家電自動化設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】 家電自動化設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 描述符是讓USB 主機(jī)能獲取設(shè)備信息的數(shù)據(jù)構(gòu)造。在枚舉過程中，主機(jī)請求描述符，從上層設(shè)備描述符開始，一直到層端點(diǎn)描述符，順序如圖5 所示。 枚舉過程 下面概述一下USB 設(shè)備的枚舉過程所包含的步驟，并講解設(shè)備在枚舉過程如何經(jīng)歷從上電到缺省、地址以及配置這幾個(gè)狀態(tài)。 1. 用戶將一個(gè)USB 設(shè)備插入U(xiǎn)SB 端口。主機(jī)為端口供電，設(shè)備此時(shí)處于上電狀態(tài)。 2. 主機(jī)檢測設(shè)備。 3. 集線器使用中斷通道將事件給主機(jī)。 4. 主機(jī)發(fā)送Get_Port_Status（讀端口狀態(tài)）請求，以獲取更多的設(shè)備信息。 5. 集線器檢測設(shè)備是低速運(yùn)行還是高速運(yùn)行，

2、并將此信息送給主機(jī)，這是對Get_Port_Status 請求的響應(yīng)。 6. 主機(jī)發(fā)送Set_Port_Feature（寫端口狀態(tài)）請求給集線器，要求它復(fù)位端口。 7. 集線器對設(shè)備復(fù)位。 8. 主機(jī)使用Chirp K 信號來了解全速設(shè)備是否支持高速運(yùn)行。 9. 主機(jī)發(fā)送另一個(gè)Get_Port_Status 請求，確定設(shè)備是否已經(jīng)從復(fù)位狀態(tài)退出。 10. 設(shè)備此時(shí)處于缺省狀態(tài)，且已準(zhǔn)備好在零端點(diǎn)通過缺省通道響應(yīng)主機(jī)控制傳輸。缺省地址為00h，設(shè)備能從總線獲取高達(dá)100mA 的電流。 11. 主機(jī)發(fā)送Get_Descriptor（讀設(shè)備描述符）報(bào)文，以便確定數(shù)據(jù)包大小。設(shè)備描述符的八個(gè)字節(jié)是bM

3、axPacketSize。 12. 通過發(fā)送Set_Address（寫地址）請求，主機(jī)分配地址，設(shè)備此時(shí)處于地址狀態(tài)。 13. 主機(jī)發(fā)送Get_Descriptor 報(bào)文，以獲取更多的設(shè)備信息。主機(jī)通過發(fā)送描述符響應(yīng)設(shè)備請求，隨后發(fā)送全部的次級描述符。 14. 主機(jī)分配并加載設(shè)備驅(qū)動程序。 15. 通過發(fā)送Set_Configuration（寫配置）請求，主機(jī)的設(shè)備驅(qū)動程序選擇一個(gè)有效配置。設(shè)備此時(shí)處于配置狀態(tài)。 16. 主機(jī)為復(fù)合設(shè)備接口分配驅(qū)動程序。 17. 如果集線器檢測到有過流現(xiàn)象，或者主機(jī)要求集線器關(guān)閉電源，則USB 總線切斷設(shè)備供電電源。在這種情況下，設(shè)備與主機(jī)無法通信，但設(shè)備處于

4、連接狀態(tài)。 18. 如果在3 毫秒內(nèi)設(shè)備在總線上未見任何動作，則它將進(jìn)入掛起狀態(tài)，在掛起狀態(tài)設(shè)備消耗的總線電能少。 USB 協(xié)議層 控制傳輸使主機(jī)和設(shè)備之間可以交換設(shè)備配置信息和其他控制信息?？刂苽鬏斣诘退俸腿賯鬏斶\(yùn)行時(shí)占用10% 的帶寬，在高速運(yùn)行時(shí)占用20% 的帶寬?？刂苽鬏斢稍O(shè)置階段、可選的數(shù)據(jù)階段和狀態(tài)階段組成。下面詳細(xì)描述每個(gè)階段的包。 1. 標(biāo)記包。USB 中所有事務(wù)都是由主機(jī)（PC）來完成的。IN 表示數(shù)據(jù)被讀入PC，OUT 表示數(shù)據(jù)由主機(jī)送出至設(shè)備，如圖6 所示。 2. 數(shù)據(jù)包（可選）。USB 主機(jī)有兩個(gè)數(shù)據(jù)包DATA0 和DATA1。每一個(gè)包的容量為1024 字節(jié)。 3.

