3.2 系統功能的實現
　　整個硬件系統的功能是通過由以太網接口、RS 485接口、觸摸屏接口分別組成的3條數據傳輸通道來實現的。由SX52，RTL8019AS，FB2022組成的以太網數據通道可以使得用戶通過互聯網對智能家居系統實施監控。其過程是用戶通過瀏覽器軟件向控制終端發出服務請求，信息通過RJ45送至RTL8019AS，RTL8019AS負責將以太網幀的首、尾部信息剝離,將處理后的數據包送入SX52的TCP/IP協議棧以及應用層軟件處理。同時控制終端的網頁數據又可經過相反的方向傳送至遠程的用戶端進行顯示。由SX52，RS 485組成的現場總線是控制終端對智能家居各控制設備進行信息交換與控制的通道，通過主從輪詢的方式按設備地址實現管理和控制。由SX52，ADS7846，SED1335組成的人機交互通道可以實現控制信息的輸入和狀態信息的輸出。
　　4 控制終端的協議與軟件實現
　　4.1 軟件的總體流程
　　控制終端的軟件總流程如圖4所示。由MCU SX52組成的硬件系統資源有限，沒有實時多任務操作系統的資源可以利用，所以應用軟件和協議的實現必須通過直接面對SX52硬件的編程完成。系統采用順序執行和硬件中斷相結合的程序結構，把實時性要求較低、執行起來較費時的應用層處理任務和TCP/IP協議棧處理任務放在主程序順序循環結構中實現，而把實時性要求較高的按鍵處理及定時處理等任務放在中斷處理程序中完成。系統初始化后，進入主程序循環部分。主程序循環包括3大功能：對接收到的以太網數據幀進行解包和TCP/IP協議處理；對欲發送的Web數據進行IP封裝并發送；實現對控制終端硬件資源以及智能家居系統各控制模塊的管理與控制。協議的處理首先從對網絡接口控制芯片RTL8019AS的狀態查詢開始，其工作原理為：當軟件檢測到有以太網幀收到時，程序就把數據讀入處理緩沖區，通過判斷幀中長度類型域（第13,14字節）的值，可確定數據域中所攜帶的數據所使用的協議，從而決定是進行ARP（類型碼為0806H）協議處理還是IP（類型碼為0800H）協議處理。同樣通過判斷IP數據報的協議字段（第10字節）的值，又可確定IP數據報中所攜帶的數據所使用的協議類型，從而分別進行ICMP協議（類型碼為01H）和TCP協議（類型碼為06H）的處理。
　　
　　4.2 TCP/TP協議的實現
　　控制終端要通過互聯網進行遠程監控，軟件上必須要實現TCP/IP的功能。標準的TCP/IP協議是由多個協議組成的協議簇，其功能強大、機制復雜、占用系統資源較大，最初旨在網絡中具有完整功能的計算機上使用。為了能在系統資源相對匱乏的嵌入式系統中實現TCP/IP協議,必須根據具體應用對標準的、龐大的TCP/IP協議簇進行裁剪。因此如何根據具體應用在控制終端中裁減協議、實現協議是軟件實現的關鍵。控制終端中需要實現的協議分別有：ARP協議、IP協議、ICMP協議和TCP協議。
　　ARP協議，具體可分為請求和應答2類，在本系統中只需實現應答功能。具體實現原理為：當SX52從以太網幀接收到ARP數據包時首先應根據其操作類型碼確定是一個ARP請求報文還是應答報文。若為ARP請求報文則比較目標IP地址與自己的IP地址是否相同，如果相同，則要封裝自己的MAC地址并發送應答報文，否則作丟棄處理。
　　IP協議是TCP/IP協議簇中最為核心的協議。控制終端中必須實現其基本的尋址、封裝、路由、解封裝、檢驗等功能。考慮到本系統傳輸的數據一般都是一些數據量比較小的狀態信息或者控制信息，故可裁減掉IP的分片和重組功能。IP協議的處理流程是：當系統接收到IP數據報后，首先應判斷該數據報的IP頭部中目的IP地址是否與本機IP地址一致，若不一致則對數據報作丟棄處理，否則先進行IP頭部版本號、校驗和字段檢查，當確認數據傳輸正確無誤后，去掉IP數據報頭部，取出數據域中的數據，根據IP頭部中的協議字段類型決定是交給ICMP協議、還是TCP協議作上層處理。發送進程的任務是：對ICMP報文、或TCP報文進行封裝，對IP數據報進行路由選擇，將IP數據報交給數據鏈路層進行裝幀發送。
　　ICMP協議主要用來傳輸差錯報文和控制報文，其中最常用到的是ICMP請求/應答報文對，控制終端只要能夠被動地回應其他主機測試網絡連通性的請求命令即可，因此可只需實現ICMP中類型號為0和8的報文，其他功能可被剪裁掉。
