智能無(wú)線(xiàn)防丟器設(shè)計(jì)畢業(yè)論文.doc

I 智能無(wú)線(xiàn)防丟器設(shè)計(jì)畢業(yè)論文智能無(wú)線(xiàn)防丟器設(shè)計(jì)畢業(yè)論文 目目 錄錄 1 1 前言前言 1 1 1 課題的背景與意義 1 1 2國(guó)內(nèi)外研究狀況及相關(guān)領(lǐng)域中已有的研究成果 1 1 3 設(shè)計(jì)任務(wù)的分析 1 1 4 預(yù)期結(jié)果 2 2 2 總體方案設(shè)計(jì)的論證總體方案設(shè)計(jì)的論證 3 2 1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 3 2 2 模塊方案設(shè)計(jì) 4 2 2 1 主控芯片方案 4 2 2 2 無(wú)線(xiàn)通信模塊方案 4 3 3 硬件電路設(shè)計(jì)硬件電路設(shè)計(jì) 6 3 1 STC89C51 單片機(jī)主控模塊設(shè)計(jì) 6 3 2 單片機(jī)最小系統(tǒng) 8 3 2 1 時(shí)鐘電路 8 3 2 2 復(fù)位電路 9 3 2 3 STC89C51 中斷技術(shù)概述 9 3 3 nRF24L01 無(wú)線(xiàn)模塊設(shè)計(jì) 10 3 3 1 nRF24L01 概述 10 3 3 2 引腳功能及描述 11 3 3 3 nRF24L01 射頻芯片特性 12 3 3 4 nRF24L01 發(fā)送程序設(shè)計(jì) 16 3 4 聲光報(bào)警模塊設(shè)計(jì) 17 3 4 1 燈光提示電路 17 3 4 2 聲音報(bào)警電路 17 3 5 震動(dòng)報(bào)警模塊設(shè)計(jì) 18 3 6 按鍵模塊設(shè)計(jì) 19 4 4 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 19 4 1 軟件介紹 20 4 2 nRF24L01 發(fā)送流程圖設(shè)計(jì) 21 4 3nRF24L01 接收流程圖設(shè)計(jì) 22 4 4 母機(jī)流程圖設(shè)計(jì) 23 4 5 子機(jī)流程圖設(shè)計(jì) 24 5 5 系統(tǒng)的調(diào)試及實(shí)驗(yàn)結(jié)果系統(tǒng)的調(diào)試及實(shí)驗(yàn)結(jié)果 25 II 5 1 調(diào)試流程 25 5 2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 25 6 6 結(jié)論結(jié)論 26 7 7 致謝致謝 28 8 8 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 28 附錄一 主機(jī)原理圖附錄一 主機(jī)原理圖 33 附錄二 從機(jī)原理圖附錄二 從機(jī)原理圖 34 附錄三 元件清單附錄三 元件清單 35 附錄四 附錄四 NRF24L01NRF24L01 發(fā)送模塊程序發(fā)送模塊程序 36 附錄五 附錄五 NRF24L01NRF24L01 接收模塊程序接收模塊程序 40 1 1 1 前言前言 1 1 課題的背景與意義課題的背景與意義 隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步 社會(huì)狀況的良好發(fā)展 現(xiàn)代人們的生活節(jié)奏不斷加快 而由于個(gè)人發(fā)展 家庭瑣事 社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)等諸多因素 人們常常使自己的大腦處于忙 碌和緊張的狀態(tài) 長(zhǎng)此以往容易導(dǎo)致自己記憶力下降 出現(xiàn)忘東忘西的狀況 常常 不記得自己的手機(jī) 錢(qián)包 鑰匙放在何處 另外 隨著生活水平的不斷提高 逛街 購(gòu)物 出外旅行越來(lái)越受到人們的青睞 這些都是比較繁華熱鬧的地方 自己的錢(qián) 包 手機(jī)不知什么時(shí)候就被小偷偷走了 更要命的是那些帶著自己孩子外出的人們 