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案例頻道引言
為了達到利用Internet強大的網絡功能，實現遠程控制的目的，需要研究合理的網絡接入方案。利用基于TINI平臺的嵌入式系統,搭建不同設備接入計算機網絡的橋梁。利用嵌入式系統強大的軟硬件功能，可以支持不同的設備，實現接入方案的通用性。由于嵌入式系統具備較好的數據處理能力，不僅可以作為簡單的網絡接口，還可以擴展接入設備的網絡功能。
本次設計方案，IP網絡繼電器所需的TCP/IP棧和本地控制全部可由TINI平臺提供。JAVA運行環(huán)境極大地降低了這項任務的復雜性，利用它可以實現通過網絡遠程訪問和控制小型傳感器和執(zhí)行器。本次設計的IP ON/OFF開關，采用一個簡單的繼電器和微控制器DS80C400構建，它還可以延伸到其他遠程監(jiān)視和控制應用中。本電路由一個成為TINIWebServer的應用進行控制，它直接由TINI運行環(huán)境執(zhí)行，applet服務于主工作站，為了命令和狀態(tài)返回到TINI運行環(huán)境而打開雙向通信，并且顯示一個用于遙控繼電器的圖形用戶界面。
一、系統軟件概述
Com.dalsemi.tininet.http.HTTPServer類屬于JAVAKIT里的一個擴展類，它允許開關控制應用程序充當簡單的web服務器，其唯一的目的是將applet傳遞給遠端主機，在被主機內部瀏覽器執(zhí)行后，該applet就建立了一個于TINI應用程序交換命令和狀態(tài)的雙向TCP連接，它也為顯示控制和狀態(tài)提供了一個圖形用戶界面。圖1描述了整個軟件系統的原理圖。
圖1 系統軟件原理圖
二、系統硬件概述
在圖2中，基于DS80C400芯片的ON/OFF控制電路構成了開關接口。DS80C400芯片提供了以太網接口能力，以及通過引腳P5.0（其他引腳也可以等效工作）控制開關。N溝道MOSFET通過開關流過繼電器的電流，來控制繼電器。用戶可以根據繼電器和FET的大小要求，供給不同的電壓和電流；如果不需要隔離外部電路于TINI驗證模塊的電源，則可以去掉繼電器。在開關狀態(tài)改變時，二極管抑制繼電器線圈的感生電壓。為了可能實現某些新的服務，如網絡開關控制，在TINI芯片組參考設計中，采用基于標準的因特網技術，集成了所需要的軟硬件組件。
圖2 系統硬件原理圖
三、網絡開關控制原理
由四個類構成了該應用的開關控制和web服務器接口部分。Power-Switch類通過采用TINI類中的com.dalsemi.system.BitPort API類，直接接口至硬件。WebWorker類直接來由Software Developer’s Kit （TINI SDK）中的TINIWebServer，負責為到來的HTTP連接提供服務。SwitchWorker類管理applet和TINI應用之間的所有命令和狀態(tài)通信。TINIWebServer類通過綁定各個類的操作，來實現本應用。
PowerSwitch類是一個連接硬件的接口，在其構造器內為引腳P5.0創(chuàng)建一個BitPort目標。在該類中，可以執(zhí)行兩種函數，ON函數設定的引腳端口狀態(tài)是接通繼電器線圈的電壓；而OFF函數通過清零端口狀態(tài)，來斷開繼電器線圈的電壓。在圖2中的單刀雙擲（SPDT）繼電器能夠工作于常閉或常開位置，即在這兩種位置之間切換外部電壓源。ON和OFF函數假設電路工作于常開狀態(tài)，且必須能夠被改變至常閉電路狀態(tài)。為了指示ON/OFF是否對應于BitPort的位置或clear函數，則在該類中引入了一個外部的布爾變量（invert）。另一個函數（setInvert）要求用來初始化invert變量。硬件圖描述的是常開電路。
WebWorker類提供了網絡和應用之間的接口。它簡單地建立和驅動一個目標（com.dalsemi.tininet.http.HTTPServer），該目標依次產生線程，為每一個到來的HTTP連接提供服務，該類取自于上述的TINIWebserver，無須作任何修改，可以在網絡上的任何地方接入，HTTPServer能夠提供輸入密碼，或者接受任何其他形式的控制，僅允許那些授權的用號接入。
通過將網絡和硬件接口組合在一起（圖3所示），TINIWebServer允許遠程開關控制。例如，drive（）函數通過創(chuàng)建一個WebWorker線程和網頁“index.html”，建立此web服務器，網頁的主要目的是為了在主機工作站上，下載并執(zhí)行該applet。如果提示網頁僅包含靜態(tài)信息，該應用就沒有必要創(chuàng)建網頁。該索引只需要包含applet的jar文件一起，拷貝至web服務器的根目錄下即可。
通過將網絡和硬件接口組合在一起（圖3所示），TINIWebServer允許遠程開關控制。例如，drive（）函數通過創(chuàng)建一個WebWorker線程和網頁“index.html”，建立此web服務器，網頁的主要目的是為了在主機工作站上，下載并執(zhí)行該applet。如果提示網頁僅包含靜態(tài)信息，該應用就沒有必要創(chuàng)建網頁。該索引只需要包含applet的jar文件一起，拷貝至web服務器的根目錄下即可。
圖3 網絡與硬件接口連接流程
CODEBASE是一個在每個TINI芯片組設計中可以改變的網頁參數。Applet使用該信息，以返回連接至某個獨立的服務器插件中的TINI應用程序，可以創(chuàng)建并上傳一個定制的網頁至任何一個安裝在現場的TINI芯片組參考設計。一個簡單的方法是由應用程序在每次運行時，創(chuàng)建該網頁。通過三次寫操作，createIndexPage函數可以創(chuàng)建文件index.html，并將IP地址插入CODEBASE部分：
1） index.write(indexTop.getBytes(),0,indexTop.length())；
