1 引言

如今，各類嵌入式微控制器MCU（或稱之為單片機(jī)）已經(jīng)廣泛用于智能儀器儀表中。由于MCU都嵌入在有關(guān)設(shè)備中，沒有自己獨(dú)立的外殼，故稱該類設(shè)備為嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)能夠提供一定的服務(wù)和控制功能，能夠獲取、利用一些信息，但如何通過它讓這些智能電子產(chǎn)品和Internet相連接，以便人們能夠遠(yuǎn)程獲得這些電子產(chǎn)品的信息并控制它們的運(yùn)行，已成為今天信息界同仁關(guān)注的熱點(diǎn)。

隨著Internet技術(shù)的飛速發(fā)展，在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中，借助于Internet對(duì)工業(yè)過程現(xiàn)場(chǎng)及設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視和操縱，已經(jīng)成為可能。本文以ADmC812單片機(jī)為例，介紹一種利用網(wǎng)絡(luò)接口芯片PS2000實(shí)現(xiàn)智能儀表與Internet的連接方法。該方法簡(jiǎn)單、方便，無需熟悉網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，通用性強(qiáng)，開發(fā)應(yīng)用價(jià)格低廉，具有較高的實(shí)用價(jià)值。

2 總體方案

本文提出一種網(wǎng)絡(luò)式智能儀表的設(shè)計(jì)思想。該智能儀表以單片機(jī)為主控器，利用網(wǎng)絡(luò)接口芯片PS2000作為中間橋梁，通過單片機(jī)與PS2000的連接、PS2000與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的連接，從而實(shí)現(xiàn)智能儀表與Internet的連接。其總體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。網(wǎng)絡(luò)接口芯片PS2000內(nèi)部固化了MCUNet協(xié)議，它與emGateway和OSGi協(xié)議兼容。應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員完全不必考慮任何網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，只需要解釋并執(zhí)行 PS2000傳送過來的指令和數(shù)據(jù)，就可以實(shí)現(xiàn)與Internet網(wǎng)絡(luò)連接，而MCUNet網(wǎng)絡(luò)協(xié)議由PS2000 來完成。同設(shè)計(jì)UART系統(tǒng)中選中UART接口芯片一樣，選用PS2000將電子設(shè)備與Internet網(wǎng)絡(luò)連接，可以節(jié)省MCU資源，設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單，開發(fā)成本更低。

3 PS2000的結(jié)構(gòu)與原理

目前，國內(nèi)外許多廠家正在研制和推廣網(wǎng)絡(luò)芯片。武漢力源電子股份有限公司研制并具有自主產(chǎn)權(quán)的網(wǎng)絡(luò)接口芯片PS2000，正是智能測(cè)控裝置連接 Internet的中間“橋梁”，它可將Internet技術(shù)延伸應(yīng)用到更為廣闊的自動(dòng)化測(cè)控領(lǐng)域中。PS2000是一種微控制器（圖2），其片內(nèi)駐留有網(wǎng)絡(luò)協(xié)議解釋與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議編譯程序模塊，其中MCUNet協(xié)議與 emGateway兼容。通過它可以實(shí)現(xiàn)MCU應(yīng)用系統(tǒng)與基于PC機(jī)平臺(tái)的網(wǎng)關(guān)emGateway接口。另外還有DS2401電子標(biāo)簽接口和串行接口。電子標(biāo)簽接口用于連接DS2401集成電路，為網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的每一個(gè)設(shè)備提供唯一的標(biāo)識(shí)；串行接口包括與MCU連接的SPI接口，以RS232、RS485、MODEM、 RF或IRDA等方式與PC機(jī)連接的通信接口。

MCU應(yīng)用系統(tǒng)與PC機(jī)網(wǎng)關(guān)交換信息時(shí)，可由 PS2000擔(dān)任網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的解釋和轉(zhuǎn)換，通過17條簡(jiǎn)單的指令進(jìn)行控制。由于PC機(jī)網(wǎng)關(guān)能提供HTTP服務(wù)，可以與計(jì)算機(jī)瀏覽器接口，故MCU應(yīng)用系統(tǒng)通過PS2000上網(wǎng)非常方便，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、管理、遠(yuǎn)程設(shè)備控制、在線診斷和服務(wù)等功能。通過MCU與網(wǎng)絡(luò)接口芯片的連接，可自動(dòng)將智能儀器儀表連入Internet網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)式智能儀表，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)過程現(xiàn)場(chǎng)及設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視和操縱。