稍微不注意自己的孩子就跑丟了 為了預(yù)防以上這些不好事情的發(fā)生 智能電子防 丟器就出現(xiàn)在我們的生活中并且很方便 很實(shí)用 智能電子防丟器有體積小 攜帶方便 環(huán)保 性能好等特點(diǎn) 對(duì)防止錢(qián)包 手 機(jī) 鑰匙 小孩等貴重物品的丟失有很好的用途 是現(xiàn)代生活所必不可少的物品 1 本課題設(shè)計(jì)的防丟器通過(guò)單片機(jī)系統(tǒng)分別控制發(fā)送模塊和接收模塊 在保留聲音報(bào) 警功能的同時(shí)添加振動(dòng)報(bào)警功能 這樣在噪雜的人群中能更好的發(fā)揮防丟器的優(yōu)勢(shì) 更有效地解決物品丟失的問(wèn)題 1 2 國(guó)內(nèi)外研究狀況及相關(guān)領(lǐng)域中已有的研究成果國(guó)內(nèi)外研究狀況及相關(guān)領(lǐng)域中已有的研究成果 隨著社會(huì)的發(fā)展 時(shí)代的進(jìn)步 防丟器將在人們?nèi)粘Ｉ钪邪l(fā)揮著越來(lái)越大的 作用 因此 好多專(zhuān)家與學(xué)者對(duì)防丟器進(jìn)行了研究 分析及其設(shè)計(jì) 在 2000 年 張 朝輝設(shè)計(jì)了一款以 UM3758 108A 編解碼芯片為核心的防丟器 2 當(dāng)母機(jī)和子機(jī)超 過(guò)規(guī)定范圍內(nèi)時(shí)就會(huì)出現(xiàn)聲光報(bào)警 2010 年劉密歌 王路設(shè)計(jì)了一款防丟器 它以 PT2262 PT2272 編解碼集成芯片為核心 3 該防丟器不僅有防丟功能 而且還具有 查找功能 2014 年郭明明 韓陽(yáng)等人研究并設(shè)計(jì)了基于藍(lán)牙技術(shù)的雙向防丟器 該 防丟器克服了原有防丟器單項(xiàng)聲光報(bào)警的問(wèn)題 開(kāi)發(fā)了一種新型的防丟器 4 而本設(shè)計(jì)則是采用 2 4GHz 無(wú)線(xiàn)技術(shù)的 NRF24L01 無(wú)線(xiàn)通信模塊進(jìn)行短距離傳 輸 2 4GHz 技術(shù)屬于國(guó)際性的頻段 抗干擾性強(qiáng) 5 同時(shí)本設(shè)計(jì)在原有防丟器基礎(chǔ) 上加以震動(dòng)報(bào)警功能 克服了原有防丟器的缺陷和不足 具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 功耗低 實(shí)用性強(qiáng) 方便使用等優(yōu)點(diǎn) 這種震動(dòng)報(bào)警功能在噪雜的人群中效果顯得尤為突出 更好的解決了物品丟失以及兒童丟失的問(wèn)題 1 3 設(shè)計(jì)任務(wù)的分析設(shè)計(jì)任務(wù)的分析 2 本設(shè)計(jì)分為硬件電路部分和軟件編程部分 硬件電路的主要部分是 STC89C51 單片機(jī)和采用 2 4G 技術(shù)進(jìn)行短距離通信的 NRF24L01 無(wú)線(xiàn)發(fā)送和接收模塊 6 該防 丟器運(yùn)用 NRF24L01 無(wú)線(xiàn)發(fā)送和接收模塊在規(guī)定距離內(nèi)母機(jī)和子機(jī)進(jìn)行正常信號(hào)傳 輸 超出距離母機(jī)和子機(jī)不能進(jìn)行正常信號(hào)傳輸?shù)乃枷?通過(guò) STC89C51 單片機(jī)對(duì) 母機(jī)或者子機(jī)接收的信息進(jìn)行處理 并隨時(shí)更新母機(jī) 子機(jī)的信息 進(jìn)而對(duì)聲光報(bào) 警器和震動(dòng)報(bào)警器進(jìn)行控制 7 以完成信號(hào)不能正常傳輸就報(bào)警的任務(wù) 另外 本 設(shè)計(jì)擁有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 價(jià)格低廉 安全性高 傳輸速率快等特點(diǎn) 本設(shè)計(jì)的軟件編程部分是以 KeilC51 軟件為開(kāi)發(fā)平臺(tái) 使用 C 語(yǔ)言進(jìn)行程序編 