嵌入式TCP振蕩器

　　TCP/IP協(xié)議是面向連接的、端對(duì)端的可靠通信協(xié)議[4]，共分為4層，即網(wǎng)絡(luò)接口層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層，如圖4所示。

　　網(wǎng)絡(luò)接口層負(fù)責(zé)將IP數(shù)據(jù)報(bào)以數(shù)據(jù)幀的格式發(fā)送和接收，具體過(guò)程為數(shù)據(jù)從TCP/IP應(yīng)用程序通過(guò)TCP傳遞到傳輸層TCP，然后交給IP。IP協(xié)議提供邏輯地址信息，并將數(shù)據(jù)封裝在分組中。接著IP分組進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)接口層，網(wǎng)絡(luò)接口層創(chuàng)建1個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)幀，以便進(jìn)入物理網(wǎng)路，數(shù)據(jù)幀最后被轉(zhuǎn)換成在網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)上傳送的(bit)流。

　　TCP/IP的核心層是網(wǎng)絡(luò)層(IP)和傳輸層(TCP)，對(duì)應(yīng)的主要協(xié)議是IP和TCP兩大協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)層提供計(jì)算機(jī)間的IP分組傳輸，包括高層數(shù)據(jù)的分組生成、底層數(shù)據(jù)報(bào)的分組組裝，以及路由處理、流量控制、擁塞處理等問(wèn)題。IP數(shù)據(jù)報(bào)中含有發(fā)送它的主機(jī)的地址(源地址)和接收它的主機(jī)的地址(目的地址)。傳輸層(TCP)作為網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序與網(wǎng)絡(luò)之間的接口，根據(jù)端口通過(guò)TCP傳輸控制協(xié)議提供應(yīng)用程序間的通信，包括格式化信息流和提供可靠傳輸，實(shí)際上也就是將TCP數(shù)據(jù)送往一個(gè)由IP地址與端口號(hào)組成的套接字(Socket)。

　　應(yīng)用層提供常用的應(yīng)用服務(wù)程序，如HTTP服務(wù)、SMTP服務(wù)等。HTTP應(yīng)用程序在Web服務(wù)器上運(yùn)行的是面向?qū)ο蟮膮f(xié)議，工作方式為收聽請(qǐng)求，然后響應(yīng)請(qǐng)求，向請(qǐng)求方發(fā)回文件[5]。

　　2.2.3 本系統(tǒng)TCP/IP通信過(guò)程

　　TCP/IP協(xié)議軟件上的數(shù)據(jù)傳輸可分為3個(gè)階段：建立連接、傳輸數(shù)據(jù)和斷開連接。它的實(shí)現(xiàn)過(guò)程可以用狀態(tài)機(jī)來(lái)描述。建立連接有2種方法，即主動(dòng)打開和被動(dòng)打開。服務(wù)器端是被動(dòng)打開，然后一直在偵聽連接請(qǐng)求；而客戶端是主動(dòng)打開，發(fā)送連接請(qǐng)求以建立連接。斷開連接有2種方式：主動(dòng)斷開連接和被動(dòng)斷開連接。在需要主動(dòng)斷開連接時(shí)，發(fā)送1個(gè)FIN數(shù)據(jù)包，接收到對(duì)FIN數(shù)據(jù)包的確認(rèn)后，再發(fā)送1個(gè)RESET數(shù)據(jù)包，即可順利完成1次主動(dòng)斷開連接。

　　本系統(tǒng)中通信過(guò)程主要分為4個(gè)部分：

　　(1)網(wǎng)卡芯片DP83848和RJ45組成的硬件接口。

　　(2)TCP/IP協(xié)議棧。用這個(gè)協(xié)議棧進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，網(wǎng)卡芯片已經(jīng)完全固化了從MAC層、網(wǎng)絡(luò)層到傳輸層所需要的協(xié)議，因此，用戶無(wú)需了解這些協(xié)議的實(shí)現(xiàn)方法和實(shí)現(xiàn)代碼。

　　(3)接收和發(fā)送緩沖區(qū)。主控芯片LPC2368通過(guò)以太網(wǎng)與網(wǎng)絡(luò)上其他主機(jī)進(jìn)行通信的數(shù)據(jù)都是通過(guò)這些緩沖區(qū)來(lái)進(jìn)行交換的。

　　(4)以太網(wǎng)物理層接口。網(wǎng)卡芯片DP83848實(shí)現(xiàn)10/100BaseT以太網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)功能。

