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以太网远程控制器的设计摘要 21世纪是信息化的世纪，各种电信和互联网新技术推动了人类文明的巨大进步。随着信息技术、计算机网络技术的迅猛发展和广泛普及，越来越多的家庭通过Intemet或Intranet来获得信息和资讯。 当今网络基础设施已经遍及全世界，Intemet接入己不仅局限于个人计算机和工作站，各种电器也可以接入Internet。这得益于最新的数字与网络技术，诸如空调、冰箱、电视、洗衣机等许多消费电子设备以及打印机等办公设备都已成为“网络化”设备，这些设备我们称之为网络家电。 在这样的背景下，提出了一种网络家电系统设计的方案，在本方案中，使用串口转以太网模块ZNE-100PT来实现单片机和计算机之间的以太网连接，就构成了一个简单的家电控制系统，可以让家电控制变得更加方便。ZNE-100PT是周立功公司开发的一款嵌入式网络模块，它内部集成了TCP/IP 协议栈，用户利用它可以轻松完成嵌入式设备的网络功能，节省人力物力和开发时间，使产品更快的投入市场，增强竞争力。本论文提出了一种利用单片机、串口转以太网模块ZNE-100T结合以太网技术实现控制系统远程监控的通用低成本解决方案。现场利用8位51单片机进行继电器的驱动，串口转以太网模块连接至计算机，通过计算机发送数据来对继电器进行控制，通过继电器的运作状态来对家电进行控制。本篇论文讨论了如何让计算机通过以太网来驱动单片机来对家电进行简单的运行，停止状态的控制，为了简化线路，降低成本，我采用了ZNE-100PT串口转以太网模块来对计算机和单片机进行通信，通过单片机驱动继电器来对家电进行状态控制。关键词: 单片机；以太网；控制ABSTRACT21st century is the century of information technology, various new technologies, telecommunications and the Internet to promote the tremendous progress of human civilization.As information technology, computer network technology, rapid development and wide popularity, more and more families through the Intemet or Intranet to access to information and information.Todays network infrastructure has been all over the world, Intemet access have been is not limited to personal computers and workstations, all kinds of electrical appliances can also access Intemet.This is thanks to the latest digital and network technologies, such as air conditioners, refrigerators, televisions, washing machines and many other consumer electronic devices, and printers and other office equipment have become a network of equipment, which we call the network appliance.In this context, proposed a network appliance system design program, in this scenario, the use of serial to Ethernet module ZNE-100PT to achieve the microcontroller and Ethernet connectivity between computers, it constitutes a simpleThe appliance control system that