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1、 嵌入式 WEB 传感器的网络化接口设计 嵌入式 WEB 传感器的化接口设计嵌入式系统论文 嵌入式 WEB 传感器的化接口设计摘要:介绍了嵌入式传感器的体系结构,提出了化接口中 TCP/IP 协议栈的几种实现方式,着重探讨了基于 TCP/IP 协议栈芯 片 W3100A 的化接口的实现,最后分析了嵌入式 WEB 传感器的 功能的实现。 关键词:嵌入式传感器 化接口嵌入式传感器是在智能传感器的基础上发展起来的具有 功能的新型传感器。其实质是在传统传感器的基 础上实现通信协议接口,将传感器作为节点直接与计 算机通信。它的组成主要有:敏感单元、智能处理单元和 通信协议接口。图为嵌入式传感器的体系结构
2、。传统的传感器在嵌入式 传感器中只占一部分。核心部分是完成信号处理、数据交换 和控制的嵌入式智能单元以及完成数据传输的接口。 整个传感器的工作机理是:传感器将被测物理量转换为电信号,通 过转换为数字信号,经过微处理器的数据处理 (滤波、校准) 后将结果传送给;与的数据交换由基于协议的接口模 块完成。嵌入式传感器的内部存储器存储传感器的物理特征, 如偏移、灵敏度、校准参数等;微处理器实现数据的处理和补偿以 及输出校准;协议实现传感器的直接连接。与传统的 传感器相比,基于的嵌入式传感器更加可 靠、便宜,扩展性更好且可以在内部直接对原始数据加工、处理, 并通过与外界进行数据交换。因而它具有微型化、
3、化和智能化。传感器的化接口实现了对或以太的 互连以进行信息的发布和资源共享。其实现方式是嵌入式传 感器研究的重点。化接口实现的关键在于通信协议的实现。 通信协议的实现方法主要有:采用协议栈移植,针对嵌入式系统,将协议栈移植到系统中,然后调用相关 的函数实现通信;不采用移植方式,参照标准的 协议精简相应的协议层,编写相关的函数完成 简易的通信;采用协议芯片,如芯片, 该方法直接采用硬件方式实现协议,直接对芯片的寄 存器进行设置,实现数据对的传送。本文着重探讨采用 芯片实现嵌入式传感器的化接口的问题。 化 接口的实现 芯片及处理器对其访问的实现是一协议栈芯片,包含的各协议层有: 、和以太协议的数据
4、链路, 以及协议。其工作方式类似于的 。芯片的内部结构示意如图所示。该芯片可选择地支持 接口, 另外还提供一个接口给上层应用层,一个接口给底层 物理层。芯片支持全双工模式,内部带有双口的数据缓冲 区。其封装是脚的。芯片提供寄存器供访问,具体的寄存器分类如下:控制寄 存器(命令、状态及中断);系统寄存器(关地址、子掩码、 地址等);用于数据收、发的指针寄存器;通道操作的通道寄存器。比较重要的几个寄存器如表所示。表 1 寄存器功能和地址示意 图控制寄存器(通道的命令寄存器),用于通道套 接字()的初始化、连接、关闭和数据收发,其设置 如下: 其中,用于设置关、子掩码以及地址 等,位用于通道套接字的
5、初始化、连接、断开、监听以及 数据收发,相应位在命令执行后自动清除。通过套接字协议选择寄 存器设置相应的协议值确定套接字中选用还 是。芯片正常工作必须对其完成相应的初始化。初始化主要是对必要 的寄存器进行相应的设置,这些寄存器包括:关地址寄存器、子掩码寄存器、硬件地址寄存器以及 地址寄存器等。上述寄存器被设置后通过执行控制寄存器 的位激活芯片。 硬件接口及其数据传输图 3 I2C 接口示意图 该芯片提供 了并口和串口两种方式实现与的通信。图为基于的 串口连接方式。其中为传感器中的处理器,以太物理层设备 选用芯片。提供接口与 相连,其中引脚 、0:以及用于数据的接收, 而、:用于数据的发送。 中
6、提供模拟的接口与通信。是串行通信 总线方式,由数据线和时钟线配合完成通信。建立连接的具体过程如图所示。首先完成芯片的 初始化,设置相应通道如通道的协议选择寄存器 为;选择协议,执行通道命令寄 存器中的,同时将 、及置成同 一值;然后执行的和命令 位,如此连接建立。 嵌入式传感器的功能的 实现及其在测控系统中的应用的工作基于客户机服务器模型,由浏览器和 服务器即传感器构成,两者之间采用协议进行通信。 因此在传感器的上层协议应该采用协议。同时要实现浏览 器与嵌入式传感器交互,除了要解决上述通信 协议接口外,在传感器中应提供一个存储相应的页文 件。交互时,通过统一资源定位器( )确定传感器应该为浏览
7、器提供 哪些资源。为了节省空间,通过一种灵活的算法实现。 中的每一个文件都有一个不同的值与之相对 应,存取时很快可以计算出文件的地址。此外,它可以根据页中嵌 入的特殊标志实现动态页。即显示实时采集的数据并进行控制操作。下面是存储在温度传感器中的一个简单的动态页程序,其中的 “”字符用来在页中插入温度的标志,页文件存放在传感器的 里。当用户发出页面请求时,处理器上的程序在打包时,把温度值嵌入到页中的“”字符处,再将页文件添 加相应的头,返回给请求的用户。如此用户将在浏览器上 看到实际的温度显示值。实时温度监视现在的温度是: 如图所示,嵌入式传感器和以太测控关将同时接到以太 上,实现上层终端客户端对其的访问。上层监控级对嵌式传 感器访问采用模式,监控级通过其浏览器实现对嵌入式 传感器的访问。本文所提出的化接口方案是利用硬件芯片实现协议 栈,可以解决当前应用中大量存在的位实现 通信协议的问题。该化接口应用到嵌入式传感器上,很好地 实现了现场级设备对外部的接入,实现了信息的共享和发布,同时 也扩大了控制的半径。该化接口实现方便,具有通用性,应用范围 广。