基于W77E58單片機(jī)和Neuron 3150實(shí)現(xiàn)圖像采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

本文通過一個具體的實(shí)例，介紹了LonWorks技術(shù)在智能家庭的具體應(yīng)用。LON總線是美國ECHELON公司1991推出的為集散式監(jiān)控系統(tǒng)提供的實(shí)現(xiàn)手段，并有一系列完整的開發(fā)平臺。
作者采用神經(jīng)元芯片Neuron3150并配合W77E58單片機(jī)系列開發(fā)了低成本的圖像采集節(jié)點(diǎn)，并能通過上位機(jī)向用戶發(fā)送手機(jī)短信，有效地彌補(bǔ)了現(xiàn)在的智能住宅的不足。
1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
本系統(tǒng)是智能家庭系統(tǒng)中的子系統(tǒng)，主要實(shí)現(xiàn)的是：當(dāng)有人進(jìn)入該區(qū)域時(shí)則立即進(jìn)行圖像采集，通過各個模塊進(jìn)行處理后經(jīng)LON總線送入上位機(jī)并通知用戶，該系統(tǒng)屬于家庭安全防范中的一部分。由于本文的需要，只設(shè)置了1個節(jié)點(diǎn)（也可以有多個節(jié)點(diǎn)）。設(shè)計(jì)中采用通用的LonWorks節(jié)點(diǎn)模塊，以神經(jīng)元芯片Neuron3150作為主控制端，W77E58單片機(jī)作為受控端進(jìn)行圖像采集處理。其系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。
基于W77E58單片機(jī)和Neuron 3150實(shí)現(xiàn)圖像采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
基于W77E58單片機(jī)和Neuron 3150實(shí)現(xiàn)圖像采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
圖1系統(tǒng)總體框圖
2硬件設(shè)計(jì)
2.1ZM460圖像采集模塊
ZM460圖像壓縮模塊采用JPEG壓縮技術(shù)，是一種內(nèi)置JPEG壓縮功能的數(shù)字輸出嵌入式攝像設(shè)備，圖像具有多種分辨率，輸出完整的JPEG文件并結(jié)合最適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，將圖像通過RS232/485串口輸出圖像。由于該智能節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)性要求不是很高，故本文采用W77E58單片機(jī)來控制。
2.2W77E58單片機(jī)芯片
W77E58單片機(jī)芯片是一個快速并與8051單片機(jī)兼容的微控制器，它的內(nèi)核經(jīng)過重新設(shè)計(jì)，提高了時(shí)鐘的速度和存儲器訪問周期速度，W77E58的指令執(zhí)行速度是標(biāo)準(zhǔn)8051單片機(jī)的1.5~3倍。在相同的吞吐量及低頻時(shí)鐘情況下，電源消耗也比8051單片機(jī)低。W77E58內(nèi)含32KBFlashEPROM，工作電壓為4.5V~5.5V，具有1KB片上外部存儲器，當(dāng)用戶應(yīng)用時(shí)使用片上SRAM，可節(jié)省更多IO口。FIFO存儲器用作對ZM460圖像采集模塊所采集的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存，調(diào)節(jié)W77E58單片機(jī)與ZM460圖像采集模塊之間速度的差異，從而采集到完整圖像。ZM460模塊與W77E58單片機(jī)之間采用的是RS232接口。
2.3Neuron3150芯片
Neuron3150芯片是LON總線的核心，內(nèi)部包括3個微處理器：MAC處理器、網(wǎng)絡(luò)處理器、應(yīng)用處理器。Neuron3150芯片［2］的IO8、IO10通過雙排針I(yè)O口分別與W77E58單片機(jī)的串行通信口RXD、TXD連接。因?yàn)樯窠?jīng)元Neuron3150芯片只支持半雙工異步通信，所以應(yīng)用程序處理器在處理其他事件時(shí)將不能夠再顧及串行輸入，有可能發(fā)生丟失串口字符的現(xiàn)象。為解決該問題，可以使用硬件握手協(xié)議，Neuron3150芯片的IO0和IO1作為RST、CTS信號，分別與W77E58單片機(jī)的P2.4和P2.5引腳相連，為了增強(qiáng)驅(qū)動能力，中間再加1個反相器。如圖2所示。