寫(xiě)的 本此設(shè)計(jì)選用的是 STC89C51 單片機(jī) 單片機(jī)具有以下特性 結(jié)構(gòu)不復(fù)雜 安全性能高 處理功能強(qiáng) 速度快 低電壓低耗 體積小 價(jià)格低廉 使用方便 程序的循環(huán)利用率較高 1 4 預(yù)期結(jié)果預(yù)期結(jié)果 母機(jī)和子機(jī)通過(guò)無(wú)線(xiàn)模塊在 10m 的范圍內(nèi)上能相互通信 當(dāng)信號(hào)不能正常傳輸 時(shí) 進(jìn)行聲光報(bào)警和震動(dòng)報(bào)警 本設(shè)計(jì)的模塊主要包括 STC89C51 單片機(jī)控制模塊 NRF24L01 無(wú)線(xiàn)發(fā)送和接收模塊 聲光報(bào)警和震動(dòng)報(bào)警模塊 燈光提示電路模塊以 及按鍵查找模塊 8 3 2 總體方案設(shè)計(jì)的論證總體方案設(shè)計(jì)的論證 2 1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 子機(jī) 子機(jī)主要包括 STC89C51 單片機(jī)控制模塊 NRF24L01 無(wú)線(xiàn)發(fā)送和 接收模塊 聲光報(bào)警模塊 燈光提示電路 晶振電路模塊以及復(fù)位電路模塊 如 下圖 2 1 所示 單 片 機(jī) 復(fù)位電路 晶振電路 聲光報(bào)警模塊 NRF24L01 無(wú)線(xiàn)模塊 燈光提示電路 圖 2 1 子機(jī)模塊 母機(jī) 母機(jī)主要包括 STC89C51 單片機(jī)控制模塊 NRF24L01 無(wú)線(xiàn)發(fā)送和接收 模塊 聲光報(bào)警和震動(dòng)報(bào)警模塊 復(fù)位電路模塊以及晶振電路模塊 如下圖 2 2 所 示 單 片 機(jī) 按鍵查找模塊 晶振電路 聲光報(bào)警模塊 NRF24L01 無(wú)線(xiàn)模塊 復(fù)位電路震動(dòng)報(bào)警模塊 圖 2 2 母機(jī)模塊 4 圖 2 2 母機(jī)模塊 2 2 模塊方案設(shè)計(jì)模塊方案設(shè)計(jì) 2 2 1 主控芯片方案主控芯片方案 方案一 采用 STC89C51 單片機(jī)實(shí)現(xiàn) STC89C51 單片機(jī)具有安全性能高 運(yùn)行速度快 處理功能強(qiáng) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 功耗低 體積小 價(jià)格低廉 易于調(diào)試和 維護(hù)等優(yōu)點(diǎn) 9 10 同時(shí) STC89C51 單片機(jī)易于開(kāi)發(fā) 應(yīng)用領(lǐng)域廣 技術(shù)掌握 較全面 技術(shù)運(yùn)用能力較嫻熟 方案二 采用 MSP430F149 單片機(jī) MSP430F149 單片機(jī)具有集成度高 功能強(qiáng)大 可靠性高 運(yùn)行速度快 功耗低等優(yōu)點(diǎn) 11 12 但是考慮到本設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 不需要強(qiáng)大的功能做支撐 另外 MSP430F149 單片機(jī)也有很多缺 點(diǎn) 比如成本較高 開(kāi)發(fā)周期較長(zhǎng)等等 綜合考慮我們選擇 STC89C51 單片機(jī)作為本系統(tǒng)的微控制單元 英文縮寫(xiě) 為 MCU 2 2 2 無(wú)線(xiàn)通信模塊方案無(wú)線(xiàn)通信模塊方案 方案一 采用集成芯片 M7216 集成芯片 M7216 屬于遙控編碼的一種 具有內(nèi)碼數(shù)量大 編碼重復(fù)率低 工作電壓低等優(yōu)點(diǎn) 但是集成芯片M7216 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜 功能難以實(shí)現(xiàn) 方案二 運(yùn)用編解碼芯片 PT2262 2272 編解碼芯片 PT2262 2272 具有功 耗低 價(jià)格低廉 應(yīng)用領(lǐng)域廣 