5、狀態(tài)包。在諸如應(yīng)答（ACK）、否定應(yīng)答（NACK）以及停止（Stall）等事務(wù)中，狀態(tài)包用來跟蹤USB 狀態(tài)。 4. 幀起始包（SOF）。每一毫秒，USB 主機(jī)都將發(fā)送一幀SOF，每幀有11 位數(shù)據(jù)。 基于 USB 的家電網(wǎng)絡(luò) 在基于USB 的家電網(wǎng)絡(luò)中，可以以菊花鏈?zhǔn)竭B接6 個(gè)USB 集線器，為多達(dá)127 臺家電設(shè)備提供接口。所有的集線器能安放在一個(gè)集線盒中，集線盒則通過控制電纜連接到設(shè)備上。這也可以由帶USB 端口、運(yùn)行Windows OS 的單板機(jī)開展控制，終將為家中每個(gè)房間配備一個(gè)家電控制臺。 通過USB 自動化，您在與朋友聊天的同時(shí)，可以通過PC 控制洗衣機(jī)的運(yùn)行時(shí)間、衣服類型、清洗

6、劑類型以及水溫等。您也可以為每項(xiàng)任務(wù)添加音頻特征，這樣當(dāng)每項(xiàng)任務(wù)完成時(shí)，您可以在某個(gè)特定的地方（臥室、客廳、游泳池或廚房等）收到音頻提示。 此外，烘干機(jī)可以通過USB 自動接收指令，從洗衣機(jī)處裝入衣服，設(shè)置烘干時(shí)間，然后自動計(jì)時(shí)烘干，在每項(xiàng)任務(wù)成功完成后均有音頻提示。 通過USB 自動化，您可以在辦公桌上控制咖啡機(jī)，不僅僅是煮咖啡，還能檢測咖啡壺中還剩多少咖啡。USB 自動化甚至可以使您能煮出符合自己口味的咖啡。 照明自動化是居家的基本需求。通過USB 自動化，能夠檢查全屋的照明情況，并通過PC 對其開展控制。 USB 與溫度傳感器配合使用，能夠自動控制房屋某處電風(fēng)扇和空調(diào)的運(yùn)行。這樣，可以使

7、不同的房間或“區(qū)域”保持不同的溫度，以便節(jié)能。此外，電風(fēng)扇和空調(diào)可以自動地分擔(dān)制冷荷合。 而在家庭安保方面，使用USB 自動化，可以通過PC 控制門鎖、查看門鎖狀態(tài)，在臥室就可以關(guān)閉或打開房門。 此外，USB 自動可視門鈴能用于防止入侵者進(jìn)入房屋。USB 自動化也使您能通過PC 打開和關(guān)閉窗戶及窗簾。 家電USB 自動化的潛力是無窮的。采用現(xiàn)代技術(shù)，USB 自動化就是把家電或設(shè)備與PC 上USB 端口連接，如圖7 所示。 基于 USB 的照明自動化 本演示將展示交流照明的USB 自動化，使用的是MCHPUSB.SYS，這是Microchip 開發(fā)的USB 驅(qū)動程序。此外，使用MCHPUSB.S

