骆舒萍

(黎明职业大学 实验实训部， 福建 泉州 362000)

近年来，计算机技术、信息技术、通信技术和电子控制技术等高新技术迅速发展，控制系统已被广泛的应用于人们的日常生活和工业生产.随着网络技术的不断发展进步，网络实时性、安全性和可靠性的进一步提高，Internet技术以其灵活、方便的连接方式，高效、低廉的性价比，在当前的局域网领域得到了广泛的应用[1].与Internet技术相结合的远程控制系统正在逐步替代传统的控制系统，实现进行远程控制和通信的需求.

本文主要针对AVR单片机，结合嵌入式网络技术，提出了一种基于以太网的Web远程控制系统设计.该方案成功地实现了系统设备控制的网络化和温度采集，改变了传统的监控模式，达到操控的实时、快速和有效.

1 远程控制系统的硬件设计

1.1 硬件系统的整体结构

硬件平台主要包含四个部分：ATmega32单片机模块、ENC28J60网络模块、Pt100传感器测温模块和USB接口风扇.整体框图如图1所示.系统以单片机为主处理器，搭建Web可视化操作，可以实现通过以太网发送信号远程控制USB风扇设备的运行，同时能检测设备的实时温度，经过AD采样处理，最后同步显示在Web服务器的界面上.

图1 系统设计的整体框图

1.2 各模块的选择

(1)主控制器.核心模块选用高档的AVR 单片机ATmega32，它是基于增强的AVRRISC结构的高性能、低功耗的8位CMOS微控制器.ATmega32功能强大，具有丰富先进的指令集，单时钟周期指令执行时间，大存储容量和强I/O功能等特点.它的数据吞吐率高达 1MIPS MHz，可以缓解系统在功耗和处理速度之间的矛盾[2-3]，并且与IEEE 1149.1 标准兼容，为许多嵌入式控制开发和应用提供了灵活而低成本的解决方案.

(2)Pt100传感器.温度采集模块选用高精度的铂热电阻Pt100.Pt100是集温度、湿度采集于一体的智能传感器，它测量范围大，灵敏度、准确度高，同时具有较强的抗干扰性和较好的稳定性.主要设计原理是当Pt100在0摄氏度的时候，它的阻值为100欧姆，它的阻值会随着温度上升而成近似匀速的增长，但之间并非简单的线性关系，而更应该趋近于一条抛物线[4].Pt100可以将温度变量转化为可传输的标准输出电压信号，但温度传感器的电压很低，采集到的数据将无法传送到主机，为了能使Pt100传感器能够在常温下(0～100℃)有比较好的可测电压，满足可供ATmega32 A/D 转换的输入电压，让温度值更加精确，必须对传感器的原始输出电压进行放大.放大电路如图2所示.

图2 Pt100传感器放大电路

图中J1为Pt100温度传感器，从系统的5V电源端通过分压电阻R1连接，通过单片机软件校正接法引起的非线性问题，接入简单.芯片F1充当跟随器起保护传感器的作用，F2放大信号.

(3)网络模块.该模块芯片选用MicroChip公司推出的ENC28J60，它是一款带有行业标准SPI串行接口的高性能以太网控制器，可使用UDP、TCP协议进行通讯，数据传输速率高达10Mb/s，可为嵌入式应用提供低引脚、低成本、精简的远程通讯网络接口.ENC28J60由七个主要功能模块组成，包括充当通信通道的SPI接口、接收和发送数据包的双端口RAM缓冲器、控制寄存器、判优器、总线接口、MAC模块和PHY模块[5].它的工作频率为25MHz，工作电压为3.3V，系统采用Lm1117 3.3 线性电源稳压芯片为整个网络模块供电.使用单芯片，硬件接口电路连接简单，通过TCP/IP协议的应用，程序的编写，即可实现主控单片机连接网络传输数据的功能，大大简化了相关的设计.

(4)USB风扇模块.USB风扇模块即为控制设备，根据实际需要系统可以添加多个设备进行远程操控.USB风扇模块通过场效应管放大电路改变输入电压来控制输出电流的特性，利用单片机PWM信号作为放大电路的输入端，控制场效应管的开关，从而控制风扇的转停.

2 软件的设计

2.1 以太网通信的实现

为了实现用户和设备的远程信息交互，需要构建Web服务器.系统采用在单片机和ENC28J60网络模块中直接模拟实现WebServer，而无需基于PC机.系统的软件设计主要包含硬件设备的初始化配置、TCP/IP协议栈的构建、数据采集及处理等模块，如图3所示为单片机信息处理软件流程图.当数据信息包通过RJ45接口传送到ENC28J60和单片机后，利用单片机对信息进行HTT、 TCP/IP等协议的处理，如数据包解析、数据包的解包或打包，以及流向判断等，使之变成可以在互联网上传输的IP数据包，同时配置网页数据存储信息.当用户通过浏览器访问指定地址时，Web服务器分析响应请求，由TCP/IP协议栈对数据包解析获得原始请求信息，再经单片机处理并相应地向浏览器返回请求结果回复网页的HTML代码[6].

图3 单片机信息处理软件流程图

2.2 远程实时控制网页的设计

HTTP协议最典型的应用是在Web服务器和Web浏览器之间传递数据，因此，控制网页界面模块是通过html语言编辑而成.在以太网的基础上，系统设计通过Web浏览器访问服务器IP地址,登陆远程控制页面，向外界实时提取实际测量物理量和对设备进行实际操控，同时实现对测量物理量的自动刷新.如图4、图5所示分别为远程控制界面设计主程序流程图和实时温度监测流程图.

图4 远程监控界面主程序流程图

从流程图可以看出，系统设计主要包括远程控制和实时监测两大功能模块.远程控制模块是一个控制单一的模块，命令一下达就会对设备进行启动或关闭，没有返回程序，而实时监测模块则不同，实时监测模块不用下达命令就自动采集温度，启动自动刷新功能则可以进行温度反馈直到下达停止命令.

图5 实时温度监测流程图

3 结束语

系统以ATmega32单片机为中心，结合ENC28J60网络模块、Pt100传感器模块及串口模块构建网络传输远程控制系统.通过Internet网访问嵌入式Web服务器，Web服务器通过以太网控制各个节点，以达到远程实现温度数据采集检测和对系统设备操控的目的.用户无需亲临工作现场，可以通过控制中心远程同时管理多个系统设备，它提供一个高效全面安全快捷的服务模式，简单可靠，可行性高.

本设计方案及实现技术应用广泛，将传统的监控系统与Web技术相结合的B/S模式下的计算机远程监控系统可以广泛地应用到智能楼宇、远程安防监控系统、工业设备远程监控等各种场合.

参考文献：

[1]熊运塔.基于以太网的中央空调远程控制系统设计[D].济南：山东大学，2009.

[2]Atmel. ATMEGA32 DataSheet[EB/OL].http://www.doc88.com/p-24968075642.html

[3]徐振方，孟艳花，王艳.基于AVR单片机的LED显示屏控制系统的研究[J].照明工程学报，2010，21(2)：78-80.

[4] 陈志文，王玮. 基于Pt100铂热电阻的温度变送器设计与实现[J].现代电子技术，2010(8):197-199.

[5]Microchip Technology．ENC28J60 Data Sheet[EB/OL].2006. http://wenku.baidu.com/view/48653bd5b14e852458fb57bd.html

[6]李国峰,王云.利用ENC28J60芯片搭建智能家居系统的Webserver环境[J].黑龙江科技信息，2009(6)：8.