單片機嵌入式網絡技術以及系統開發與實現

蘇燕　張建平　阮瑩　曹成虎

【摘要】：在我國計算機技術水平不斷發展基礎上，單片機嵌入式技術的應用已經逐漸廣泛，如果實現單片機嵌入式和互聯網的有效結合，更有助于顯著提高單片機嵌入式系統的應用空間，促進兩者的共同發展。本文則對單片機嵌入式互聯網技術以及系統開發展開探討。

【關鍵詞】：單片機；嵌入式；互聯網技術；系統開發

中圖分類號： TN91 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）05（a）-0000-00

近些年，基于單片機的嵌入式系統獲得廣泛應用，具體包括應用于工業與智能儀器中的安防系統、探測系統以及信息家電等環節，若將因特網連接在嵌入式系統中，則可通過互聯網實現遠程信息的監測、傳達與控制，由此就增加了嵌入式系統設計與開發機遇。本文則對單片機嵌入式互聯網技術以及系統開發展開探討。

1關于單片機嵌入式互聯網計入技術的理論分析

互聯網通信期間，存在大量TCP協議簇，占據較大系統資源量，若僅僅為單一選擇單片機，則會由于有限的單片機資源特點，導致因特網IP/TCP協議簇無法實現有效容納。因此，若要使單片機嵌入式網絡技術得以實現，關鍵就是利用單片自身資源處理信息，以此確保信息可以轉變為通過因特網實現傳輸功能的數據包。從嵌入式網絡系統進行分析，計算機技術的應用提升了系統的性能，提高了系統的工作效率，而將單片機技術在嵌入式網絡系統中進行應用，則可以進一步的提升系統的性能，并提高系統的穩定性和可靠性。單片機在嵌入式網絡系統中的應用，可以實現嵌入式網絡系統的多機通信性能等，通過計算機技術、單片機，實現遠距離傳輸通信[2]。在當前的通訊設備和通信技術發展的過程中，計算機技術、單片機技術等的應用，實現了對單片機技術的應用，課提升了嵌入式網絡系統的性能，為此推動了我國國民經濟的發展，也進一步的滿足了人們對通信系統性能的需求。

2系統性介紹單片機與網卡接口電路

2.1系統設計方案

該系統所選單片機是價格較為偏遠、應用較為廣泛的MCS8051單片機系列，所選網卡為以太網控制器芯片。由于因特網網絡協議程序代碼比較大，因此除單片機與網卡外，系統還必須加設相關外圍電氣，所加設外圍電氣具體有RAM存儲器與RS232接口，其中RS232接口關鍵是外圍設備與單片機展開數據交互的相關接口，RAM存儲器則扮演著數據緩存器的角色，該系統功能設計見圖1。

單片機在該系統內部的作用主要為對因特網中的數據與封包串口內部數據進行解包，由此就會采用因特網物理媒介向以太網控制芯片中傳輸，以太網控制芯片完成地址接線協議，會轉接至單片機中，此時的單片機會對TCP/IP的協議予以執行，并消除TCP/IP報頭，并在RS232接口中向采集數據系統的相關現場設備移交數據，若為現場設備對數據進行接收，并向單片機傳輸，則單片機會根據TCP/IP協議展開封包，向以太網控制器芯片傳輸數據，通過網卡芯片可以向因特網中傳輸，選擇該方式的因特網與單片可實現彼此數據交換，由此就可使網絡遠程控制采集數據系統得以實現。

2.2發揮網卡與單片機接口電路在系統中的作用

單片機嵌入式互聯網系統中，核心環節為單片機，因此，網卡與單片機接口發揮著極為重要的作用。本研究所闡述的系統所選單片機為8051系列，因為該單片具有較為廣泛的應用范圍，而且價格也比較低，除此之外，該單片機本身也存在較為簡單的結構，在工業設備中可以在很大程度上降低系統成本，而且在編寫8051系列單片機過程中也較為簡單，便于程序調試。

