CN107180007B - Pc-大规模智能终端通信系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种PC‑大规模智能终端通信系统及其方法，主要包括主控单元：基于STM32F407为主处理器加PHY层芯片LAN8720A来实现与PC以太网通信；主处理器对输入的数据进行检查并进行指令解析，若为控制或者查询指令直接操作外围电路，若为数据传输指令，通过寻址单元找到指定USB口，然后主处理器开始向手机转发数据；USB寻址单元：由多片74HC138组成的寻址单元，由主控单元发起寻址指令，然后通过由74HC138构成的寻址单元完成硬件寻址；USB控制单元：利用主处理器STM32F407作为主机，辅助处理器STM8S005作为从机，使用I2C协议完成多机通信，利用辅助处理器STM8S005单片机IO口对USB电源和D+、D‑相关芯片进行控制从而实现对USB的控制，本发明便快捷的完成PC与多台手机、平板等之间的能够远距离数据传输。
Description
技术领域
本发明涉及一种PC与手机之间的通信领域，具体涉及一种PC-大规模智能终端通信系统及其方法。
背景技术
现如今随着日常生活与工作需要，手机、平板、PC等之间的数据传输越来越频繁。手机与电脑传输文件使用最多的方法就是用USB数据线连接电脑进行传输文件，其中这种方法的缺点是连接数量很有限而且数据传输距离也比较短。以传统USB的方式难以实现长距离或者无线传输数据的想法。目前较为前沿的是通过以太网（WIFI）的方式给手机端发送数据或者控制，虽然比传统USB的方式更为方便快捷，但是对于跟多部手机通信还是有很大的局限性，每个手机都占用一个IP，随着手机（终端）数量的增加这将对PC甚至路由器都是一个不小的挑战。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种PC-大规模智能终端通信系统及其方法，方便快捷的完成PC与多台手机、平板等之间的能够远距离数据传输。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种PC-大规模智能终端通信系统，主要包括以下模块：
主控单元：基于STM32F407为主处理器加PHY层芯片LAN8720A来实现与PC以太网通信；主处理器对输入的数据进行检查，如果数据错误，将此数据包丢掉，请求PC重发；如果数据正确再进行指令解析，若为控制或者查询指令直接操作外围电路，若为数据传输指令，通过寻址单元找到指定USB口，然后主处理器开始向手机转发数据；
USB寻址单元：由多片74HC138组成的寻址单元，由主控单元发起寻址指令，然后通过由74HC138构成的寻址单元完成硬件寻址；
USB控制单元：利用主处理器STM32F407作为主机，辅助处理器STM8S005作为从机，使用I2C协议完成多机通信，利用辅助处理器STM8S005单片机IO口对USB电源和D+、D-相关芯片进行控制从而实现对USB的控制；数据通信及工作状态指示、充电及数据通信及充电程控功能，并对最大充电电流做了相应的限制。
作为本方案的进一步改进，所述的PHY层芯片LAN8720A内置了电压调节器和ESD保护组件，LAN8720A通过RMII标准数字接口连接到MAC层。
作为本方案的进一步改进，所述的一种PC-大规模智能终端通信系统，还包括以下模块：
温度监测模块：用户监测整机内腔环境温度；
散热风扇：用于设备散热；
路由器电源控制模块：根据工作需要控制路由器的状态，当不需要WIFI功能时，可以远程关掉路由器；
USB芯片电源控制模块：控制USB芯片进行掉电复位；
网卡驱动模块：网卡工作在osi的第一层和第二层，物理层和数据链路层；物理层定义了数据传送与接收所需要的电与光信号、线路状态、时钟基准、数据编码和电路，并向数据链路层设备提供标准接口；
电源指示模块：检测到手机充电是否结束，若手机充满则亮红色的LED，若还在充电则显示绿色的LED；
串口模块：输出系统运行时的状态参数，以及通过串口完成系统软件升级。
本系统主要包括：主处理器STM32F407、PHY层芯片LAN8720A、辅助处理器STM8S005、USB控制器SL811HS。
