智能家居KNXTP总线接入模块.docx

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智能家居KNXTP总线接入模块

智能家居KNX（TP1）总线接入模块

采用LM3S811+ENC28j60芯片搭建了一个基于因特网的KNX总线TP1双绞线传输方式的转换器。

以下的KNX总线转换接入模块简称为“接入模块”。

结构模型

在搭建评估板过程中遇到了不少的问题。

总结并归类如下：

1、硬件问题

2、软件问题

3、协议问题

一、硬件与软件问题

对于第一个硬件问题，这个就不多说了。

因为搭建测试平台过程中采用的是模块化的思想，所以，在拆除和组合过程中极其简便。

使用的是LM3S811的硬件SPI接口和ENC28j60网络芯片进行数据通讯。

需要注意的是接线过程中不要接错端口，否则将阻碍了后续工作的进行。

对于第二个软件问题，主要的涉及到的还是LM3S811的库函数的中断函数错误问题。

这个问题我之前在LM3S811版块里有提及到。

主要还是不能使用中断注册函数（库函数的版本是Revision5228）。

如我用IO端口史上部中断的初始化时，使用库函数“GPIO端口中断注册”函数配置PC4的中断时

GPIOPortIntRegister（GPIO_PORTC_BASE,PortCIntHandler）;//注册PortC中断

GPIOIntTypeSet（GPIO_PORTC_BASE,GPIO_PIN_4,GPIO_FALLING_EDGE）;//PC4下降沿中断

GPIOPinIntEnable（GPIO_PORTC_BASE,GPIO_PIN_4）;//开启PC4中断

IntMasterEnable（）;

配置完成后，当产生中断时，中断进入IntDefaultHandler中，不进入正确的中断函数中。

解决方法：

把代码改为如下函数，同时在Startup.s文件中里自己修改中断向量的入口地址即没问题，同时定时中断也存在这个问题，即不能用注册函数来使用它，其它的几个中断，还没进行测试过，效果如何还不知道。

GPIOIntTypeSet（GPIO_PORTC_BASE,GPIO_PIN_4,GPIO_FALLING_EDGE）;//PC4下降沿中断

GPIOPinIntEnable（GPIO_PORTC_BASE,GPIO_PIN_4）;//开启PC4中断

IntEnable（INT_GPIOC）;/开启PortC端口的中断

IntMasterEnable（）;

解决了库函数的问题，还有一个就是用户代码编写过程中需要按照ENC28j60网络芯片的数据手册编写驱动代码。

网上也有很多现成的驱动，在这里就不例出

ENC28j60的内部框架图

外部连接

不过有一点要注意的是ENC28j60网络芯片初始化时要把它设置为全双工通讯模式，同时开启接收广播。

这个主要涉及到自动获取IP地址时的通讯问题。

开启代码应设为

enc28j60WriteOp（ENC28J60_BIT_FIELD_SET,MACON3,MACON3_PADCFG0|MACON3_TXCRCEN|MACON3_FRMLNEN|MACON3_FULDPX）;

如不设置为MACON3_FUDPX模式时，那么接入路由器后，路由器无法接收到Discover报文。

enc28j60Write（ERXFCON,ERXFCON_UCEN|ERXFCON_CRCEN|ERXFCON_BCEN）;

如不设置为ERXFCON_BCEN时，那么ENC28j60将无法接收到路由器DHCP服务器发送过来的offer报文。

还有一点就是Rbias引脚在官方中接地电阻为2K。

但是芯片在工作时会很发烫。

解决方法：

把Rbias引脚的电阻接为2.7K，这样芯片就不会发热严重。

二、协议问题

在此中涉及到的协议有KNX总线协议和因特网协议。

这个才是所有问题中最容易出错的。

因为软硬件比较容易解决，但是如果协议搞不懂的话，那么你也没办法做出能用的产品出来。

2.1KNX总线信号格式

KNX总线是根据OSI开放框架进行的分层的。

事实上“接入模块”采用的是TP1双绞线的传输方式，即涉及到的是物理层之间的问题。

TP1传输速率为9600bps，以广播的方式进行传输。

物理信号线有两条一条为CE+另一条为CE-（类似于RS485）。

采用双绞线的包装形式，在“接入模块”中物理层信号采用光耦进行隔离以及电平转换。

●物理层

逻辑“１”信号定义如图２.７所示

参数如下：

BIT位持续时间：

104us

直流电压（DC）：

21~32V

电压Up:

最大0.3V

电压Un：

最大-2V

交流电压（AC）：

最大400mV/ms

逻辑“0”信号定义如图2.8所示

参数如下：

BIT位持续时间：

104us

Tactive:

35us

Ts（Ua>A和Ua>B之间）：

最小25us,最大70us

DE间时间：

50us

直流电压（DC）：

21~32V

电压Ua（A点）：

-10.5~-0.7V

电压Ua（B点）：

-10.5~-0.7V

电压Ue（CD间）：

0~13V

电压Uend（F）:

-0.35~1.8V

实际模式下，由物理层的输入中可把物理信号转变成数字信号（转换之后的数据传输给链接层，进行信号转换部份称为逻辑控制单元）可由图2.9所示

物理层信号格式

基于TP1传输的信号中一个字节比特流由一个开始位（“0”），八个数据位，一个奇偶校验位，一个停止位（“1”）组成的。

如图2.10所示

●链接层

链接层中把信号进行封装成帧，过行传输，其可分为标准帧和扩展帧两种。

标准帧的扩展帧的区别在物帧控制段中的首字节的高两位。

标准帧的有效载荷数据长度最大不超过16个字节。

扩展帧的有产载荷数据最大长度不超过255个字节。

2.2因特网协议

涉及到因特网有关的协议比较多。

不过同样以OSI开放框架模型为标准。

“接入模块”中因采用ENC28j60网络芯片，即对物理层和链接层来说是透明了。

只需考虑网络层以上几层之间的通讯问题。

因为ENC28j60内部集成了PHY和MAC模块。

网络层以上涉及到的协议有IP协议、DHCP协议、IGMP协议、UDP协议、TCP协议、SNMP协议、ARP协议、IPX协议。

●各协议的报文格式如下图所示：

●上位机与“接入模块”之间的通讯

因为“接入模块”中采取了自动获取IP地址的功能。

即涉及的协议有IP协议、UDP协议、DHCP协议，他们之间的关系为下图所示：

上位机与“接入模块”进行通讯涉及到的协议有IP协议、TCP协议（TCP/IP）,他们之间的关系为下图所示：

上位机Ping时的通讯协议涉及有IP协议、IGMP协议，他们之间的关系为下图所示：

“接入模块”中采用了uIP0.9的简易网络通讯协议。

除了DHCP协议功能代码需要自己编写外，其它的协议uIP0.9中都集成了。

降低了开发的时间过程。

三、“接入模块”主体各模块

结束语

各模块之间相互独立。

在设计过程中最困难部份的还是电平转换接口。

他工作的电压为20V~32V对电源的要求非常高。

在“接入模块”中采用两个单向的光耦来进行电平转换。

分别接LM3S811中的两个IO口来进行数据传输。

源代码暂不公开