微控制器与服务器之间的通信需要在单片机内部实现TCP/IP协议，当8位MCU接入以太网时，由于系统资源的有限性很难实现完整的TCP／IP协议。网络层微控制器的功能主要包括传输现场数据和接收远程控制命令，数据量较少且格式简单，故对TCP／IP协议进行裁减。精简协议栈时只保留链路层的地址解析协议、网络层的IP协议、差错报文控制协议和传输层的TCP协议，且对需要实现的协议只实现必需的算法部分。TCP/IP协议采用了4层结构：应用层、传输层、网络层和链路层。图5描述了输入输出数据包流程和精简的TCP/IP协议[8]。

4 系统测试
　全自动电饭煲远程控制系统硬件和软件设计完成后，需要对系统进行测试，以验证本设计方案的有效性 [9]。网络层ENC28J60芯片的RJ45接口通过网线与路由器连接。网卡设置IP为192.168.1.101,子网掩码为255.255.255.0，网关为192.168.1.1，本地端口1001。计算机使用网线与路由器连接，设置为自动获取IP，保证网络层设备IP与计算机IP处于同一网段。路由器WAN端口连接类型设置为动态IP，LAN端口IP设置为192.168.1.1。目的服务器设置B类IP为202.115.176.195，操作系统为Windows Server 2003服务器。微控制器STC89C58RD+在使用12 MHz晶振时，用Sniffer抓包软件测得其与服务器最高通信速度可达25 KB/s。使用PINg命令，向192.168.1.101发送500个包，无丢包现象。这500个数据包中，返回速度最快为41 ms，最慢为93 ms,平均速度为53 ms,完全能满足电饭煲远程控制的实时性要求。
　感知层的被控对象为经过改造的全自动电饭煲。通过网站选择控制电器为全自动电饭煲，并设置米量和水量，发送启动指令。感知层的单片机AT89S52收到控制指令后，完成取米、淘米、放米、加水及煮饭的全部流程，并把控制流程中每一个运行状态反馈给应用层的计算机。本文设计的电饭煲远程控制系统对米量和水量的计量是通过单片机对电磁铁和电磁阀定时控制实现的，因此，米量和水量的计量是否准确，是控制系统测试的重点。测试时设置米量400~1 000 g，间隔100 g，水量设定为米量的2倍，即米量为400 g时，水量为800 ml，依次类推。米量和水量各测试3次，测试值和设定值如表1所示。从表1可以看出，米量、水量的设定值与测试值比较接近，说明利用定时控制进行计量是准确的。通过对电饭煲远程控制系统的多次实验，系统均能按要求完成所有动作，而且米量、水量的计量也是准确的，说明该系统远程通信良好，电饭煲工作稳定，计量准确。
    从实验结果来看，本文设计的全自动电饭煲远程控制系统的方案是可行的。在该方案中，通过强化MCU的控制功能来弱化构建Web服务器的应用，将复杂业务逻辑转移到因特网的服务器上，这样就发挥了因特网服务器多线程处理能力，支持多用户对多个家电的实时控制。红外通信使系统在室内控制方便且易于扩展，从而使全部家用电器接入因特网络成为可能。在传统电饭煲的基础上，增加设计了机械系统，实现了电饭煲机电一体化。米量和水量的计量采用单片机定时控制替代了复杂的流量控制装置，使得操作更加简单，提高了系统的稳定性，同时也使得系统成本更低。

    通过本系统，用户使用计算机或手机就可以远程控制全自动电饭煲，而且通过网站程序还能实时掌握电饭煲的运行状态。本文设计的远程控制系统还具有很强的扩展性。网络层单片机通过红外通信的方式可以扩展控制多个其他家用电器，如冰箱、洗衣机、空调、热水器等。当然每一个电器必须配置一个能收发红外信号和控制电器的微控制器。随着物联网技术的发展及手机的普及，家用电器接入因特网成为一种必然趋势。本文提出的多用户远程控制多个家电的方案，成本低，运行稳定，扩展性强，必将在智能家居中得到大量的应用。同样，该系统也可广泛应用于工业、农业的远程控制，如机器人、智能温室等。由于因特网技术的介入，远程控制技术将得到进一步发展，这势必对人类生活及工业、农业控制产生巨大影响。随着网络技术发展和物联网标准的制定，远程控制系统必将具有广阔的应用前景。
参考文献
[1] 韦文斌,潘耀东,古田胜久.基于因特网技术的远程机器人控制器设计[J]. 控制工程, 2006,13(2):168-171.
[2] 陈锐. 物联网——后IP时代国家创新发展的重大战略机遇[J].中国科学院院刊, 2010,25(1): 41-49.
[3] 黄文浪. 基于因特网的远程控制系统设计[J]. 科技广场,2010(5):53-55.
[4] 高恭娴. 低成本学习型红外遥控器的设计[J]. 低压电器, 2009(22):24-26.
[5] 黄美春,汪熊海. 基于网络的家电智能控制系统的设计与实现[J]. 电气自动化,2008,30(3):55-56.
[6] 刘中兵, 陈艳燕, 程琳梅. Web2.0动态网站开发—JSP技术与应用[M]. 北京：清华大学出版社,2009.
[7] STEVENS W． TCP／IP详解卷1：协议[M]．北京：机械工业出版社,2000.
[8] 王芳,周优霞. 嵌入式TCP/IP协议栈在单片机上的实现[J]. 现代电子技术,2010(10):198-201.
[9] 叶爱华,赵明镜,方芳. 基于Lon Works技术的远程工业控制[J]. 控制工程,2006(13):145-148.

上一页  [1] [2]