一种高性价比网络远程监控系统设计方法.doc

一种高性价比网络远程监控系统设计方法Internet己成为现代社会重要的基础信息设施之一，是信息流通的重要渠道，并向家庭领域不断渗透，而8位单片机以其高价价比仍是家电控制器的首选。本文介绍了一种以STC89C58单片机为主控制器的高性价比的远程网络家电控制系统的设计方法。 一、系统结构设计 系统主要由单片机、存储器、显示器、网络控制器、输入输出通道等部分组成，同时预留了红外遥控接口，系统相当于一台瘦服务器，可以将网页数据与程序一起固化到单片机的程序储存器中，单片机作为服务器的处理器，网络控制器负责接收Internet的数据包，RAM为系统扩展的内存，LCD显示用户信息与网络信息。I/O接口采用继电器阵列，负责对象设备的监控。在用户通过网页浏览器访问本系统时，网络控制器会侦听IP数据包的到来，在对数据包进行缓冲的同时还会产生中断信号通知单片机来处理IP数据包。单片机在处理IP包的过程中，通过分析实现I/O口的监控。 二、硬件设计 图1用STC89C58，内有32K的FLASH程序存储器，每个扇区为512字节；1028字节的内部RAM。本系统程序大小在25K左右，所以可在FLASH存储器中开辟出一小部分空间来作数据存储器，故开辟最后两个扇区用于存储用户设置如用户名、用户密码等，同时还扩展了32K的数据存储器MD62256。选用高集成的以太网控制器RTL8019AS作为网络控制器，选用了跳线工作方式，RTL8019的基地址设计为240H，设计中把RTL8019的地址线SA9与SA15对调过来，这样RTL8019的基地址就为8040H以免产生地址冲突。 三、系统软件设计 1.初始化程序。系统初始化包括读取用户名、用户密码等配置信息，RTL8019初始化，网络初始化并向DHCP服务器申请注册IP，初始化完成启动中断并进入循环不断收集信息和更新页面。 2.以太网数据包处理模块。定时器中断检查数据报和协议状态，当收到数据报即检查其类型字段，仅接收IP数据报（值为0x0800）和ARP数据报（值为0x0806），根据数据报的类型把数据报传递给上一层进行处理。在IP层主要检查数据报的版本、检验和、选项、目的IP是否和本地IP相同等。要注意的是本协议支持多个设备，可以获取多个IP，在IP检查时必须检查所有设备的IP。通过所有检查后根据“协议”字段把数据报传递到上一层（TCP或ICMP）进行处理。 3.TCP数据包处理模块。定义了一个结构体类型socket，它包括∶报头信息（如双方IP，端口，窗口等）、超时信息、接收和发送数据信息、请求连接时要执行的函数过程的指针，数据来临时要执行的函数过程的指针、关闭连接时要执行的函数过程的指针等。考虑到硬件资源我们只定义了50个socket变量并且把使用的socket变量和未用的socket变量分开，分别连接成列表，当有数据传递到这一层时查找与该数据报吻合的socket变量，把相应信息赋予相应的结构体成员，再根据TCP状态（侦听状态，已连接状态或等待状态等）分别调用不同的函数过程进行处理。于是在这一层里所有的数据处理都是根据socket变量来处理，即使本协议栈装载有多个设备获取了多个IP。本层数据出口是socket结构体成员Onreceive即数据来临时要执行的函数过程的指针，由它把数据传递到应用层WEB服务器以进行命令分析和安全检查。 4.系统安全设计。由于单片机的处理能力有限，本系统只设计了简单的防盗链程序，用户在输入用户名与密码时还要输入由本系统产生是6位随机码，同时如果用户在连续3次输入的用户名与密码出错的话系统将会对方IP列入黑名单，在1个小时内不能登录本系统。 四、实验结果和讨论 现场实验表明该设计是一种高性价比的行之有效的设计，下一步准备更换高端CPU、系统支持IPV6，以期申请到广域网地址，无需用NAT穿透，直接在全球范围登陆控制，同时实现更多功能和处理更多数据。 资助项目：广东省科技计划项目（2006、东莞市2006科技计划项目（电子信息２组43号）、东莞理工学院2006年重点创新项目、创新重大专项、重点教改项目。 （作者单位：东莞理工学院电子工程系） 1