2.3其他結構的設計

在基于單片機技術的嵌入式網絡系統的設計中，除了以上的設計之外，還需要的服務端和客戶端的電路進行設計，對系統的整體功能模塊進行設計等。服務端和服務機、客戶端的客戶機其采用的是不同的電路，但是卻是連接在一個電路板上的，客戶機采用的電路，需要編址，而服務機不需要編址，其有一個固定的地址，所以不需要部分的電路[6]。

3單片機中TCP/IP協議棧的實現

因特網中，TCP/IP協議為最為核心與根本的協議，若要在單片機內部有效實現嵌入式因特網技術，則就應該使因特網中的TCP/IP協議得以實現，然而，由于單片機本身具有有限的資源，因此所想使因特網TCP/IP協議完全實現可能性較小。當前有一些企業基于嵌入式設備的差異性，將大量商業嵌入式協議棧設計出來，其通用性相對比較差，且費用也比較高。若在對單片機嵌入式網絡系統進行設計過程中選擇TCP/IP協議棧，則該系統則具有較低的性價比，通過對比TCP/IP協議棧后，該研究所提出的系統設計核心為TCP/IP協議棧的UIP0.9，該協議棧在8/16位單片機中較為適用，為小型嵌入式協議棧，而且在實際設計過程中，UIP0.9主要選擇模塊化，對網絡通信過程中必須適用的協議機制進行有效保留在很大程度上減少了協議代碼量，該協議也會降低系統資源實際要求。所以，TCP/IP協議棧能夠有效適應單片機嵌入式網絡系統。

4關于單片機主程序的系統性介紹

添加底層設備驅動模塊與應用服務模塊完成后，對UIP進行有效配置后，編寫系統主體結構的過程其實就是在編寫單片機主程序函數，在編寫單片機主程序函數時，必須依照用戶實際需求展開，對本研究所提到的單片機嵌入式網絡系統而言，關鍵在于通過以太網，再與因特網相接入，以此使WEB實際應用得以實現。單片機主程序本身包括對系統初始化進行啟動的工作，完成初始化工作后，會持續性查詢主程序。由于TCP/IP協議棧編寫期間主要是采用C語言的方式完成，因此，為確保單片機與協議棧可以便于交換數據，應該在編寫單片機主程序期間通過C語言編寫。

總而言之，在我國計算機技術水平不斷發展基礎上，單片機嵌入式技術的應用已經逐漸廣泛，如果實現單片機嵌入式和互聯網的有效結合，更有助于顯著提高單片機嵌入式系統的應用空間，促進兩者的共同發展。

參考文獻：

[1] 蔣俊.基于PIC單片機的網絡嵌入式系統研究[D].湖南師范大學，2009：15-16.

[2] 李紅濤，華實.單片機嵌入式Internet技術研究及系統開發探討[J].電子制作，2014，（8）：174-174，171.

[3] 曹炯清，李文池.物聯網中嵌入式單片機系統實現WSN的IP傳感器結構設計[J].制造業自動化，2011，33（23）：139-141.

[4] 季照平.基于單片機ARM嵌入式技術的數控系統的開發研究[J].輕工科技， 2015（11）：124-125.

[5] 代禮前.基于PlC18F2455單片機的網絡嵌入式系統設計與實現[J].新技術新工藝， 2012（7）：71-73.

作者簡介：

蘇燕，1981年6月， 女，漢族： 鄭州，碩士研究生，畢業院校：河北工業大學，

中級工程師 ，研究方向：嵌入式應用 單位：河南師范大學新聯學院

張建平，1984年，女，漢族，安徽安慶，本科，畢業院校：鄭州大學，助教，單位：河南師范大學新聯學院

阮瑩，1985年，女，漢族，河南南陽，碩士研究生，畢業院校：河南科技大學，講師，單位：河南師范大學新聯學院

曹成虎，1987年，男，漢族，河南鄭州，碩士研究生，畢業院校：福州大學，單位：河南師范大寫新聯學院