Palabras clave: Interfaz de red de sensores de red integrados
El sensor WEB integrado es un nuevo tipo de sensor con funciones de Internet desarrollado sobre la base de sensores inteligentes. Su esencia es implementar la interfaz del protocolo de comunicación de red TCP/IP sobre la base de sensores tradicionales y utilizar sensores como nodos de red para comunicarse directamente con la red informática. Se compone principalmente de una unidad sensible, una unidad de procesamiento inteligente y una interfaz de protocolo de comunicación TCP/IP.
La Figura 1 muestra la arquitectura del sensor WEB integrado. Los sensores tradicionales solo representan una parte de los sensores WEB integrados. La parte central es la unidad inteligente integrada para el procesamiento de señales, el intercambio y control de datos y la interfaz de red TCP/IP para la transmisión de datos. El mecanismo de funcionamiento de todo el sensor es: el sensor convierte la cantidad física medida en una señal eléctrica, la convierte en una señal digital a través de A/D, y el microprocesador realiza el procesamiento de datos (filtrado, calibración) y luego transmite el resultado al red basada en el protocolo TCP/IP El módulo de interfaz de red completa el intercambio de datos con la red. La memoria del sensor WEB integrado almacena las características físicas del sensor, como compensación, sensibilidad, parámetros de calibración, etc. El microprocesador implementa el procesamiento y compensación de datos, así como la calibración de salida; el protocolo TCP/IP implementa la conexión de red directa del sensor. En comparación con los sensores tradicionales, los sensores WEB integrados basados en Internet tienen mayor confiabilidad, menor costo y mayor escalabilidad. Pueden procesar y procesar directamente datos sin procesar internamente e intercambiar datos con el mundo exterior a través de Internet. Por tanto, es miniaturizado, conectado en red e inteligente. La interfaz de red del sensor realiza la interconexión con Internet o Ethernet para realizar la liberación de información y el intercambio de recursos. Su implementación es el foco de la investigación de sensores WEB integrados.
La clave para la implementación de la interfaz de red radica en la implementación del protocolo de comunicación TCP/IP. Los principales métodos para implementar el protocolo de comunicación TCP/IP son: utilizar el trasplante de pila de protocolos, trasplantar la pila de protocolos TCP/IP al sistema integrado y luego llamar a funciones API relevantes para implementar la comunicación de red en lugar de trasplantar, consulte el TCP estándar; /Protocolo IP, simplifique la capa de protocolo correspondiente, escriba funciones API relevantes y complete una comunicación TCP/IP simple. Este método utiliza chips de protocolo, como el chip W3100A, para implementar directamente el protocolo TCP/IP a través del hardware y configurar directamente el chip; Se registra y realiza la transmisión de datos a la red. Este artículo se centra en el problema del uso del chip W3100A para implementar la interfaz de red del sensor WEB integrado.
1 Implementación de la interfaz de red
1.1 Implementación del chip W3100a y su acceso al procesador
W3100A es un chip de pila de protocolo TCP/IP, que incluye varias capas de protocolo: Enlace de datos DLC, protocolo MAC de protocolos TCP, IP, UDP, ICMP y Ethernet. Funciona de manera similar a la API Socket de Windows. La estructura interna del chip se muestra en la Figura 2.
El chip admite opcionalmente la interfaz MCU Intel/Motorola y también proporciona una interfaz I2C para la capa de aplicación superior y una interfaz MII para la capa física inferior. El chip admite el modo full-duplex y tiene un búfer de datos SRAM interno de doble puerto. Viene en un paquete LQFP de 64 pines.
El chip proporciona registros para que MCU acceda. Los registros específicos se clasifican de la siguiente manera: registros de control (comandos, estado e interrupciones) registro del sistema (dirección de puerta de enlace, máscara de subred, dirección IP, etc.); registros de canal para recepción y transmisión de datos;
Varios registros importantes se muestran en la Tabla 1.
Tabla 1 Función de registro y diagrama de direcciones
Función de tipo de dirección de nombre de registro
C0 _ Cr ~ C3 _ Cr 0x00 ~ 0x03 el registro de control completa el socket del canal correspondiente Inicialización, conexión, apagado y envío y recepción de datos.
C0_ISR ~ C3_ISR 0x04 ~ 0x07 resultados del comando del socket del registro de control
IR 0X08 socket del registro de control e interrupción de la recepción de datos para cada canal.
El registro de control IMR 00X09 controla la habilitación de máscara de cada interrupción.
Los registros del sistema Gar0x80 ~ 0x83 se utilizan para configurar la dirección de puerta de enlace predeterminada.
Registro de control del sistema SIPR 0x8e ~ 0x91, utilizado para la configuración de la dirección IP.
RW_PR tiene 3 bytes por registro. Consulte W3100A para conocer la dirección específica. El registro de puntero en la hoja de datos recibe el puntero de cola de los datos y el puntero de cola se ajusta automáticamente de acuerdo con el tamaño de los datos.
El registro puntero RR_PR recibe el primer puntero de datos.
El registro puntero TW_PR transfiere el puntero de cola de los datos.
El registro de puntero TR_PR transfiere el puntero de datos actual de los datos.
El registro de puntero TA_PR indica el primer puntero para enviar datos.
