張佳進(jìn)，陳立暢，譚雅青，唐君君，聶劍鋒

（1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué) 基礎(chǔ)與信息工程學(xué)院，昆明650201；2.云南農(nóng)業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程技術(shù)學(xué)院）

張佳進(jìn)（講師），研究方向?yàn)榍度胧较到y(tǒng)、計(jì)算機(jī)測(cè)控；陳立暢（講師），研究方向?yàn)橹悄苄畔⑻幚怼?/p>

引 言

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展，許多嵌入式系統(tǒng)具備了聯(lián)網(wǎng)功能，為方便系統(tǒng)開發(fā)者集中監(jiān)控和管理遠(yuǎn)程嵌入式系統(tǒng)，同時(shí)方便其他PC網(wǎng)上用戶或智能手機(jī)App能夠獲取嵌入式系統(tǒng)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程讀數(shù)與控制［1－3］，本文提出了以STM32F103RC 處理器為核心，結(jié)合WIZnet公司的W5500 以太網(wǎng)接口芯片，利用新浪微博的二次開發(fā)接口［4］，設(shè)計(jì)了嵌入式新浪微博客戶端，從而實(shí)現(xiàn)社交網(wǎng)絡(luò)與嵌入式硬件系統(tǒng)的互動(dòng)，可以把人與人的關(guān)系拓展到人與物的關(guān)系、物與物的關(guān)系。本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

1 系統(tǒng)主要硬件介紹

1.1 STM32F103RC微控制器

STM32F103RC 是 基 于Cortex－M3 內(nèi) 核 的32 位ARM 處理器芯片，其工作頻率可達(dá)72 MHz；內(nèi)置高速大容量存儲(chǔ)器（512KB Flash、64KB RAM）；豐富的增強(qiáng)I／O端口和外設(shè)資源，包括2 個(gè)12 通道DMA 控制器、5 路USART、3路SPI以及12位的ADC、DAC、FSMC、SDIO、USB、CAN 總線、I2C 總線等；具有標(biāo)準(zhǔn)和先進(jìn)的通信接口；提供可編程電壓檢測(cè)器（PVD），保證整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定工作，具備較強(qiáng)的抗干擾能力。STM32F103RC 廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、手持終端、智能儀器儀表、計(jì)算機(jī)測(cè)控等領(lǐng)域［5］。

1.2 W5500以太網(wǎng)控制器

W5500是一款全硬件TCP／IP嵌入式以太網(wǎng)控制器，使用硬件邏輯門電路實(shí)現(xiàn)TCP／IP協(xié)議棧的傳輸層及網(wǎng)絡(luò)層（包括TCP、UDP、ICMP、IPv4、ARP、IGMP、PPPoE 等協(xié)議），并集成了數(shù)據(jù)鏈路層、物理層，以及32KB片上RAM作為數(shù)據(jù)收發(fā)緩存器。從而把網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量的處理工作全部轉(zhuǎn)移到W5500集成硬件中進(jìn)行，使得嵌入式主控芯片MCU 只需承擔(dān)TCP／IP應(yīng)用層控制信息的處理任務(wù)，從而大幅減少了上位機(jī)對(duì)于數(shù)據(jù)復(fù)制、協(xié)議處理和中斷處理等方面的工作量，提升了系統(tǒng)利用率及可靠性。

在操作過程中，可以把W5500作為MCU 的一個(gè)外設(shè)RAM 來使用，操作簡(jiǎn)單方便。另外，W5500提供網(wǎng)絡(luò)喚醒及省電模式供客戶選用，從而降低系統(tǒng)功耗；還提供了SPI串行接口，能夠很容易實(shí)現(xiàn)與外設(shè)MCU 的整合，為嵌入式系統(tǒng)提供了簡(jiǎn)易的互聯(lián)網(wǎng)接入方案。圖2 為W5500硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)［6］。

圖2 W5500硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2 嵌入式微博客戶端硬件評(píng)估板

圖3為嵌入式微博客戶端硬件評(píng)估板，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和主要電路原理圖分別見圖4～圖6，該系統(tǒng)主要包括以下模塊：

