嵌入式TCP振蕩器

　　TCP/IP協(xié)議是面向連接的、端對端的可靠通信協(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)報以數(shù)據(jù)幀的格式發(fā)送和接收，具體過程為數(shù)據(jù)從TCP/IP應(yīng)用程序通過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分組進入網(wǎng)絡(luò)接口層，網(wǎng)絡(luò)接口層創(chuàng)建1個或多個數(shù)據(jù)幀，以便進入物理網(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)層提供計算機間的IP分組傳輸，包括高層數(shù)據(jù)的分組生成、底層數(shù)據(jù)報的分組組裝，以及路由處理、流量控制、擁塞處理等問題。IP數(shù)據(jù)報中含有發(fā)送它的主機的地址(源地址)和接收它的主機的地址(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，實際上也就是將TCP數(shù)據(jù)送往一個由IP地址與端口號組成的套接字(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)器上運行的是面向?qū)ο蟮膮f(xié)議，工作方式為收聽請求，然后響應(yīng)請求，向請求方發(fā)回文件[5]。

　　2.2.3 本系統(tǒng)TCP/IP通信過程

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

　　本系統(tǒng)中通信過程主要分為4個部分：

　　(1)網(wǎng)卡芯片DP83848和RJ45組成的硬件接口。

　　(2)TCP/IP協(xié)議棧。用這個協(xié)議棧進行數(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，用戶無需了解這些協(xié)議的實現(xiàn)方法和實現(xiàn)代碼。

　　(3)接收和發(fā)送緩沖區(qū)。主控芯片LPC2368通過以太網(wǎng)與網(wǎng)絡(luò)上其他主機進行通信的數(shù)據(jù)都是通過這些緩沖區(qū)來進行交換的。

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

　　在主機端訪問由嵌入式ARM芯片LPC2368為主控的從機，然后在主機顯示出由LPC2368控制下的恒溫振蕩器的速度和溫度等實時數(shù)據(jù)。具體過程是：先對底層進行初始化，包括對LPC2368主控芯片上的局域網(wǎng)控制器配置端口和對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；然后進行定時編程，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，進行端口連接，服務(wù)器則被動打開等待呼叫，之后就可以確定是否接收數(shù)據(jù)包然后進行幀處理等；最后實現(xiàn)動態(tài)的HTTP服務(wù)器，等到被連接之后才發(fā)送1個HTTP的幀頭，存儲HTML代碼，這里的HTML代碼存放在自定義的一個數(shù)組當(dāng)中，該數(shù)組包括溫度和速度等實時數(shù)據(jù)，只要在應(yīng)用層程序中調(diào)用該數(shù)組，就可以訪問到實時數(shù)據(jù)，并把得到的實時數(shù)據(jù)顯示到網(wǎng)頁頁面上，以此實現(xiàn)對恒溫振蕩器的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

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

　　3 其他模塊設(shè)計

　　3.1? 轉(zhuǎn)速模塊

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

　　3.2 溫度模塊

　　主要實現(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制冷和加熱這兩個手段來調(diào)節(jié)。首先是在運行的狀態(tài)下設(shè)置溫度參數(shù)值，然后由A/D轉(zhuǎn)換來采集振蕩器箱體內(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]進行分區(qū)域控制。該恒溫振蕩器劃分了3個區(qū)間進行處理：(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，控制打開制冷風(fēng)扇和加熱時間；(2)當(dāng)設(shè)置溫度低于箱內(nèi)溫度4℃區(qū)間時，制冷常開，控制加熱時間；(3)當(dāng)設(shè)置溫度大于箱內(nèi)溫度區(qū)間時，制冷不開，控制加熱時間，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℃且時間大于5 min時，就執(zhí)行超溫處理動作；否則，退出超欠溫程序，繼續(xù)進行溫度控制。

　　本文闡述了基于TCP/IP的恒溫振蕩器的設(shè)計原理，以嵌入式ARM芯片LPC2368為主控芯片控制多個模塊的功能實現(xiàn)。詳細(xì)說明了基于TCP/IP的控制模塊對于恒溫振蕩器的遠(yuǎn)程監(jiān)控功能的實現(xiàn)，目前市場上的大部分同類產(chǎn)品都不具備該項功能。另外，通過硬件與軟件的結(jié)合來實現(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)計制造的恒溫振蕩器具有很強的實用性和穩(wěn)定性，能夠滿足用戶遠(yuǎn)程獲取數(shù)據(jù)的使用需求。