摘　要： 提出了采用成本較低的傳統(tǒng)51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)WebServer功能的方案，并將此設(shè)計(jì)應(yīng)用于智能家居系統(tǒng)中。系統(tǒng)具有靈活方便、成本低等優(yōu)點(diǎn)，其軟件的設(shè)計(jì)方案和設(shè)計(jì)思想可以普及和推廣，對(duì)未來的智能家居系統(tǒng)有很實(shí)用的參考價(jià)值。
    關(guān)鍵詞： 智能家居；WebServer；TCP/IP

   隨著生活水平的提高，人們對(duì)生活質(zhì)量的要求也在逐步提高，越來越多的人希望能夠生活在一個(gè)安全、舒適、節(jié)能、方便、高效的綠色環(huán)境中。隨著傳統(tǒng)家電產(chǎn)品與計(jì)算機(jī)、通信技術(shù)的結(jié)合，家用電器產(chǎn)品朝著智能家居的方向發(fā)展，使人們的愿望得以實(shí)現(xiàn)。而家用電器接入Internet網(wǎng)，使家庭與外部保持信息交流暢通，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，也越來越多地被人們所關(guān)注。
    雖然智能化家居能夠?yàn)槿藗兊纳顜砗艽蟮谋憷?，但由于它的造價(jià)昂貴，并不適合普通的百姓階層，且很多功能也是華而不實(shí)的，并沒有得到住戶的認(rèn)可，用戶對(duì)于一些功能甚至很少使用，這也造成了資源的浪費(fèi)。
    本文所設(shè)計(jì)的智能家居系統(tǒng)，從實(shí)用的角度出發(fā)，同時(shí)考慮到成本和日后的維護(hù)問題，充分利用現(xiàn)有的智能家居技術(shù)和資源為用戶構(gòu)建高性價(jià)比的智能家居系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了以最少成本完成最實(shí)用功能的目的，使智能家居走進(jìn)百姓的生活，讓人們能夠更好地享受現(xiàn)代高科技為人們帶來的方便。
1 設(shè)計(jì)思路
    本設(shè)計(jì)的總體思路方框圖如圖1所示。

    在硬件方案設(shè)計(jì)上，包含主控制器和分控制器兩部分。主控器中除了51內(nèi)核單片機(jī)^[1]，還包含了一個(gè)片外存儲(chǔ)器、無線收發(fā)模塊、溫度、濕度檢測(cè)模塊、電話撥號(hào)模塊、聲音報(bào)警模塊^[2]。分控制器負(fù)責(zé)用電設(shè)備管理。
    系統(tǒng)以主控制器為核心，通過與分控制器無線通信^[3]，實(shí)現(xiàn)對(duì)用電設(shè)備的控制和監(jiān)測(cè)的功能。同時(shí)，主控制器還負(fù)責(zé)TCP/IP協(xié)議棧的處理和解析，提供Internet網(wǎng)頁訪問功能。
　　在軟件方案設(shè)計(jì)上，實(shí)現(xiàn)WebServer的功能，需要TCP/IP協(xié)議的支持。由于W77E58芯片是基于8位的微處理器，現(xiàn)在可獲得的TCP/IP源代碼一般并不為51 單片機(jī)設(shè)計(jì)，由于系統(tǒng)資源受限，通過有針對(duì)性的模塊化裁剪，在單片機(jī)上嵌入精簡(jiǎn)的TCP／IP協(xié)議棧^[4]，實(shí)現(xiàn)嵌入式Internet接入。
2 網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議設(shè)計(jì)
    精簡(jiǎn)后的協(xié)議主要包括TCP/IP協(xié)議組中的四個(gè)基本協(xié)議：ARP協(xié)議、IP協(xié)議、ICMP協(xié)議、TCP協(xié)議^[5]。鏈路層協(xié)議，作為設(shè)備驅(qū)動(dòng)在鏈路層實(shí)現(xiàn)，由單片機(jī)來驅(qū)動(dòng)以太網(wǎng)卡RTL8019AS。應(yīng)用層協(xié)議，實(shí)現(xiàn)了HTTP協(xié)議。RTL8019AS的驅(qū)動(dòng)程序主要包括4個(gè)部分： RTL8019AS芯片的復(fù)位、網(wǎng)卡的初始化、發(fā)送數(shù)據(jù)、接收數(shù)據(jù)。
    地址解析協(xié)議(ARP)實(shí)現(xiàn)的功能是：當(dāng)有一個(gè)IP數(shù)據(jù)包要發(fā)送到以太網(wǎng)上時(shí)，從ARP表中查詢相應(yīng)的MAC地址。在本設(shè)計(jì)的精簡(jiǎn)的TCP/IP協(xié)議棧中，ARP的執(zhí)行依靠維持一張映射表來完成IP地址和MAC地址的映射。
    整個(gè)IP協(xié)議可由IP數(shù)據(jù)報(bào)的接收、發(fā)送、IP數(shù)據(jù)差錯(cuò)校驗(yàn)控制三個(gè)子程序構(gòu)成。
　　網(wǎng)間報(bào)文控制協(xié)議(ICMP)實(shí)現(xiàn)了一種類型的ICMP信息：ICMP回響信息。ICMP回響信息常常用于ping程序里的檢查主機(jī)是否在線。
　　傳輸控制協(xié)議(TCP)，TCP協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)可分為建立連接、傳輸數(shù)據(jù)和關(guān)閉連接三個(gè)階段。
　　在本設(shè)計(jì)中，智能家居控制器實(shí)現(xiàn)提供Web網(wǎng)頁瀏覽的功能，只需要使用HTTP協(xié)議即可。瀏覽器通過該協(xié)議與Web服務(wù)器交換數(shù)據(jù)。
3  WebServer的實(shí)現(xiàn)
    WebServer的工作原理，就是在單片機(jī)內(nèi)部存放指定的網(wǎng)頁數(shù)據(jù)，當(dāng)客戶通過瀏覽器訪問指定地址時(shí)，服務(wù)器分析請(qǐng)求信息，并相應(yīng)地向?yàn)g覽器中返回指定網(wǎng)頁的HTML代碼。
    此系統(tǒng)主要包含2個(gè)頁面：登錄頁面和控制頁面。為了便于存儲(chǔ)和訪問，需要把這2個(gè)HTML文件轉(zhuǎn)換為C語言的數(shù)組，存放于C文件中。
    登錄頁面是當(dāng)用戶訪問智能家居Web服務(wù)器時(shí)，出于安全性的考慮，需要進(jìn)行身份驗(yàn)證，只有合法的用戶才可以進(jìn)入到控制頁面?？刂祈撁媸峭ㄟ^本頁面對(duì)家用電器實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。控制頁面如圖2所示。