allows control of home appliances have become more convenient.ZNE-100PT is a ZLG developed an embedded network module, which integrates the internal TCP / IP protocol stack, the user can easily enable it to complete the network functionality of embedded devices, saving manpower and resources and development time, faster investment in the market, enhance their competitiveness. This paper presents a microcontroller, serial to Ethernet module ZNE-100T with Ethernet control system for remote monitoring technology to achieve a common low-cost solution. On-site use of 8-bit 51 microcontrollers to relay drivers, serial to Ethernet module is connected to the computer through the computer to send data to the relay control, through the operation of state of the relay control of home appliances.This paper discusses how to make the computer chip to drive through the Ethernet to home appliance to stop operation, simple, in order to simplify the control circuit, reduce cost, I used ZNE 100PT serial turn on the computer and Ethernet module single-chip microcontroller drivers to communicate, through to home appliance to relay controlKeywords: SCM;Ethernet;control 目录前言1第一章 总体方案设计与选择21.1方案设计21.2 方案选择21.3 整体设计框图2第二章 单片机及以太网技术介绍32.1常用单片机介绍32.2 AT89C51单片机介绍42.3 串口转以太网概述6第三章 硬件电路的设计83.1单片机最小系统电路83.2 供电电路93.3 继电器驱动电路93.4 以太网模块电路113.5 单片机和以太网模块连接电路15第四章 系统的软件设计164.1 系统流程图164.2 单片机程序流程17小结18致谢19参考文献20附录1 单片机电路21附录2 程序22前言 21世纪是信息化的世纪，各种电信和互联网新技术推动了人类文明的巨大进步。随着信息技术、计算机网络技术的迅猛发展和广泛普及，越来越多的家庭通过internet来获得信息和资讯。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。如何通过Internet共享以单片机应用系统为中心的小型嵌入式设备的信息，成为当今电子界的热门话题。传统的Internet应用是以PC机为中心，随着Internet技术的飞速发展，人们期望各种嵌入式设备通过Internet联在一起，形成地球的“电子皮肤”，提供更为广泛的资源共享、信息通信和状态控制服务。据网络专家预测，将来在Internet上传输的信息中，有70%的是来自小型嵌入式系统。远程监控是指利用计算机通过网络，实现对远程工业生产的监视和控制。工业生产过程的监控信息接入Internet，在一定条件下就可以通过Internet监视并控制生产系统和现场设备的运行状态和各种参数，控制者就不必亲临现场，这样能够节省大量的人力物力。