SSR C0:0xa 0; C1: 0XB8
C2:0xd 0; Estado del socket del canal correspondiente en C3: registro de canal 0XEB
SOPR C0 : 0xa 1; C1: 0XB9
C2:0xd 1; Selección de protocolo del canal correspondiente en C3: registro de canal 0XE9
Se utiliza el registro de control C0_Cr (registro de comando del canal 0). Para la inicialización, conexión, cierre y envío y recepción de datos del socket del canal 0, las configuraciones son las siguientes:
Sys_init se usa para configurar la puerta de enlace, la máscara de subred y la dirección IP, y los bits 1 ~ 6 son utilizado para el canal 0 Para la inicialización, conexión, desconexión, monitoreo y envío y recepción de datos del socket, los bits correspondientes se borran automáticamente después de ejecutar el comando. Establezca el valor del protocolo correspondiente a través del registro de selección de protocolo del socket C0_s0pr para determinar si se selecciona TCP o UDP en el socket.
El chip debe inicializarse para su funcionamiento normal. La inicialización consiste principalmente en configurar los registros necesarios, que incluyen: registro de dirección de puerta de enlace GAR, registro de máscara de subred SMR, registro de dirección de hardware SHAR y registro de dirección IP SIPR. Después de configurar el registro anterior, active el chip ejecutando el bit 0 Sys_init del registro de control CR.
1.2 Interfaz de hardware y transmisión de datos
Figura 3 Esquema de la interfaz I2C
El chip proporciona un puerto paralelo y un puerto serie para realizar la comunicación con el microcontrolador. La Figura 3 muestra el modo de conexión del puerto serie basado en I2C. Entre ellos, el procesador del sensor usa MCU y el dispositivo de capa física Ethernet usa el chip RTL8201. W3100A proporciona una interfaz MII para conectarse a RTL8201, en la que los pines RX_CLK, RXDV, RXD[0:3] y COL se utilizan para recibir datos, y los pines TX_CLK, TXE y TXD[0:3] se utilizan para enviar datos . La MCU proporciona una interfaz I2C analógica para comunicarse con W3100A. I2C es un método de bus de comunicación en serie y la comunicación se completa mediante la cooperación de la línea de datos SDA y la línea de reloj SCL.
El proceso específico de establecimiento de una conexión TCP se muestra en la Figura 4. Primero complete la inicialización TCP/IP del chip, configure el registro de selección de protocolo C0 _ SOPR de los canales correspondientes, como el canal 0 a 0x 001, seleccione el protocolo TCP, ejecute Socket_Init en el registro de comando del canal 0 C0 _ Cr, configure C0; _ TW _ PR, C0_TR_PR, C0_TA_PR se establecen en el mismo valor, luego se ejecutan los bits de comando de conexión y monitoreo de C0_Cr y se establece la conexión TCP.
Realización de la función WEB del sensor WEB incorporado y su aplicación en el sistema de medición y control
El trabajo WEB se basa en el modelo cliente/servidor, que consta de un navegador WEB y un servidor WEB (es decir, sensores) que se comunican entre sí mediante el protocolo HTTP. Por lo tanto, el protocolo de capa superior del sensor debe adoptar el protocolo HTTP. Al mismo tiempo, para realizar la interacción entre el navegador y el sensor web integrado, además de resolver la interfaz del protocolo de comunicación TCP/IP anterior, también se debe proporcionar una EEPROM en el sensor para almacenar el archivo WEB correspondiente. Al interactuar, HTTP determina qué recurso debe proporcionar el sensor al navegador a través de la URL del localizador uniforme de recursos. Para ahorrar espacio, se utiliza el algoritmo Hush flexible.
Cada archivo en EEPROM tiene un valor de silencio diferente correspondiente y la dirección del archivo se puede calcular rápidamente al acceder. Además, también puede implementar páginas web dinámicas basadas en símbolos especiales incrustados en las páginas web. Es decir, se muestran y controlan los datos recopilados en tiempo real.
El siguiente es un programa de página web dinámico simple almacenado en el sensor de temperatura, en el que se utiliza el carácter "@" para insertar la marca de temperatura en la página web y el archivo de la página web se almacena en el EEPROM del sensor. Cuando un usuario envía una solicitud de página, el programa en el procesador incorpora el valor de temperatura en el carácter "@" de la página web durante la encapsulación TCP y luego agrega el encabezado HTTP correspondiente al archivo de la página web y se lo devuelve al usuario que hizo la solicitud. De esta manera, el usuario verá el valor de visualización de temperatura real en el navegador.
< HTML
< HEAD
< title >Monitoreo de temperatura en tiempo real
< center >La temperatura actual es: < font size =+2 color = # ff99ff > @
< BR
Como se muestra en la Figura 5, el sensor WEB integrado y la puerta de enlace de control y medición Ethernet se conectarán al Ethernet al mismo tiempo para realizar el acceso del cliente al terminal de red de la capa superior. El nivel de monitoreo superior utiliza el modo B/S para acceder a los sensores WEB integrados, y el nivel de monitoreo accede a los sensores WEB integrados a través de un navegador.
La solución de interfaz de red propuesta en este artículo utiliza chips de hardware para implementar la pila de protocolos TCP/IP, lo que puede resolver el problema de una gran cantidad de microcontroladores de 8 bits en las aplicaciones actuales que implementan la comunicación TCP/IP. protocolo. La aplicación de interfaces en red a sensores WEB integrados permite que los dispositivos a nivel de campo accedan a redes externas, permite compartir y publicar información y amplía el radio de control. La interfaz de red es fácil de implementar, tiene una gran versatilidad y se utiliza ampliamente.
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