家用电器/工业网络

1 背景/介绍
在当今的生活中，人们日益需要节约时间，全面掌控自己日常生活的每个部分。技术在我们的生活中发挥着非常重要的作用。我们家中的几乎每一台电器都采用了某些技术，而且这些技术还在不断提升。下面一个例子就说明技术创新所带来的新解决方案使得我们的生活变得更轻松、更快速或更高效。现在，谈到远程会议，我们看不出它和现场会议有多大的不同，这就是技术如何让我们的生活变得更高效的一个实例。我们知道，技术不仅能为我们建立通信桥梁，还可以“远程”控制我们的生活。
我们不能把距离变短，也不能把时间延长，这是一条“定律”。但是，我们可以用远程控制设备，克服距离障碍，节约时间。
2  问题
要满足消除距离障碍，及时作出决策或节省时间的需求，就必须把技术有效的运用到相关设备和协议上。以太网在這方面开辟了一个新天地。从全球任何地方接入全球网络，我们就能与日常活动和家务保持联系。人们在办公室通过一台计算机上网，就能控制家里发生的一切。
随着低成本以太网设备的不断面世，人们开始探讨实现自动化家庭和大楼的可能性。这种技术使生活变得轻松，一些高端设备，如连接到以太网的电冰箱、告警系统、摄像机、门窗锁、灌溉系统和空调系统等就是众多事例中的几个。
飞思卡尔半导体一直致力于让生活变得更轻松、更安全，这也正是市场上推出很多32位ColdFire低端产品的原因。这些产品可用于家用电器、工业生产、安全和保安系统的远程控制。飞思卡尔半导体使研发工程师可以灵活地从一系列ColdFire嵌入式控制器中选择合适的32 位微控制器。
3  设计建议
用于以太网控制的应用有很多，如家用电器和工业控制领域，但所有这些应用都有一个共同特点，那就是用以太网作为主要通信协议，所用的控制器能够实现以太网连接和使用的功能。来自飞思卡尔的新型低成本ColdFire MCF5223X 系列设备非常适合人们对控制和连接的这些需求。专门为消费和工业应用设计的32位ColdFireMCF5223X系列微控制器，集成了以太网的PHY 层，是提供此类方案的第一款32位微控制器。
连接工业、商业甚至是个人用户市场上的32 位控制应用正快速成为一种必需，而非一个选项。
4    MCF5223X 概述
ColdFire MCF5223X系列是新近推出的ColdFire 低端产品。ColdFire 是著名的68K体系结构的延续，是68K 系列的简化版。它沿袭了68K 系列的精华，改进了模块、工具和价格。
为了确保可靠的连接，MCF5223X系列是单芯片解决方案，在32位控制器上集成了以太网接口。该系列产品在ColdFire V2内核上集成了10/100M快速以太网控制器（FEC）、以太网物理层（EPHY）、CAN 2.0B和用于硬件加密的密码加速单元（CAU）等模块，以合理的价格提供卓越的性能（频率为60 MHz时最高57Dhrystone 2.1 MIPS）。MCF5223X嵌入式控制器在一个支持以太网的小巧平台上为设计人员提供了丰富的外围模块和存储空间（高达32 KB的SRAM和高达256 KB的3闪存：10万次擦写周期，10年数据保持），由此节省工程人员的开发时间和开发成本，让产品尽快投放市场。
MCF5223X 系列集成了标准的ColdFire 外围模块，包括三个用于中长距离连接的通用异步收发器（UARTs），一个I2C 和一个用于和系统内所连接设备进行通信的队列式串行外围设备接口（QSPI）。
对于数字控制，MCF5223X系列有以下外围模块：4通道具有DMA功能的32位定时器、4通道/16位或8通道/8位PWM生成器、两个用于告警和倒计时的周期中断定时器（PIT）、4通道DMA控制器、8通道12位ADC、最多达73个通用I/O口和系统集成模块， 如PLL和COP等。
MCF5223X 是符合工业标准的低成本、高性能微控制器。对于现有的要从8/16 位拓展到32 位的以太网用户来说，该器件提供了一个低成本的入门级解决方案。飞思卡尔高端32 位性能和连接的ColdFire 路线图将使客户能轻松、快速地移植他们的应用。
5  MCF5223X——ZigBee 音乐会的指挥
想象一下，如果您能从您的PC 上控制您家的灯或传感器，观察您家门锁的情况，那将是多方便的事。这实际上并不如想象的那么难，实施无线通信，并具有和以太网相连的网关是实现这一目标的主要步骤。飞思卡尔为实现这一目标推出了无线解决方案和控制器解决方案。MC13192 是2.4 GHz ZigBee 无线收发器，在1% PER时的接收灵敏度为-92 dBm，工作电压2.0-3.6 V（片上校准），1.7V 至3.3V 的逻辑接口、可在一块锂电池或两块碱性电池下工作、具有完整的RF 数据收发调制解调器（集成天线）、分包式的数据输出、采用标准SPI 接口传送数据和控制信号（最低4MHz 主频）。同时，还有支持MC13192 的802.15.4 MAC 协议栈软件。
该收发器通过SPI 接口和MCU 连接。您可以将收发器连接到锁、灯或您想监视或控制的任何设备的传感器上。这些贴有标签的设备作为无线网络中的节点，和连接在MCF5223X 上的中心节点进行通信。MCF5223X 设备通过以太网能够连接到WEB 上（使用Interniche 提供的免费TCP/IP 协议栈），因此，需要时可以监视网络中的任意一台设备，甚至可以监视正在处理的任务。图2 显示了一个典型的家庭ZigBee 网络。
6    MCF5223X 作为用于监视和诊断的网关
监视工业生产并自动在内部网络上显示监视结果是一项很常见的任务。现场监视系统可以缩短监视时间，在无需人为干预的情况下，把监控数据写入到信息系统的系统数据库中。这样，就可以远程监控生产线上的进程，如果出现问题，技术团队可以决定采取何种措施加以解决。
7   MCF5223X——空调的完美解决方案
和工业控制一样，对于家用电器，空调的监控是一个事关舒适性和效率的问题。MCF5223X 为这些家电提供了完美的解决方案。空调传统上由定位于马达控制应用的DSP 或DSC 进行控制，然而，MCF5223X 除了提供马达控制的功能外，还具有远程监控的以太网接口。MCF5223X 中包含PWM 模块、定时器和12 位ADC，这些都是调节马达速度和转矩的理想模块。此外，它还包括以太网控制模块：内置物理层和一个为远程诊断、监视和控制空调所提供的全功能协议栈。
8   结语
把工业、商业甚至个人消费市场上的32 位控制应用联系在一起正快速成为一种必要的需求。飞思卡尔提供了满足这种需求的产品。MCF5223X 是一款低成本的32位微控制器，具有丰富的外围模块，而且在片内集成了以太网物理层，所以它可作为网关来实现连接和远程控制。
▲ MCF5223X 可作为ZigBee 网络web 主机（在家用电器、锁或照明装置中）
▲ 这款低成本单片机使家用电器可以连接到web 上，如电冰箱、洗衣机、烤箱、小厨房和炊具等。
▲ MCF5223X 还非常适用于空调控制，因为它有类似DSP 运算的模块，可以执行复杂的马达控制算法，如空调压缩机中使用的永磁同步电机或感应电机等的矢量控制。它还拥有马达控制所需的模块，如PWM、12 位ADC、eMAC 和用于远程控制的以太网等。