基于Internet的智能家庭网络控制器的实现(2)

2 HCU硬件实现

HCU的硬件结构原理如图2所示。控制器选用Intel高性能16位单片机80C196KC，在最小系统基础上，分别扩展了32KB数据存储器和程序存储器。X25045集看门狗定时器、电压监控和E2PROM（512×8bit）于一体，用来存储记忆系统的一些基本参数，如节点个数、每个节点的特征参数、节点标识符及一些与节点相关的联系。串行实时时钟DS1302提供秒、分、小时、日、月、年实时信息，且能根据月份和闰年情况自动调整月份和结束日期。并行芯片8255扩展了4×5键盘接口，为用户设置、查询提供输入接口。点阵图形液晶显示器选用MGL（S）12864，字库由字模提取软件生成，存在EPROM中。

HCU与下位机节点之间选用了规模较小、可靠性高、易于扩展的CAN总线，采用双绞线作为通信介质。CAN总线接口选用了Philips公司生产的独立控制器82C200，其支持CANBUS物理层与数据链路层的所有功能，多主鸨，有成组和广播报文功能，总线访问优先权取决于报文标识符，有极强的错误处理能力，且配置灵活允许局域网扩展。选用总线驱动接口82C250结合光电隔离，提供对总线的差动发送和接收功能，实现各节点之间的电气隔离，以增大通信距离，提高总线瞬间抗干扰能力[3]。

与Ethernet网的连接选用了基于Rabbit 2000微处理器及Ethernet芯片开发的Rabbit2000 TCP/IP开发工具箱，它是含TCP/IP协议栈的嵌入式开发系统[4]，提供了一个带有8位高性能的微处理器工作平台和动态C语言软件开发包。开发板提供1个与RS-232接口、1个与厂商配制的端口（既可用于RS-485，又可用于RS-232）、4个高速电流输出设备、4个数据输入设备、7个定时器、1个实时电池支持时钟和1个10Base-T以太网接口，并提供了TCP/IP协议的全部源代码，实现TCP/IP和RS-232之间相互转换，为现场设备的上网提供了软/硬件平台。

对于现场设备需要开发相应的基于CAN总线的控制单元，这里不作介绍。在底层控制网络中，HCU和现场控制单元分别有自己的ID标志，由于采用CAN标准作为通信协议，与节点在网络的地位相同，于是将HCU虚拟为主机，将现场设备虚拟为从机，响应主机的要求，执行相应流程，各节点之间也可以进行信息交换。
 
3 软件模块与协议

系统软件主由监控、配置、网络管理和网络协议四部分组成，其中监控部分完成对家庭设备运行状态的控制和检测，及时显示且做相关处理，如故障报警、事件提示等。配置部分为用户提供更改系统和设备配置的人机接口，及时提示用户配置步骤及配置过程中的错误，用户可以查询某一子系统的当前状态信息。网络管理帮助用户分析、管理和扩展网络，并进行故障诊断和故障恢复。网络协议实现TCP/IP到HASP（HAS Protocol）相互间的转换，主要是数据流关系为TCP/IP到RS-232到CAN三者之间的相互转换。

系统程序首先完成初始化定义，包括最小系统、X25045、DS1302、键盘定义及处理、LCD、CAN总线、Rabbit2000，然后进入循环监控状态。以水表计费简要说明，水表计费节点自动完成计费功能，当用户按下水费键→键盘处理程序检测该键按下→向水费节点发出费用指令→水费节点响应命令返回当前费用→控制器显示水费费用；用户使用密码通过Ethernet访问家中HCU→发指令访问水费→控制器响应且向水费节点发费用指令→水费节点返回费用→HCU通过Ethernet向用户返回当前水费情况。

Internet的接入和智能化实现必然是HAS的发展方向，本方案的硬件平台及底层现场控制系统实验目前已经完成，正着手进行与上层网络的调试。该方案的优越性在于充分利用Internet的互联性及现场总线的双向、串行、数字等特点，实现了对整个家庭网络设备的优化管理。

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