SL811HS是一个嵌入式USB主/从控制器芯片，遵循USB1.1规范。它能工作在全速和低速两种模式。SL811HS可以非常容易地和各种微控制器、微处理器、DSP以及ISA、PCMCIA等总线相连。通过配置外围电路，SL811HS可以在HOST和SLAVE两种模式之间切换。而在本系统中主要使用HOST模式与手机相连接从而通信的。SMSC的产品LAN8720A是专为当今消费类电子和企业应用而设计的10BASE-T/100BASE-TX收发器，性能高、功耗低、体积小。作为目前业界体积最小的收发器，LAN8720A的功耗比现有SMSC收发器低至40%。此外，LAN8720A内置了电压调节器和ESD保护组件，大大降低了BOM成本。LAN8720A通过RMII标准数字接口连接到MAC层。
STM8系列是意法半导体公司生产的8位的单片机。该型号单片机分为STM8A、STM8S、STM8L三个系列，STM8S作为标准系列。STM8S005具有3级流水线的哈佛结构扩展指令集,它拥有：8K字节程序存储器，1K字节的RAM。带有同步时钟输出的UART ，和多个定时器且SPI接口最高到10Mbit/s，I2C接口最高到400Kbit/s。
本系统是基于STM32F407为主处理器加PHY层芯片LAN8720A来实现与电脑以太网通信；利用STM32F407的高速FSMC总线结构来驱动USB芯片SL811，以确保传输的速率与可靠性；利用高速数字芯片74HC138构成一个硬件寻址机构；用温度传感器18B20测量系统的环境温度，以及当设备内温度达到设定温度时，风扇自动启动为系统散热；把STM32F407作为主机，4个STM8S005作为从机，使用I2C协完成多机通信，利用STM8S005单片机对USB电源和D+、D-进行控制从而实现对USB的控制。
一种PC-大规模智能终端通信方法，包括以下步骤：
S01：PC接收数据并判断数据是否有效；若无效则丢弃数据并请求重发，若有效则进入下一步；
S02：指令解析，判断该指令为何种指令；若为控制或查询指令直接操作外围电路，若为数据传输指令则进入下一步；
S03：通过寻址单元查找指定的USB口；
S04：找到指定的USB接口后则由PC向手机转发数据。
作为本方案的进一步改进，所述的一种PC-大规模智能终端通信方法，还包括USB的控制方法：
S11：USB控制芯片接受主处理器发送的数据传输指令；
S12：主处理器使用I2C协议将数据传输的指令发送给辅助处理器；
S13：辅助处理器STM8S005解析命令并处理；
S14：利用辅助处理器STM8S005单片机IO口对USB电源和D+、D-相关芯片进行控制从而实现对USB的控制。
作为本方案的进一步改进，所述步骤S03中的寻址是由74HC138构成的寻址单元完成硬件寻址。
本发明的有益效果是： 通过以太网的方式实现间接与手机通信，通过主控板只需要一个IP便能与PC通信，再通过本系统将TCP协议转化成USB协议与手机完成通信，通过本发明可以轻松实现以太网、无线的方式让PC与多部手机同时数据通信，以及控制系统外设。而且多个本系统之间还能通过交换机实现有限组网，或者使用路由器实现无线组网，从而实现一台PC控制更多的手机或终端。
附图说明
图1为本发明系统结构示意图；
图2为PC-大规模智能终端通信方法流程图；
图3为本发明中USB控制方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1所示，
一种PC-大规模智能终端通信系统，本实施例中的智能终端指手机，主要包括以下模块：
主控单元：基于STM32F407为主处理器加PHY层芯片LAN8720A来实现与PC以太网通信；主处理器对输入的数据进行检查，如果数据错误，将此数据包丢掉，请求PC重发；如果数据正确再进行指令解析，若为控制或者查询指令直接操作外围电路，若为数据传输指令，通过寻址单元找到指定USB口，然后主处理器开始向手机转发数据；
USB寻址单元：由多片74HC138组成的寻址单元，由主控单元发起寻址指令，然后通过由74HC138构成的寻址单元完成硬件寻址；
