本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，尤其涉及html5web網(wǎng)絡(luò)單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

2014年10月29日，萬維網(wǎng)聯(lián)盟(w3c)宣布，經(jīng)過多年的艱辛努力，html5標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范終于最終制定完成。html5將帶來一個(gè)統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)，無論是筆記本、臺(tái)式機(jī)、平板電腦、智能手機(jī)、電視機(jī)頂盒，也無論是windows、linux、android、還是ios系統(tǒng)都可以通過瀏覽器很方便的與基于html5的web服務(wù)器進(jìn)行通訊。html5被賦予了很多之前傳統(tǒng)html所沒有具備的api，html5將web平臺(tái)應(yīng)用提升到一個(gè)新的高度，跨平臺(tái)的web應(yīng)用已成為未來軟件發(fā)展的趨勢(shì)。

單片機(jī)又稱單片微控制器，主要應(yīng)用于控制領(lǐng)域，我們生活中所接觸的電子產(chǎn)品幾乎都會(huì)用到單片機(jī)，目前，全球單片機(jī)的使用數(shù)量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過pc機(jī)和其他計(jì)算機(jī)的總和。一直以來，單片機(jī)系統(tǒng)的開發(fā)都需要具備專業(yè)的單片機(jī)開發(fā)技術(shù)，上位機(jī)交互界面需要單獨(dú)設(shè)備運(yùn)行，不同系統(tǒng)的設(shè)備需要開發(fā)不同的app應(yīng)用軟件，不具備跨平臺(tái)特性，隨著掌上設(shè)備(手機(jī)、平板、)及穿戴設(shè)備的普及開發(fā)復(fù)雜，更增加了開發(fā)難度。html5的出現(xiàn)使我們有了一個(gè)新的設(shè)想，能否在現(xiàn)有單片機(jī)的基礎(chǔ)上開發(fā)出一種兼容html5標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的，可以控制單片機(jī)資源的通用網(wǎng)絡(luò)單片機(jī)系統(tǒng)呢？這樣，用戶就可以使用html5(javascript+css3)編程通過網(wǎng)絡(luò)對(duì)單片機(jī)進(jìn)行跨平臺(tái)控制。

進(jìn)一步地，為了實(shí)現(xiàn)用戶體驗(yàn)較好的單片機(jī)，對(duì)單片機(jī)的封裝不可避免，現(xiàn)有的單片機(jī)的容量較小，并且用戶的自主開發(fā)的自由度較低，因此，限制了單片機(jī)的發(fā)展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為此，本發(fā)明提供了html5web網(wǎng)絡(luò)單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)，html5web網(wǎng)絡(luò)單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)能夠使許多軟件系統(tǒng)集成開發(fā)人員不需要太多的網(wǎng)絡(luò)知識(shí)就可以控制單片機(jī)，應(yīng)用簡(jiǎn)單，提高開發(fā)效率，降低開發(fā)成本。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：

html5web網(wǎng)絡(luò)單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)，所述系統(tǒng)的硬件部分包括可編程用戶區(qū)和預(yù)設(shè)的系統(tǒng)主控區(qū)，所述可編程用戶區(qū)中包括單片機(jī)，所述系統(tǒng)主控區(qū)集成有用于支持html5web的基礎(chǔ)軟件應(yīng)用以便于支持可編程用戶區(qū)中的單片機(jī)工作，并能夠基于html5以websocket為管道實(shí)現(xiàn)外界與可編程用戶區(qū)中的單片機(jī)的通訊連接，所述系統(tǒng)主控區(qū)以armcortexa7為中央處理器，以嵌入式linux系統(tǒng)為操作系統(tǒng)內(nèi)核，并通過uart串口、i2c和spi數(shù)據(jù)通訊管道實(shí)現(xiàn)與可編程用戶區(qū)中的單片機(jī)的數(shù)據(jù)通訊。

進(jìn)一步地，所述系統(tǒng)主控區(qū)電路集成8g的emmc程序存儲(chǔ)器，512mddr2內(nèi)存。

進(jìn)一步地，可編程用戶區(qū)能夠同時(shí)支持c51、avr、pic和/或stm32不同型號(hào)的單片機(jī)；可編程用戶區(qū)中的單片機(jī)均能夠通過與系統(tǒng)主控區(qū)連接以實(shí)現(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)。

進(jìn)一步地，所述系統(tǒng)主控區(qū)還包括ethphy100m網(wǎng)絡(luò)接口、usb接口和tfcard存儲(chǔ)接口以實(shí)現(xiàn)所述系統(tǒng)的擴(kuò)容。

