基于單片機的Internet連接技術與方法

0引言

目前，Internet已成為當今信息社會的重要組成部分，Internet技術將日益深入到生活和各種智能設備中。單片機應用領域，以往那種由一塊單片機組成的系統已無法滿足現代工業、生活等各方面的需求，人們開始利用各種局部總線，如CAN、RS232、RS485等，將多塊單片機連接起來形成局域網，這種方案在一定程度上解決了信息交換的問題。為了獲得更大程度的信息交換，如果能將單片機系統連上Internet網，則可以真正實現遠程監控，系統維護人員可隨時隨地通過互聯網直接讀取系統當前狀態參數，了解系統運行狀況。當系統出現故障時，可及時采取正確的補救措施。現在，各種工業智能電器、智能儀表和智能家電內部都嵌有微處理器，但是由于各種微處理器的硬件結構和指令系統各不相同，因此無法通過標準的軟件、硬件接口來直接連入Internet網絡，如何充分利用現有的Internet技術和資源，以較低的成本將各類工業智能電器、智能儀表和智能家電與Internet連接，已成為當今IT界關注的熱點。特別是隨著ISP和IAP概念的出臺，實現這種設想就更有實際意義。

1單片機接入Internet網的幾種方法

單片機接入Internet網絡方法很多，但歸結為以下幾種：① 給單片機系統配上一個DTE／DCE接口設備，并且能支持TCP／IP和PPP協議，就可通過Modem上網［1，2］；②給單片機系統配上一個網絡控制器或NIC以太網卡等外圍設備，并提供TCP／IP和IEEE802.3協議，通過這種具有協議棧結構的芯片或網卡就可以接入Internet網絡；③開發出能直接連入Internet網絡的新型嵌入式微處理器。

1.1單片機通過Modem連上Internet網

這種方式(如圖1)主要是利用串口連接Modem，通過電信的服務器進入Internet網。大量外置Modem提供標準的RS232串口，所以和PC機相連的Modem可以通過串口直接連接。由于RS232接口規定了雙極性電平，而MCS－51單片機串口為TTL電平，所以Modem不能直接和單片機相連，必須經過電平轉換。如采用MAX232接口芯片，可很方便的實現單片機和Modem的連接，連接原理如圖2所示。MCS－51雖然有串行輸入、輸出接口，但不具有RTS、CTS、 DTR、TXC、RXC等標準接口握手信號線，考慮到單片機與PC機的通信量并不大，在連接時采用了簡單的“三線式”(如圖2)，即只通過TXD、RXD 和地線GND進行連接，其他信號需在軟件上做一些處理。

1.2單片機通過網絡控制器或NIC以太網卡等外圍設備連上Int ernet網

這種方式主要通過單片機的外圍芯片如Ichip、webchip，而這些芯片中擴展有TCP／IP協議，最后通過網關接入Internet網。目前國內外許多公司正致力于研究和推出這種嵌入式技術，如由Seiko公司推出的ichip S7600A芯片、Cirrus Logic公司的CS8900A以及武漢力源公司研制的webchip PS2000芯片，這些芯片都是基于EMIT(Embedded Micro Internet working Technology)技術研制的［7］。

1.2.1EMIT技術

mware公司創立了 ETI(擴展Internet聯盟)，并提出了EMIT嵌入式微型Internet網互連技術，它是一種能夠將8位或16位單片機等嵌入式設備接入 Internet網的技術，實現基于Internet的遠程數據采集、智能控制、上傳、下載等功能。EMIT技術包括以下核心技術：
　　·EmMicro是駐留在嵌入式系統中的微型網絡服務器，將EmMicro集成到嵌入式系統中，使得網絡上的客戶機能夠控制和監視嵌入式系統。 EmMicro針對微控制器有限的資源進行了優化，只占用系統很小內存(約1K字節)資源和處理器資源。這個1 KB服務器軟件即EmMicro。EmMicro有兩部分：EmTag對應于HTML標記；EmNet對應于網絡協議。輕型的網絡協議支持在本端構筑小型網絡，如單片機常用的RS232、RS485網等。如果不接入Internet網，它們便是孤立的網，要和Internet進行連接，則須增加網關 EmGateWay［3］。
　　·EmNet是使嵌入式系統和輕量級網絡(如RS485、IR、RF等)進行連接的網絡協議。同時，EmNet使得集成EmNet的嵌入式系統能夠和嵌入式微控制器網關進行有效的通訊。
　　·EmGateWay 是輕型設備網絡和大型高性能網絡如Intranet和Internet等之間連接的橋梁。它是一個功能強大的客戶機，用于管理多個嵌入式系統以及支持網絡瀏覽器。EmGateWay的Internet端還留有與另一端Web設備可對話的接口，可在用戶的應用程序中使用，接口的典型方法還是Web網頁。

1.2.2webchip芯片的應用

以武漢力源推出的webchip PS2000芯片為例，webchip是一種獨立于各種微控制器的通用產品，開發者不需要了解復雜的網絡技術及更改原來成熟的設計，只須增加1小段 webchip通信接口程序即可。PS2000［4～6］主要由核心控制單元、UART、嵌入式Modem接口、標準Modem接口、RS485收發控制單元、SPI串行接口等組成。片內駐留有網絡協議解析與編譯程序，其內部固化了MCU Net協議，該協議能讓MCU設備與計算機平臺上的Gateway建立聯系，與PC機通信時，可與PC機瀏覽器直接接口，因此通過PS2000上網十分方便。圖3是51單片機與PS2000連接時對應的接線原理圖。

如圖4，Intranet內的PC機或設備通過單片機和PS2000網絡芯片的標準SPI串口與Gateway網關連接，一方面Gateway支持復雜的Internet TCP／IP協議并能提供HTTP服務，允許客戶通過現在普遍使用的網絡瀏覽器來遠程訪問它，其作用類似服務器；另一方面Gateway通過RS232、 RS485、CAN總線以及Modem、RF、IrDA等方式，將多個嵌入式設備或智能家電連接在一起，并擔當TCP／IP和其他協議的轉換任務，其作用又類似Internet上的網關。

1.3單片機通過Internet嵌入式微處理器(MCU)芯片直接連入I nternet網

這種方式的單片機一般都采用新型的Internet嵌入式微處理器，所需外圍配置電路很少。如：Philips公司推出的XA－G49是具有多任務性能的16位擴展結構的微處理器，它支持ISP、IPA編程，可以通過Internet實現遠程固件升級和系統重構。類似的芯片還有CS8900A、 Rabbit3000、DS80系列、MPC860系列、BUICOM公司的SX系列以及IP2022等都是這種新型的Internet嵌入式微處理器。以UBICOM公司的IP2022網絡微處理器為例，IP2022是一種高速的嵌入式微處理器［3］，可以實現實時多任務操作，非常適合于工業過程控制。它不依賴PC機能直接連入Internet網，并能實現軟件模式形式的外設、通信和控制功能，這種形式比傳統硬件提供了更大的系統設計靈活性。同時，用戶可使用預創建軟件模塊和配置工具來對其進行編程和重編程，從而可為各種設備間和人機間的通信創建真正的單片式網絡應用方案。