导言
嵌入式体系因具有低功耗、实时性强、牢靠性高档长处而日益遍及，跟着网络对人们的日子越来越重要，网络通讯功用也成为嵌入式体系的发展趋势。传统的长途监控体系多选用8位或16位主控芯片，经过485总线、红外线等方法进行长途通讯。这样的长途监控体系存在反响速度慢、数据传输速率低、布线杂乱、易受搅扰等缺陷。本体系选用32位的STM32F103C6作为主控芯片，现场收集的数据经过ZigBee无线传感器网络，用ENC28J60以太网操控器完结嵌入式体系与长途监控主机的网络通讯。该体系能够广泛使用于工业现场、楼宇等需求进行长途监控的场所，具有实时性强、多用户、监控便利、本钱低一级长处。
1 体系整体结构规划
依据体系的功用，能够把整个监控体系分为3部分：数据收集部分、数据处理与操控部分、长途监控部分。监控体系整体结构如图1所示。
数据收集部分选用CC2530芯片与ZStack协议栈组成的ZigBee无线传感器网络。终端设备对现场的温度、湿度等数据进行收集，经过路由器把数据传送到和谐器。和谐器与主控芯片STM32F103C6经过RS-232串口通讯。
数据处理与操控部分（嵌入式服务器）是整个监控体系的中心，担任接纳ZigBee网络收集的数据，并经过以太网把数据发送给长途监控主机，接纳长途监控主机发送的指令并履行相应的操控功用。嵌入式服务器由STM32F103C6芯片与ENC28J60以太网操控芯片组成，选用μIP协议栈完结牢靠的端到端服务。
长途监控部分由PC机与使用软件组成。使用软件为Visual Studio 2010开发的监控软件，可供用户实时地检查监控方针的参数，并操控长途设备。
2 硬件规划
2．1 数据收集部分
该部分选用TI公司的CC2530芯片。CC2530经过I／O口与数据收集芯片相连，把收集到的数据经过ZigBee无线传感器网络传到数据处理与操控部分。
CC2530除具有代码预取功用的低功耗8051微操控器内核外，还具有8 KB内存、最高128 KB闪存、5通道DMA、一个16位定时器和一个8位定时器、8路输入和可装备分辨率的12位ADC、2个支撑多种串行通讯协议的强壮USART，21个通用I／O口，习惯2．4 GHz IEEE802．15．4规范的RF收发器。其具有极高的接纳灵敏度和抗搅扰功用，只需求一个晶振和很少的外接元件即可正常运转。CC2530与外围器材的衔接联系如图2所示。
2．2 数据处理与操控部分
该部分是整个监控体系的中心，首要由STM32F103C6芯片与ENC28J60芯片组成。数据处理与操控部分的衔接原理如图3所示。STM32F103 C6接纳CC2530收集的数据，并在μIP协议栈的基础上把数据封装成契合以太网格局的数据包发送给长途监控主机。一起，操控ZigBee无线传感器网络、接纳长途监控主机的指令，对电动机、电灯、电扇、空调、总开关等设备进行操控。
STM32F103C6选用ARM Cortex-M3（32位RISC）内核，最高运转频率可达72 MHz。具有丰厚的片上资源：32 KB的Flash、10 KB的SRAM、2个通用定时器和1个高档定时器、1个SPI接口、1个I2C总线接口、2个USART接口、1个USB接口、1个CAN总线接口、2个12位同步ADC模块。
ENC28J60集成了10BASE-T PHY和MAC，带接纳器和抵触按捺电路，是兼容IEEE 802．3的以太网操控器。支撑一个带主动极性检测和校对的10BASE—T端口，支撑全双工和半双工形式，具有可编程在发生抵触时主动重发、可编程填充和CRC生成、可编程主动回绝过错数据包的特性，并带一个最高速度可达10 Mbps的SPI接口。具有8 KB发送／接纳数据包双端口SRAM，支撑单播、组播和播送数据包，能够主动收发、过滤数据包。ENC28J60经过SPI接口与STM32F103C6衔接，接纳STM32F103C6的数据并把数据转化成契合IEEE 802．3规范的以太网数据包，完结网络通讯。