進(jìn)一步地，所述系統(tǒng)的軟件部分包括系統(tǒng)主控區(qū)預(yù)設(shè)部分和可編程用戶區(qū)部分，所述主控區(qū)預(yù)設(shè)部分用戶不可編輯并用于支持可編程用戶區(qū)部分的正常工作，所述可編程用戶區(qū)部分向用戶開放以便于用戶實(shí)現(xiàn)所述系統(tǒng)的上層應(yīng)用。

進(jìn)一步地，所述系統(tǒng)主控區(qū)預(yù)設(shè)部分包括linux操作系統(tǒng)內(nèi)核和多線程管理主程序，所述linux操作系統(tǒng)內(nèi)核支持uart串口、i2c和spi數(shù)據(jù)通信服務(wù)；所述系統(tǒng)內(nèi)還運(yùn)行有多線程管理主程序，所述多線程關(guān)系主程序支持webserver服務(wù)、sandbox安全沙箱、plc程序解釋器、進(jìn)程監(jiān)控調(diào)度服務(wù)、modbusascii協(xié)議解釋程序、tcp/ip和udp協(xié)議數(shù)據(jù)管理程序、websocket協(xié)議數(shù)據(jù)管理程序、云平臺(tái)數(shù)據(jù)通信程序和配置管理程序；所述系統(tǒng)通過符合html5規(guī)范的語(yǔ)言控制，傳輸至可編程用戶區(qū)部分的控制命令通過tcp/ip網(wǎng)絡(luò)協(xié)議傳輸。

進(jìn)一步地，可編程用戶區(qū)部分包括html5web網(wǎng)頁(yè)程序、plc梯形圖程序和linux應(yīng)用程序；所述可編程用戶區(qū)部分通過實(shí)現(xiàn)上層應(yīng)用以使得所述上層應(yīng)用在所述系統(tǒng)主控區(qū)預(yù)設(shè)部分的支持下運(yùn)行。

進(jìn)一步地，所述系統(tǒng)用于支持簡(jiǎn)單應(yīng)用模式、服務(wù)器應(yīng)用模式、zigbee網(wǎng)關(guān)應(yīng)用模式和/或rs485網(wǎng)關(guān)應(yīng)用模式。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明提供html5web網(wǎng)絡(luò)單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)，本發(fā)明不僅實(shí)現(xiàn)了html5web網(wǎng)頁(yè)與單片機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊及控制，改變了傳統(tǒng)單片機(jī)用匯編、c編譯這種開發(fā)方式，為不熟悉單片機(jī)硬件的軟件開發(fā)人員可以控制和使用單片機(jī)；并且進(jìn)一步對(duì)單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)的的功能進(jìn)行了優(yōu)化：

(1)支持?jǐn)U容；并能夠支持多種工作模式，充當(dāng)客戶端、服務(wù)器、zigbee網(wǎng)關(guān)和/或rs485網(wǎng)關(guān)；

(2)將用戶可編程區(qū)域和系統(tǒng)主控區(qū)分開設(shè)計(jì)，使得用戶能夠僅僅在可編程區(qū)域進(jìn)行上層應(yīng)用的編程即可，系統(tǒng)主控區(qū)承擔(dān)了復(fù)雜的底層任務(wù)并能夠支持上層應(yīng)用的正常工作，從而極大地減輕了用戶的負(fù)擔(dān)。

附圖說明

圖1為系統(tǒng)的軟件部分示意圖；

圖2為系統(tǒng)的基本應(yīng)用電路結(jié)構(gòu)圖；

圖3為簡(jiǎn)單應(yīng)用模式系統(tǒng)應(yīng)用示意圖；

圖4為服務(wù)器應(yīng)用模式系統(tǒng)應(yīng)用示意圖；

圖5為zigbee網(wǎng)關(guān)應(yīng)用模式下系統(tǒng)應(yīng)用示意圖；

圖6為rs485網(wǎng)關(guān)應(yīng)用模式系統(tǒng)應(yīng)用示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。

本發(fā)明實(shí)施例提供html5web網(wǎng)絡(luò)單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)，所述系統(tǒng)的硬件部分包括可編程用戶區(qū)和預(yù)設(shè)的系統(tǒng)主控區(qū)，所述可編程用戶區(qū)中包括單片機(jī)，所述系統(tǒng)主控區(qū)集成有用于支持html5web的基礎(chǔ)軟件應(yīng)用以便于支持可編程用戶區(qū)中的單片機(jī)工作，并能夠基于html5以websocket為管道實(shí)現(xiàn)外界與可編程用戶區(qū)中的單片機(jī)的通訊連接，所述系統(tǒng)主控區(qū)以armcortexa7為中央處理器，以嵌入式linux系統(tǒng)為操作系統(tǒng)內(nèi)核，并通過uart串口、i2c和spi數(shù)據(jù)通訊管道實(shí)現(xiàn)與可編程用戶區(qū)中的單片機(jī)的數(shù)據(jù)通訊。