4 智能儀表與Internet的連接方法

網(wǎng)絡(luò)式智能儀表是通過MCU與網(wǎng)絡(luò)接口芯片的連接來實(shí)現(xiàn)的。下面以ADmC812單片機(jī)為例，介紹其連接方法。

4.1 ADmC812單片機(jī)與PS2000的連接方法

ADmC812單片機(jī)是美國模擬器件（AD）公司最新推出的，其內(nèi)包含高性能的8路12位ADC采集系統(tǒng)、2路12位DAC、80C52MCU內(nèi)核、8KB 的閃速/電可擦除程序存儲(chǔ)器、640字節(jié)的閃速/電可擦除數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、看門狗定時(shí)器、電源監(jiān)視器、 I2C兼容的SPI和標(biāo)準(zhǔn)的UART串行I/O模塊及靈活的電源管理方案等。由于ADmC812具有足夠的片內(nèi)資源、I/O口以及外圍設(shè)備，因此，可方便地與網(wǎng)絡(luò)接口。

ADmC812單片機(jī)與網(wǎng)絡(luò)接口芯片PS2000的連接如圖3所示。PS2000與單片機(jī)之間通過17條簡(jiǎn)單的控制指令和面向?qū)ο蟮母拍钸M(jìn)行信息交換。開發(fā)步驟是：①建立MCU系統(tǒng)中需要控制的對(duì)象，并確定其中需要通過Internet進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控的對(duì)象；② 建立MCU系統(tǒng)變量表；③ 建立MCU系統(tǒng)狀態(tài)性能表；④ MCU解釋并執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)芯片傳送來的命令。在網(wǎng)絡(luò)式智能儀表中，一般需要建立A/D采集結(jié)果、開關(guān)狀態(tài)控制等對(duì)象，并分別建立它們的變量表和性能表，在系統(tǒng)初始化時(shí)傳送給PS2000。PS2000與單片機(jī)之間的通信是由PS2000通過中斷請(qǐng)求發(fā)起的，單片機(jī)首先接收傳來的命令，根據(jù)命令確定下一步是信息交換或執(zhí)行相應(yīng)的操作。例如，PS2000在系統(tǒng)復(fù)位大約10s后向單片機(jī)發(fā)送1個(gè)I_init命令請(qǐng)求，單片機(jī)收到該命令后可以設(shè)置PS2000的工作模式并進(jìn)行初始化。

4.2 PS2000與PC機(jī)的連接方法

PS2000與PC機(jī)的連接十分靈活，可選用RS232，RS485，MODEM之一進(jìn)行通信，以滿足遠(yuǎn)程，近程，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通信要求，通過PS2000通信控制單元的通信控制字可選擇 RS232，RS485，MODEM通信類型。 PS2000內(nèi)部固化了MCUNet協(xié)議，它與emGateway和OSGi協(xié)議兼容。MCUNet協(xié)議是MCU 電子設(shè)備與計(jì)算機(jī)平臺(tái)上的Gateway建立聯(lián)系的一種協(xié)議，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功能很強(qiáng)。

MCUNet協(xié)議首先規(guī)定了一種主從關(guān)系，Gate way永遠(yuǎn)是主叫系統(tǒng)，而電子設(shè)備永遠(yuǎn)是從系統(tǒng)，Gateway可以授權(quán)電子設(shè)備回?fù)埽黄浯危x了電子設(shè)備系統(tǒng)的狀態(tài)性能參數(shù)表和變量表。電子設(shè)備與Gateway之間的信息交換是建立在MCU系統(tǒng)狀態(tài)性能參數(shù)表和變量表基礎(chǔ)上的。

電子設(shè)備的系統(tǒng)狀態(tài)性能參數(shù)表的作用是把電子設(shè)備系統(tǒng)的一些特性參數(shù)告訴Gateway，如系統(tǒng)變量表中變量的個(gè)數(shù)、變量表所占字節(jié)數(shù)等。電子設(shè)備的系統(tǒng)變量表的作用是把MCU與Gate way之間需要交換的信息羅列出來，通過一個(gè)變量表來表達(dá)。MCU與Gateway之間的所有交換信息都在這個(gè)變量表的表達(dá)范圍，超出變量表的信息，將不予受理。

5 結(jié)束語

本文以ADμC812單片機(jī)為例，介紹一種利用網(wǎng)絡(luò)接口芯片PS2000構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)式智能儀表的方法。該網(wǎng)絡(luò)式智能儀表可以通過Internet網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和管理，而且系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)人員無需熟悉網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，同時(shí)減少了系統(tǒng)硬件開支，成本低廉，并縮短了軟硬件的開發(fā)周期，具有很好的應(yīng)用前景。