管理人员可以监视远程生产运行情况，根据经营需要及时发出调度指令;研究机构可以方便地利用本地丰富的软硬件资源对远程对象进行高级过程控制。当今网络基础设施已经遍及全世界，Internet接入已不仅局限于个人计算机和工作站，各种电器也可以接入Internet。这得益于最新的数字与网络技术，诸如空调、冰箱、电视机、洗衣机等许多消费电子设备以及打印机等办公设备都已成为“网络化”设备，这些设备我们称之为网络家电。随着人们工作生活的日益繁忙，人们希望能随时随地控制家电，以增加家庭生活的舒适性，安全性。而根据用户需要随时随地监测安全系统(如盗窃、火灾，煤气泄漏等)和控制家用电器(如空调、冰箱等)变成了人们对家居信息化的追求。数字化家居控制系统的出现使得人们可以通过手机或者互联网在任何时候，任何地点对家中的任意电器(空调、热水器、电饭煲、灯光、音响、DVD录像机)进行远程控制;也可以在下班途中，预先将家中的空调打开、让热水器提前烧好热水，电饭煲煮好香喷喷的米饭等等，而这一切的实现都仅仅是轻轻的点几下鼠标，或者打一个简单的电话。 网络家庭已成为公认的下一个网络革命前沿目标，消费电子技术与Internet的交叉结合将会改变人们的生活方式，网络化电器将融入我们未来的生活。随着计算能力和网络技术的不断进步，全自动化的智能家庭概念已不是可望不可及。不久的将来，我们生活中的所有电器将能够互联并接入Internet。在这样的背景下，提出了一种网络家电系统设计的方案，在本设计中，使用串口转以太网模块来实现单片机和计算机之间的以太网连接，就构成了一个简单的家电控制系统，可以让家电控制变得更加方便。第一章 总体方案设计与选择1.1方案设计设计要求：通过以太网远程控制一个系统。设计思路：本系统为计算机通过以太网控制家用电器的导通，为了简化设计，本系统采用单片机来驱动继电器的导通来控制家电的导通和关断，通过串口转以太网模块ZNE-100PT来实现计算机和单片机之间的以太网连接，通过计算机发送信息来控制单片机驱动继电器，从而进一步对家电的停止运行状态进行控制。1.2 方案选择控制器方案方案一：采用可编程逻辑器CPLD作为控制器。CPLD可以实现各种复杂的逻辑功能、规模大、密度高、体积小、稳定性高、IO资源丰富、易于进行功能扩展。采用并行的输入输出方式，提高了系统的处理速度，适合作为大规模控制系统的控制核心。但本系统不需要复杂的逻辑功能，对数据的处理速度的要求也不是非常高。且从使用及经济的角度考虑我们放弃了此方案。方案二：采用凌阳公司的16位单片机，它是16位控制器，具有体积小、驱动能力高、集成度高、易扩展、可靠性高、功耗低、结构简单、中断处理能力强等特点。从系统的稳定性和编程的简洁性考虑，我们放弃了单纯使用凌阳单片机而考虑其它的方案。方案三：采用Atmel公司的AT89C51单片机作为主控制器，AT89C51是一个低功耗，高性能内核的CMOS8位单片机，片内含8k空间的可反复擦些1000次的Flash只读存储器，具有256bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个IO口，2个16位可编程定时计数器。在此系统我们选择AT89C51单片机芯片。1.3 整体设计框图 第二章 单片机及以太网技术介绍2.1常用单片机介绍STC单片机 STC公司的单片机主要是基于8051内核,是新一代增强型单片机,指令代码完全兼容传统8051,速度快812倍,带ADC,4路PWM,双串口,有全球唯一ID号,加密性好，抗干扰强。 PIC单片机 是MICROCHIP公司的产品,其突出的特点是体积小,功耗低,精简指令集,抗干扰性好,可靠性高,有较强的模拟接口,代码保密性好,大部分芯片有其兼容的FLASH程序存储器的芯片。 EMC单片机 是台湾义隆公司的产品,有很大一部分与PIC 8位单片机兼容,且相兼容产品的资源相对比PIC的多,价格便宜,有很多系列可选,但抗干扰较差。 ATMEL单片机(51单片机) ATMEl公司的8位单片机有AT89、AT90两个系列,AT89系列是8位Flash单片机,与8051系列单片机相兼容,静态时钟模式;AT90系列单片机是增强RISC结构、全静态工作方式、内载在线可编程Flash的单片机,也叫AVR单片机。 PHLIPIS 51PLC系列单片机(51单片机)PHILIPS公司的单片机是基于80C51内核的单片机,嵌入了掉电检测、模拟以及片内RC振荡器等功能,这使51LPC在高集成度、低成本、低功耗的应用设计中可以满足多方面的性能要求。 