所述系統(tǒng)主控區(qū)電路集成8g的emmc程序存儲(chǔ)器，512mddr2內(nèi)存?？删幊逃脩魠^(qū)能夠同時(shí)支持c51、avr、pic和/或stm32不同型號(hào)的單片機(jī)；可編程用戶區(qū)中的單片機(jī)均能夠通過與系統(tǒng)主控區(qū)連接以實(shí)現(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)。

進(jìn)一步地，所述系統(tǒng)主控區(qū)還包括ethphy100m網(wǎng)絡(luò)接口、usb接口和tfcard存儲(chǔ)接口以實(shí)現(xiàn)所述系統(tǒng)的擴(kuò)容。

所述系統(tǒng)的軟件部分如圖1所示，包括系統(tǒng)主控區(qū)預(yù)設(shè)部分和可編程用戶區(qū)部分，所述主控區(qū)預(yù)設(shè)部分用戶不可編輯并用于支持可編程用戶區(qū)部分的正常工作，所述可編程用戶區(qū)部分向用戶開放以便于用戶實(shí)現(xiàn)所述系統(tǒng)的上層應(yīng)用。

進(jìn)一步地，所述系統(tǒng)主控區(qū)預(yù)設(shè)部分包括linux操作系統(tǒng)內(nèi)核和多線程管理主程序，所述linux操作系統(tǒng)內(nèi)核支持uart串口、i2c和spi數(shù)據(jù)通信服務(wù)；所述系統(tǒng)內(nèi)還運(yùn)行有多線程管理主程序，所述多線程關(guān)系主程序支持webserver服務(wù)、sandbox安全沙箱、plc程序解釋器、進(jìn)程監(jiān)控調(diào)度服務(wù)、modbusascii協(xié)議解釋程序、tcp/ip和udp協(xié)議數(shù)據(jù)管理程序、websocket協(xié)議數(shù)據(jù)管理程序、云平臺(tái)數(shù)據(jù)通信程序和配置管理程序；所述系統(tǒng)通過符合html5規(guī)范的語(yǔ)言控制，傳輸至可編程用戶區(qū)部分的控制命令通過tcp/ip網(wǎng)絡(luò)協(xié)議傳輸。

進(jìn)一步地，可編程用戶區(qū)部分包括html5web網(wǎng)頁(yè)程序、plc梯形圖程序和linux應(yīng)用程序；所述可編程用戶區(qū)部分通過實(shí)現(xiàn)上層應(yīng)用以使得所述上層應(yīng)用在所述系統(tǒng)主控區(qū)預(yù)設(shè)部分的支持下運(yùn)行。

具體地，可編程用戶區(qū)可以開發(fā)四種軟件：

1、在單片機(jī)編程區(qū)編寫用戶程序，主要用于開發(fā)單片機(jī)底層驅(qū)動(dòng)控制；

2、javascript+css3開發(fā)的html5web網(wǎng)頁(yè)用于ui用戶界面設(shè)計(jì)；html5頁(yè)面通過websocket協(xié)議通訊，通過uart、i2c、spi與系統(tǒng)主控區(qū)通訊；

3、plc梯形圖程序用于邏輯控制，通過虛擬端口映射技術(shù)，將單片機(jī)io資源甚至網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程的io資源映射為plc內(nèi)部地址，進(jìn)行邏輯控制；

4、linux應(yīng)用程序提供用戶更深層次的開發(fā)。由進(jìn)程監(jiān)控調(diào)度服務(wù)監(jiān)控并自動(dòng)啟動(dòng)。

綜上可知，本發(fā)明實(shí)施例集html5web高級(jí)應(yīng)用與單片機(jī)硬件控制于一身，為html5與單片機(jī)建立了websocket這條透明而便捷的管道，實(shí)現(xiàn)了html5與單片機(jī)之間通訊，從而實(shí)現(xiàn)單片機(jī)web網(wǎng)絡(luò)真正跨平臺(tái)應(yīng)用。主要功能特點(diǎn)如下：

