術，特別是網絡技術的發展，網絡給人們的生活帶來了方便與快捷，這也使得“智能住宅”、“家庭自動化”等技術倍受關注。盡管目前從事網絡家電控制方面設計人員較多，但以少數民族語言開發的相關設計卻很少。本方案正是基于藏文信息交流平臺，結合目前網絡的發展趨勢，立足廣大藏族同胞的實際而提出的，它是以SPCE061A為主控制器，DM9000為以太網MAC控制器，配合一定的外圍電路而實現的基于TCP／IP協議棧的簡易服務器。當用戶通過瀏覽器訪問該服務器存儲的藏語網頁時，服務器會解析出用戶的相應操作指令并將其轉化成電信號，借助控制電路對相應家電進行控制。
關鍵詞：以太網；單片機；TCP；IP；服務器

1 系統硬件設計
??? 該系統設計是一個簡單易行的網絡家電終端設備，利用互聯網資源使廣大藏族同胞在工作的同時可輕松自如地控制家電。基于以上考慮，因此，該終端設備能夠與因特網相互通信；TCP服務器必須提供藏文服務，方便藏族同胞操作；終端設備操作簡單明了；采用交流220 V供電；具有指示燈和藏語語音播報等操作指示；考慮到安全性，必須密碼登錄，同時能夠通過互聯網監控家電狀態。

??? 圖l為該系統硬件設計組成框圖，主要由SPCE061A主控板、DM9000控制模塊、電源電路、外接電器控制電路、揚聲器組成。其中，DM9000以太網控制模塊通過16位單片機SPCE061A直接控制，完成相應數據包的收發和解析，解析完成后，再由SPCE06iA向外接電器控制電路、揚聲器以及指示燈模塊發出操作指令，進而控制家電。
1．1 SPCE061A主控板
??? 高性價比、16位單片機SPCE061A可方便靈活實現語音的錄放系統，該器件擁有8路10位精度的A／D轉換器，其中l路為音頻轉換通道，內置自動增益電路，便于實現語音錄入：2路10位精度的A／D轉換器，只需要外接功放(SPY0030A)即可完成語音播放。另外，該器件還具有易學易用的效率較高的指令系統和集成開發環境。在此環境中，可實現C語言與凌陽匯編語言的互相調用，并提供語音錄放的庫函數，只要了解庫函數使用，就很容易完成語音錄放。
??? SPCE061A主要特性如下：16位un’SP微處理器：內核工作電壓VDD為3．3～3．6 V(CPU)，IO端口工作電壓VDH為VDD～5．5 V；CPU時鐘為0．32～49．152 MHz：內置32 K字Flash；可編程音頻處理；32位通用可編程輸入／輸出端口；14個中斷源來自于定時器A／B，時基，2個外部時鐘源輸入，鍵喚醒；使用凌陽音頻編碼SACM S240方式(2．4 kbit／s)，能存儲210 s的語音數據：鎖相環PLL振蕩器提供系統時鐘信號。這里需要注意的是：I／O連線不能接反，采用穩壓電源供電，且電壓為5～6 V；流經I／O端口的電流不宜過大，防止I／O端口燒壞。
1．2 以太網模塊
??? 以太網模塊是以太網數據包收發控制模塊，該模塊與控制器配合，除了可完成以太網數據包收發外，還具有4 Mbit的串行Flash存儲器SPR4096，為用戶提供一個較大容量的存儲空間。在網絡中可自動獲得同設定MAC地址一致的IP包，完成IP包的收發。該設計方案中以SPCE06lA單片機為主控制器，用以控制DM9000完成以太網數據包收發以及TCP／IP協議實現。DM9000主要特性如下：工作電壓為5 V，與MCU連接模式有ISA 8 bit／ISA 16 bit模式，并支持3．3 V和5 V的I／O控制；支且持EEPROM(93C46)，可供存放系統所需信息。圖2給出該以太網模塊的硬件電路連接。

??? 這里需注意的是：SPCE06lA主控板和以太網模塊必須共地，最好采用同一電源供電，該以太網模塊供電電壓必須為5 V，控制I／O端口電壓為3．3 V；SPCE061A主控板和以太網模塊之間用于數據傳輸的控制線的長度應不超過20 cm；供電電流大于200 mA。
1．3 控制電路
??? 外接電器控制電路是實現單片機到電器控制的主體，單片機通過處理網頁得到用戶的操作指令，將指令轉化為電信號通過單片機的I／O接口送給外接電器控制電路，經三極管的兩級放大，再通過繼電器完成外接電器與交流220 V電源的接通和斷開以及指示燈的點亮和熄滅等操作。圖3為控制電路原理圖。