　　在主機(jī)端訪問(wèn)由嵌入式ARM芯片LPC2368為主控的從機(jī)，然后在主機(jī)顯示出由LPC2368控制下的恒溫振蕩器的速度和溫度等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。具體過(guò)程是：先對(duì)底層進(jìn)行初始化，包括對(duì)LPC2368主控芯片上的局域網(wǎng)控制器配置端口和對(duì)DP83848的物理層的設(shè)備、讀寫狀態(tài)寄存器、MAC配置和控制寄存器、接收和發(fā)送端描述符寄存器、局域網(wǎng)地址寄存器、以及指定DP83848工作模式具體是10 Mb/s還是100 Mb/s；然后進(jìn)行定時(shí)編程，處理網(wǎng)絡(luò)、TCP/IP堆棧和用戶事件；再設(shè)置監(jiān)聽TCP通信的端口，進(jìn)行端口連接，服務(wù)器則被動(dòng)打開等待呼叫，之后就可以確定是否接收數(shù)據(jù)包然后進(jìn)行幀處理等；最后實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的HTTP服務(wù)器，等到被連接之后才發(fā)送1個(gè)HTTP的幀頭，存儲(chǔ)HTML代碼，這里的HTML代碼存放在自定義的一個(gè)數(shù)組當(dāng)中，該數(shù)組包括溫度和速度等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，只要在應(yīng)用層程序中調(diào)用該數(shù)組，就可以訪問(wèn)到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并把得到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示到網(wǎng)頁(yè)頁(yè)面上，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)恒溫振蕩器的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

　　恒溫振蕩器網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)現(xiàn)的程序流程如圖5所示。

　　3 其他模塊設(shè)計(jì)

　　3.1? 轉(zhuǎn)速模塊

　　主要實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的功能。在運(yùn)行狀態(tài)下設(shè)置速度值，再通過(guò)DA輸出改變可控硅的導(dǎo)通角進(jìn)行電機(jī)速度的調(diào)節(jié)。運(yùn)行狀態(tài)又分為A、B、C、D四段運(yùn)行：首先是按照A段設(shè)置的轉(zhuǎn)速參數(shù)運(yùn)行，當(dāng)A段運(yùn)行時(shí)間結(jié)束就調(diào)入B段參數(shù)，B段開始運(yùn)行；當(dāng)B段運(yùn)行時(shí)間結(jié)束時(shí)就調(diào)入C段參數(shù)，C段就開始運(yùn)行；同理，C段運(yùn)行時(shí)間結(jié)束時(shí)調(diào)入D段參數(shù)，從而開始D段參數(shù)的運(yùn)行；當(dāng)D段運(yùn)行時(shí)間結(jié)束時(shí)，就設(shè)置待機(jī)狀態(tài)。在運(yùn)行狀態(tài)下，當(dāng)速度達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，判斷轉(zhuǎn)速是否超出設(shè)置速度±5轉(zhuǎn)且超時(shí)大于2 min，選擇是否進(jìn)入超欠速轉(zhuǎn)速處理動(dòng)作的執(zhí)行；否則就退出超欠速程序，繼續(xù)進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制調(diào)整。???

　　3.2 溫度模塊

　　主要實(shí)現(xiàn)溫度控制以及超溫和欠溫溫度調(diào)整的功能。溫度控制主要是通過(guò)制冷和加熱這兩個(gè)手段來(lái)調(diào)節(jié)。首先是在運(yùn)行的狀態(tài)下設(shè)置溫度參數(shù)值，然后由A/D轉(zhuǎn)換來(lái)采集振蕩器箱體內(nèi)部環(huán)境溫度，按照箱內(nèi)溫度和設(shè)置溫度的偏差，再根據(jù)PID溫度控制的算法[6]進(jìn)行分區(qū)域控制。該恒溫振蕩器劃分了3個(gè)區(qū)間進(jìn)行處理：(1)當(dāng)設(shè)置溫度處于(箱內(nèi)溫度-4℃)箱內(nèi)溫度區(qū)間時(shí)，控制打開制冷風(fēng)扇和加熱時(shí)間；(2)當(dāng)設(shè)置溫度低于箱內(nèi)溫度4℃區(qū)間時(shí)，制冷常開，控制加熱時(shí)間；(3)當(dāng)設(shè)置溫度大于箱內(nèi)溫度區(qū)間時(shí)，制冷不開，控制加熱時(shí)間，直到把溫度調(diào)整在誤差范圍之內(nèi)為止。如果恒溫振蕩器進(jìn)入穩(wěn)定工作狀態(tài)，但箱內(nèi)溫度超出設(shè)置值的正負(fù)4℃且時(shí)間大于5 min時(shí)，就執(zhí)行超溫處理動(dòng)作；否則，退出超欠溫程序，繼續(xù)進(jìn)行溫度控制。

　　本文闡述了基于TCP/IP的恒溫振蕩器的設(shè)計(jì)原理，以嵌入式ARM芯片LPC2368為主控芯片控制多個(gè)模塊的功能實(shí)現(xiàn)。詳細(xì)說(shuō)明了基于TCP/IP的控制模塊對(duì)于恒溫振蕩器的遠(yuǎn)程監(jiān)控功能的實(shí)現(xiàn)，目前市場(chǎng)上的大部分同類產(chǎn)品都不具備該項(xiàng)功能。另外，通過(guò)硬件與軟件的結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)恒溫振蕩器的調(diào)速和調(diào)溫的功能，保證了恒溫振蕩器的恒溫恒轉(zhuǎn)速持續(xù)穩(wěn)定的工作狀態(tài)。根據(jù)本設(shè)計(jì)制造的恒溫振蕩器具有很強(qiáng)的實(shí)用性和穩(wěn)定性，能夠滿足用戶遠(yuǎn)程獲取數(shù)據(jù)的使用需求。