張秋俊

科技的飛速發(fā)展改變了人們生產(chǎn)和生活的方式，家電的研發(fā)給人們的生活增添了諸多便捷，隨著信息化時(shí)代的到來(lái)，網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用范圍也在不斷擴(kuò)展，在家電中應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行電路的控制已經(jīng)成為大勢(shì)所趨。文章首先分析了當(dāng)前家電網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的一些要求，隨后探討了將IPv6技術(shù)應(yīng)用到家電網(wǎng)絡(luò)控制的優(yōu)勢(shì)所在，設(shè)計(jì)出了一套完整的家電網(wǎng)絡(luò)控制電路，旨在更好地提升家用電器網(wǎng)絡(luò)的便捷性和可靠性，為人們提供更優(yōu)質(zhì)地服務(wù)。

一、家電網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)要求

隨著信息化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，家庭網(wǎng)絡(luò)將會(huì)在未來(lái)給更多的家庭帶來(lái)更便捷地生活，因此家庭網(wǎng)絡(luò)必須具備一定的技術(shù)要求，且操作不能過(guò)于復(fù)雜，才可以讓用戶自主的使用家庭網(wǎng)絡(luò)。家庭網(wǎng)絡(luò)技術(shù)要求如下：

第一個(gè)技術(shù)要求是需要充足的地址空間，這樣才可以為大量的家用電器設(shè)備匹配唯一的IP地址，才可以有效的保障用戶的隱私和網(wǎng)絡(luò)安全；第二個(gè)技術(shù)要求是用戶需要對(duì)家庭網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行少量的維護(hù)和配置，要盡可能的降低用戶安裝和維護(hù)家庭網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間，以便增加用戶使用新技術(shù)的熱情。除此以外還應(yīng)當(dāng)確保操作的簡(jiǎn)便性和易接受性，要確保新用戶和老用戶都不會(huì)在配置、維護(hù)和操作的過(guò)程中遇到問(wèn)題；第三個(gè)要求是在家庭網(wǎng)絡(luò)中引用更多的家電設(shè)備，可以讓PC機(jī)、機(jī)頂盒等家電設(shè)備通過(guò)技術(shù)應(yīng)用到家庭網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中；第四個(gè)要求是確保通信方式的靈活性和多樣性，要打破傳統(tǒng)的銅線連接的家庭網(wǎng)絡(luò)方式，通過(guò)傳輸以太網(wǎng)、藍(lán)牙和電力線等媒介來(lái)擴(kuò)充網(wǎng)絡(luò)的連接方式；最后便是確保家庭網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程訪問(wèn)，家庭網(wǎng)絡(luò)不僅可以接受合法的訪問(wèn)，也可以拒絕其他的非法訪問(wèn)。

二、IPv6的技術(shù)特征以及構(gòu)建家庭網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)

伴隨著互聯(lián)網(wǎng)在全球大范圍的發(fā)展，IPv4因其提供服務(wù)的局限性和地址匱乏的原因?qū)⒅饾u被IPV6取代。為了確保網(wǎng)絡(luò)的安全性，更新一代的因特網(wǎng)協(xié)議IPv6，它具有比IPv4更完美地性能，譬如：使用簡(jiǎn)潔、地址充足等諸多優(yōu)點(diǎn)，在彌補(bǔ)IPv4協(xié)議不足之處時(shí)還對(duì)其進(jìn)行了相應(yīng)改進(jìn)，相信在未來(lái)每個(gè)家庭都會(huì)擁有自己的家庭網(wǎng)絡(luò)，都可以享受網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)的諸多好處和便捷。IPv6協(xié)議的主要特征及應(yīng)用優(yōu)勢(shì)如下所示：

1.無(wú)限地址空間

相比IPv4，IPv6具有128位地址長(zhǎng)度，可以為每一個(gè)用戶提供唯一的IP地址，同時(shí)對(duì)IP主機(jī)獲取的地址類型也進(jìn)行了調(diào)整與修改，將原有的廣播地址替代為現(xiàn)在的任意點(diǎn)播地址，其中用于鏈接一個(gè)或多個(gè)主機(jī)的組播地址基本上沒(méi)有修改，相信在未來(lái)很長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，IPv6能夠有效地彌補(bǔ)IPv4地址不足的問(wèn)題，為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備提供一種理想的地址。

