基于ARM-Linux架構(gòu)的遠(yuǎn)程可控電源插座設(shè)計(jì)方案

互聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了信息的高速傳輸和資源共享，極大地方便了人們的生活。嵌入式系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于各種電器產(chǎn)品、智能儀表和控制設(shè)備中，它與互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合是一種必然的趨勢(shì)。
? ? 嵌入式系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，為網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制的發(fā)展和完善提供了技術(shù)基礎(chǔ)。
? ? 筆者綜合運(yùn)用嵌入式系統(tǒng)和Web技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種可通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制的電源插座系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)家用或工業(yè)電器的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)控制。用戶通過(guò)網(wǎng)頁(yè)瀏覽器訪問(wèn)該系統(tǒng)，對(duì)各插座進(jìn)行打開(kāi)或關(guān)閉的操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)與其相連接的電器的遠(yuǎn)程控制。

1 嵌入式Web工作原理

? ? 嵌入式Web的體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。客戶端和嵌入式系統(tǒng)中Web服務(wù)器之間的通信協(xié)議采用HTTP(超文本傳輸協(xié)議)。嵌入式操作系統(tǒng)提供TCP／IP協(xié)議支持。嵌入式Web服務(wù)器提供靜態(tài)網(wǎng)頁(yè)，也可以通過(guò)CGI(Common GatewayInterface，公共網(wǎng)關(guān)接口)與后臺(tái)程序或嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)交互，進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問(wèn)或處理。

? ? 嵌入式Web的工作流程如圖2所示。嵌入式Web服務(wù)器的主要任務(wù)是接收客戶端請(qǐng)求、解析客戶端請(qǐng)求、響應(yīng)客戶端請(qǐng)求、向客戶端回送請(qǐng)求的結(jié)果?？蛻舳伺cWeb服務(wù)器交換數(shù)據(jù)之前，首先用TCP／IP建立連接，服務(wù)器端程序建立TCP類型的Socket套接字；服務(wù)器在接收到用戶端的請(qǐng)求后，解析客戶請(qǐng)求的HTTP協(xié)議頭，分析客戶的請(qǐng)求，根據(jù)客戶的請(qǐng)求做相應(yīng)的處理并返回結(jié)果。

2遠(yuǎn)程可控電源插座設(shè)計(jì)

文中設(shè)計(jì)采用ARM-Linux架構(gòu)。ARM處理器縣有小體積、低功耗、低成本、高性能等特點(diǎn)。嵌入式Linux操作系統(tǒng)內(nèi)核精悍，運(yùn)行所需資源少，十分適合嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用。

2．1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

遠(yuǎn)程可控電源插座系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示。

? ? 嵌入式Web服務(wù)器實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶的身份驗(yàn)證、頁(yè)面解析與交互，根據(jù)用戶請(qǐng)求產(chǎn)生對(duì)電源插座的控制信號(hào)。存儲(chǔ)器存放系統(tǒng)的程序和頁(yè)面文件。
? ? 以太網(wǎng)接口模塊可選用RTL8019AS等以太網(wǎng)接口芯片，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信。
? ? 控制模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)連接在市電AC220 V的插座各開(kāi)關(guān)的“打開(kāi)、關(guān)閉”操作，進(jìn)而控制相連接的電器的工作。由于嵌入式系統(tǒng)使用的DC3.3V電源，且電流較小，控制模塊須實(shí)現(xiàn)弱電對(duì)強(qiáng)電的控制?？紤]到響應(yīng)速度、電路功耗、使用壽命等因素，控制模塊設(shè)計(jì)選用光電耦合器和可控硅?？刂颇K可控制電源插座的4路開(kāi)關(guān)，其中一路的電路原理如圖4所示。

? ? 光電耦合器選用MOC3062，它集光電隔離、過(guò)零檢測(cè)和過(guò)零觸發(fā)為一體，可以自動(dòng)檢測(cè)交流電壓的過(guò)零信息?？煽毓柽x用Q4010NH5，是大功率開(kāi)關(guān)型半導(dǎo)體器件，具有耐壓高、容量大、體積小、無(wú)噪音等優(yōu)點(diǎn)。
? ? ARM處理器的GPIO端口輸出電平不足以使光耦元件U1(MOC3062)正常工作，需要信號(hào)放大。電阻R2和下拉電阻R3組成三極管保護(hù)電路。當(dāng)GPIO端口輸出為高電平時(shí)，三極管T1(9013)導(dǎo)通，使電阻R1和光耦U1形成通路，U1正常工作，GPIO輸入信號(hào)得到放大，雙向可控硅K1(Q401O NH5)的G控制端得到高電壓，K1導(dǎo)通，插座220 V供電打開(kāi)；當(dāng)GPIO端口輸出為低電平時(shí)，三極管T1截止，使電阻R1和光耦U1形成斷路。此時(shí)U1不工作，K1斷路，插座供電被關(guān)閉。