HOLTEK单片机台湾盛扬半导体的单片机,价格便宜,种类较多,但抗干扰较差,适用于消费类产品。TI公司单片机(51单片机)德州仪器提供了TMS370和MSP430两大系列通用单片机.TMS370系列单片机是8位CMOS单片机,具有多种存储模式、多种外围接口模式,适用于复杂的实时控制场合;MSP430系列单片机是一种超低功耗、功能集成度较高的16位低功耗单片机,特别适用于要求功耗低的场合。松翰单片机（SONIX） 是台湾松翰公司的单片，大多为8位机，有一部分与PIC 8位单片机兼容，价格便宜，系统时钟分频可选项较多，有PMW ADC 内振 内部杂讯滤波。缺点RAM空间过小，抗干扰较好。2.2 AT89C51单片机介绍为了简化设计，我们这里选取ATMEL公司的89C51单片机，AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 图2.2 AT89C51单片机管脚图2.2.1主要特性：表2.1 89C51单片机特性标准MCS-51内核和指令系统片内8kROM(可扩充64kB外部存储器)32个双向I/O口256x8bit内部RAM(可扩充64kB外部存储器)3个16位可编程定时/计数器时钟频率3.5-12/24/33MHz向上或向下定时计数器改进型快速编程脉冲算法6个中断源5.0V工作电压全双工串行通信口布尔处理器4层优先级中断结构兼容TTL和CMOS逻辑电平空闲和掉电节省模式PDIP(40)和PLCC(44)封装形式帧错误侦测自动地址识别2.2.2管脚说明：VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：P3.0 RXD（串行输入口）；P3.1 TXD（串行输出口）；P3.2 /INT0（外部中断0）；P3.3 /INT1（外部中断1）；P3.4 T0（记时器0外部输入）；P3.5 T1（记时器1外部输入）；P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）；P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）。P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。2.2.3振荡器特性：XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。2.2.4芯片擦除：整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。在本系统设计中我们用到的是串口转以太网技术，下面介绍串口转以太网技术的关键。2.3 串口转以太网概述串口转以太网目前可以采用串口转以太网模块来实现，变得非常简单易用，但是在该技术中出现的一些新问题、使用误区需要引起注意。串口转以太网并不是简单传输媒介的变化，而是串口到TCP/IP的协议转化。其中关系到的关键技术包括：TCP/IP的工作模式问题、串口分帧技术、9位技术。这里详细分析这些串口转网口的技术。2.3.1串口转网口关键技术一：TCP/IP的工作模式问题串口转以太网，并不是简单物理层和数据链路层的转化。由于串口协议本身不具有网络层和传输层，串口转以太网，实际是将串口的数据作为TCP/IP的应用层数据，用TCP/IP封装传输的方式。TCP/IP的应用层数据是TCP/IP所要传送的真正有效的数据。例如用户通过socket的recv（）和send（）函数接收和发送的实际是应用层数据。这样通过串口转TCP IP用户就可以用recv（）和send（）函数收发串口数据了。 但是TCP/IP并不只是recv（）和send（）这么简单，根据工作模式的不同，它关系到连接、关闭、监听等，这是串口转网口后需要增加处理的部分。TCP IP的工作模式可以分为：TCP服务端模式（TCP Server）、TCP客户端模式（TCP Client）、UDP模式。UDP模式：UDP模式是基于非连接的模式，只要有数据发送即可发送，不需要事先连接。所以这种模式更加地接近于串口的通信方式。但是UDP协议无法保证数据不丢失，容易产生误码。TCP模式：TCP模式采用数据可靠传输机制，所以可以保证数据基本不误码、不丢失。