　　TCP協議機制復雜，實現時保留諸如可靠地建立與關閉連接、應答確認等最基本的功能，而簡化掉一些如窗口流量控制等復雜的狀態機部分。具體可通過建立與關閉連接、發送數據、接收數據3個進程加以實現。TCP協議的建立與關閉連接都是通過“3次握手”完成。具體是通過在3次TCP報文中設置不同的SYN，ACK，FIN控制位的值來實現。TCP數據收發進程采用了簡單的應答確認方式，為了兼容與具有滑動窗口流量控制功能的主機的通信，可使用作為特例的單一窗口方式進行應答。
　　5 結 語
　　
　　基于SX52的智能家居遠程控制終端具有設計思路新、實現成本低、適應范圍廣、遠程操作方便的特點，因此可用于一般的智能家居系統。同時通過對軟件模塊的移植它也可以應用于一般的遠程測控系統。
　　
　　參 考 文 獻
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　　［3］方霆.基于SX52單片機的web服務器的設計與實現［D］.蘭州：蘭州理工大學，2004.
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　　［11］Jan Axelson.嵌入式Ethernet 和Internet通信設計技術［M］.駱麗,張岳強,歐小龍，譯.
　　北京:北京航空航天大學出版社,2006.
　　
　　作者簡介 鐘建國 男，1963年出生,陜西子洲人，高級工程師，碩士。研究方向為計算機測控系統。
　　摘 要：通過Internet實現對智能家居的遠程監控是當前技術研究的熱點。為此分析智能家居系統的組成和結構，提出通過Internet對智能家居系統進行遠程監控的方案，給出基于微控制器SX52的智能家居控制終端的硬件設計方案和實現方法，介紹控制終端軟件實現的原理和流程，在對TCP/IP協議分析的基礎上，闡述控制終端中協議處理的原理和實現方法。這些原理和方法對智能家居系統的設計具有參考價值。
　　關鍵詞：SX52;嵌入式系統;智能家居;控制終端軟件
　　中圖分類號：TP393 文獻標識碼：B 文章編號：1004373X(2008)1610903
　　
　　Design and Implementation of Internetbased Smart Home Control Terminal
　　ZHONG Jianguo
　　(Xi′an University of Finance and Economics,Xi′an,710061,China)
　　
　　Abstract：It is a crucial research field to realize the smart home remote control through the Internet.Hence,this paper analyses the composition and structure of the smart home,proposes remote monitoring program through Internet for smart home,gives the smart home control terminal hardware design and implementation methods based on the microcontroller SX52,introduces the principles and processes of the control terminal software,and based on the TCP / IP protocol analysis,describes the principle and method of protocol dispose in the terminal control.This principle and method have an important reference value for the smart home system design.
