2 HCU硬件實現

　　HCU的硬件結構原理如圖2所示。控制器選用Intel高性能16位單片機80C196KC，在最小系統基礎上，分別擴展了32KB數據存儲器和程序存儲器。X25045集看門狗定時器、電壓監控和E2PROM（512%26;#215;8bit）于一體，用來存儲記憶系統的一些基本參數，如節點個數、每個節點的特征參數、節點標識符及一些與節點相關的聯系。串行實時時鐘DS1302提供秒、分、小時、日、月、年實時信息，且能根據月份和閏年情況自動調整月份和結束日期。并行芯片8255擴展了4%26;#215;5鍵盤接口，為用戶設置、查詢提供輸入接口。點陣圖形液晶顯示器選用MGL（S）12864，字庫由字模提取軟件生成，存在EPROM中。

　　HCU與下位機節點之間選用了規模較小、可靠性高、易于擴展的CAN總線，采用雙絞線作為通信介質。CAN總線接口選用了Philips公司生產的獨立控制器82C200，其支持CANBUS物理層與數據鏈路層的所有功能，多主鴇，有成組和廣播報文功能，總線訪問優先權取決于報文標識符，有極強的錯誤處理能力，且配置靈活允許局域網擴展。選用總線驅動接口82C250結合光電隔離，提供對總線的差動發送和接收功能，實現各節點之間的電氣隔離，以增大通信距離，提高總線瞬間抗干擾能力。

　　與Ethernet網的連接選用了基于Rabbit 2000微處理器及Ethernet芯片開發的Rabbit2000 TCP/IP開發工具箱，它是含TCP/IP協議棧的嵌入式開發系統，提供了一個帶有8位高性能的微處理器工作平臺和動態C語言軟件開發包。開發板提供1個與RS-232接口、1個與廠商配制的端口（既可用于RS-485，又可用于RS-232）、4個高速電流輸出設備、4個數據輸入設備、7個定時器、1個實時電池支持時鐘和1個10Base-T以太網接口，并提供了TCP/IP協議的全部源代碼，實現TCP/IP和RS-232之間相互轉換，為現場設備的上網提供了軟/硬件平臺。

　　對于現場設備需要開發相應的基于CAN總線的控制單元，這里不作介紹。在底層控制網絡中，HCU和現場控制單元分別有自己的ID標志，由于采用CAN標準作為通信協議，與節點在網絡的地位相同，于是將HCU虛擬為主機，將現場設備虛擬為從機，響應主機的要求，執行相應流程，各節點之間也可以進行信息交換。

　　3 軟件模塊與協議

　　系統軟件主由監控、配置、網絡管理和網絡協議四部分組成，其中監控部分完成對家庭設備運行狀態的控制和檢測，及時顯示且做相關處理，如故障報警、事件提示等。配置部分為用戶提供更改系統和設備配置的人機接口，及時提示用戶配置步驟及配置過程中的錯誤，用戶可以查詢某一子系統的當前狀態信息。網絡管理幫助用戶分析、管理和擴展網絡，并進行故障診斷和故障恢復。網絡協議實現TCP/IP到HASP（HAS Protocol）相互間的轉換，主要是數據流關系為TCP/IP到RS-232到CAN三者之間的相互轉換。

　　系統程序首先完成初始化定義，包括最小系統、X25045、DS1302、鍵盤定義及處理、LCD、CAN總線、Rabbit2000，然后進入循環監控狀態。以水表計費簡要說明，水表計費節點自動完成計費功能，當用戶按下水費鍵→鍵盤處理程序檢測該鍵按下→向水費節點發出費用指令→水費節點響應命令返回當前費用→控制器顯示水費費用；用戶使用密碼通過Ethernet訪問家中HCU→發指令訪問水費→控制器響應且向水費節點發費用指令→水費節點返回費用→HCU通過Ethernet向用戶返回當前水費情況。

　　Internet的接入和智能化實現必然是HAS的發展方向，本方案的硬件平臺及底層現場控制系統實驗目前已經完成，正著手進行與上層網絡的調試。該方案的優越性在于充分利用Internet的互聯性及現場總線的雙向、串行、數字等特點，實現了對整個家庭網絡設備的優化管理。