在TCP通信中，必然是由通信的两端构成，其中一方是TCP客户端，一方是TCP服务端。TCP客户端和TCP服务端的概念可以用电话来类比。TCP客户端是打电话的人，而TCP服务端是接电话的人。如何选择TCP/IP的工作模式？TCP与UDP的选择：尽量选择TCP模式，特别是经过internet的大数据量传输，udp容易误码和丢失。选择TCP客户端还是TCP服务器端：请遵循以下原则： 原则一：发起数据发送的一方应该选择为客户端。例如一个数据采集系统，采集终端应该为客户端。这是因为当TCP连接断开的情况下，客户端能够在需要发送数据的时候主动建立连接。而TCP服务端，只能够被动地接受连接，使得数据无法发送出去。 原则二：IP或者域名固定的一方为服务器端。例如在有多个数据采集终端，而只有一个中心服务器的情况下，中心服务器应该为服务端。这是因为，中心服务器的IP或域名一般是固定的，而采集终端的IP是不断增加和变化的。中心服务器难以记住所有的采集终端的IP，所以也难以发起连接；而采集终端寻找中央服务器就比较容易。2.3.2.串口转网口关键技术二：串口分帧技术串口数据是可以连续不断发送的，而以太网数据则是以数据包为单位发送的。这样就关系到将多长的串口数据打包后作为一个以太网数据包发送的问题。数据包长度：以太网数据包最长1500多字节，所以在串口转网口转发器收到1500字节后必须将其打包发送。用户可以设定这个数据包长度上限。数据包间隔：除了数据包长度作为串口分帧的规则外，一个更为符合逻辑的方法是通过数据包间隔。当串口转TCP IP转发器发现的串口数据流中出现了T毫秒的空闲时间时，则认为之前收到的串口数据可以作为一个以太网数据包发送了，这里的T就是用户设定的数据包间隔。2.3.3串口转网口关键技术三：9位技术以太网数据是以字节Byte计算的每个字节都是8位，但是串口数据则有可能出现9位，第9位常常用于区分是地址帧还是数据帧，1表示地址帧0表示数据帧。那么在当串口转化为以太网之后，如何将第9位也传送出去就成了一个关键技术。在众多的串口转网口方案中都是将第9位直接舍弃的，目前据了解上海卓岚信息科技的方案具有快速地适应9位的功能，其实现方法中采用了称之为RealCom的协议。由于增加了第9位，所以串口数据不能够直接透明地转化为TCP IP应用层数据，realcom 协议将串口数据打包之后整个作为TCP IP的应用数据传输。这样可以在realcom协议的协议头部加入该数据包的9位是1还是0的信息，从而实现了9位传输技术。第三章 硬件电路的设计将整个系统分成五个模块来设计，即单片机最小系统，供电电路，继电器驱动电路，以太网模块电路，单片机和以太网模块的连接电路。3.1单片机最小系统电路单片机的最小系统由89C51单片机芯片，晶振电路和复位电路组成，图3.1为单片机最小系统。图3.1 单片机最小系统3.1.1复位电路复位电路产生复位信号，复位信号送入RST后还要送至片内的施密特触发器，由片内复位电路在每个机器周器的S5P2时刻对触发器输出采样信号，然后由内部复位电路产生复位操作所要的信号。一般的复位电路可分为上电自动复位和按键复位，我们采用的是按键复位，按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中按键电平复位是通过使复位端经按键与Vcc电源接通而实现的，其电路图如图中所示。3.1.2晶振电路8051单片机的振荡器输入分别由引脚19（XTAL1）和引脚18（XTAL2） 来完成。只要将这两个引脚外接石英晶体和陶瓷电容，如上图所示， 就可与CPU 内部组成完整的振荡电路。89C51单片机的一个机器周期含有6 个状态周期，而每个状态周期为2 个振荡器周期，因此一个机器周期共有12 个振荡周期，如振荡器的频率为12MHz，一个振荡器周期为1/12 微秒，而一个机器周期为1 微秒。3.2 供电电路电压通过桥式整流装置、电容滤波、LM7805稳压输出、利用发光二极管指示电源电路工作状态，电源电路的原理如图3.2所示。 图 3.2 单片机供电电路本系统采用9V变压器供电，9V电源经过二极管路桥式整流，前面的9V用于继电器的工作电压,C8用于滤除由市电引入的高频干扰，电容Cap滤掉高频杂波后送入LM7805第1脚，第2脚接地，第3脚输出稳定的电压，电压为5V。C10进一步滤除高频干扰，C11再滤波得到稳定5V电压，供给电路工作，发光二极管D10是电源指示灯，R3是发光二极管的限流电阻，阻值的范围是（5101K）,发光二极管的正常工作电流为10mA。 