地址碼較多等優(yōu)點(diǎn) 13 14 傳輸方式及結(jié)構(gòu)如 下圖 2 3 所示 編碼 高頻發(fā)射高頻接收 載波 檢波放大整形 報(bào)警解碼 圖 2 3 PT2262 2272 芯片傳輸結(jié)構(gòu)圖 5 據(jù)調(diào)查及其上圖表明 編解碼芯片PT2262 2272 的缺點(diǎn)主要包括穩(wěn)定性差 發(fā)射頻率較低 系統(tǒng)較復(fù)雜 實(shí)現(xiàn)功能較少 只能完成單向報(bào)警功能 等方面 方案三 采用 2 4G 技術(shù)進(jìn)行短距離傳輸?shù)?NRF24L01 無(wú)線(xiàn)發(fā)送和接收模 塊 NRF24L01 無(wú)線(xiàn)發(fā)送和接收模塊具有價(jià)格低廉 體積小 功耗低 穩(wěn)定性好 運(yùn)行速度快 抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn) 15 16 同時(shí)該模塊結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 功能強(qiáng)大 能 夠?qū)崿F(xiàn)雙向報(bào)警 綜上所述 我們采用 NRF24L01 無(wú)線(xiàn)發(fā)送和接收模塊作為本設(shè)計(jì)的通信模塊 3 硬件電路設(shè)計(jì)硬件電路設(shè)計(jì) 6 3 1 STC89C51 單片機(jī)主控模塊設(shè)計(jì)單片機(jī)主控模塊設(shè)計(jì) STC89C51 單片機(jī)是一個(gè)低壓高性能 8 位單片機(jī) 片內(nèi)含 8k Flash 閃存 512 bytes 的 RAM 2K 字節(jié) EEPROM 存儲(chǔ)空間并且具有處理能力強(qiáng) 性能穩(wěn) 定 功耗低 價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn) 17 它完全兼容普通 51 單片機(jī)的指令和功能 并且可以獨(dú)自完成 ISP 在線(xiàn)編程功能 主要功能特性 1 8k 可反復(fù)擦寫(xiě) Flash ROM 2 32 個(gè)雙向 I O 口 3 512x8bit 內(nèi)部 RAM 4 可直接使用串口下載 5 內(nèi)帶 2K 字節(jié) EEPROM 存儲(chǔ)空間 6 三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器 7 低功耗空閑和掉電模式 8 掉電后中斷可喚醒 9 8 個(gè)中斷向量源 10 時(shí)鐘頻率介于 0Mhz 和 24Mhz 之間 11 通用異步串行口 UART 12 具有兩個(gè) 16 位的定時(shí) 計(jì)時(shí)器 引腳圖見(jiàn)圖 3 1 EA VP 31 X1 19 X2 18 RESET 9 P37 RD 17 P36WR 16 P32 INT0 12 P33 INT1 13 P34 T 0 14 P35 T 1 15 P10 1 P11 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 P00 39 P01 38 P02 37 P03 36 P04 35 P05 34 P06 33 P07 32 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 PSEN 29 ALE P 30 P31 T XD 11 P30 RX D 10 GND 20 VCC 40 U1 ST C89C52 圖 3 1 單片機(jī)管腳圖 STC89C51 單片機(jī)引腳介紹如下 主電源引腳 2 根 VCC Pin40 電源輸入 接 5V 電源 7 GND Pin20 接地線(xiàn) 外接晶振引腳 2 根 XTAL1 Pin19 單片機(jī)中振蕩電路外部信號(hào)的引入接口 XTAL2 Pin18 單片機(jī)中振蕩電路的輸出接口 控制引腳 4 根 RST VPP Pin9 具有復(fù)位功能的引腳 若該引腳在規(guī)定周期內(nèi)出現(xiàn)兩個(gè)連續(xù)的 高電平脈沖時(shí) 