2） index.write(InetAddress.getLocalHost().getHostAddress().getBytes());
3） index.write(indexBottom.getBytes (), 0, indexBottom.length ());
第一次和第三此寫操作是將網頁的靜態(tài)部分拷貝至文件中，而第二次寫操作是將IP地址拷貝至文件的CODEBASE部分，在應用程序建立web服務器和創(chuàng)建網頁后，就啟動了web服務器。它創(chuàng)建一個服務器插件，用來處理來自下載applet的鍵入連接，并且在applet每次連接TINI應用時，調用serviceConnection函數。
serviceConnection函數創(chuàng)建了一個新例程SwitchWorker，并將這個插件傳給該類，SwitchWorker構造器創(chuàng)建一個新的線程，以處理主機applet 和TINI應用之間的連接，SwitchWorker 函數也處理下一個進入連接，接著將控制傳給drive函數。
SwitchWorker類管理applet和Web服務器之間的所有通信（圖4），在連接被斷開之前，它不斷地循環(huán)，執(zhí)行下列步驟：
1） 停留在read（），等待一個來自applet的命令字節(jié)；
2） 如果命令字節(jié)為0，則斷開開關；如果為1，則閉合開關；
3） 讀入當前開關狀態(tài)，回傳至applet。
3） 讀入當前開關狀態(tài)，回傳至applet。
圖4 applet與web服務器通信狀態(tài)圖
通過分配每個命令字節(jié)的低7位來表示不同開關的狀態(tài)（圖 5），該運算法則可以適用于更多的開關。保留最高位，用來指示只讀操作。該運行法則也可以被擴展，以允許在同一時刻多個applet連接至單個TINI web服務器應用。SwitchWorker只是簡單地保持一個“監(jiān)聽向量”（” vector of listerners”）。每次applet發(fā)出一個修改開關狀態(tài)的命令，web服務器就將其狀態(tài)回傳至當前之連接的所有applet。
圖5 網絡開關控制流程圖
將applet應用在主機上，是因為它提供了一套豐富的、用于顯示控制和狀態(tài)的圖形對象以及允許雙向通信。TINI類中的com.dalsemi.tininet.http.HTTPServer類是一種小巧而快速的類，但僅支持HTTP GET操作。由此產生是數據只能從TINI應用到主機單向傳遞。然而，該應用要求雙向數據傳輸。命令由主機發(fā)送至TINI web服務器，而狀態(tài)由web服務器發(fā)送至所有相連的主機。主機和TINI應用之間的通信無協議開銷，單字節(jié)命令和單字節(jié)狀態(tài)允許極快的控制和狀態(tài)響應。
主機applet包括兩個類：主類（SwitchControl）處理主機端的網絡通信和創(chuàng)建網頁上所有的顯示圖形單元（圖6）；另一個類（ImageButton）創(chuàng)建一個圖形撥動按鈕，顯示對應于按鈕狀態(tài)的兩種位圖之一。撥動按鈕用于開關的控制和狀態(tài)指示應該是足夠的，但applet的表現會因瀏覽器的不同而異。因此，加入簡單的ON/OFF按鈕將完成相同的控制功能，位圖和狀態(tài)窗完成相同的狀態(tài)指示功能而已。
主機applet包括兩個類：主類（SwitchControl）處理主機端的網絡通信和創(chuàng)建網頁上所有的顯示圖形單元（圖6）；另一個類（ImageButton）創(chuàng)建一個圖形撥動按鈕，顯示對應于按鈕狀態(tài)的兩種位圖之一。撥動按鈕用于開關的控制和狀態(tài)指示應該是足夠的，但applet的表現會因瀏覽器的不同而異。因此，加入簡單的ON/OFF按鈕將完成相同的控制功能，位圖和狀態(tài)窗完成相同的狀態(tài)指示功能而已。
圖6 SwitchControl控制流程圖
在創(chuàng)建圖形單元后，SwitchControl類將創(chuàng)建一個狀態(tài)監(jiān)測線程。該線程接著進入休眠模式，停留于讀命令狀態(tài)，等待來自于TINI應用的狀態(tài)信息。當線程向下運行時，ImageButton的位圖和狀態(tài)窗被刷新，接著又循環(huán)到程序的頂部，等待下一次的狀態(tài)字節(jié)。Applet事件線程驅動actionPerformed函數，該函數在每次按下圖形按鈕后被調用，如果調用由ImageButton或ON/OFF按鈕觸發(fā)，則它翻轉當前狀態(tài)，并向TINI發(fā)出一個開或關的命令，ImageButton類只是一個簡單的采用AWT(Abstract Window Toolkit)組件編程的范例。
四、結論
由上述可知，采用TINI運行環(huán)境，JAVA程序和簡單的繼電器電路，實行遠程控制ON/OFF開關時非常容易的。挑選合適的現有電路元件使得許多應用成為可能，可以控制任何事物（從任何位置的網絡接入），從照明燈到任何工業(yè)設備。
參考文獻
1 DS80C400 Network Microcontroller 1999
2 High-Speed Microcontroller User Guide: DS80C400Supplement 1999
3 Exploring Tiny InterNet Interface 1999
4 The TINI Specification and Developer Guide 1999
4 The TINI Specification and Developer Guide 1999
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號