电源是所有电气设备的灵魂，也是我们整机电路设计的重点。因为没有它，我们无论再完美、再有用的电路都不能工作，所以我们在每时每刻都必须把它记于心。所以在制作的时候，我们都一定要先做电源电路，且要保证成功。 3.3 继电器驱动电路3.3.1继电器的工作原理与分类继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。在大多数的情况下，继电器就是一个电磁铁，这个电磁铁的衔铁可以闭合或断开一个或数个接触点。当电磁铁的绕组中有电流通过时，衔铁被电磁铁吸引，因而就改变了触点的状态。继电器一般可以分为电磁式继电器、热敏干簧继电器、固态继电器等，图3.3为继电器的实物图。电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。热敏干簧继电器是一种利用热敏磁性材料检测和控制温度的新型热敏开关。它由感温磁环、恒磁环、干簧管、导热安装片、塑料衬底及其他一些附件组成。热敏干簧继电器不用线圈励磁，而由恒磁环产生的磁力驱动开关动作。恒磁环能否向干簧管提供磁力是由感温磁环的温控特性决定的。固态继电器是一种两个接线端为输入端，另两个接线端为输出端的四端器件，中间采用隔离器件实现输入输出的电隔离。图3.3 继电器实物图固态继电器按负载电源类型可分为交流型和直流型。按开关型式可分为常开型和常闭型。按隔离型式可分为混合型、变压器隔离型和光电隔离型，以光电隔离型为最多。在此，我们以电磁继电器为例，介绍其用法。3.3.2继电器的控制电路在单片机系统中继电器的控制一般通过一个三极管来驱动，典型的驱动电路如图3.4。图3.4 继电器驱动电路图3.4继电器电路中一般都要在继电器的线圈两头加一个二极管以吸收继电器线圈断电时产生的反电势，防止干扰，9V电压由供电电路提供。上图中AB为常开触点，AC为常闭触点。图3.4中当控制信号为高电平时，继电器常开触点吸合（AB导通），当控制信号为低电平时，继电器常开触点断开常闭触点吸合（AC导通）。D7为运行信号灯，继电器导通时信号灯亮，反之则不亮，这里设计的控制系统上就是采用这个电路。3.4 以太网模块电路为了使设计简便，易于操作，所以在这里我们选用广州周立功单片机开发公司开发的串口转以太网模块ZNE-100PT，该模块具有以下特点。ZNE-100PT 是周立功公司开发的一款嵌入式网络模块，它内部集成了TCP/IP 协议栈，用户利于它可以轻松完成嵌入式设备的网络功能，节省人力物力和开发时间，使产品更快的投入市场，增强竞争力。3.4.1功能特点l Serial (TTL) to 10M Ethernet Serial 最大波特率为115200 bps;l 可利用Web browser 和Windows utility 轻松进行设定;l TCP Server,TCP Client, UDP, Real COM ,Group 组播,TCP Auto 等作业模式;l 支持动态(DHCP) ;或静态获取IP 地址;l 提供5 个可控制I/O 口;l 尺寸小（47.735.4mm);3.4.2产品特性l 32 位ARM7 CPU;l 16KB RAM;l 128KB FLASH;l 10M 以太网接口使用排针方式引出;l 1.5KV 电磁隔离;l 串口TTL 电平方式波特率300115200 bps;l 串口任意校验;l 串口数据位5,6,7,8 可设定;l 串口停止位1,2 位可设定;l 支持TCP/IP 协议包括ETHERNET ARP IP ICMP IGMP UDP TCP HTTP DHCP;l 工作方式可选择为TCP Server, TCP Client, UDP, Real COM driver,GroupMode,TCP Auto 组播地址工作端口目标IP 和端口均可设定支持PairConnection 对连方式工作;l 提供5 个可控制I/O 可通过网页控制或TCP 控制控制端口任意设定;l 提供Real COM driver 模式下的管理软件可动态修改串口参数真正实现虚拟串口;l 提供Group Mode 组播模式下的数据分组广播实现多机通讯轻松实现RS485网络到以太网的升级;l 提供串口起始字节和结束字节分包功能;l 可使用配置工具ZnetCom Utility for Windows98/me/NT/2000/XP 进行配置;l 另外提供通用配置函数库方便用户使用VC VB Delphi 和C+ Builder 开发应用程序;l 可使用网页浏览器进行配置;l 输入电压 5V DC;l 功耗低最大工作电流38 mA;l 工作温度065C;l 保存温度2585C;模块实物如下图3.5：图3.5 以太网模块实物图下面我们分别介绍 ZNE-100PT模块的外引管脚。