远程智能家电控制系统的研究

河北工业大学硕士学位论文远程智能家电控制系统的研究姓名：王晓玲申请学位级别：硕士专业：通信与信息系统指导教师：王志刚20070101河北工业大学硕士学位论文i远程智能家电控制系统的研究摘要Internet的飞速发展，使得网络应用的可靠性已能满足各个领域的要求。如何通过Internet实现对以单片机应用系统为中心的小型嵌入设备的远程控制，已成为人们越来越关注的研究课题。本文以8位微处理器为核心，提出了一种家电温度控制系统的远程控制解决方案。系统设计由网络接口模块和家电温度控制模块两部分组成。本文概述了智能家电的发展、特点及功能，比较了国内外智能家电的研究现状，通过对远程控制技术和嵌入式Internet研究方案的分析，结合家电控制系统的特点，提出了一种基于8位微控制器的嵌入式Internet解决方案。论文完成了网络接口模块的硬件设计，以及以太网控制器芯片的驱动程序，并且通过对嵌入式TCP/IP协议栈的详细分析，昀终实现了TCP/IP协议在8位微控制器上的裁减和移植，论文中给出了各个协议的数据格式和收发函数的程序流程图。论文还详细阐述了家电温度控制系统的软硬件设计方案。家电控制系统实现了对环境温度的采集和本地显示，以及根据远程主机设定的温度进行本地温度控制的功能，家电控制系统还具有与网络接口模块的串口通信功能，通过接收上位机发送过来的命令和数据，处理并返回当前温度，实现用户对家电的远程监控。通过对网络接口模块进行了测试，测试结果表明系统在局域网内运行比较稳定，达到了预期的效果，也验证了论文提出的嵌入式Internet方案的可行性。关键词：嵌入式Internet，嵌入式TCP/IP，RTL8019AS，远程控制系统，家电控制远程智能家电控制系统的研究iiRESEARCHOFREMOTEINTELLIGENTAPPLIANCECONTROLSYSTEMABSTRACTItissofasttheInternetdevelopthattheappliedcredibilityofnetworkhasalreadybeenabletosatisfytherequestofeachrealm.HowtoimplementtheremotecontrolofembeddedsystemcentredonMCUhasbeenaverypopularresearchsubject.Thepaperputsforwardonemethodtoimplementtheremotecontrolofappliancetemperaturecontrolsystem.Thesystemdesigniscomposedofnetworkinterfacemoduleandappliancecontrolmodule.Thepapersumsupthedevelopment,characteristicandfuctionofintelligentapplianceandcomparesthepresentresearchstatedomesticandinternationalofit.AftertheanalysisoftheremotecontroltechnologyandembeddedInternetandthecombiningthecharacteristicoftheappliancecontrolsystem.,thepaperputsforwardthesolutionofembeddedInternetplatformbasedon8-bitmicrocontroller.Thepapercompletesthehardwaredesignofnetworkinterfacemodule,programmesthedrivingofEthernetcontrollerchipandfinallyimplementsthereductionandtransplantationofTCP/IPprotocolbasedon8-bitmicrocontrollerbytheanalysisofembeddedTCP/IPprotocolindetailedandillustratesthedataformofeachembeddedTCP/IPprotocolstackandtheflowchartofthereceiveandtransmitprocess.Thepaperexpoundsthehardwareandsoftwareschemeofappliancetemperaturecontrolsystem.Theappliancecontrolsystemrealizesenvironmenttemperatureacquisitionandlocaldisplayandtemperaturecontroldependsonthesettingvaluebyremotehost.Also,itcancommunicatewiththeinterfacemodule,receivestheorderanddatafromthehost,disposesandreturnthecurrenttemperaturevalueandrealizesremotemonitoringandcontrolofappliance.Intheendthetestingofthenetworkinterfacemodulehasbeendone.Thetestresultindicatesthatthesystemrunsstablyinthelocalareanetwork,achievestheexpectedeffectiveness,andprovesthepracticabilityofthisembeddedInternetscheme.KEYWORDS:embeddedinternet,embeddedtcp/ip,RTL8019AS,remotecontrolsystem,appliancecontrol河北工业大学硕士学位论文第一章绪论§1-1智能家电概述1-1-1智能家电的出现和发展进入20世纪90年代后期以来，数字化技术取得了迅猛的发展并日益渗透到各个领域。