Zigbee物联网智能网关的设计研究(3)
另外，W5500 的接口电平兼容3.3V和5V 电平，不需要电平转换器，可以直接连接51单片机。由此可见，该模式下硬件电路的设计相对简单。
系统软件设计部分主要包括两个方面：一是网络芯片W5100 驱动程序，包括对其内部寄存器的初始化，以及对数据寄存器的读、写控制等；另外是用于对传输数据的显示与观测的上位机软件设计。
驱动程序实现的功能是将要发送的数据包按指定格式写入芯片输入输出缓冲区中并启动发送命令，W5500 会自动把数据包转换成物理帧格式在物理信道上传输。反之，W5500收到物理信号后将其还原成数据，按指定格式存放在输入输出缓冲区中，以便主机程序取用，简言之就是W5500 完成数据包和电信号之间的相互转换。以太网协议由芯片硬件自动完成，不用考虑。对W5500 的驱动是通过对其公共寄存器的配置完成的，主要包括模式寄存器（MR），网关地址寄存器（GWR）、子网掩码寄存器（SUBR）、源硬件地址寄存器（SHAR）、源IP地址寄存器（SIPR）、中断寄存器（IR）、中断屏蔽寄存器（IMR）、重试时间寄存器（RTR）、重试次数寄存器（RCR）、接收数据缓冲区大小寄存器（RMSR）、发送数据缓冲区大小寄存器（TMSR） 以及套接字寄存器控制等。这些寄存器用来设置W5500 的工作模式、中断向量、IP 地址、网关地址、子网掩码、物理地址、超时值等相关信息；套接字控制寄存器平均分为4 部分，对4 个独立的网络通道单独设置；发送和接收数据缓冲区用来存放临时数据。通过设置W5500 内部的控制寄存器，设计者完全可以像在局域网中配置IP 地址一样简单地配置设计的系统，通过灵活创建和选择TCP 和UDP 套接字(socket) 来完成网上的数据交换。W5500 支持多种网络通信协议。本系统中采用TCP/IP 协议的服务器模式，接收PC 机的命令并执行相应的数据采集和传输工作。程序包括6 个子模块：初始化模块、创建socket 模块、网络连接模块、数据发送模块、数据接收模块、关闭socket 模块。初始化模块主要完成对MCU 自身的初始化和对W5500 的初始化。MCU 的初始化任务主要是设置中断和根据具体要求设定接口参数。W5500 的初始化包括对网关、子网掩码、IP 地址、MAC 地址的设置。
2 物联网智能网关设计的一般方案
随着互联网的日益普及、信息共享程度的要求不断提高，各种家电设备、仪器仪表以及工业生产中的数据采集与控制设别在逐步走向网络化，以便利用庞大的网络资源，实现分布式远程监控、信息交换与共享。物联网的发展更是为网络技术的应用起到了巨大的推动作用。
利用以太网实现远程控制系统，通过互联网共享以单片机应用系统为核心的小型嵌入式信息采集系统的信息，是物联网应用的关键内容。
单片机网络化应用系统的基本设计原则是：可靠性高、性能价格比高、操作简便以及设计周期短。在进行物联网智能网关应用系统方案设计时，采用下述一般设计方法作为指导。
1. 确定系统功能与性能
由需求调查确定物联网智能网关应用系统的设计目标，这一目标包括系统功能与性能。系统功能主要由数据采集、数据处理、输出控制等。
2. 确定系统基本结构
物联网智能网关应用系统结构一般是以单片机为核心外部扩展相关电路的形式。确定了系统中的单片机、存储器分配以及输入/输出方式就可答题确定出物联网智能网关应用系统的基本组成。
（1）单片机
在系统详细方案设计时，先要确定单片机的型号。所选单片机的型号不同，组成的系统结构也就不同。
（2）存储器分配
不同的单片机具有不同的存储器组织。应根据应用系统的需要合理进行存储器的分配。
下一篇：中低压配电网故障定位方法的研究