论文部分内容阅读
摘要：设计了一种新型的以太网联动报警系统，此报系统由报警主机(PC机)及若干报警节点(报警器)组成。其中报警主机负责全局布防、撤防及报警信息处理等工作，报警节点负责各区域的警报监测、本地报警及报警信息提示等。详细介绍了以太网实现联动报警的工作原理及系统的组网方式，给出了报警节点的软硬件设计。经试验测试，系统反应迅速、通讯可靠、组网方便。
关 键 词：以太网；TCP/IP；C8051F340；联动报警器；
中图分类号：S611文献标识码： A
0 引言
在所有小区和楼宇智能化系统建设中，最为普及并与居民生活紧密相关的应该是楼宇对讲系统和家庭防盗报警及紧急求助系统。目前市面上应用面最广的两种报警系统分别是电话线联网报警系统和总线制联网报警系统。电话线联网报警时容易出现通讯堵塞，通讯费用高等缺点，而总线联网报警又存在工程施工要求高，需单独铺设线路，成本高等缺点。因此设计一种通讯迅速可靠、组网方便、成本低廉的报警系统十分必要。本文设计了一种依托以太网技术的楼宇联动报警系统，系统采用报警器发生报警时首先链接报警主机，然后再链接其他报警器的联动方式，减少了报警主机的负担，同时提高了联动报警的效率；报警系统依靠W5100网络芯片的全硬件TCP/IP协议栈保证了通讯的稳定性；依托于现有的以太网网络，避免了线路的重新铺设，降低了系统成本，同时也可以通过网络进行远程报警[ 1]。
2 系统组网方式及工作原理
报警系统由报警主机(PC机)和若干报警节点组成。报警主机安装在管理中心，由安保人员管理，用于全局布防、撤防及接收和处理报警信息。报警主机并无特殊要求，只要能够上网，另外再安装监控软件即可。报警节点，也即报警器，需要根据用户需要安装。在信息化程度越来越高的现今社会，大部分城市家庭都安装了网络，一个小区或者一个楼宇就组成了一个局域网，为了充分利用这些现成的网络资源，报警器设计成了所处局域网的一个节点，与计算机同级，如图1所示。
当用户将报警器接入网络后，用户需要设置报警器的网关、IP地址、路由及端口等信息，并使用计算机链接报警器，确认链接成功后再通过报警器上的初始化按键将本机网关、IP地址等信息上传到报警主机(PC机)，并向报警主机请求其他报警器的相关信息，请求成功后，报警主机将所有其他报警器的相关信息下载到报警器中，最后还需进行报警器的联动测试，按下报警器上的联动测试按键，报警器自动报告测试结果。至此，一个完整的报警系统组网完成。
3 报警节点硬件设计
本着节约成本的原则，报警节点的设计既要满足用户需要，也要尽可能低降低成本，综合考虑，使用了增强型51单片机C8051F340单片机作为系统的主控CPU。C8051F340器件是完全集成的混合信号片上系统型MCU，具有精确校准的12MHZ内部振荡器和4倍时钟乘法器，64KB的片内FLASH存储器及4K片内RAM，拥有40个耐5V输入的IO端口。高速的运行速度增强了系统处理数据的速度与能力，大容量的存储器满足了大量代码的存储，方便了FAT32文件系统的移植，丰富的IO口及其灵活的配置方法，满足了系统对于外设的控制。因此，作为报警节点的控制核心，C8051F340最适合不过了。作为报警系统的一个报警节点，应该具有对外通讯，本地报警，本地显示，实时时钟，用户按键，本地存储，现场实时监测等功能。报警器整体结构框图如图2所示。