从俯视图图3.6我们可以看出ZNE-100PT模块有两排外引管脚一排是8针，一排是7针，外边排针的最上方引脚为模块的引脚1，依次往下是2 ，8引脚里边最上方是最后一个引脚17脚。另外图3.6显示ZNE-100PT模块的上方有3个孔,它们是用于恢复出厂设置值和升级固件的。我们就称之为内部设置孔。 图 3.6 ZNE-100PT 模块俯视图图 3.7 管脚排列图表 3.1 ZNE-100PT 模块管脚名称表 3.1中的TXD，RXD是串口信号,TTL3.3V输出；管脚46为LED信号方向为输出；485_TXD_EN 是485发送控制端，方向为输出，保证RS485半双工传输，发送数据时为高电平，接收数据为低电平；nRST模块复位脚，低电平有效，在该管脚输入一大于20us的负脉冲，模块复位（模块内部有上电复位电路该管脚可悬空）；GPIO0GPIO4是可控制I/O口。RJ45 接口接口管脚排列如图3.8。图3.8 RJ接口图3.5 单片机和以太网模块连接电路ZNE 系列模块的串行信号有三个：RXD、TXD 和485W/R。RXD 为模块的接收信号脚、TXD 为模块的发送信号脚、485W/R 为RS485 串行模式是控制485 收发的使能脚。ZNE-10和ZNE-10T 的信号电平为5V TTL 电平，而其他（如ZNE-100T、ZNE-100TI、ZNE-100PT、ZNE-200T 等）模块的信号电平都是3.3V 的TTL 电平，但它们都可承受5V 的电压。本系统采用的模块为ZNE-100PT，所以我们可以采用TTL方式通讯。当模块要嵌入到用户的设备中，并且负责与模块串口通讯的 CPU 与模块的距离很近的时候，用户可选择TTL 方式直接通讯。具体连接设计如图3.9 所示。图3.9 单片机和模块连接图为保护模块的 CPU 管脚，应在通信引脚之间串一个限流电阻（注意：这个限流电阻是必须的，否则有可能会烧坏模块CPU 的UART 部件管脚）。同时为匹配模块与用户CPU 的电平，可在TXD 和RXD 引脚上分别挂一个上拉电阻（阻值不能适中即可）。选择 TTL 方式直接通讯，有几个弊端，一是当电平经过传输线路衰减，达到UART 触发电平时，容易造成接受错误（这种错误双向的）。再是此方式的抗干扰能力差，容易受外界干扰，引起数据接收错误。另外还有RS232方式通讯，RS485方式通讯和RS422通讯，这里不做讨论。第四章 系统的软件设计4.1 系统流程图计算机驱动单片机的主程序流程如图，分为三大部分：初始化部分、收发信息部分、继电器动作部分。初始化部分：初始化操作将P23P25设置为输出端，用以控制继电器。必要时还要有对应的输入端设置和PWM端口设置等。收发信息部分：收发信息部分完成的工作就是计算机与单片机的信息传输，计算机将指令通过串口转以太网模块发给单片机，进而通过单片机驱动继电器。继电器动作部分：继电器动作部分由单片机直接控制，继电器的动作直接影响着家电的运行状态，控制着家电的运行状态。图4.1系统流程图1代表连接继电器的管脚为高电平。2代表连接继电器的管脚为低电平。4.2 单片机程序流程单片机AT89C51是整个系统控制的核心部件，起着控制继电器运行状态的作用。其程序控制框图如图4.2。图4.2 单片机流程图小结本文简要介绍了与以太网控制技术领域的研究现状，还有基于AT80C51芯片为控制核心以太网控制系统的设计思路以及相关的介绍。第一部分首先对本次毕业设计的目的及意义做了简要的介绍，然后概述了串口转以太网技术的发展概况。第二部分详细介绍了本次毕业设计涉及的各方面知识，包括所选硬件资料及特点以及单片机的相关介绍。第三部分论述了以太网控制器的硬件设计以及各模块的工作原理。最后则是关于以太网控制器的软件设计。本设计中，依据以太网控制系统的总体结构，整个控制系统由单片机最小系统、以太网模块系统、继电器驱动系统三大部分组成。由于本人开发经验善浅，加上时间和调试环境的制约，以太网控制器的研制工作中还存在着许多需要完善和进一步研究的问题。比如原先计划加入的延时系统，。