2.提高家電網(wǎng)絡(luò)的安全性

IPv6利用數(shù)據(jù)包頭的擴(kuò)展部分提供了一種路由器級(jí)別的安全性，IPv6的安全性主要體現(xiàn)在兩方面，首先，接收IPv6數(shù)據(jù)包的接受者可以要求發(fā)送者使用IPv6認(rèn)證頭進(jìn)行“登錄”操作，這種算法獨(dú)立的登錄可以確保了數(shù)據(jù)包接收的安全性，減少受到網(wǎng)絡(luò)攻擊的危險(xiǎn)。其次，使用IPv6的封閉安全頭對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行加密，這種加密的算法是獨(dú)立的，這樣就不用擔(dān)心一些敏感數(shù)據(jù)被第三方竊取。通過(guò)這種方法用戶可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)非法設(shè)備的接入，也可以利用其監(jiān)測(cè)設(shè)備的數(shù)據(jù)地址和原設(shè)備的實(shí)際地址是否保持一致。

3. IPv6系統(tǒng)以及服務(wù)器具有較強(qiáng)的自動(dòng)配置能力

相較于原有的IPv4系統(tǒng)，IPv6系統(tǒng)及服務(wù)器擁有較強(qiáng)的自動(dòng)配置能力。這使得家庭網(wǎng)絡(luò)在添加家用電器時(shí)不需要做任何額外的配置操作。根據(jù)家電自帶的地址前綴，IPv6網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以根據(jù)本地地址信息完成自動(dòng)配置。在這種模式之下，用戶可以很輕松地添加新的家用電器，而不需要重新置入新家用電器的IP地址，不僅簡(jiǎn)化了操作流程，同時(shí)也能夠有效降低操作難度。

4.移動(dòng)便捷

移動(dòng)IPv6為新服務(wù)和新功能提供了較大地靈活性，IPv6為每個(gè)移動(dòng)設(shè)備設(shè)置了一個(gè)與接入互聯(lián)網(wǎng)位置無(wú)關(guān)的固定的家鄉(xiāng)地址，當(dāng)設(shè)備在家鄉(xiāng)之外的地址進(jìn)行使用時(shí)可以利用轉(zhuǎn)交地址提供動(dòng)節(jié)點(diǎn)，這樣就可以獲取自己的位置信息。移動(dòng)IPv6確保了用戶漫游到外地時(shí)還能保證發(fā)送的移動(dòng)客戶分組不會(huì)丟失，而且應(yīng)用層與傳輸層在移動(dòng)時(shí)不會(huì)產(chǎn)生中斷，確保了通信的連續(xù)性。因此IPV6能夠確保家電網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)性，用戶可以在任意地點(diǎn)對(duì)自己的家庭電器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訪問(wèn)、傳輸數(shù)據(jù)以及發(fā)布指令。

要滿足以上要求，IPv6相較于IPv4網(wǎng)絡(luò)技術(shù)就容易的多。IPv6家電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)之初就考慮了該種情況，將可移動(dòng)IPv6作為IPv6家電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的基礎(chǔ)部分之一，在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境之下可以更好地完成端到端的數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)。此外，IPv6的自動(dòng)配置功能可讓使用移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的用戶可以更加容易與主機(jī)進(jìn)行配置。這意味著用戶無(wú)需任何主動(dòng)操做便可以完成配置，隨時(shí)隨地的對(duì)家庭電器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訪問(wèn)。

三、IPv6家電網(wǎng)絡(luò)控制電路的設(shè)計(jì)

家電網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)主要包含五部分，分別為CPU模塊，儲(chǔ)存器模塊、PHY模塊、電源模塊以及串口行模塊，這些模塊共同作用是確保家電網(wǎng)絡(luò)控制電路的安全運(yùn)行。

1. CPU模塊

CPU模塊主要由實(shí)時(shí)時(shí)鐘和DS80C400（微型網(wǎng)絡(luò)控制器）所集成，DS80C400是目前集成化最高的8051器件，DS80C400包含4個(gè)數(shù)據(jù)指針，能夠有效地加速數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器與微型控制元件之間的數(shù)據(jù)傳輸速度，每個(gè)指針在完成特定的數(shù)據(jù)處理后都會(huì)對(duì)相關(guān)的指令進(jìn)行遞增或遞減的操作，與此同時(shí)DS80C400微型控制原件中的硬件算數(shù)加速模塊便提升了32位的運(yùn)算位移速度，從而有效擴(kuò)展了CPU的優(yōu)越性能。