支持tcp/ip、udp、http協(xié)議，提供tcp/ipsocket、udpsocket、flashsocket、websocket通訊接口，智能識(shí)別客戶端tcp/ipsocket、udpsocket、flashsocket、websocket通訊軟件接口；

html5web網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置，開放configdata參數(shù)設(shè)置區(qū)，并為用戶提供json格式化參數(shù)數(shù)據(jù)，用戶可自定義diy特色的web參數(shù)設(shè)置界面；

可編程用戶區(qū)又分為兩個(gè)獨(dú)立的用戶程序開發(fā)區(qū)，一個(gè)是與單片機(jī)硬件相關(guān)的單片機(jī)驅(qū)動(dòng)開發(fā)區(qū)；一個(gè)是高級(jí)應(yīng)用開發(fā)區(qū)，軟件應(yīng)用界面與硬件控制一體化?？梢蚤_發(fā)javascript+css3html5程序、plc梯形圖邏輯編程、flash動(dòng)畫仿真、linux用戶程序、也可以開發(fā)單片機(jī)控制，并相互通訊。

虛擬化的io地址映射技術(shù)，將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備端口與html5web單片機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部地址建立聯(lián)系，使網(wǎng)絡(luò)設(shè)備io控制與html5web單片機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部端口控制一樣簡(jiǎn)單；

支持usb程序存儲(chǔ)，高級(jí)應(yīng)用開發(fā)區(qū)的應(yīng)用程序可以保存在大容量的u盤，也可以下載到系統(tǒng)內(nèi)部程序存儲(chǔ)區(qū)；

智能化云平臺(tái)管理，不需要安裝app，通過“瀏覽器”或“微信”直接登錄用戶html5web網(wǎng)頁(yè)，與單片機(jī)通訊控制；

智能化的用戶程序調(diào)度。集客戶端上位機(jī)html5web高級(jí)應(yīng)用程序和單片機(jī)底層驅(qū)動(dòng)控制于一體，實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)的web組態(tài)；

高級(jí)程序開發(fā)可選擇adobedreamware、flashcs6.0等通用可視化開發(fā)工具，具備極佳的開發(fā)體驗(yàn)和開發(fā)效率；

具備良好的兼容性，高級(jí)程序開發(fā)除了支持html5、flash跨平臺(tái)開發(fā)外，還支持c++、java、c#、vb等源生態(tài)上位機(jī)開發(fā)。

具體地，所述系統(tǒng)的基本應(yīng)用電路如圖2所示，html5web網(wǎng)絡(luò)單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用電路非常簡(jiǎn)單，外圍僅需要4個(gè)電阻、3個(gè)電容，2個(gè)電感，加上內(nèi)置脈沖變壓器rj45網(wǎng)口，usb接口。接上dc5v/2000ma穩(wěn)壓電源即可正常工作。預(yù)留isp接口供單片機(jī)開發(fā)和程序燒錄。

進(jìn)一步地，所述系統(tǒng)用于支持簡(jiǎn)單應(yīng)用模式、服務(wù)器應(yīng)用模式、zigbee網(wǎng)關(guān)應(yīng)用模式和/或rs485網(wǎng)關(guān)應(yīng)用模式。在所述簡(jiǎn)單應(yīng)用模式、服務(wù)器應(yīng)用模式、zigbee網(wǎng)關(guān)應(yīng)用模式和rs485網(wǎng)關(guān)應(yīng)用模式對(duì)應(yīng)的說明書附圖中，htmlweb單片機(jī)模塊和htmlweb均代指html5web網(wǎng)絡(luò)單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)。

如圖3所示，所述簡(jiǎn)單應(yīng)用模式為把所述系統(tǒng)當(dāng)做一個(gè)功能強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)單片機(jī)使用，除了具備常用單片機(jī)的所有功能外，還具有功能完善的智能化的網(wǎng)絡(luò)接口，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通過uart串口透明通訊，單片機(jī)開發(fā)不需要復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議操作，只需要懂得串口操作就能實(shí)現(xiàn)與html5網(wǎng)頁(yè)數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)控制。

如圖3所示，html5web網(wǎng)絡(luò)單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)通過網(wǎng)線連接wifi無線路由器，路由器連接internet互聯(lián)網(wǎng)，與云平臺(tái)服務(wù)器握手。云平臺(tái)服務(wù)器記錄html5web單片機(jī)模塊的ip地址、端口和id，并建立ip-id對(duì)應(yīng)表。用戶端pc、手機(jī)、平板需要連接控制html5web單片機(jī)模塊時(shí)，從云服務(wù)器端獲取ip-id對(duì)應(yīng)表，通過瀏覽器鏈接對(duì)應(yīng)的ip地址，直接打開存儲(chǔ)在html5web網(wǎng)絡(luò)單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)內(nèi)部的html5web網(wǎng)頁(yè)，與單片機(jī)通訊，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制。沒有internet互聯(lián)網(wǎng)的情況下，也可以實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)控制。