則對(duì)單片機(jī)進(jìn)行初始化操作 恢復(fù)單片機(jī)原有的狀態(tài) ALE PROG Pin30 地址鎖存允許信號(hào) 一般情況下 STC89C51 單片機(jī)對(duì)外 部信息訪問(wèn)時(shí) ALE 能夠鎖存低 8 位字節(jié)的地址 另外 ALE 端的脈沖輸出頻 率是振蕩器輸出頻率的六分之一 具有定時(shí) 降低成本的作用 PSEN Pin29 外部存儲(chǔ)器信息讀取信號(hào) 當(dāng)單片機(jī)讀取內(nèi)部存儲(chǔ)器信息時(shí) PESN 保持原有的狀態(tài) 當(dāng)單片機(jī)讀取外部?jī)?chǔ)存器信息時(shí) PESN 在每個(gè)周期內(nèi)變化 兩次 EA VPP Pin31 對(duì)訪問(wèn)內(nèi)部 外部信號(hào)進(jìn)行控制 當(dāng)這個(gè)引腳接低電平時(shí) 單 片機(jī)將讀取外部信息指令 當(dāng)這個(gè)引腳接高點(diǎn)平時(shí) 單片機(jī)首先讀取內(nèi)部?jī)?chǔ)存信息 指令 一旦訪問(wèn)的地址范圍大于內(nèi)部?jī)?chǔ)存器的范圍時(shí) 單片機(jī)將自動(dòng)讀取外部?jī)?chǔ)存 信息指令 另外 當(dāng)外部編譯器對(duì)內(nèi)部程序進(jìn)行編譯時(shí) 可輸入編程電壓 VPP 雙向 I O 端口 4 組 STC89C51 單片機(jī)有 4 組 8 位的可編程 I O 口 分別位 P0 P1 P2 P3 口 對(duì) 于每一組 I O 端口而言都包含 8 個(gè)引腳 4 組 I O 端口一共有 32 個(gè)引腳 18 P0口 Pin39 Pin32 P0端口是一個(gè)沒(méi)有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向輸入 輸出 端口 此時(shí)該端口輸出低電平為0 輸出高電平則為高阻態(tài) 因此在眾多情況下加上 內(nèi)拉電阻是非常有必要的 比如該端口作為普通的輸入 輸出端口或者該端口對(duì) NPN型管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)時(shí) 另外 該端口還可以用作復(fù)用總線(xiàn) 提供8位數(shù)據(jù)和低8位地 址 該端口的引腳依次命名為P0 0 P0 1 P0 2 P0 3 P0 4 P0 5 P0 6 P0 7 P1口 Pin1 Pin8 P1端口是一個(gè)內(nèi)部含有上拉電阻的8位雙向輸入 輸出端 口 該端口可同時(shí)對(duì)四個(gè)負(fù)載進(jìn)行驅(qū)動(dòng) 當(dāng)輸入1時(shí)為高點(diǎn)平 當(dāng)該端口作為輸入口 時(shí) 被拉低的引腳可輸出一個(gè)電流 該端口的引腳依次命名為 P1 0 P1 1 P1 2 P1 3 P1 4 P1 5 P1 6 P1 7 P2口 Pin21 Pin28 P2端口也是一個(gè)內(nèi)部含有上拉電阻的8位雙向輸入 輸 出端口 該端口也可同時(shí)對(duì)四個(gè)負(fù)載進(jìn)行驅(qū)動(dòng) 當(dāng)輸入1時(shí)為高點(diǎn)平 可作為輸入口 該端口的引腳依次命名為P2 0 P2 1 P2 2 P2 3 P2 4 P2 5 P2 6 P2 7 P3口 Pin10 Pin17 P3端口同樣也是一個(gè)內(nèi)部含有上拉電阻的8位雙向輸入 輸出端口 該端口同樣可對(duì)四個(gè)負(fù)載進(jìn)行驅(qū)動(dòng) 當(dāng)輸入1時(shí)為高點(diǎn)平 當(dāng)該端口作為 8 輸入口時(shí) 被拉低的引腳可輸出一個(gè)電流 該端口的引腳依次命名為 P3 0 P3 1 P3 2 P3 3 P3 4 P3 5 P3 6 P3 7 3 2 單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng) 單片機(jī)最小系統(tǒng)指的就是運(yùn)用較少的元器件 組成一個(gè)能夠正常運(yùn)行的系統(tǒng) 