用网络芯片PS2000实现智能家电与Internet连接

时间：2007-05-25

摘要：介绍了一种新型的智能网络接口芯片PS2000的结构和原理，以及应用它实现智能化家电与Internet连接。PS2000是Webchip网络接口系列中的重要成员，通过它可以实现智能化家电与ＰＣ机平台的网关接口，使智能化家电通过PS2000上网十分方便，并且设计这样的系统无需熟知网络协议。
关键词：网络接口芯片 Internet Webchip PS2000 MCU Gateway

现在人们正处在信息时代，而Internet已经成为信息社会中很重要的组成部分。Internet技术深入到人们日常生活和工作中使用的电子设备中，可使人们快捷方便地查阅和发布各类信息。同时，人们也希望通过Internet对家用电器进行远程控制。但令人遗憾的是PC机及现有的Internet技术显得过于昂贵，因而并不适用。于是，人们希望开发一种新技术，既能充分利用现有的Internet技术和资源，又能以很低的成本将它应用到各类智能装置和家用电器中去。
如今，各类MCU已经广泛地应用于家用电器中。由于嵌入式微控制器MCU(或称之为单片机)都嵌入在有关的设备中，没有自己独立的外壳，故称该类设备为嵌入式系统。嵌入式系统能够提供一定的服务和控制功能，能够获取、利用一些信息，但如何让这些电子设备跟Internet连接起来，以便人们能够远程获得这些电子设备的信息并控制它们的运行，已成为今天信息界同仁关注的焦点。
目前国内外许多厂家正在研制和推广网络芯片。武汉力源电子股份有限公司研制并具有自主产权的Web接口芯片Webchip PS2000，正是智能装置和家电产品连接Internet的"桥梁"，它可将Internet技术延伸到更为广阔的应用领域。

1 PS2000的结构与原理
PS2000是Webchip网络接口系列中的重要成员，通过它可以实现MCU应用系统与基于PC平台的网关(如emGatewayTM)接口。
PS2000芯片的原理结构图如图1所示。

它主要由控制单元、UART、嵌入式MODEM接口模块、标准MODEM接口模块、RS-485收发控制单元、LED显示控制、DS2401接口、SPI接口模块等组成。
控制单元主要实现通信和协议转换；DS2401接口为电子标签接口，用于连接DS2401集成电路，为电子设备提供电子标识；通过SPI串行接口模块，可与MCU应用系统方便连接；状态显示接口能直接驱动LED；有多种串行通信方式可供选择：可外接RS-232、RS-485、嵌入式MODEM或标准MODEM等接口电路，也可选用RF或IrDA通信方式。PS2000为44脚MQFP封装，采用单5V电源，具有体积小、功耗低、与emGatewayTM的网络协议兼容等特点。
PS2000片内驻留有网络协议解释与网络协议编译程序模块，MCU应用系统与PC机网关交换信息时，由PS2000担任网络协议的解释和转换，通过17条简单的指令进行控制；与PC机网关通信时，负责对网络协议进行规范或解释，由于PC机网关能提供HTTP服务，可以与计算机浏览器(Netscape Internet Explore等)接口，故MCU应用系统通过PS2000上网十分方便，可实现远程数据采集、管理、远程设备控制、在线诊断和服务，以及自动将电子设备、智能仪器仪表、家用电器等连入Internet网络。