這種應(yīng)用模式多用于家電類、機(jī)器人、智能玩具等這些獨(dú)立的系統(tǒng)控制。

服務(wù)器應(yīng)用模式把所述系統(tǒng)當(dāng)做一個(gè)功能強(qiáng)大的html5web服務(wù)器，這種模式下不啟用單片機(jī)。只需要通過web設(shè)置頁(yè)面，進(jìn)行簡(jiǎn)單的配網(wǎng)設(shè)置。

如圖4所示，html5web網(wǎng)絡(luò)單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)通過網(wǎng)線連接wifi無線路由器，路由器連接internet互聯(lián)網(wǎng)，與云平臺(tái)服務(wù)器握手。云平臺(tái)服務(wù)器記錄html5web網(wǎng)絡(luò)單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)的ip地址、端口和id，并建立ip-id對(duì)應(yīng)表。wifi控制端通過wifi接入路由器，與html5web服務(wù)器握手，建立并建立ip-id對(duì)應(yīng)表。用戶端pc、手機(jī)、平板需要控制wifi控制端時(shí)，通過瀏覽器鏈接html5web網(wǎng)絡(luò)單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)，直接打開存儲(chǔ)在html5web網(wǎng)絡(luò)單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)的html5web網(wǎng)頁(yè)，與html5web網(wǎng)絡(luò)單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)的websocket服務(wù)程序通訊，服務(wù)器程序?qū)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成tcp/ip與wifi控制端通訊。沒有internet互聯(lián)網(wǎng)的情況下，也可以實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)控制。

這種應(yīng)用模式多用于離散式數(shù)據(jù)采集和控制，如智能樓宇，智能家居、智慧農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。

zigbee網(wǎng)關(guān)應(yīng)用模式下不啟用所述系統(tǒng)中的單片機(jī)。只需要通過web設(shè)置頁(yè)面，進(jìn)行簡(jiǎn)單的配網(wǎng)設(shè)置和串口參數(shù)設(shè)置。

如圖5所示，通過網(wǎng)線連接wifi無線路由器，路由器連接internet互聯(lián)網(wǎng)，與云平臺(tái)服務(wù)器握手，另外html5web網(wǎng)絡(luò)單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)通過uart與zigbee網(wǎng)絡(luò)中的coordinator協(xié)調(diào)器連接，這樣組成html5web與zigbee網(wǎng)絡(luò)鏈路。html5網(wǎng)頁(yè)即可以與zigbee網(wǎng)絡(luò)各個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通訊了。

這種應(yīng)用模式多用于離散式數(shù)據(jù)采集和控制，如城市路燈，智能家居、智慧農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。

rs485網(wǎng)關(guān)應(yīng)用模式，把所述系統(tǒng)當(dāng)做一個(gè)功能強(qiáng)大的具備html5web功能的rs485網(wǎng)關(guān)，這種模式下不啟用所述系統(tǒng)中的單片機(jī)。只需要通過web設(shè)置頁(yè)面，進(jìn)行簡(jiǎn)單的配網(wǎng)設(shè)置和uart串口設(shè)置。

如圖6所示，通過網(wǎng)線連接wifi無線路由器，路由器連接internet互聯(lián)網(wǎng)，與云平臺(tái)服務(wù)器握手。另外通過uart連接rs485轉(zhuǎn)換電路，通過rs485與工業(yè)plc連接。形成html5web與plc控制鏈路，plc便可以與html5web頁(yè)面進(jìn)行通訊，構(gòu)建基于html5web的工業(yè)組態(tài)。

目前rs485已成為國(guó)際工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，大部分的工業(yè)設(shè)備都具備標(biāo)準(zhǔn)的rs485接口，基于html5web的rs485網(wǎng)關(guān)具備廣闊的市場(chǎng)前景，是接入第三標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)html5跨平臺(tái)控制的關(guān)鍵中間件。

這種應(yīng)用模式多用于離散式數(shù)據(jù)采集和控制，如工業(yè)控制、智能樓宇，智能家居、智慧農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。

除了這四種模式，還可以交叉組合，形成更多的應(yīng)用模式。

以上所揭露的僅為本發(fā)明較佳實(shí)施例而已，當(dāng)然不能以此來限定本發(fā)明之權(quán)利范圍，因此依本發(fā)明權(quán)利要求所作的等同變化，仍屬本發(fā)明所涵蓋的范圍。