一般情況下 我們把最小系統(tǒng)看作是應(yīng)用系統(tǒng)的核心 19 該系統(tǒng)包括 STC89C51 單 片機(jī) 時(shí)鐘電路 復(fù)位電路 該系統(tǒng)原理框圖如下圖 3 2 所示 圖 3 2 單片機(jī)最小系統(tǒng)原理框圖 3 2 1 時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路 晶振是 STC89C51 單片機(jī)系統(tǒng)中不可或缺的元件 就晶振供給的時(shí)鐘頻率角度 而言 時(shí)鐘頻率越低 單片機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行速度就越慢 時(shí)鐘頻率越高 單片機(jī)系統(tǒng) 的運(yùn)行速度就越快 晶振的存在主要是為單片機(jī)系統(tǒng)提供時(shí)鐘信號(hào)的 20 而對(duì)于 STC89C51 單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)而言 它包括內(nèi)部時(shí)鐘和外部時(shí)鐘兩種模式 如下圖 3 3 所示是 STC89C51 單片機(jī)內(nèi)部時(shí)鐘結(jié)構(gòu)框圖 在單片機(jī)系統(tǒng)本身存在的振蕩電路 基礎(chǔ)上 用晶振與單片機(jī)的 18 19 引腳相連接 然后再并聯(lián)接入兩個(gè)電容就構(gòu)成了 自激振蕩器 此時(shí)便可產(chǎn)生單片機(jī)所需的時(shí)鐘信號(hào) 兩個(gè)電容的主要功能是穩(wěn)頻和 加快振蕩速度 電容數(shù)值的大小介于 5pF 和 30pF 之間 最常用的電容值是 30pF 振蕩頻率的數(shù)值介于 1 2Mhz 和 12Mhz 之間 最常用的是 6Mhz 和 12Mhz 時(shí)鐘電路 Stc89c51單片 機(jī) 復(fù)位電路 I OI O 9 30pF 30pF 18 19 Y 1 圖 3 3 STC89C52 內(nèi)部時(shí)鐘電路 3 2 2 復(fù)位電路復(fù)位電路 在電路電源接通的前提下 如果 STC89C51 單片機(jī)的 RESET 引腳能夠滿(mǎn)足以下 兩個(gè)條件 1 從電源正極植入高電平 2 高電平脈沖持續(xù)兩個(gè)周期的時(shí)間 那么單片機(jī)就會(huì)執(zhí)行復(fù)位操作 另外 如果該引腳一直處于高電平植入狀態(tài) 那么單片機(jī)內(nèi)部將不斷執(zhí)行復(fù)位操作 對(duì)于復(fù)位電路而言 它分為自動(dòng)復(fù)位電路和 手動(dòng)復(fù)位電路兩種模式 而本設(shè)計(jì)采用的是自動(dòng)復(fù)位電路 自動(dòng)復(fù)位操作主要是通 過(guò)電容的充放電功能來(lái)完成的 當(dāng)電壓的上升時(shí)間小于 1ms 時(shí) 單片機(jī)就可以完成 自動(dòng)復(fù)位 21 本設(shè)計(jì)的自動(dòng)復(fù)位框圖如下 3 4 所示 GND 5 R4 C3 10uf 9 RESET 10K 圖 3 4 STC89C51 復(fù)位電路 3 2 3 STC89C51 中斷技術(shù)概述中斷技術(shù)概述 10 中斷技術(shù)是由單片機(jī)內(nèi)部的中斷系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的 它的主要作用是對(duì)主程序進(jìn)行 管理和監(jiān)控 并且當(dāng)中斷系統(tǒng)發(fā)出中斷指令時(shí) 單片機(jī)應(yīng)及時(shí)作出響應(yīng)并執(zhí)行中斷 操作 22 23 中斷技術(shù)的具體操作步驟如下 首先由中斷系統(tǒng)發(fā)出中斷指令 然后對(duì) 這一指令進(jìn)行判斷 若中斷指令被允許 那么單片機(jī)就停止執(zhí)行現(xiàn)有的程序 接著 執(zhí)行并處理中斷系統(tǒng)發(fā)出的中斷指令 待到中斷指令執(zhí)行完成后 單片機(jī)再轉(zhuǎn)到程 序中斷的地方 