　　Keywords：SX52;embedded system;smart home;control terminal software
　　
　　1 引 言
　　
　　隨著科學技術的發展和居民生活水平的提高，人們對居住環境的要求越來越高。能夠提供安全、舒適、智能、通訊與信息服務的所謂的“智能家居”正成為人們追求的居住目標和技術研究的熱點。智能家居(smart home)，又稱智能住宅，它是利用先進的計算機技術、網絡通訊技術、智能控制技術、傳感器技術、綜合布線技術，通過家居中的信息與控制中心，把與家居生活有關的安防、環境控制、通訊、智能家電等各種子系統有機地結合在一起的復雜系統。對智能家居系統實現遠程信息查詢和狀態控制是其必須具備的一項功能，傳統的產品大多采用無線通訊、電話通訊、手機通訊、電力載波等方式實現。隨著嵌入式Internet技術不斷地發展和成熟，通過Internet實現對智能家居的遠程監控正成為業界技術發展的方向。這種方式具有成本低、控制地域廣、可靠性高、通訊速度快、操作簡單等優點。其基本工作原理是把智能家居系統中的信息與控制中心設備（簡稱控制終端）設計成Web服務器，通過遠程計算機上的瀏覽器軟件對嵌入式Web服務器的訪問實現遠程的監控。因此實現這種系統的關鍵就是要設計能夠接入Internet的嵌入式控制終端。
　　
　　2 智能家居的總體框架
　　
　　智能家居系統由信息家電、環境控制、安防報警三個子系統和一個控制終端組成，如圖1所示。
　　
　　各子系統與控制終端通過現場總線相連。控制終端是智能家居系統的核心設備，其主要功能是：對子系統各功能模塊實施分布式管理和控制；借助現場網絡與各模塊實現信息交換與共享；作為嵌入式Web服務器，通過Internet實現遠程通訊和監控。
　　智能家居現場總線是智能家居系統的重要組成部分之一，通過它可以把住宅內與信息和控制相關的各個通訊設備、家用電器和家庭安防裝置都并入到智能家居網絡系統，從而進行集中的管理和控制。目前智能家居現場總線的規范和標準有很多，如LonWorks，X10，CEBus，HBS，CAN， RS 485等，但還沒有形成業界統一的標準。選擇總線的原則應當是：成本低、應用簡單、通訊可靠、擴展性強、能適應傳統的低端設備的連接。按照以上原則，考慮到目前智能家居系統中各終端設備相對低端且通訊接口不統一的現狀，系統中采用RS 485作為現場總線。子系統中各功能模塊可分為信息終端（如信息家電）和非信息終端（如照明報警控制）2類。信息終端一般帶有標準的通訊接口，但往往不全支持所選擇的總線協議，因此需要進行接口和協議的轉換；非信息終端一般不具有標準的通訊接口功能，因此需要通過通訊擴展模塊實現接入總線的功能，如圖2所示。
　　系統的工作原理是智能控制終端根據從現場或遠程網絡接受到的指令,對各功能模塊實行分布式輪循管理與控制，同時把智能家居系統的狀態信息傳送到遠程控制端。控制終端與遠程計算機通過B/S模式工作，控制終端作用相當于一個嵌入式Web服務器，遠程計算機則作為瀏覽器工作。
　　
　　3 控制終端的硬件設計
　　
　　3.1 系統的組成
　　控制終端硬件組成原理如圖3所示。系統采用Ubiocm公司的SX52芯片作為微控制器。SX52是Ubiocm公司利用先進的CMOS技術開發的一款可編程的、高速的、能方便地實現因特網接入功能的、8位通信控制芯片。SX52采用RISC結構，支持流水線作業，具有高速計算能力，在100 MHz晶振的驅動下指令執行速度可高達100 MIPS。芯片內部自帶FLASH程序存儲器，支持在線編程調試。該芯片最大的特點是支持“虛擬外設”功能，即用戶可以對SX52微控制器的5個I/O端口進行靈活配置，并通過執行虛擬軟件來模塊實現諸如I.2C，SPI，UART，CallerID，FSK以及Modem等接口功能。同時芯片最吸引人之處在于通過使用虛擬軟件包提供的代碼可以方便地實現TCP/IP協議中常用到的協議棧，如HTTP，SMTP，POP3，TCP，UDP，ICMP，IP，PPP等。以太網接口采用臺灣REALTEK公司生產的高集成度、全雙工以太網控制器芯片RTL8019AS實現。該芯片支持IEEE802.3 MAC子層協議,可工作在10BASET，10BASE2和10BASE5等介質環境下，它同時具有曼徹斯特編碼、沖突檢測和重發的功能，可以與很少的外圍電路一起完成10 Mb/s速率的數據收發功能。FB2022為耦合隔離濾波器。系統中Web服務器的網頁數據和資源存放在由Atmel公司生產的64 kB串行E.2PROM存儲器AT24C512之中。RS 485總線接口是通過MAXIM公司的MAX485實現。系統采用液晶觸摸屏作為輸入輸出人機接口界面。觸摸屏的輸入控制采用BurrBrown公司推出的新一代4線制觸摸屏控制芯片ADS7846實現。當屏幕上有觸摸發生時，ADS7846可通過采樣保持、逐位逼近式A/D變換等功能模塊迅速得到觸摸點的位置信息，從而使應用軟件實現在觸摸屏表面上尋址的功能。對液晶屏的顯示控制是通過SEIKO EPSON公司出品的液晶顯示控制器SED1335實現。SED1335硬件結構由外部接口、內部控制和液晶模塊驅動3部分組成，其特點是：I/O緩沖器功能強大、功能及控制指令豐富、可實現4位數據并行發送。