單片機嵌入式網(wǎng)絡技術以及系統(tǒng)開發(fā)與實現(xiàn)

蘇燕　張建平　阮瑩　曹成虎

【摘要】：在我國計算機技術水平不斷發(fā)展基礎上，單片機嵌入式技術的應用已經(jīng)逐漸廣泛，如果實現(xiàn)單片機嵌入式和互聯(lián)網(wǎng)的有效結合，更有助于顯著提高單片機嵌入式系統(tǒng)的應用空間，促進兩者的共同發(fā)展。本文則對單片機嵌入式互聯(lián)網(wǎng)技術以及系統(tǒng)開發(fā)展開探討。

【關鍵詞】：單片機；嵌入式；互聯(lián)網(wǎng)技術；系統(tǒng)開發(fā)

中圖分類號： TN91 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）05（a）-0000-00

近些年，基于單片機的嵌入式系統(tǒng)獲得廣泛應用，具體包括應用于工業(yè)與智能儀器中的安防系統(tǒng)、探測系統(tǒng)以及信息家電等環(huán)節(jié)，若將因特網(wǎng)連接在嵌入式系統(tǒng)中，則可通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)遠程信息的監(jiān)測、傳達與控制，由此就增加了嵌入式系統(tǒng)設計與開發(fā)機遇。本文則對單片機嵌入式互聯(lián)網(wǎng)技術以及系統(tǒng)開發(fā)展開探討。

1關于單片機嵌入式互聯(lián)網(wǎng)計入技術的理論分析

互聯(lián)網(wǎng)通信期間，存在大量TCP協(xié)議簇，占據(jù)較大系統(tǒng)資源量，若僅僅為單一選擇單片機，則會由于有限的單片機資源特點，導致因特網(wǎng)IP/TCP協(xié)議簇無法實現(xiàn)有效容納。因此，若要使單片機嵌入式網(wǎng)絡技術得以實現(xiàn)，關鍵就是利用單片自身資源處理信息，以此確保信息可以轉變?yōu)橥ㄟ^因特網(wǎng)實現(xiàn)傳輸功能的數(shù)據(jù)包。從嵌入式網(wǎng)絡系統(tǒng)進行分析，計算機技術的應用提升了系統(tǒng)的性能，提高了系統(tǒng)的工作效率，而將單片機技術在嵌入式網(wǎng)絡系統(tǒng)中進行應用，則可以進一步的提升系統(tǒng)的性能，并提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。單片機在嵌入式網(wǎng)絡系統(tǒng)中的應用，可以實現(xiàn)嵌入式網(wǎng)絡系統(tǒng)的多機通信性能等，通過計算機技術、單片機，實現(xiàn)遠距離傳輸通信[2]。在當前的通訊設備和通信技術發(fā)展的過程中，計算機技術、單片機技術等的應用，實現(xiàn)了對單片機技術的應用，課提升了嵌入式網(wǎng)絡系統(tǒng)的性能，為此推動了我國國民經(jīng)濟的發(fā)展，也進一步的滿足了人們對通信系統(tǒng)性能的需求。

2系統(tǒng)性介紹單片機與網(wǎng)卡接口電路

2.1系統(tǒng)設計方案

該系統(tǒng)所選單片機是價格較為偏遠、應用較為廣泛的MCS8051單片機系列，所選網(wǎng)卡為以太網(wǎng)控制器芯片。由于因特網(wǎng)網(wǎng)絡協(xié)議程序代碼比較大，因此除單片機與網(wǎng)卡外，系統(tǒng)還必須加設相關外圍電氣，所加設外圍電氣具體有RAM存儲器與RS232接口，其中RS232接口關鍵是外圍設備與單片機展開數(shù)據(jù)交互的相關接口，RAM存儲器則扮演著數(shù)據(jù)緩存器的角色，該系統(tǒng)功能設計見圖1。

單片機在該系統(tǒng)內(nèi)部的作用主要為對因特網(wǎng)中的數(shù)據(jù)與封包串口內(nèi)部數(shù)據(jù)進行解包，由此就會采用因特網(wǎng)物理媒介向以太網(wǎng)控制芯片中傳輸，以太網(wǎng)控制芯片完成地址接線協(xié)議，會轉接至單片機中，此時的單片機會對TCP/IP的協(xié)議予以執(zhí)行，并消除TCP/IP報頭，并在RS232接口中向采集數(shù)據(jù)系統(tǒng)的相關現(xiàn)場設備移交數(shù)據(jù)，若為現(xiàn)場設備對數(shù)據(jù)進行接收，并向單片機傳輸，則單片機會根據(jù)TCP/IP協(xié)議展開封包，向以太網(wǎng)控制器芯片傳輸數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)卡芯片可以向因特網(wǎng)中傳輸，選擇該方式的因特網(wǎng)與單片可實現(xiàn)彼此數(shù)據(jù)交換，由此就可使網(wǎng)絡遠程控制采集數(shù)據(jù)系統(tǒng)得以實現(xiàn)。