报警器要作为以太网的一个节点，必须具备链接以太网的能力，系统中CPU不具备直接链接以太网的能力，需要依靠外部硬件来实现以太网的链接。本设计中选用了W5100网络芯片。W5100是内部集成了全硬件的、且经过多年市场验证的TCP/IP协议栈、以太网介质传输层（MAC）和物理层（PHY）的单片网络接口芯片。其硬件TCP/IP协议栈支持TCP、UDP、IPv4、ICMP、ARP、IGMP和PPPoE，这些协议已经在很多领域经过多年验证。W5100内部还集成有个16KB用于数据传输的存储器。该网络芯片主要应用于高集成、高稳定、高性能和低成本的嵌入式系统中。使用W5100可以实现没有操作系统的Internet链接，用户在使用W5100时不需要考虑太多以太网的复杂控制，而只需进行简单的端口（Socket）编程。
4 报警节点软件设计
软件采用模块化设计，由主程序、以太网通讯程序、实时时钟程序、现场监测程序、SD卡存储程序、液晶显示程序等模块组成。本文重点介绍以太网通讯模块。
W5100的初始化操作很简单，如图3所示，主要包括设置本地网关、IP地址、物理地址以及分配接收和发送的缓冲区大小，设置Socket的工作方式，比如UDP或者TCP[2]。在本设计中，Socket被设置工作在TCP工作方式下。除此之外，还需设置目的地的IP地址、物理地址以及设置传输数据的最大字节数等。
初始化完成后，CPU进入循环，等待中断，中断有发送和接收数据、超时、终止链接、链接成功等，如果发生中断，进入相应的中断处理程序即可。
5 結束语
本文介绍了一种新型的以太网联动报警系统的设计方法，首先分析了系统的原理，并在此基础上详细介绍了系统报警节点的软硬件设计，主要介绍了以太网模块的工作原理及软硬件设计方法，最后对系统进行了整体测试，系统按报警时间顺序记录报警地点、报警类型等信息。经测试，系统组网方便，成本低廉，通讯可靠，完全满足用户需求。
参考文献
[1].邓飞. 基于网络化的消防火灾联动报警管理系统研究[J]. 电子设计工程，2013，21(9)128-130
[2].武振宇，吴凡. 基于W5100的嵌入式网络通信系统[J]. 电子元器件应用，2012，14(8)34-35
[3].顾春洋，李鑫，张强. 基于SD卡的FAT32文件系统的设计与实现[J].产业与科技论坛，2013，12(2)96-98
关 键 词：以太网；TCP/IP；C8051F340；联动报警器；
中图分类号：S611文献标识码： A
0 引言
在所有小区和楼宇智能化系统建设中，最为普及并与居民生活紧密相关的应该是楼宇对讲系统和家庭防盗报警及紧急求助系统。目前市面上应用面最广的两种报警系统分别是电话线联网报警系统和总线制联网报警系统。电话线联网报警时容易出现通讯堵塞，通讯费用高等缺点，而总线联网报警又存在工程施工要求高，需单独铺设线路，成本高等缺点。因此设计一种通讯迅速可靠、组网方便、成本低廉的报警系统十分必要。本文设计了一种依托以太网技术的楼宇联动报警系统，系统采用报警器发生报警时首先链接报警主机，然后再链接其他报警器的联动方式，减少了报警主机的负担，同时提高了联动报警的效率；报警系统依靠W5100网络芯片的全硬件TCP/IP协议栈保证了通讯的稳定性；依托于现有的以太网网络，避免了线路的重新铺设，降低了系统成本，同时也可以通过网络进行远程报警[ 1]。
2 系统组网方式及工作原理
报警系统由报警主机(PC机)和若干报警节点组成。报警主机安装在管理中心，由安保人员管理，用于全局布防、撤防及接收和处理报警信息。报警主机并无特殊要求，只要能够上网，另外再安装监控软件即可。报警节点，也即报警器，需要根据用户需要安装。在信息化程度越来越高的现今社会，大部分城市家庭都安装了网络，一个小区或者一个楼宇就组成了一个局域网，为了充分利用这些现成的网络资源，报警器设计成了所处局域网的一个节点，与计算机同级，如图1所示。