繼續(xù)執(zhí)行主程序 如下圖 3 5 所示是程序中斷的處理過(guò)程 圖 3 5 中斷過(guò)程 對(duì)于單片機(jī)系統(tǒng)而言 中斷技術(shù)在其運(yùn)行過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用 假如單片 機(jī)內(nèi)部無(wú)中斷系統(tǒng) 那么單片機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中就要對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)中的服務(wù)請(qǐng)求進(jìn)行 查詢(xún) 這樣不僅浪費(fèi)大量的時(shí)間 而且單片機(jī)的工作效率也大大降低了 故在單片 機(jī)中采用中斷技術(shù)是非常必要的 3 3 nRF24L01 無(wú)線(xiàn)模塊無(wú)線(xiàn)模塊設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 3 3 1 nRF24L01 概述概述 本設(shè)計(jì)采用 NRF24L01 無(wú)線(xiàn)通信模塊實(shí)現(xiàn)母機(jī) 子機(jī)之間的通信 它是由 nRF24L01 芯片制作而成的 nRF24L01 無(wú)線(xiàn)收發(fā)器芯片的工作頻率在ISM 頻 段規(guī)定的范圍內(nèi) 一般介于2 4GHz 和 2 5GHz 之間 可對(duì)近距離無(wú)線(xiàn)信號(hào)進(jìn)行 單向發(fā)送和單向接收 同時(shí) 該芯片具有體積小 功率損耗低 實(shí)用性強(qiáng) 性能 穩(wěn)定 電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn) 另外 該芯片還采用了高斯頻移鍵控GFSK 的 調(diào)制方式 并在芯片內(nèi)部創(chuàng)建了鏈路層 為此該芯片能夠?qū)崿F(xiàn)很多功能 比如自 動(dòng)應(yīng)答 自動(dòng)重發(fā) 地址碼檢測(cè) 循環(huán)冗余校驗(yàn)碼檢測(cè)等 24 該芯片的數(shù)據(jù) 傳輸速率為 1Mbit s 或者 2Mbit s 一般采用串行外圍接口 SPI 與微控制單元相 連接的方式設(shè)置芯片參數(shù) 以便更好進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸 對(duì)于串行外圍接口而言 它 的傳輸速率一般介于 0Mbit s 到 8Mbit s 之間 工作電壓介于 1 9V 到 3 6V 之 11 間 并且它還擁有 125 個(gè)射頻傳輸信道供我們選擇 25 另外 針對(duì)無(wú)線(xiàn)通信模 塊而言 它主要是由頻率 發(fā)生器增強(qiáng)型 SchockBurstTM 模式控制器功率放大器 時(shí)鐘處理器 晶體振蕩器調(diào)制器 頻率合成器 解調(diào)器輸出功率信道的選取以及協(xié) 議的配置組成 此模塊進(jìn)行信號(hào)收發(fā)時(shí) 消耗的電流較低 調(diào)查數(shù)據(jù)如下 當(dāng)無(wú)線(xiàn) 收發(fā)模塊進(jìn)行信號(hào)發(fā)送時(shí) 消耗的電流量是 9 0mA 在對(duì)信號(hào)進(jìn)行接收時(shí)消耗的電 流量是 12 3mA 特別是在空閑模式或者關(guān)機(jī)模式下該模塊消耗的電流量更少 隨著時(shí)代的進(jìn)步 科學(xué)技術(shù)的發(fā)展 nRF24L01 芯片在無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域發(fā)揮的作 用越來(lái)越大 應(yīng)用領(lǐng)域也越來(lái)越廣泛 nRF24L01 芯片不僅被運(yùn)用到鍵盤(pán) 鼠 標(biāo)等小型設(shè)備中 而且還用到日常生活中的防盜系統(tǒng) 遙控系統(tǒng) 勘測(cè)系統(tǒng)等大 型設(shè)備中 另外 由于人們對(duì)無(wú)線(xiàn)傳輸?shù)囊笥鷣?lái)愈高 nRF24L01 芯片技術(shù) 也不斷得到更新和完善 當(dāng)前國(guó)內(nèi)外無(wú)線(xiàn)研究技術(shù)組織對(duì)nRF24L01 芯片技術(shù) 進(jìn)行創(chuàng)新 并在某些領(lǐng)域取得了較好的成果 故本設(shè)計(jì)采用具有2 4G 技術(shù)的 nRF24L01 無(wú)線(xiàn)發(fā)送和接收模塊進(jìn)行短距離通信 這樣更能保證傳輸?shù)陌踩院?