2.2發(fā)揮網(wǎng)卡與單片機接口電路在系統(tǒng)中的作用

單片機嵌入式互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，核心環(huán)節(jié)為單片機，因此，網(wǎng)卡與單片機接口發(fā)揮著極為重要的作用。本研究所闡述的系統(tǒng)所選單片機為8051系列，因為該單片具有較為廣泛的應用范圍，而且價格也比較低，除此之外，該單片機本身也存在較為簡單的結構，在工業(yè)設備中可以在很大程度上降低系統(tǒng)成本，而且在編寫8051系列單片機過程中也較為簡單，便于程序調(diào)試。

2.3其他結構的設計

在基于單片機技術的嵌入式網(wǎng)絡系統(tǒng)的設計中，除了以上的設計之外，還需要的服務端和客戶端的電路進行設計，對系統(tǒng)的整體功能模塊進行設計等。服務端和服務機、客戶端的客戶機其采用的是不同的電路，但是卻是連接在一個電路板上的，客戶機采用的電路，需要編址，而服務機不需要編址，其有一個固定的地址，所以不需要部分的電路[6]。

3單片機中TCP/IP協(xié)議棧的實現(xiàn)

因特網(wǎng)中，TCP/IP協(xié)議為最為核心與根本的協(xié)議，若要在單片機內(nèi)部有效實現(xiàn)嵌入式因特網(wǎng)技術，則就應該使因特網(wǎng)中的TCP/IP協(xié)議得以實現(xiàn)，然而，由于單片機本身具有有限的資源，因此所想使因特網(wǎng)TCP/IP協(xié)議完全實現(xiàn)可能性較小。當前有一些企業(yè)基于嵌入式設備的差異性，將大量商業(yè)嵌入式協(xié)議棧設計出來，其通用性相對比較差，且費用也比較高。若在對單片機嵌入式網(wǎng)絡系統(tǒng)進行設計過程中選擇TCP/IP協(xié)議棧，則該系統(tǒng)則具有較低的性價比，通過對比TCP/IP協(xié)議棧后，該研究所提出的系統(tǒng)設計核心為TCP/IP協(xié)議棧的UIP0.9，該協(xié)議棧在8/16位單片機中較為適用，為小型嵌入式協(xié)議棧，而且在實際設計過程中，UIP0.9主要選擇模塊化，對網(wǎng)絡通信過程中必須適用的協(xié)議機制進行有效保留在很大程度上減少了協(xié)議代碼量，該協(xié)議也會降低系統(tǒng)資源實際要求。所以，TCP/IP協(xié)議棧能夠有效適應單片機嵌入式網(wǎng)絡系統(tǒng)。

4關于單片機主程序的系統(tǒng)性介紹

添加底層設備驅動模塊與應用服務模塊完成后，對UIP進行有效配置后，編寫系統(tǒng)主體結構的過程其實就是在編寫單片機主程序函數(shù)，在編寫單片機主程序函數(shù)時，必須依照用戶實際需求展開，對本研究所提到的單片機嵌入式網(wǎng)絡系統(tǒng)而言，關鍵在于通過以太網(wǎng)，再與因特網(wǎng)相接入，以此使WEB實際應用得以實現(xiàn)。單片機主程序本身包括對系統(tǒng)初始化進行啟動的工作，完成初始化工作后，會持續(xù)性查詢主程序。由于TCP/IP協(xié)議棧編寫期間主要是采用C語言的方式完成，因此，為確保單片機與協(xié)議棧可以便于交換數(shù)據(jù)，應該在編寫單片機主程序期間通過C語言編寫。

總而言之，在我國計算機技術水平不斷發(fā)展基礎上，單片機嵌入式技術的應用已經(jīng)逐漸廣泛，如果實現(xiàn)單片機嵌入式和互聯(lián)網(wǎng)的有效結合，更有助于顯著提高單片機嵌入式系統(tǒng)的應用空間，促進兩者的共同發(fā)展。

參考文獻：

[1] 蔣俊.基于PIC單片機的網(wǎng)絡嵌入式系統(tǒng)研究[D].湖南師范大學，2009：15-16.

[2] 李紅濤，華實.單片機嵌入式Internet技術研究及系統(tǒng)開發(fā)探討[J].電子制作，2014，（8）：174-174，171.

[3] 曹炯清，李文池.物聯(lián)網(wǎng)中嵌入式單片機系統(tǒng)實現(xiàn)WSN的IP傳感器結構設計[J].制造業(yè)自動化，2011，33（23）：139-141.

[4] 季照平.基于單片機ARM嵌入式技術的數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)研究[J].輕工科技， 2015（11）：124-125.

[5] 代禮前.基于PlC18F2455單片機的網(wǎng)絡嵌入式系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J].新技術新工藝， 2012（7）：71-73.

作者簡介：

蘇燕，1981年6月， 女，漢族： 鄭州，碩士研究生，畢業(yè)院校：河北工業(yè)大學，

中級工程師 ，研究方向：嵌入式應用 單位：河南師范大學新聯(lián)學院

張建平，1984年，女，漢族，安徽安慶，本科，畢業(yè)院校：鄭州大學，助教，單位：河南師范大學新聯(lián)學院

阮瑩，1985年，女，漢族，河南南陽，碩士研究生，畢業(yè)院校：河南科技大學，講師，單位：河南師范大學新聯(lián)學院

曹成虎，1987年，男，漢族，河南鄭州，碩士研究生，畢業(yè)院校：福州大學，單位：河南師范大寫新聯(lián)學院