2 MCU应用系统与Internet的连接
2.1 PS2000与基于PC平台的网关通信
PS2000与PC机的连接十分灵活，可选用RS-232、RS-485、MODEM之一进行通信1,以满足远程/近程、点对点或点对多点的通信要求，通过PS2000通信控制单元的通信控制字可选择RS-232、RS-485、MODEM通信类型。
2.2 MCUNet协议简介
PS2000内部固化了MCUNet协议，它与emGateway和OSGi协议兼容。MCUNet协议是MCU电子设备与计算机平台上的Gateway建立联系的一种软件协议。MCUNet协议结构简单、功能很强。
MCUNet协议首先规定了一种主从关系，Gateway永远是主叫系统(Master)，而电子设备永远是从系统Slave .Gateway可以授权电子设备回拨(Callback)。
其次，MCUNet定义了电子设备系统的状态性能参数表(Capabilities Table)和变量表(Variables Table)。电子设备与Gateway之间的信息交换过程是建立在MCU系统状态性能参数表和变量表基础上的。
电子设备的系统状态性能参数表的作用是把电子设备系统的一些特性参数告诉Gateway，如系统变量表中变量的个数、变量表所占用的字节数、非易失性存储器的大小、字符串的表达类型(ASCII、UNICODE或其它)等。
电子设备的系统变量表的作用就是把MCU与Gateway之间需要交换的信息罗列出来，通过一个变量表来表达。MCU与Gateway之间的所有交换信息都在这个变量表的表达范围之内。超出变量表的信息，Gateway将不予受理。
2.3 PS2000与MCU接口
MCU应用系统一般都是以单片机为的一个应用系统。以MCS-51单片机为例PS2000与MCS-51单片机的连接如图2所示。

2.4 MCU应用系统与Internet连接的可行方案分析比较
种方案是通过MCU应用系统的单片机内部固化TCP/IP协议。该方案的优点：硬件电路相对简单，也不需要其它中间环节支持便可以直接拨号上网。缺点：由于单片机使用了TCP/IP协议芯片，因此需要大容量的程序存储器，而且要求MCU有较高的运行速度；应用系统的设计人员必须熟悉TCP/IP协议和相关的接口，软件设计复杂，工作量大；另外，每一个电子设备都要申请一个IP地址，而IP地址资源是有限的，而且使用还要付费，成本较高。
第二种方案是利用emWare公司开发的EMIT技术。根据emWare公司的电子设备网络协议，在应用系统的单片机内部使用emNet协议，再通过emGateway与Internet网连接。该方案的优点：由于复杂的网络协议是通过emGateway在PC机上实现的，应用系统MCU只使用较简单的emNet协议，因此对MCU的要求较低。缺点：应用系统设计工程师必须熟悉emNet协议和相关的接口，而且原来客户应用系统的MCU也不一定符合要求，并且软硬件设计的工作量仍然较大；同时，应用系统的单片机处理emNet协议要占用一定的系统资源。
第三种方案是MCU应用系统通过Webchip PS2000网络芯片与Gateway连接，再进入Internet网。PS2000内部固化了MCUNet协议，它与emGateway和OSGi协议兼容。应用系统设计人员完全不必考虑任何网络协议，只需要解释并执行PS2000传送过来的指令和数据就可以实现与Internet网络连接，而MCUNet网络协议由PS2000来完成。同设计UART系统中选用UART接口芯片一样，选用PS2000将电子设备与Internet连接，可以节省MCU的资源，设计更简单。
通过以上比较分析可知，采用第三种方案更为简单方便，而且成本低。

3 应用系统
图3是一个家用空调控制应用系统

在该系统中，为了确定设计的电子设备的ID号是的，需要加入一片由DALLAS公司生产的电子标签，通过这个的ID号区分不同的电子设备。然后确定需要远程控制的变量。现设定4个需要远程控制的变量：设定空调的开关状态；选择空调的工作模式，如制冷、加热、换气等；设定房间温度；设定定时时间。确定了控制变量后，还需要建立一个控制系统的变量表这样只需通过17条简单的指令编写程序就可以实现家用空调与PS2000之间的信息交换。家用空调通过PS2000和emGateway与Internet网方便地连接起来之后，即可通过Internet对家用空调进行远程控制。
Webchip PS2000芯片使各类智能装置和家用电器通过Internet网络实现远程控制和管理变得十分方便；而且使系统的设计更简单，设计人员无需熟知网络协议；同时降低了对应用系统中MCU的性能要求和其它外围设备的硬件需求，减少了应用系统硬件开支，且成本低廉，并缩短了软硬件的开发周期。

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