①USB 電 源、RS232 通 信模塊；

②RESET 復(fù)位模塊，復(fù)位MCU；

③AT24C16EEPROM 存儲(chǔ)模塊，存儲(chǔ)系統(tǒng)參數(shù)等信息；

圖3 嵌入式微博客戶端硬件測(cè)試板

圖4 嵌入式微博客戶端硬件系統(tǒng)原理

④W5500模塊，實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)接口功能；

⑤STM32F103RC ARM 處理器；

⑥RJ45以太網(wǎng)硬件接口模塊；

⑦JTAG 程序下載接口模塊。

3 嵌入式微博客戶端軟件實(shí)現(xiàn)

3.1 ARM CPU軟件開發(fā)環(huán)境構(gòu)建

為了方便ARM Cortex系列CPU 的開發(fā)，本文采用了IAR Embedded Workbench for ARM，32K Kick start Edition，它是一個(gè)針對(duì)ARM 處理器的集成開發(fā)環(huán)境，包含編輯器、項(xiàng)目管理器、C／C＋＋編譯器和ARM 匯編器等。

3.2 W5500的配置與開發(fā)

W5500可以配置為TCP、UDP、IPRAW、PPPoE模式進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送或接收，在本文中只介紹TCP和新浪微博服務(wù)器的通信流程。由于W5500已經(jīng)固化了TCP／IP協(xié)議棧，因此只需創(chuàng)建Socket接口即可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信，從而大幅簡(jiǎn)化了軟件設(shè)計(jì)流程。W5500支持服務(wù)器和客戶端模式，在本系統(tǒng)中，W5500扮演了客戶端模式，其工作原理略——編者注。

3.3 嵌入式客戶端代碼

在STM32F103RC處理器中，嵌入式新浪微博客戶端與微博服務(wù)器的數(shù)據(jù)通信C語言示例代碼如下：

圖5 測(cè)試板STM32F103RC電路圖

圖6 測(cè)試板W5500電路圖

4 嵌入式微博客戶端測(cè)試結(jié)果

在本系統(tǒng)測(cè)試案例中，STM32F103RC使用了SHT11數(shù)字溫濕度傳感器和BH1750光照度傳感器對(duì)客廳的溫濕度與光線亮度進(jìn)行測(cè)量采集，并通過W5500把數(shù)據(jù)發(fā)送到新浪微博。

例如在2014年5月11日15：50，客廳的溫度是25.5℃、濕度46%、光線亮度為431Lux，其測(cè)試結(jié)果略——編者注。

多次測(cè)試表明，以W5500為核心的嵌入式新浪微博客戶端具有功耗低、實(shí)時(shí)性好、穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)。

結(jié) 語

本文采用STM32F103RC 處理器和以太網(wǎng)接口芯片W5500，同時(shí)結(jié)合新浪微博二次開發(fā)接口，設(shè)計(jì)了嵌入式新浪微博客戶端，目的是實(shí)現(xiàn)微博社交網(wǎng)絡(luò)與智能嵌入式系統(tǒng)的交流互動(dòng)，雖然本文采用的社交網(wǎng)絡(luò)是新浪微博，但是通過適當(dāng)修改和拓展客戶端ARM 程序后，可以把本系統(tǒng)移植到擁有眾多用戶的微信平臺(tái)上，從而進(jìn)一步打造創(chuàng)新型智能硬件系統(tǒng)。

編者注：本文為期刊縮略版，全文見本刊網(wǎng)站www.mesnet.com.cn。

［1］孫利民，李建中，陳渝，等.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2005.

［2］陳海生，鄧銳，王峰，等.可復(fù)用的基于ARM 的W5100底層驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)［J］.單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2013，13（3）：39－42.

［3］D Zeng，S Guo，Z Cheng.The web of things：A survey［J］.Journal of Communications，2011，6（6）：424－438.

［4］微 博 開 發(fā) 平 臺(tái)［EB／OL］.［2015－01］.http：／／open.weibo.com／.

［5］彭剛，秦志強(qiáng).STM32 系列嵌入式微控制器應(yīng)用實(shí)踐［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2011.

［6］W5500［EB／OL］.［2015－01］.http：／／wizwiki.net／wiki／doku.php？id＝products.