USB控制单元：利用主处理器STM32F407作为主机，辅助处理器STM8S005作为从机，使用I2C协议完成多机通信，利用辅助处理器STM8S005单片机IO口对USB电源和D+、D-相关芯片进行控制从而实现对USB的控制。
上述主控单元、USB寻址单元和USB控制单元集成在控制板上，控制板在上电后即打开端口5400，进行TCP监听，监测到有连接请求就建立连接，在控制板运行的整个过程中，都应该保持监听，即便当前已经建立连接，如果监听到新的连接请求，应该立即接受新连接并在其基础上进行工作，断开原有连接
PC向控制板发送指令，控制板执行操作后返回消息；主要用于PC通过以太网进行状态查询以及对系统的参数设置，PC向Android发送指令，安卓执行操作后返回消息，控制板仅做转发，由于控制板同时连接了多个安卓端，安卓通信数据包中增加了安卓手机地址数据，分别对应编号的所有手机，控制板仅做数据转发，不做任何处理。
作为本方案的进一步改进，所述的PHY层芯片LAN8720A内置了电压调节器和ESD保护组件，LAN8720A通过RMII标准数字接口连接到MAC层。
作为本方案的进一步改进，所述的一种PC-大规模智能终端通信系统，还包括以下模块：
温度监测模块：用户监测整机内腔环境温度；
散热风扇：用于设备散热；
路由器电源控制模块：根据工作需要控制路由器的状态，当不需要WIFI功能时，可以远程关掉路由器；
USB芯片电源控制模块：控制USB芯片进行掉电复位；
网卡驱动模块：网卡工作在osi的第一层和第二层，物理层和数据链路层；物理层定义了数据传送与接收所需要的电与光信号、线路状态、时钟基准、数据编码和电路，并向数据链路层设备提供标准接口；
电源指示模块：检测到手机充电是否结束，若手机充满则亮红色的LED，若还在充电则显示绿色的LED；
串口模块：输出系统运行时的状态参数，以及通过串口完成系统软件升级。
具体功能如下表所示：
如图2所示：
一种PC-大规模智能终端通信方法，包括以下步骤：
S01：PC接收数据并判断数据是否有效；若无效则丢弃数据并请求重发，若有效则进入下一步；
S02：指令解析，判断该指令为何种指令；若为控制或查询指令直接操作外围电路，若为数据传输指令则进入下一步；
S03：通过寻址单元查找指定的USB口；
S04：找到指定的USB接口后则由PC向手机转发数据。
主处理器对输入的数据进行检查，如果数据错误，将此数据包丢掉，请求PC重发；如果数据正确再进行指令解析，若为控制或者查询指令直接操作外围电路，如风扇，路由器等，若为数据传输指令，通过寻址单元找到指定USB口，然后主处理器开始向手机转发数据。
作为本方案的进一步改进，所述步骤S03中的寻址是由74HC138构成的寻址单元完成硬件寻址。
如图3所示：
作为本方案的进一步改进，所述的一种PC-大规模智能终端通信方法，还包括USB的控制方法：
S11：USB控制芯片接受主处理器发送的数据传输指令；
S12：主处理器使用I2C协议将数据传输的指令发送给辅助处理器；
S13：辅助处理器STM8S005解析命令并处理；
S14：利用辅助处理器STM8S005单片机IO口对USB电源和D+、D-相关芯片进行控制从而实现对USB的控制。
PC接收数据并判断数据是否有效，如果有效则主处理器ARM进行指令解析，并将指令发送给USB控制单元，USB控制单元处理后主处理器ARM使用I2C协议发出命令至辅助处理器STM8S005，辅助处理器STM8S005对指令进行解析并处理。
进一步的，还包括复位操作，按下复位按键，松开按键；对按键的按下状态进行计时，如时间超过0.55秒则进行复位操作，并向PC报告。
还包括散热系统控制，读取温度设置门限，检测环境温度，判断温度是否超过门限；超过门限温度则启动散热扇；此外还可以通过PC直接控制散热扇的工作状态。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (5)
1.一种基于USB接口实现PC与大规模安卓终端通信与控制的系统，其特征在于，主要包括以下模块：
