以太网智能家居控制器的设计

1 引言

　　随着现代 4C技术（计算机技术、控制技术、通信技术和图形显示技术）的迅速发展以及人们生活水平的不断提高，智能家居已经成为智能建筑的一个重要分支。本文旨在设计一种成本低廉、面向普通家庭的、集本地控制和远程控制于一体的智能家居控制器，用于控制室内家电的运行状态和环境参数的采集。设计中本地控制采用红外技术，远程控制通过开发精简的 TCP/IP协议并结合 HTTP协议，实现嵌入式 Web服务器，从而使用户通过任意的浏览器便可对家居中的设备和环境进行控制和监测。 2 以太网智能家居控制器的硬件设计

　　智能家居控制器采用 8位单片机 W78E58B作为系统的核心处理单元，系统硬件框图如图 1所示。

　　本地端以红外通信技术为基础，发射端采用 NB9148红外编码模块，接收端采用 SJ1838进行接收解调，并将控制信号传送给 W78E58B。外部扩展 RAM 62256以提高单片机的数据传输速度和复杂的 TCP/IP协议的处理。 RS232串口通讯主要用于程序的下载和调试，以及通讯转换接口。GAL器件 ATF16V8B用于片选，以节约系统空间资源。

　　DS18B20用于环境温度采集。

　　远程控制的硬件平台由 W78E58B和以太网控制器 RTL8019AS等器件组成。RTL8019AS是针对 ISA总线设计的，用于实现网络的物理层协议的专用以太网控制芯片。RTL8019AS内置了 10BASE-T收发器，使用跳线方式，通过可提高网络通信的抗干扰能力的网络滤波器 20F-01，再与 RJ-45相连。 E2PROM AT24C512用于实现嵌入式 Web服务器访问的网页文件存储，同时也用于存储用户的一些设置，如 IP地址、网关以及网卡芯片 MAC地址等参数。

　　3 以太网智能家居控制器的软件设计

　　以太网智能家居控制器的软件实现是在单片机上完成的，主要包括虚拟 I2C总线读写程序、红外接收和控制程序、温度采集程序、网卡芯片 RTL8019AS驱动程序、嵌入式 Web服务器的实现以及其他处理程序。本文中只讨论网卡芯片的驱动程序和嵌入式 Web服务器的实现。

　　3.1 以太网控制器 RTL8019AS的驱动程序

　　RTL8019AS的驱动程序是 TCP/IP协议与底层物理设备的程序接口，它屏蔽了底层硬件处理的细节，并向上层软件提供与硬件无关的接口。 TCP/IP协议只要调用以太网驱动程序即可完成以太网数据的接收和发送。网卡芯片 RTL8019AS的驱动程序包括 RTL8019AS初始化程序、数据包接收程序和数据包发送程序。

　　3.1.1 RTL8019AS初始化

　　RTL8019AS通过 RSTDRV管脚进行复位操作。复位后，先对 RTL8019AS初始化。初始化操作包含设置 PSTART="0x4c"，PSTOP=0x80，使 0x40～0x4b为网卡的发送缓冲区，0x4c～ 0x7f为网卡的接收缓冲区；设置 RCR="0xcc"，仅接收目标物理地址和设置物理地址一致的数据包、广播地址数据包和多点播送地址包；设置 TCR="0xe0"，工作在正常模式；设置 DCR="0xc8"，使用 FIFO缓存及 8位数据 DMA；设置 IMR="0x00"，屏蔽所有中断；组播地址寄存器 MAR0～MAR7，均设置为 0x00；设置网卡物理地址寄存器 PAR0～PAR5；设置 CR="0x22"，选择页 0的寄存器，进入正常工作状态；设置 ISR＝0xff，清除所有中断标志位。

　　3.1.2 RTL8019AS数据发送

　　首先将待发送的数据按以太网数据帧格式封装后，再置 CR寄存器为 12H，启动远程写 DMA，RTL8019AS会自动将这帧数据送至 RTL8019AS的数据发送缓冲区，并将结果写入状态寄存器。最后将 CR置为 3EH，启动本地写 DMA后将数据送入 FIFO寄存器，并发送到以太网上。程序流程图见图 2所示。

　　接收数据时，接收缓冲区构成一个循环 FIFO队列。 PSTART、PSTOP两个寄存器限定了循环队列的开始和结束页；CURR为写入指针，受芯片控制； BNRY为读出指针，由主机程序控制。程序通过查询 CURR和 BNRY两个寄存器的值来判断是否收到一帧数据。程序流程见图 3所示。

　　3.2 嵌入式 Web服务器的实现

　　设计中采用的是 W78E58B型 8位单片机，由于单片机存储空间有限、处理速度相对较慢，且在整个远程控制中不需要实现完整的 TCP/IP协议。因此，可以在远程控制的网络连接和访问技术中采用精简 TCP/IP协议。要实现交互功能，就要在精简 TCP/IP协议的基础上实现 HTTP协议，构建嵌入式 Web服务器。本设计中的精简 TCP/IP协议具有同 TCP/IP协议一样的四层结构，各层实现的功能如下：

① 链路层。设计中通过以太网接入到 Internet，因此物理层和数据链路层要符合以太网的 IEEE802.3标准。然而，以太网控制器 RTL8019AS的硬件组成部分已经实现了 CSMA/CD控制机制，屏蔽了底层硬件处理的细节，并向上层软件提供与硬件无关的接口，最终完成了数据在以太网中的接收