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基于Web的单片机远程监控系统的设计与实现

李瑾，李峰
武汉理工大学信息工程学院，湖北武汉（430070）
摘要：传统的远程监控系统一般采用C/S模型的方式，针对大型设备，成本高。文章采用
SOC芯片C8051F020和10M自适应网络芯片RTL8019AS接口的方案，在单片机中嵌入了
精简的TCP/IP协议栈，构建了基于Web的单片机远程监控系统软、硬件平台，在此基础上
实现了基于单片机的数据采集和远程监控，所实现的系统具有成本低廉、操作方便、可靠等
优点。
关键词：TCP/IP，嵌入式Web系统，数据采集，远程监控

1.引言
单片机系统以其简单、高效的特点，在工业控制和日常生活中应用越来越广泛。目前大
多数单片机系统是以51单片机为核心，与检测、伺服、显示设备配合起来实现监控功能。
然而，这些监控系统的数据传输多采用RS-232、RS-485以及各种现场总线，这些方式有些
通信速度不够快，有些距离不够远，且各种总线之间难于实现互连和互操作。以太网作为目
前应用最为广泛的局域网，在工业自动化和过程控制领域得到了越来越多的应用。同时，随
着Internet的普及，现代通信技术的进步，基于TCP/IP和Client/Server架构的分布式监控技
术也日趋成熟。把嵌入式系统连接到Internet上，就可以方便、低廉地把信息传送到世界的
任何一个地方。
传统的远程监控系统一般采用C/S模型的方式，主要针对大型的设备进行监控。对于如
摄像头图象监控﹑家用仪表﹑门禁控制系统等小型的设备的监控就需要采用低成本的方案。
鉴于此，在低成本的单片机系统上移植精简的TCP/IP协议簇，实现对于小型设备远程监控
是最佳选择。该系统以Web方式实现，用户可以在任何一台装有浏览器的PC机上进行远程
监视与控制，具有价格低廉、操作方便、界面友好等优点。传统的远程监控系统模型与本系
统采用的模型如图1和图2所示。

图1传统远程监控系统模型图2单片机监控系统模型

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2.系统硬件设计

本系统以Cygnal公司的完全集成的混合信号系统级芯片（SOC）C8051F020单片机为
核心，采用Realtek公司的10M自适应以太网控制器RTL8019AS实现系统的网络接口部分。
SRAM部分用于存放大量的数据信息。数据采集部分用于采集系统需要监控的设备的运行
情况，由于C8051F020内部带有真正12位100ksps的8通道ADC带PGA和模拟多路开
关，还有两个12位DAC可编程更新时序，可以方便的进行模拟信号采集和对外设进行控
制。
C8051F020单片机内置64KFLASH程序存储器、4K内部SRAM，可以嵌入TCP/IP协
议,从而实现嵌入式WebSever的功能。RTL8019AS集成了介质访问控制子层(MAC)和物理
层的性能，与单片机的接口简单，可以方便地用来设计基于ISA总线的系统。另外，它还
具有与NE2000兼容、软件移植性好以及价格低廉等优点，所以特别适合用于嵌入式系统。

SRAM数据采集

JTAGC8051F020RTL8019AS

PM34_1006M
MAX232

RS232接口RJ45接口

图3系统框图

3．系统软件设计
3.1软件流图设计

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图4软件框图

软件的实现主要是根据数据在网络中传输的方向和数据的流向来实现的。在本设计中数
据的流向为:请求信息从局域网中来，通过RJ45送到RTL80l9AS，处理后的数据包送入单
片机系统的协议栈，由协议栈对数据包进行解析，得到原始请求信息。请求信息再经过单片
机系统的处理，产生回复信息。回复信息到局域网的过程与上面正好相反。整个系统的软件
流程如上图4所示。

3.2RTL8019接收与发送数据：

1．RTL8019芯片初始化主要是将网卡设置成正常的模式,跟外部网络连接。清除所有中
断标志位，让芯片开始工作。
2．对RTL8019接收数据操作，有查询和中断两种方式。因为单片机的速度和PC机相
差太远，而且还有一些采集任务，本系统不采用中断方式，用查询方式。在查询方式下，通
过查询CURR和BNRY两个寄存器的值来判断是否收到一帧数据。当BNRY+1与CURR
不相等，说明接收缓冲区接收到了新的数据帧。图5为RTL8019报头格式，接收部分子程
序如下：
UCHARxdata*rcve_frame(void)//如收到有效数据包,返回收到的数据,否则返回NULL

08162431
接收状态下一页指针以太网帧长的低字节以太网帧长的高字节

图5RTL8019报头格式

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