当用户将报警器接入网络后，用户需要设置报警器的网关、IP地址、路由及端口等信息，并使用计算机链接报警器，确认链接成功后再通过报警器上的初始化按键将本机网关、IP地址等信息上传到报警主机(PC机)，并向报警主机请求其他报警器的相关信息，请求成功后，报警主机将所有其他报警器的相关信息下载到报警器中，最后还需进行报警器的联动测试，按下报警器上的联动测试按键，报警器自动报告测试结果。至此，一个完整的报警系统组网完成。
3 报警节点硬件设计
本着节约成本的原则，报警节点的设计既要满足用户需要，也要尽可能低降低成本，综合考虑，使用了增强型51单片机C8051F340单片机作为系统的主控CPU。C8051F340器件是完全集成的混合信号片上系统型MCU，具有精确校准的12MHZ内部振荡器和4倍时钟乘法器，64KB的片内FLASH存储器及4K片内RAM，拥有40个耐5V输入的IO端口。高速的运行速度增强了系统处理数据的速度与能力，大容量的存储器满足了大量代码的存储，方便了FAT32文件系统的移植，丰富的IO口及其灵活的配置方法，满足了系统对于外设的控制。因此，作为报警节点的控制核心，C8051F340最适合不过了。作为报警系统的一个报警节点，应该具有对外通讯，本地报警，本地显示，实时时钟，用户按键，本地存储，现场实时监测等功能。报警器整体结构框图如图2所示。
报警器要作为以太网的一个节点，必须具备链接以太网的能力，系统中CPU不具备直接链接以太网的能力，需要依靠外部硬件来实现以太网的链接。本设计中选用了W5100网络芯片。W5100是内部集成了全硬件的、且经过多年市场验证的TCP/IP协议栈、以太网介质传输层（MAC）和物理层（PHY）的单片网络接口芯片。其硬件TCP/IP协议栈支持TCP、UDP、IPv4、ICMP、ARP、IGMP和PPPoE，这些协议已经在很多领域经过多年验证。W5100内部还集成有个16KB用于数据传输的存储器。该网络芯片主要应用于高集成、高稳定、高性能和低成本的嵌入式系统中。使用W5100可以实现没有操作系统的Internet链接，用户在使用W5100时不需要考虑太多以太网的复杂控制，而只需进行简单的端口（Socket）编程。
4 报警节点软件设计
软件采用模块化设计，由主程序、以太网通讯程序、实时时钟程序、现场监测程序、SD卡存储程序、液晶显示程序等模块组成。本文重点介绍以太网通讯模块。
W5100的初始化操作很简单，如图3所示，主要包括设置本地网关、IP地址、物理地址以及分配接收和发送的缓冲区大小，设置Socket的工作方式，比如UDP或者TCP[2]。在本设计中，Socket被设置工作在TCP工作方式下。除此之外，还需设置目的地的IP地址、物理地址以及设置传输数据的最大字节数等。
初始化完成后，CPU进入循环，等待中断，中断有发送和接收数据、超时、终止链接、链接成功等，如果发生中断，进入相应的中断处理程序即可。
5 結束语
本文介绍了一种新型的以太网联动报警系统的设计方法，首先分析了系统的原理，并在此基础上详细介绍了系统报警节点的软硬件设计，主要介绍了以太网模块的工作原理及软硬件设计方法，最后对系统进行了整体测试，系统按报警时间顺序记录报警地点、报警类型等信息。经测试，系统组网方便，成本低廉，通讯可靠，完全满足用户需求。
参考文献
[1].邓飞. 基于网络化的消防火灾联动报警管理系统研究[J]. 电子设计工程，2013，21(9)128-130
[2].武振宇，吴凡. 基于W5100的嵌入式网络通信系统[J]. 电子元器件应用，2012，14(8)34-35
[3].顾春洋，李鑫，张强. 基于SD卡的FAT32文件系统的设计与实现[J].产业与科技论坛，2013，12(2)96-98