主控单元：基于STM32F407为主处理器加PHY层芯片LAN8720A来实现与PC以太网通信，所述的PHY层芯片LAN8720A内置了电压调节器和ESD保护组件，LAN8720A通过RMII标准数字接口连接到MAC层；主处理器对输入的数据进行检查，如果数据错误，将此数据包丢掉，请求PC重发；如果数据正确再进行指令解析，若为控制或者查询指令直接操作外围电路，若为数据传输指令，通过寻址单元找到指定USB口，然后主处理器开始向手机转发数据；以及根据PC接收数据的有效性进行指令解析，并将指令发送给USB控制单元；在USB控制单元处理后使用I2C协议发出命令至辅助处理器STM8S005；
USB寻址单元：由多片74HC138组成的寻址单元，由主控单元发起寻址指令，然后通过由74HC138构成的寻址单元完成硬件寻址；
USB控制单元：采用控制器SL811HS，接收主控单元指令进行处理，利用主处理器STM32F407作为主机，辅助处理器STM8S005作为从机，使用I2C协议完成多机通信，所述辅助处理器STM8S005对指令进行解析并利用单片机IO口对USB电源和D+、D-相关芯片进行控制从而实现对USB的控制；
所述主控单元、USB寻址单元和USB控制单元集成在控制板上，控制板在上电后即打开端口5400，进行TCP监听，监测到有连接请求就建立连接，在控制板运行的整个过程中，都应该保持监听，即便当前已经建立连接，如果监听到新的连接请求，应该立即接受新连接并在其基础上进行工作，断开原有连接；PC向控制板发送指令，控制板执行操作后返回消息；主要用于PC通过以太网进行状态查询以及对系统的参数设置，PC向Android发送指令，安卓执行操作后返回消息，控制板仅做转发，由于控制板同时连接了多个安卓端，安卓通信数据包中增加了安卓手机地址数据，分别对应编号的所有手机，控制板仅做数据转发，不做任何处理。
2.根据权利要求1所述的一种基于USB接口实现PC与大规模安卓终端通信与控制的系统，其特征在于，还包括以下模块：
温度监测模块：用户监测整机内腔环境温度；
散热风扇：用于设备散热；
路由器电源控制模块：根据工作需要控制路由器的状态，当不需要WIFI功能时，可以远程关掉路由器；
USB芯片电源控制模块：控制USB芯片进行掉电复位；
网卡驱动模块：网卡工作在osi的第一层和第二层，物理层和数据链路层；物理层定义了数据传送与接收所需要的电与光信号、线路状态、时钟基准、数据编码和电路，并向数据链路层设备提供标准接口；
电源指示模块：检测到手机充电是否结束，若手机充满则亮红色的LED，若还在充电则显示绿色的LED；
串口模块：输出系统运行时的状态参数，以及通过串口完成系统软件升级。
3.一种基于USB接口实现PC与大规模安卓终端通信与控制的方法，基于权利要求1~2任意一项所述的一种基于USB接口实现PC与大规模安卓终端通信与控制的系统实现，其特征在于，包括以下步骤：
S01：PC接收数据并判断数据是否有效；若无效则丢弃数据并请求重发，若有效则进入下一步；
S02：指令解析，判断该指令为何种指令；若为控制或查询指令直接操作外围电路，若为数据传输指令则进入下一步；
S03：通过寻址单元查找指定的USB口；
S04：找到指定的USB接口后则由PC向手机转发数据。
4.根据权利要求3所述的一种基于USB接口实现PC与大规模安卓终端通信与控制的方法，其特征在于，还包括USB的控制方法：
S11：USB控制芯片接受主处理器发送的数据传输指令；
S12：主处理器使用I2C协议将数据传输的指令发送给辅助处理器；
S13：辅助处理器STM8S005解析命令并执行指令；
S14：利用辅助处理器STM8S005单片机IO口对USB电源和D+、D-相关芯片进行控制从而实现对USB的控制；
PC接收数据并判断数据是否有效，如果有效则主处理器ARM进行指令解析，并将指令发送给USB控制单元，USB控制单元处理后主处理器ARM使用I2C协议发出命令至辅助处理器STM8S005，辅助处理器STM8S005对指令进行解析并处理。
5.根据权利要求3所述的一种基于USB接口实现PC与大规模安卓终端通信与控制的方法，其特征在于，所述步骤S03中的寻址是由74HC138构成的寻址单元完成硬件寻址。
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