随着Internet向普通家庭生活的不断扩展，消费电子、计算机、通讯一体化趋势日趋明显，智能化家电产品已经开始步入社会和家庭。智能家电由于其安全、方便、高效、快捷、智能化等特点在21世纪将成为现代社会和家庭的新时尚[1]。智能家电指的是将微电脑和通信技术融入到传统的家用电器中，使之智能化并具有网络终端功能，可以随时随地地获取与处理信息的消费电子产品。其重要特征是可以通过Internet传递数字信息。这也使智能家电的出现变成了一种必然，其主要原因如下[2]：⑴客观上有这种需求。从家用电器制造商来说，随着竞争的加剧，他们迫切需要降低成本，提高服务质量。另一方面对用户来说，他们对性能优越、服务方式独特、控制方式方便的新一代家用电器具有浓厚的兴趣，不惜花较多的钱来购买这种智能产品。⑵技术的成熟。随着计算机、网络和通讯技术的成熟，家用电器控制技术的进步，微电子技术的发展都为智能家电的出现创造了条件。⑶社会信息化水平的不断提高，逐渐达到支持智能家电产业大规模发展的水平。计算机网络已经在各种商务、政务的机关、部门和单位广泛普及；而且以计算机网络传送文件、发放通知以及进行各种多媒体处理变得非常普遍，而各种公共设施包括无线网络的手机信息传递、电视、电话、计算机网络的综合业务扩展、娱乐设施的计算机网络应用都日益普遍化。⑷目前的互联网基础设施和技术条件，为智能家电的发展做了必要的准备。千兆社区网，百兆楼宇网已如雨后春笋在全国各地竞相开放，这为智能家电的使用奠定了网络基础。使得智能家电不再成为一种摆设，而成为一种实实在在的享受。为用户大规模购买智能家电起到了巨大的推动作用。1-1-2智能家电的特点同传统的家用电器产品相比，智能家电具有如下特点[3]：⑴网络化功能。各种智能家电可以通过家庭局域网连接到一起，还可以通过家庭网关接口同制造商的服务站点相连，甚至可以同Internet相连，实现信息共享。⑵智能化。智能家电可以根据周围环境的不同自动做出响应，不需要人为干预。例如，智能空调可以根据不同的季节、气候及用户所在地域，自动调整其工作状态以达到昀佳效果。⑶开放性、兼容性。由于用户家庭的智能家电可能来自不同的厂商，智能家电平台必须具有开发性和兼容性。1远程智能家电控制系统的研究⑷节能化。智能家电可以根据周围环境自动调整工作时间、工作状态，从而实现节能。⑸易用性。由于复杂的控制操作流程已由内嵌在智能家电中的控制器解决，因此用户只需了解非常简单的操作。1-1-3智能家电的一般功能智能家电并不是单指某一个家电，而应是一个技术系统，随着人类应用需求和家电智能化的不断发展，其内容将会更加丰富，根据实际应用环境的不同智能家电的功能也会有所差异，但一般应具备以下基本功能[1]：⑴通信功能。包括电话、网络、远程控制/报警等。⑵消费电子产品的智能控制。例如可以自动控制加热时间、加热温度的微波炉，可以自动调节温度、湿度的智能空调，可以根据指令自动搜索电视节目并摄录的电视机/录像机等等。⑶交互式智能控制。可以通过语音识别技术实现智能家电的声控功能；通过各种主动式传感器（如温度、声音、动作等）实现智能家电的主动性动作响应。用户还可以自己定义不同场景不同智能家电的不同响应。例如你可以在电话里告诉智能家居控制器：“晚上5点把花园的灯打开，并把空调设定到25度。”⑷安防控制功能。包括门禁系统、火灾自动报警、煤气泄漏、漏电、漏水等。⑸三表（四表）远程抄收系统。⑹健康与医疗功能。包括健康设备监控、远程诊疗、老人/病人异常监护等。§1-2智能家电的研究现状1994年一家新加坡公司在国内销售的名为“万智能”的多媒体电脑大概算是国内第一个提及的智能家电的雏形，它通过电视卡，将电脑和电视结合起来，也算是一种不错的创意。其后很长的一段时间内，智能家电的产品都没有太多的概念突破和产品突破，直到1998年，微软公司推出了“维纳斯”计划，才掀起了新一轮的高潮。“维纳斯”是一种集成软硬件的机顶盒装置，它通过廉价的费用，使电视成为电脑的显示器，从而实现电脑的互联网应用功能。但是由于机顶盒并不能适应国内市场的应用需要，虽然在微软的强大影响下，电脑厂商也拿出了积极配合的姿态，但在机顶盒装置热闹一阵之后，就趋于势微，并没有形成微软期望的市场规模。但是在这一连串的市场运作之后，直接地影响了家用电脑的大规模普及。而随着家用电脑的开始普及，家用电脑的应用迫切需要扩展。在这个时候，长期观察IT行业的家电企业开始介入电脑制造业，海信、TCL、厦华等企业开始大规模地进入IT行业，在家电领域重量级厂商的影响下，智能家电的概念逐步清晰起来，智能家电的研究和开发出现了新的高潮[4]。2河北工业大学硕士学位论文1-2-1国内研究现状长虹网络回放电视：长虹数字网络回放电视以计算机硬盘为存储介质，采用昀新数字编码技术，将正在播放的电视节目经过数字压缩后自动存储在硬盘上，从而实现回放功能。其长达90小时的存储时间和DVD画质完全取代并超越了传统磁带录像机，营建了一个家庭电视台的真实效果。当两个你都喜爱的节目在不同电视频道同时播放，或因事错过节目播放时间时，你只需提前按一下电视机上的记录键，长虹网络回放电视就会自动“记录”下节目内容。长虹数字网络回放电视系列产品中，还有可以上网、收发E-mail、接收全数字卫星及电缆电视信号、播放DVD碟片等不同功能组合，并可发展成为TV-PC，成为家用娱乐、教育、游戏、网络多媒体中心。该回放组合还可配合CMOS摄像镜头及运动检测技术构成保安黑匣子，广泛用于公安、交通、银行、仓库、居民小区的保安系统，可存储长达三个月的图像监控内容。海尔网络家电：海尔网络家电主要包括微波炉、空调、洗衣机和冰箱。在多次展示会上进行了展示。2001年9月，在青岛举行