还有以太网控制器的继电器控制会因为上电一瞬间吸合，这个也是目前系统需要解决的问题之一。因此，在接下的改进工作中，应使继电器上电不吸合，对于软件系统，还可以工业以太网控制系统控制的方向发展。 致谢在这次毕业设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学。 在此更要感谢我的导师胡佳文，是你的细心指导和关怀，使我能够顺利的完成毕业论文。在我的学业和论文的研究工作中无不倾注着老师们辛勤的汗水和心血。胡佳文老师的严谨治学态度、渊博的知识、无私的奉献精神使我深受启迪。从尊敬的导师身上，我不仅学到了扎实、宽广的专业知识，也学到了做人的道理。在此我要向我的导师胡佳文致以最衷心的感谢和深深的敬意。参考文献1魏振春，韩江洪，张建军，张利.智能家居远程控制系统的设计.合肥工业人学学报(自然学版)，2005，28(7):751一754.2贾少锐，薛红梅，李永刚.网络家电控制系统的设计与研究.邢台职业技术学院学报，2005，(22).3凌阳大学计划.以太网控制器函数说明./.200许皑冬，王宏，杨志家.基于以太网的工业控制网络.信息与控制，2000，(2):182一186.5吴爱国等.工业以太网的发展现状.信息与控制，2003，32(5):458一461.6黄克强，基于家庭网络的智能家电，家电科技，2004，（1）：5152.7康华光等，电子技术基础M：高等教育出版社，2001.8王廷尧等，以太网技术与应用j：人民邮政出版社，2005.9李信江等.远程监控技术在信息家电领域的研究与应用.计算机工程与应用，2003.(17)10中国电子网 http:/www.21ie.eom/.2001求是科技.单片机通信技术与工程实践M:邮电出版社，2005.12ROSENBERG L SCHULZRINNE H，CAMANILO G.SIP:Session initiationprotoeol。1.EB/OL(2006一03一10)2002一06一30ftp:/ftp.rfe一/in一notes/rfe3261.txt.13ROACH A B.Session Initiation Protoeol(SIP)一Speeifie Event Notifieation.EB/OL(2006一03一10)2002一06一30 ftp:/ftp.rfe一/in一notes/rfe3265.txt.14赵海，嵌入式Internet-21世纪的一场信息技术革命M. 北京:清华大学出版社,2001.15葛永明,等，嵌入式系统以太网接口的设计J电子技术应用,2002.附录1 单片机电路附录2 程序设置串行口 波特率9600;串行口设置MODE1，SM1=0，REN=1,SMOD=1;晶振11.0592,定时设置为0FDH;常用端口设置参数;FD 9600;FA 4800;F4 2400;E8 1200;-;ORG 00HJMP STARTORG 23HJMP UARTORG 30HSTART: MOV SP,#70HMOV SCON,#50HMOV TMOD,#00100001B ;TIM1在模式2 TIM0在模式1MOV TH1,#0F4H ;设置定时时间SETB TR1 ;启动定时器1SETB ES ;允许串口中断SETB EA ;允许总中断MOV P0,#0 ;P0、P2输出低电平JMP $ ;等待状态;*;串行口中断;*UART: PUSH ACCPUSH PSWCLR ES ;关闭串行口中断MOV TH0,#HIGH(65536-65536)MOV TL0,#LOW(65536-65536)SETB TR0 ;开定时器0MOV 30H,#00 ;同步位MOV 31H,#00 ;数据1MOV 32H,#00 ;数据2MOV 33H,#00 ;结束位MOV R0,#30HREC: jbc tf0,FS ;接收时间是否超时？是则执行FSJNB RI,REC ;接收数据CLR RIMOV A,SBUFMOV R0,AINC R0JMP RECFS: CLR TR0 ;关定时器0;* CALL FUN ;解码并控制继电器SETB ES ;开串行口中断POP PSWPOP ACCRETI ;中断子程序返回;*;解码并控制继电器;下面的程序可以更简洁，但为了方便，展开来编制;*FUN: MOV A,#0AH ;判断第1字节即同步位CJNE A,30H,ERRMOV A,#0DH ;判断第4字节即结束位CJN