8、YS 驅(qū)動程序可以通過PC 的圖形用戶界面（GUI）看到電燈的狀態(tài)。 USB 數(shù)據(jù)記錄器 數(shù)據(jù)記錄，對于家電制造商驗(yàn)證新產(chǎn)品設(shè)計(jì)，以及在向用戶發(fā)貨之前開展自動化家電設(shè)備測試，是非常重要的。 從消費(fèi)者的角度看，數(shù)據(jù)記錄也很重要；因?yàn)?，可以預(yù)見，許多未來的家電產(chǎn)品都將具有儲值卡激活系統(tǒng)，它要求用戶開展登錄以便使用家電。有了數(shù)據(jù)記錄功能，儲值卡在余額用完時(shí)，能夠?qū)⒃O(shè)備鎖定。 本演示使用Microsoft 的USBSTOR.SYS 驅(qū)動程序來操作被當(dāng)作大容量存儲設(shè)備使用的PIC18F4550 單片機(jī)。在Microchip 的嵌入式 FAT16 文件系統(tǒng)的協(xié)助下，USBSTOR.SYS 驅(qū)動程序在Sec

9、ure Digital. 卡上創(chuàng)立文件，用來記錄模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。然后，把記錄的數(shù)據(jù)存放在SD 卡上一個(gè)叫做DATALOG.TXT 的文本文件中。 USB 音頻視頻應(yīng)用 本演示將展示Microchip USB PIC. 單片機(jī)播放實(shí)時(shí)音頻視頻流的能力。演示將證實(shí)PIC 器件不僅非常適用于嵌入式控制，也適用于含有音頻視頻信息的應(yīng)用，如可視門鈴等。 超寬帶（UWB）USB的優(yōu)點(diǎn) 無線的USB（WUSB）首先，我們來想像一下，如果一個(gè)家庭的所有裝置，比方：打印機(jī)，掃描機(jī)，外接硬盤和數(shù)碼相機(jī)等等，都將沒有任何的電線直接連接到你電腦上。再來想像一下，如果整個(gè)的家庭娛樂中心的所有附件都將不需要一根電線就能夠連

10、接?；蛘?，我們再想像一下，如果數(shù)碼照片不需要電線就可以接到照片打印機(jī)上，這該是多么方便、多么美好的事情。然而，這些只是無線USB （WUSB） 良好連接性的幾個(gè)小側(cè)面，因?yàn)榈募夹g(shù)發(fā)展將會給各種設(shè)備帶來更大的便捷和移動性（包括市區(qū)和郊區(qū)）。 目前，USB技術(shù)已經(jīng)成為PC間普遍流行的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，而且也逐漸被用到消費(fèi)電子，移動終端中?，F(xiàn)在，WUSB這個(gè)高速有效的連接接口的誕生是為了消去電纜的負(fù)擔(dān)，以加強(qiáng)USB所不具有的功能。 藍(lán)牙是目前短距離無線連接的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。然而，由于藍(lán)牙與Wi-Fi（802.11g 標(biāo)準(zhǔn)）使用相同的頻段，因此可能存在干擾問題。 另一方面，UWB 使用3.1-10.6GHz 的頻段

11、，它的每個(gè)無線電信道均超過500MHz，美國聯(lián)邦通信委員會（Federal Communications Commission，F(xiàn)CC）對其有嚴(yán)格的傳送功率限制。 UWB 使用了極寬的頻段，同時(shí)發(fā)射功率較小，以便窄帶設(shè)備能夠檢測到信號。因此，UWB 能與其他的無線通信協(xié)議（如Wi-Fi）共存。 無線網(wǎng)絡(luò)為迫切需要解決的就是電源消耗和電池續(xù)航能力。試想一下，如果消費(fèi)者的PDA或者其它手持移動終端，在沒有開展WUSB連接時(shí)消耗的電力不多，但是連上后，消耗電力明顯增多，這對消費(fèi)者來說，是個(gè)很大遺憾。WUSB的能耗就應(yīng)該控制在藍(lán)牙，紅外等短距離交流技術(shù)之下，才能更好的發(fā)揮WUSB的作用。目前，OFDM聯(lián)盟發(fā)展能耗低于300mw的WUSB技術(shù)，同時(shí)，把能耗向100mw的方向發(fā)展。 無線技術(shù)比較 總結(jié) 本文討論并演示基于USB