单片机模拟信息家电设计方案

1 引言

　　目前的信息家电还处在初级阶段，信息家电的标准还未确定，对其的研究也还未有突破性的进展。另外，随着以PC为中心拓展出来的各种家庭数字产品开始浮出水面，在未来的数字家庭中，PC作为家庭应用的控制中心的地位将越来越受到重视。

　　本文利用SX52单片机和外围扩展模块模拟信息家电，利用PC模拟家庭网关，从而成功搭建了一个模拟家庭网关和信息家电交互的平台。这种利用一个单片机集成系统对信息家电进行模拟为研究信息家电的内部体系结构以及家庭网关和信息家电功能分配提供了实验平台，同时大大节省了资源和费用。

创新点：本文描述了利用SX52为主芯片，通过扩展外围电路和软件模块模拟信息家电的通用方法，并以模拟电风扇做了具体实现，为后续对信息家电和家庭网关的研究提供了基础实验平台。

　　2 信息家电

　　信息家电是所有能够通过网络系统交互信息的家电产品，也就是说信息家电是将数字技术和网络技术集成在电冰箱、洗衣机等传统家用电器上并以此为基础建立家庭网络环境，信息家电具有以下特点：

　　（1）相互之间通过有线或无线方式相连，能相互识别并协同工作与网络化；

　　（2）能够遵循一定的协议，通过家庭网关或直接与外部网络进行信息交互；

　　（3）与用户双向交流，功能单一集中并且便于学习，使用简单；

　　（4）信息家电应该具有实时化，数字化与智能化的特点；

　　（5）应用嵌入式操作系统。其内部体系结构可用下图表示：

　　其中虚框显示的嵌入式操作系统层，在今后随着信息家电产品功能的增多增强，使用嵌入式操作系统是一种必然趋势，本文在单片机上实现模拟系统就没有采用嵌入式操作系统，这样极大地节省了资源和费用。

　　3 家庭网络与家庭网关

　　家庭网络借助现有的计算机网络技术，将家庭内各种家电和设备连网，通过网络为人们提供各种丰富、多样化、个性化、方便、舒适、安全和高效的服务。实现家庭网络与外部信息的交换需要设计一个理想的家庭网关。家庭网关是一种简单的、智能的、标准化的、灵活的整个家庭网络接口单元，它可以从不同的外部网络接收通讯信号，通过家庭网络传递信号给某个消费设备。家庭网关应具备的两个主要功能是：（1）作为家庭内部网络和外部网络连接的一种物理接口；（2）使住宅用户可以获得各种家庭服务的平台。

　　家庭网关接口的有效的解决方案，当前比较统一的观点是开发一个集中式网关，它将提供一个最有效的桥接外部网络和家庭网络或设备的解决方案。

　　4 嵌入式Web服务器

　　嵌入式Web服务器（EmbeddedWebServer,EWS）是指将Web服务器引入到现场测试和控制设备中，在相应的硬件平台和软件系统的支持下，使传统的测试和控制设备转变为具备了以TCP/IP为底层通信协议，Web技术为核心的基于互联网的网络测试和控制设备。EWS系统与传统的Web应用相比，简化了系统结构，将信息采集和信息发布都集成到现场的测控设备中。由于有了标准的接口形式和通信协议，内嵌于设备的Web服务器可以向任何接入它所在网络的合法用户提供统一的基于浏览器方式的操作和控制界面，浏览器成了设备的前端控制板。由于Web技术的开放性和独立平台特性，大大降低了软件系统和通信系统的设计、维护工作量，节省了人员培训费用等，提高了现场测试和控制设备的管理水平。

　　5 硬件选型

　　5.1 SX52的优势

　　用单片机实现嵌入式互联网方案的技术难点是：如何利用单片机本身有限的资源对信息进行TCP/IP协议处理，使之变成可以在互联网上传输的IP数据包。目前解决这个问题有两种方案：一种是PC网关+专用网，缺点是要增加布线和第三方协议转换软件；另一种是32位MCU+RTOS,弊端是开发难，成本极高。而用软件方法实现网络协议比采用集成网络协议的芯片，具有节省空间、降低成本的优点，更重要的是可以随意配置甚至修改各种协议，且能通过软件升级方式跟随未来的发展。

　　通过美国Ubicom公司的SX52微控器进行网络控制更具其独特优势，主要体现在：

　　（1）速度快，在100MHz频率下能达到100MIPS;

　　（2）现成的网络协议模块供套用，可以通过虚拟外设功能来运行网络协议栈，例如TCP、IP、HTTP以及SMTP等；

　　（3）强大的虚拟外设功能，即通过软件对I/O口进行灵活的配置，CPU执行虚拟软件模块就可以驱动普通的I/O口来模拟外设的功能，比如UART、SPI、IIC和FSK等。采用其成功的网络协议模块和一些适用于小型嵌入系统的做法构筑现场控制Web服务器是最明智的做法。

　　5.2 SX52主要模块功能特点

5.2.1 CPU模块（包括在线下载ISP电路）

　　此模块实现开发系统板的系统控制，并实现网络接口控制，主要包含SX52BD、24C256。

SX52BD开发系统