圖2主從處理器的連接框圖
2.4Neuron3150芯片收發(fā)器
收發(fā)器是智能節(jié)點(diǎn)與LON網(wǎng)之間的接口，是通信電路的核心。雙絞線收發(fā)器是最通用的收發(fā)器類型。本設(shè)計(jì)采用變壓器耦合型收發(fā)器FTT-10A。神經(jīng)元芯片收發(fā)器的電路圖如圖3所示。另外，還有晶振電路、復(fù)位電路和Service電路等。晶振電路為Neuron3150芯片提供工作時(shí)鐘。復(fù)位電路用于在智能節(jié)點(diǎn)上電時(shí)產(chǎn)生復(fù)位操作。

圖3Neuron芯片收發(fā)器連接圖
2.5Neuron芯片與PC機(jī)的連接
Neuron芯片與PC機(jī)通過雙絞線連接。主機(jī)是1臺PC機(jī)，通過PCLTA可以自由地在LonWorks上進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信。PCLTA（PCLonTalkAdapter）是一個網(wǎng)絡(luò)適配器，在驅(qū)動程序的作用下，主機(jī)通過PCLTA上網(wǎng)，充當(dāng)上位機(jī)的角色，它是LonWorks網(wǎng)絡(luò)的一個特殊節(jié)點(diǎn)，其作用是：與神經(jīng)元芯片進(jìn)行通信及與外界進(jìn)行通信（包括手機(jī)）。
3軟件設(shè)計(jì)
單片機(jī)與Neuron3150芯片之間的通信流程圖如圖4所示。

圖4單片機(jī)與3150芯片通信流程圖
3.1Neuron3150芯片程序
在Neuron3150芯片中，使用的IO口稱為串口（Serial）輸入/輸出對象。管腳IO8、IO10分別設(shè)置為異步串行數(shù)據(jù)的輸入線和輸出線。該IO對象類型是用于使用異步串行數(shù)據(jù)格式傳輸數(shù)據(jù)的場合，如RS-232通信。傳輸格式是：1個開始位、1個數(shù)據(jù)位、1個停止位。輸入串行IO對象將等待被接收的數(shù)據(jù)幀開始直到接收了202個以上字符所要時(shí)間才結(jié)束。限于篇幅，只給出下面接收程序：
//接收程序：
IO_0outputbitCTS;
IO_1inputbitRTS;
IO_10inputserialRXD;
Networkoutputintfkmingling［b］;
When（io_change（RTS）to0）
Unsignedintnum;
Unsignedlongsum，getsum;
IO_out（CTS，1）;
Num=io_in（RXD，inputbuf，7）;//串口接收
3.2上位機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
上位機(jī)采用VB編寫接口程序，通過設(shè)置控件Link調(diào)用ASP內(nèi)的發(fā)送短信的文件，并獲取LonWorks網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)的變量信息。用ASP+ADO進(jìn)行收發(fā)短信設(shè)計(jì)，也可以使遠(yuǎn)程主機(jī)通過在瀏覽器中輸入服務(wù)器的IP地址來監(jiān)視LonWorks設(shè)備信息。在發(fā)送短信之前先填好要發(fā)送的手機(jī)號和內(nèi)容。發(fā)送短信ASP的主要代碼（部分）如下：
iflen（message）》140thenerrmsg=errmsg+“
短信
內(nèi)容超長，請查檢！”
′更新信息發(fā)送數(shù)據(jù)表
conn.execute（“insertintosenddata（mobile，message）
values（”+sendnumber+“，”+message+“）”）
response.redirect（“http：//自己的IP地址
/mt/SendServ-let？dstmobile=”+cstr（sendnumber）+“&feemobile=”+cstr（sendnumber）+“&msg=”+server.URLEncode（trim（message））+“&svcode=Zrr034&spnum=33343457&cp_id=wise
6733333000&cp_pass=wtiaw6&ip=211.1.607.105”）
response.write“您的消息已經(jīng)成功發(fā)出，謝謝！”
%》
此代碼由神經(jīng)元芯片將指令傳送到VB程序后由PC機(jī)自動發(fā)出。
本文所設(shè)計(jì)的基于LonWorks技術(shù)的圖像采集系統(tǒng)是智能家庭的一部分，其創(chuàng)新點(diǎn)是：利用LON網(wǎng)絡(luò)，把圖像采集與Neuron芯片集于一體，并通過PC機(jī)能向手機(jī)發(fā)送短信告知。管理者可以從任何有網(wǎng)絡(luò)的地方來監(jiān)視自己的家庭情況，即使主人不在也可以通過該裝置以短信的方式向主人發(fā)出來訪者信息，極大地提高了家庭的安全性。