基于电力线和嵌入式WebServer的信息家电组网研究

摘要

随着嵌入式Internet技术和电力线通信技术的发展,越来越多的科研人员将家电网络化研究重点转移到应用日益广泛的嵌入式系统和电力线上网上来.该论文分析了现有的家电网络的模式,针对目前家居网络的需要,提出利用嵌入式技术和电力线通信技术实现对网络家电的远程监控.该文研究的信息家电组网方案旨在为用户提供更实用,具有更好性价比的家电上网方案.该文采用嵌入式Internet技术、计算机网络技术、电力线数据通信技术,将基于TCP/IP协议的计算机网络结构与基于PLC(Power Line Communication)的总线结构有机地结合起来,引入Agent思想,构建了家电监控网络,进行了家电网络监控系统的硬件软件的设计、制作和调试,能实现在局域网乃至Intemet网上对家电的实时监控.与传统的网络监控系统相比,该系统结构简单合理,体积大大减少,可靠性与稳定性大大提高,而且使用方便、灵活,实现了以最少的成本完成最多的任务的目的.该文主要解决了两个问题:构建了HN协议,实现了家庭局域网内,基于电力线的通信;实现了SX网络单片机和电力线通信接口的整合.该文主要从软件和硬件两方面来阐述家电组网监控方案,结构安排如下:第一章引出课题的研究范围,描述了其应用领域,并分析了该课题的技术核心嵌入式Intemet技术和电力线通信技术及其现状.第二章针对远程家电控制的具体应用,提出了一套实用的基于嵌入式web服务器的信息家电电力线组网方案,并对系统进行了总体设计(包括硬件设计和软件设计).第三章针对基于电力线组网的家电网络监控的硬件结构进行了详细的设计与描述.第四章深入探讨了TCP/IP协议栈及其在SX单片机系统中的具体实现.第五章论述了基于TCP/IP协议的网络通信模块,HNMAgent模块和SC1128接口通信模块.第六章给出了实验结果和分析.由于该文作者经验和水平、时间有限,在实验过程了存在不少的疏漏和问题.该系统的规范化、标准化和通用性是继续研究的方向和重点.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1课题背景

1.1.1信息家电上网的意义

1.1.2信息家电组网

1.1.3课题来源

1.2研究现状

1.2.1嵌入式I nternet技术发展现状

1.2.2电力线通信技术发展现状

1.3课题研究内容和目标

1.3.1研究内容

1.3.2研究目标

第二章系统设计框架

2.1方案的提出

2.2平台的设计目标

2.2.1主要功能

2.2.2主要性能指标

2.3硬件平台的架构设计

2.3.1硬件结构

2.3.2硬件配置确定

2.4软件结构设计

2.4.1监控Agent

2.4.2 WebServer控制中心

2.5系统评价指标

2.5.1控制准确性

2.5.2时间特性

2.5.3适应性

第三章系统硬件结构实现方案

3.1引言

3.2嵌入式WebServer

3.2.1嵌入式Web服务器描述

3.2.2芯片介绍

3.3电力线通信接口(SC11 28接口)

3.3.1 SC1128芯片简介[16]

3.3.2电力线扩频通信接口的硬件结构

第四章TCP/IP协议栈及其实现

4.1 TCP/IP协议栈概述

4.2 TCP/IP协议栈的数据封装

4.3以太网数据帧的分用过程

4.4嵌入式web服务器的TCP/I P协议栈的实现

4.4.1以太网接口的实现[18]

4.4.2 ARP协议及其实现

4.4.3网络接口IP和ICMP协议及其实现

4.4.4 TCP协议及其实现

4.4.5 HTTP协议及其实现

第五章系统软件设计与实现

5.1基于TCP/IP的网络通信模块

5.1.1基于TCP/IP协议栈的主程序流程图

5.1.2 Web服务器与浏览器之间的通信

5.1.3 Web服务器与HNMAgent的串行通信

5.2电力线接口通信的软件实现

5.2.1 HNP(HomeNetworkProtocol)通信协议

5.2.2家电接口程序

5.2.3电力线接口软件设计

第六章实验结果分析

6.1电力线接口通信测试

6.1.1电力线接口板和WebServer电路板的使用和调试

6.1.2测试方法

6.2电路板测试结果及分析

6.2.1信号解析对比

6.2.2同步输出信号测试

6.2.3发射和接收信号测试

6.2.4 SC1128数据输入输出测试

6.3家电监控测试

6.3.1硬件环境和条件

6.3.2软件环境和条件

6.3.3实验结果分析

6.3.4系统性能分析

结论

参考文献

攻读学位期间发表的论文

独创性声明

致谢

附录