    在此頁面中，溫度和濕度的值在代碼中以特殊字符替代。當(dāng)Web控制器發(fā)送網(wǎng)頁給客戶端時(shí)，就用控制器將采集的值替換HTML文檔中相對(duì)應(yīng)的特殊字符，實(shí)現(xiàn)了溫度和濕度的實(shí)時(shí)檢測(cè)。
    WebServer的實(shí)現(xiàn)就是HTTP通信的過程。其中包括服務(wù)器和瀏覽器的以下幾個(gè)步驟。
    (1)建立TCP連接。建立一個(gè)TCP連接，對(duì)80端口(WebServer默認(rèn)端口)進(jìn)行監(jiān)聽，接收到TCP包后即進(jìn)入TCP回調(diào)函數(shù)。
    (2)Web瀏覽器向Web服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求命令。一旦建立了連接，瀏覽器即向服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求命令。請(qǐng)求消息包括請(qǐng)求行，首部，之后瀏覽器發(fā)送了一空白行來通知服務(wù)器，它已經(jīng)結(jié)束了該頭信息的發(fā)送。例如：
    GET/index.html HTTP/1.1
    (3)Web服務(wù)器響應(yīng)?？蛻魴C(jī)向服務(wù)器發(fā)出請(qǐng)求后，服務(wù)器會(huì)客戶機(jī)回送響應(yīng)。響應(yīng)消息包括狀態(tài)行、響應(yīng)頭、空行及實(shí)體內(nèi)容。在響應(yīng)報(bào)文中，包括協(xié)議版本號(hào)和應(yīng)答狀態(tài)碼，關(guān)于它自己的數(shù)據(jù)及被請(qǐng)求的文檔信息。例如：
    HTTP/1.1 200 OK 
　　Content-type：text/html
    (4)關(guān)閉連接。數(shù)據(jù)傳送完畢，雙方通過4次握手，結(jié)束TCP/IP連接。
    該智能家居控制系統(tǒng)，可以讓智能家居的主人在任意位置，利用通用計(jì)算機(jī)的IE瀏覽器，上網(wǎng)瀏覽到家居中所有用電設(shè)備的工作狀態(tài)和家居的安防信息。如果主控制器所管理的某個(gè)用電設(shè)備，出現(xiàn)了不太緊急的故障時(shí)，可以只給主人一次簡(jiǎn)單的提示，而發(fā)生緊急情況之后主控制器一直循環(huán)呼叫主人，直到主人應(yīng)答為止。這樣使得該系統(tǒng)在以太網(wǎng)出現(xiàn)故障之后，或者某些緊急情況出現(xiàn)時(shí)，因主人當(dāng)時(shí)沒有正在瀏覽網(wǎng)頁，這時(shí)就可以利用電話線撥號(hào)及時(shí)快速地通知主人，從而使系統(tǒng)非常具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。同時(shí)也是這個(gè)系統(tǒng)區(qū)別其他現(xiàn)有系統(tǒng)更具人性化、智能化的創(chuàng)新點(diǎn)所在。

參考文獻(xiàn)
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