基于Web的單片機遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計方案

摘 要：傳統(tǒng)的遠程監(jiān)控系統(tǒng)一般采用C/S 模型的方式，針對大型設備，成本高。文章采用SOC 芯片C8051F020 和10M 自適應網絡芯片RTL8019AS 接口的方案，在單片機中嵌入了精簡的TCP/IP 協(xié)議棧，構建了基于Web 的單片機遠程監(jiān)控系統(tǒng)軟、硬件平臺，在此基礎上實現(xiàn)了基于單片機的數據采集和遠程監(jiān)控，所實現(xiàn)的系統(tǒng)具有成本低廉、操作方便、可靠等優(yōu)點。

1. 引言

單片機系統(tǒng)以其簡單、高效的特點，在工業(yè)控制和日常生活中應用越來越廣泛。目前大多數單片機系統(tǒng)是以51 單片機為核心，與檢測、伺服、顯示設備配合起來實現(xiàn)監(jiān)控功能。

然而，這些監(jiān)控系統(tǒng)的數據傳輸多采用RS-232、RS-485 以及各種現(xiàn)場總線，這些方式有些通信速度不夠快，有些距離不夠遠，且各種總線之間難于實現(xiàn)互連和互操作。以太網作為目前應用最為廣泛的局域網，在工業(yè)自動化和過程控制領域得到了越來越多的應用。同時，隨著Internet 的普及，現(xiàn)代通信技術的進步，基于TCP/IP 和Client/Server 架構的分布式監(jiān)控技術也日趨成熟。把嵌入式系統(tǒng)連接到Internet 上，就可以方便、低廉地把信息傳送到世界的任何一個地方。

傳統(tǒng)的遠程監(jiān)控系統(tǒng)一般采用C/S 模型的方式，主要針對大型的設備進行監(jiān)控。對于如攝像頭圖象監(jiān)控p家用儀表p門禁控制系統(tǒng)等小型的設備的監(jiān)控就需要采用低成本的方案。

鑒于此，在低成本的單片機系統(tǒng)上移植精簡的TCP/IP 協(xié)議簇，實現(xiàn)對于小型設備遠程監(jiān)控是最佳選擇。該系統(tǒng)以Web 方式實現(xiàn)，用戶可以在任何一臺裝有瀏覽器的PC 機上進行遠程監(jiān)視與控制，具有價格低廉、操作方便、界面友好等優(yōu)點。傳統(tǒng)的遠程監(jiān)控系統(tǒng)模型與本系統(tǒng)采用的模型如圖1 和圖2 所示。

圖1 傳統(tǒng)遠程監(jiān)控系統(tǒng)模型

圖2 單片機監(jiān)控系統(tǒng)模型

2. 系統(tǒng)硬件設計

本系統(tǒng)以 Cygnal 公司的完全集成的混合信號系統(tǒng)級芯片（SOC）C8051F020 單片機為核心，采用Realtek 公司的10M 自適應以太網控制器RTL8019AS 實現(xiàn)系統(tǒng)的網絡接口部分。

SRAM 部分用于存放大量的數據信息。數據采集部分用于采集系統(tǒng)需要監(jiān)控的設備的運行情況，由于C8051F020 內部帶有真正12 位100 ksps 的8 通道ADC 帶PGA 和模擬多路開關，還有兩個12 位DAC 可編程更新時序，可以方便的進行模擬信號采集和對外設進行控制。

C8051F020 單片機內置64K FLASH 程序存儲器、4K 內部SRAM，可以嵌入TCP /IP 協(xié)議， 從而實現(xiàn)嵌入式Web Sever 的功能。RTL8019AS 集成了介質訪問控制子層（MAC）和物理層的性能，與單片機的接口簡單，可以方便地用來設計基于ISA 總線的系統(tǒng)。另外，它還具有與NE2000 兼容、軟件移植性好以及價格低廉等優(yōu)點，所以特別適合用于嵌入式系統(tǒng)。

圖3 系統(tǒng)框圖

3.系統(tǒng)軟件設計

3.1 軟件流圖設計

軟件的實現(xiàn)主要是根據數據在網絡中傳輸的方向和數據的流向來實現(xiàn)的。在本設計中數據的流向為：請求信息從局域網中來，通過RJ 45 送到RTL80l9AS，處理后的數據包送入單片機系統(tǒng)的協(xié)議棧，由協(xié)議棧對數據包進行解析，得到原始請求信息。請求信息再經過單片機系統(tǒng)的處理，產生回復信息。回復信息到局域網的過程與上面正好相反。整個系統(tǒng)的軟件流程如上圖4 所示。

圖4 軟件框圖

3.2 RTL8019 接收與發(fā)送數據

1.RTL8019 芯片初始化主要是將網卡設置成正常的模式，跟外部網絡連接。清除所有中斷標志位，讓芯片開始工作。