HR911105A是单口RJ45插座，契合IEEE802．3、IEEE802．3ab规范，自习惯10／100／1000M以太网，内部集成了网络阻隔变压器，具有强壮的电磁搅扰按捺功用。
2．3 长途监控部分
该部分由PC机组成，PC机数量能够依据用户的数量确认，能够散布于不同的地理位置，经过网线与嵌入式服务器衔接，获取嵌入式服务器的数据并发送用户的操控指令给嵌入式服务器。
3 体系软件规划
3．1 嵌入式服务器软件整体规划
嵌入式服务器程序是本体系中最重要的功用完结模块。首要完结3部分功用：接纳ZigBee无线网络的数据和传输数据收集操控指令，树立客户机一服务器（C／S）形式的网络通讯机制以及操控外围器材。
在本体系中，由STM32F103C6组成的嵌入式服务器即为C／S形式中的服务器，监控PC为客户机。嵌入式服务器软件体系是由μC／OS嵌入式实时操作体系、μIP协议栈、使用程序组成的。嵌入式服务器上电后对体系进行初始化，等候ZigBee网络安排妥当，接纳监控PC发送的指令，依据指令收集数据或操控外围器材。嵌入式服务器软件的流程如图4所示。
3．2 ZigBee无线传感器网络
ZigBee协议是依据世界规范化安排（ISO）的开放体系互连（OSI）根本参阅模型，ISO／OSI模型有7层，而ZigBee仅完结了低功耗、低数据传输率的无线网络必需的部分：物理层（PHY）、介质拜访操控层（MAC）、网络层（NWK）和使用层（APL）。最低的两层：物理层和介质拜访操控层，由IEEE 802．15．4规范界说。网络层和使用层由ZigBee规范界说。在使用层内供给了使用支撑子层和ZigBee设备方针。
ZigBee网络包含3种设备类型：和谐器（ZC）、路由器（ZR）、终端设备（ZE）。ZigBee无线传感器网络拓扑结构如图5所示。
和谐器担任发动和操控网络，存储关于网络的信息；路由器担任中转数据包，扩展网络覆盖面，供给备份路由以防网络拥堵和设备通讯失利，支撑子设备。终端设备能够发送或接纳信息，但不能履行路由操作，有必要被联系到和谐器或许一个路由器，而且终端设备不支撑子设备。在本体系中终端设备担任收集温度、湿度、烟雾、光照等数据，和谐器经过RS-232接口与嵌入式服务器衔接，把收集到的数据传送到嵌入式服务器。
本体系选用TI公司契合ZigBee2007协议栈规范的Z—Stack协议栈完结ZigBee无线网络。体系上电后，各结点首要实施硬件初始化，然后初始化ZigBee无线网络，网络组成完结而且运转正常后，终端设备进行数据收集，并经过路由器结点把数据传递给和谐器。ZigBee无线网络的作业次序如图6所示。
3．3 μIP协议栈
μIP协议栈是由瑞典计算机科学研究所的AdamDunkels开发，并在BSD风格的许可证下发布的免费、开放源代码的协议栈。完好TCP／IP协议栈的完结别离需求几百KB的程序存储空间和内存，这对8位或16位芯片组成的体系来说，需耗费太多的资源而无法得到使用。关于大多数使用来说，完结完好的TCP／IP协议栈是没有必要的。μIP规划成只是完结完好TCP／IP协议栈里必需的特性，其间包含IP、ICMP、μDP和TCP协议，整个协议栈是用C言语完结的，而且只能处理一个网络接口。
使用程序调用μIP协议栈供给的用户接口函数完结网络通讯功用。发送数据时，μIP协议栈把使用程序的数据封装成契合以太网规范的数据包，再调用底层驱动程序把数据发送到以太网中的方针机器。一旦以太网操控器接纳到契合要求的数据包，则μIP协议栈提取包中的有用数据传递给使用程序。μIP协议栈与底层驱动、使用程序的调用联系如图7所示。
3．4 监控体系测验成果
把程序下载到嵌入式服务器，硬件衔接结束后整个体系上电。在长途监控主机中翻开监控程序，对本体系进行测验，成果如图8所示。
结语
经过对该监控体系进行运转测验，本体系能够接纳长途监控PC发送的监控指令，并依据指令将ZigBee无线传感器网络收集到的数据经过以太网发送给长途监控PC、操控现场设备，完结了远间隔监测与操控功用。本规划处理了传统长途监控体系中传输间隔短、布线杂乱与实时性差等问题，具有重要的实际意义。
