基于PIC32的居室智能化平台的设计与实现

摘要 系统以PIC32单片机作为核心控制器，植入TCP/IP通信协议和文件系统，通过WiFi模块和无线网络可实时访问存储在SD卡设备文件中的系统参数和传感数据，并能进行参数的配置和数据的管理，进而实现智能家居系统的远程监控、管理和控制。系统可通过个人电脑或手机进行访问，具有较好的人机交互功能，方便易用，功能可扩展性强，且设计运行成本低。

关键词 PIC32;智能家居;WiFi;信息管理;数据库

随着人们对智能居室系统要求的不断提高，智能化系统正向着传感节点多、数据量大、控制更加复杂的方向发展。针对具有复杂节点网络的系统来说，系统参数的配置和数据的管理显得尤为重要。通常情况下，系统会配合专用服务器及数据库实现远程控制和数据的管理。但对于小型的家居系统而言，整个系统的运行需使用专用的服务器来支撑，这通常是没必要的，由此不仅增加了系统的设计成本，还会使系统的运行成本大幅增加，造成资源的浪费。本文旨在通过架构基于PIC32微控制单元(Micro Control Unit，MCU)的嵌入式服务器来实现更加简洁实用的居室智能化系统。系统控制核心兼做数据服务处理器，大幅降低了系统的设计和运行成本，适合于中小型智能系统中的参数和数据的管理。另外，系统还可配合云端服务器进行使用，完成数据的同步等任务，更具有实际的设计价值。

1 系统组成与原理

系统核心微处理器采用Microchip公司的PIC32MX695F512L32位单片机，其内部资源丰富，具有图形接口、USB控制器、CAN模块、以太网接口、ADC模块等，最高工作主频可达80 MHz，适用于智能化系统中，不仅方便各种传感数据的采集，人机交互功能的实现，也具有一定的数据处理能力。WiFi模块选用的是该公司的 MRF24WGOMA，该模块可通过SPI接口与PIC32 MCU进行通信，通过该模块使系统接入无线网络，以达到通过网络对系统进行访问的目的。可视化动态Web交互界面主要采用 HTML，JavaScript，AjaX，jQHery和CSS网络前端设计语言来实现，并将相应Web服务端文件存储在SD卡中，核心处理器解析到网络页面或文件请求后，在SD卡中进行相应文件的查找，若文件存在，则对SD卡相应文件进行读取，并将文件数据返回，以呈现在客户端。若需要对系统进行配置或控制，则处理器通过解析相应的请求和参数，将相应的信息写入文件，或直接转化为对设备的控制信号。系统中数据的来源主要通过传感器模块进行采集，而控制器指的是居室系统中的各种受控设备的控制驱动电路。传感器和控制器根据不同的系统会做出不同的调整，本文仅选择单个节点用作测试。系统组成如图1所示。

2 硬件平台设计

2.1 WiFi模块

MRF24WGOMA是符合IEEE 802.11的低功耗2.4 GHz表面贴装模块，含有所有相关的RF元件——晶振、带集成MAC的旁路和无源偏置电路、基带、RF和功率放大器，以及支持AES和TKIP(WEP、 WPA和WPA2安全性)的内置硬件。支持802.11 b/g无线通信，最高传输速率可达54 Mbit·s-1。

模块采用从动SPI接口与微控制器连接，配合中断，休眠，复位控制接口，完成各项功能控制和数据传输，SPI接口的同步时钟频率最高可达25MHz，传输速率可达25 Mbit·s -1。典型的连接方式如图2所示。PIC32微控制器做主设备，MRF24WG0MA模块作为SPI从设备。因此SPI的同步频率有PIC32MCU控制产生。

为中断信号引脚，在WiFi模块接收到数据后，负责向主控制器发出中断处理信号以接收数据。HIBERNATE为冬眠控制引脚，主控制器可通过该引脚控制其工作模式，使其达到最佳节能效果。

MRF24WG0MA模块需要与Mierochip的TCP/IP软件协议栈配合使用。该软件协议栈集成有驱动程序，其实现的API在模块中用于命令和控制，以及管理和数据包通信。

2.2 SD卡模块

SD数据存贮卡可分为SD和SPI两种工作模式，SD模式是标准的默认模式，该模式下利用SD总线进行数据传输，位宽一般为4 bit，读写最高时钟可达50 MHz，读取速度能到达20 MByte·s-1以上，可充分发挥SD卡的性能。而SPI模式则是SD卡可选的第二种模式，该模式下利用SPI总线进行数据传输，位宽为1 bit，时钟最高只能到25 MHz，读取速度通常低于3 MByte·s-1，但该模式对硬件要求较低，可将设计花费减到最小。鉴于本次设计对SD卡的读写速率要求不高，并需要能较好地与WiFi模块通信带宽和数据的处理速度进行配合，采用SPI模式基本可满足设计要求，系统采用Miero SD Card作为数据存储器，器件引脚定义及典型SPI模式应用电路如图3所示。

3 系统软件设计

3.1 系统软件架构

系统软件部分，是在Microehip公司提供的TC