??? 在設計該控制電路時，應注意的是：控制電路的繼電器工作電壓為6 V，但實際供電電壓應大于6 V，以保證繼電器更好的工作；指令控制端口的電壓應為5 V，如果達不到，應加放大電路放大，以免影響指令執行。
1．4 電源及供電轉換電路
??? 該電源電路設計是將交流220 V通過變壓器轉換成直流9 V，為外接電器控制電路供電，同時在通過三端集成穩壓器7805將直流12 V轉換成5 V，分別給SPCE061A主控板和以太網模塊供電。這樣可使用戶采用最常用的電源，即可為對該設備供電。其電路如圖4所示。

??? 圖4中，變壓器的選擇要合適，三端集成穩壓器要做好散熱設備，以免燒壞，導致整個設備無法正常工作。

2 系統軟件設計
2．1 服務器程序
??? 根據需求分析，軟件設計需要實現在藏文基礎上的TCP服務器，同時，考慮到人性化，在家電動作方面也給出藏文語音提示，其核心是unIP的移植和TCP服務器的實現。其中，unIP協議棧是運行在凌陽公司unSP系列單片機上的一個精簡TCP／IP協議棧。協議棧的初始版本由LwIP移植而來，它不僅僅只是LwIP說明的arch目錄下的改動, core部分也做了不少的修改以適應unSP的16 bit的特性到協議棧中，unSP并不具有8 bit的數據類型，地址也是以16 bit為單位，因此unIP與LwIP并不兼容，此外還增加DNS Client域名解析客戶端以及分應用實例，例如WEB SERVER等。保持協議棧的完整性。該設計方案需利用unIP協議棧中提供的運輸層TCP協議，建立應用層HTTP協議，以便完成Web服務器，使得網頁和服務器的數據能夠相互通信。
??? 單片機端TCP服務器的實現：HTTP協議是一個常見應用層協議，它是基于TCP協議的。在本方案中通過unIP提供的TCP／IP協議的一些接口函數API實現該應用層協議。實現整個服務器的具體思路為：
??? 1)初始化unIP協議棧，然后使用DM9000創建一個網絡接口，添加至unIP協議棧內，并將其設置為unlP協議棧的默認網絡接口。

??? 2)申請創建一個TCP協議控制塊，并將其配置為監聽80端口(Web 服務的默認端口)，同時設置好TCP協議接收連接的回調函數(指用戶將自行定義的函數的函數指針通過某種方式告訴協議棧，使得協議棧在適當時候，通過該函數指針調用該函數，從而執行用戶操作)。
??? 3)建立循環，在循環中不斷檢測DM9000是否有新的數據輸入，并將接收到的數據包送至協議棧處理。當TCP的3次握手完成后，協議棧自動調用用戶設置好的接收連接回調函數，交由應用層處理連接建立后的事宜。
??? 由上述思路，構思出基于TCP協議的服務器的流程，如圖5所示。

2．2 藏文網頁部分設計
??? 藏文網頁的實現有兩種方案：使用圖片形式和標準藏文國際編碼(UTF-8)。前者是所有的操作系統都可打開所做的藏文網頁。但處理過程相對繁瑣；后者采用國際藏文編碼，網頁制作簡單，但所做的網頁必須在裝有藏文字庫的系統上顯示。本方案的網頁需通過網頁轉換工具將相應的網頁數據存儲到單片機中。由于網頁轉換工具無法保存圖片信息，故只能選擇后者。
??? 監控界面在本方案中以3個電器(空調、燈、音樂)為例設計的，電器的操作設計通過按鈕控制，電器狀態的監控通過游走的表顯示，當未對電器操作時電器的狀態默認為“C”(關閉)，當電器被打開后狀態欄的狀態是“0”(打開)，其網頁如圖6所示。

??? 制作好的藏語網頁文件經過“NetpagetoC”網頁轉換工具將網頁數據轉換成C文件添加到相應的工程位置中，從而完成網頁數據在SPCE0-6lA與以太網模塊所構成的服務器中的存儲。

3 系統測試
??? 將以DM9000以太網模組和單片機組成的TCP服務器終端直接接到交換機上，即可通過互聯網訪問該終端設備。把TCP服務器接好后，通過能夠連接Internet的PC機即可直接登陸到該TCP服務器，并且可設置相應的家用電器的狀態。本方案采用控制接線板供電線路的開關進行模擬。登陸TCP服務器后，點擊家用電器的開或關，在網絡通暢時，家用電器能夠在小于l s的時間內響應PC機的控制指令。該系統設計的主控板消耗電流20 mA；太網模組消耗電流為212 mA；接線板控制驅動電路消耗電流40 mA。

4 結論
??? 經測試各項功能指標均達到系統設計要求。本方案結合西藏地區人民日益增長的物質文化生活的需要，立足于解決和提升藏族同胞實際的生活質量，在需求方面盡量考慮藏民們需要的同時，具有操作簡便，界面友好等特點。進一步開發該系統設計，其將具有一定的市場前景。