在CPU中加入實(shí)時(shí)時(shí)鐘可以準(zhǔn)確的控制數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中所花費(fèi)的時(shí)間，在采集網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的過(guò)程中加入了時(shí)間戳，也有利于對(duì)數(shù)據(jù)的管理和記錄。

2.儲(chǔ)存器模塊

家電網(wǎng)絡(luò)控制電路中主要包括1M SDRAM和2 M FLASH ROM。1 M SDRAM主要作用是用于文件系統(tǒng)存儲(chǔ)器及堆，可以將用戶的應(yīng)用程序存儲(chǔ)在HTML的網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中。2 M FLASH ROM利用DS80C400片選擇信號(hào)CEO，CE1通過(guò)讀取SDRAM進(jìn)行控制，使得每一個(gè)SDRAM的存儲(chǔ)容量都能達(dá)到2 M，此次的家電網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的過(guò)程當(dāng)中，主要是利用兩個(gè)512 K的SDRAM以及電池來(lái)保護(hù)電力，利用板載電池來(lái)存儲(chǔ)SDRAM的數(shù)據(jù)，以免發(fā)生斷電時(shí)數(shù)據(jù)會(huì)發(fā)生損壞和丟失等問(wèn)題。

3. PHY模塊

PHY模塊的主要作用是根據(jù)用戶的實(shí)際需求對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸速率進(jìn)行調(diào)整，利用半雙工工作模式或者是全雙工的工作模式確定是否應(yīng)用協(xié)商模式。LXT972ALC自身具備監(jiān)測(cè)功能和自動(dòng)協(xié)商功能，在通電后LXT972ALC的自動(dòng)協(xié)商功能，可監(jiān)測(cè)芯片的操作環(huán)境，加入的PHY模塊如果不支持自動(dòng)協(xié)商，那LXT972ALC則需要在連接脈沖的作用下才能夠?qū)Σ僮鳝h(huán)境進(jìn)行設(shè)置。

4.電源模塊

整個(gè)系統(tǒng)電路需要三種電壓電源提供電力，分別為5V、3.3V以及1.8V電壓。系統(tǒng)供電電壓為5V，經(jīng)過(guò)內(nèi)部的MAX1692電壓轉(zhuǎn)換器將電壓轉(zhuǎn)化為3.3v，后再由內(nèi)部MAX1792電壓轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)化為DS80C400內(nèi)核所需要的1.8V工作電壓。

5.串行口模塊

DS80C400內(nèi)部擁有三個(gè)全雙工串口，當(dāng)這些串口與外部RS-232設(shè)備接口連接時(shí)，就需要安裝外接收發(fā)起器才能實(shí)現(xiàn)電平匹配，將負(fù)責(zé)單片機(jī)輸入和輸出的端口轉(zhuǎn)變?yōu)榉蟁S-232的電平。串行口模塊主要實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)功能，一是在調(diào)試程序時(shí)與計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)通信，及時(shí)了解到內(nèi)存和寄存器的實(shí)際情況，二是通過(guò)接口來(lái)連接家電與計(jì)算機(jī)，借助TIMI交互工作來(lái)實(shí)現(xiàn)TCP通信，實(shí)現(xiàn)家電之間相互訪問(wèn)。

四、結(jié)束語(yǔ)

IPv6家用電器控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)剛剛起步，但是隨著科技的不斷進(jìn)步，其應(yīng)用范圍也在不斷進(jìn)行擴(kuò)展，并得到了消費(fèi)市場(chǎng)的肯定與認(rèn)可，衍生出了各式各類基于IPv6技術(shù)的電子產(chǎn)品。國(guó)際國(guó)內(nèi)的多家科研公司，都將IPv6技術(shù)的研發(fā)提上了日程。這種良好地市場(chǎng)氛圍以及科研環(huán)境，正是IPv6技術(shù)在家庭電器網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域發(fā)展的重要時(shí)刻，相信IPV6技術(shù)可以有效地促進(jìn)我國(guó)家電網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的快速發(fā)展。