可靠性 3 3 2 引腳功能及描述引腳功能及描述 nRF24L01 的電路圖引腳如圖 3 6 所示 圖 3 6 NRF24L01 引腳圖 各引腳功能如下 CE 傳送數(shù)據(jù) RX 或接收數(shù)據(jù) TX 模式選擇 CSN SCK MOSI MISO 串行外圍接口 用于與 nRF24L01 芯片相連接 IRQ 中斷引腳 VDD 電源輸入端 12 VSS 電源接地端 XC2 XC1 晶體振蕩器模擬輸出 輸入引腳 VDD PA 為射頻的功率放大器提供 1 8 V 電源 ANT1 ANT2 天線(xiàn)接口 IREF 參考電流輸入引腳 通過(guò)以上對(duì) nRF24L01 引腳功能的研究與分析 再加以對(duì)設(shè)計(jì)模型的考慮 制作出了本設(shè)計(jì)的 pcb 圖及其實(shí)物圖 如下圖 3 7 所示 圖 3 7 NRF24L01 模型圖和實(shí)物圖 3 3 3 nRF24L01 射頻芯片特性射頻芯片特性 1 射頻通道 nRF24L01 的工作頻率可選擇的范圍是2 400GHz 到 2 483GHz 每個(gè)頻道 的帶寬是 1MHz 1Mbps 速率 或 2MHz 2Mbps 速率 nRF24L01 無(wú)線(xiàn)射 頻通道的工作頻率是由六位寄存器RF CH 確定的 并且射頻通道的工作頻率 將對(duì)射頻通道運(yùn)用的中心頻率起到?jīng)Q定性作用 我們可由下列公式計(jì)算出射頻通 道工作頻率即 F0 2400 RF CH MHz 對(duì)于射頻通道而言 如果發(fā)送端和接收端的射頻通道設(shè)定不相同即它們不在 一個(gè)信道內(nèi)傳輸 那么兩者就不能實(shí)現(xiàn)通信 為此我們?cè)谑瞻l(fā)信號(hào)時(shí) 應(yīng)當(dāng)把兩 者的射頻通道設(shè)定為同一條 才能實(shí)現(xiàn)通信 但是對(duì)于具體的情況還需具體分析 13 比如當(dāng)射頻通道的帶寬是 2MHz 時(shí) 我們必須設(shè)定 RF CH 寄存器的內(nèi)容不大 于 2 否則將影響發(fā)送端和接收端之間的通信 2 工作模式 通過(guò)對(duì)寄存器 PWR UP PRIM RX 和使能端 CE 引腳的設(shè)定 我們可以把 nRF24L01 設(shè)定為四種模式 包括發(fā)送模式 接收模式 空閑模式和關(guān)機(jī)模式 如下表 3 1 所示 表 3 1 nRF24L01 工作模式表 模式PWR UPPRIM RXCEFIFO 寄存器狀態(tài) 接收模式111 發(fā)送模式101寄存器中數(shù)據(jù)在TXFIFO 發(fā)送模式10 1 0 據(jù)發(fā)送完停留在發(fā)送模式直到數(shù) 空閑模式 101TXFIFO 為空 空閑模式 1 0無(wú)數(shù)據(jù)傳輸 關(guān)機(jī)模式0 3 數(shù)據(jù)包處理方式 對(duì) nRF24L01 無(wú)線(xiàn)發(fā)送和接收模塊而言 它采用兩種方式對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn) 行處理 一種是 ShockBurstTM 模式 另一種是增強(qiáng)型 ShockBurstTM 模式 這兩種數(shù)據(jù)包的處理方式都是將微控制單元MCU 與 nRF24L01 無(wú)線(xiàn)發(fā)送和接 收模塊通過(guò)串行外圍接口 SPI 相互連接起來(lái) 26 1 ShockBurstTM 模式 當(dāng)運(yùn)用 ShockBurstTM 模式對(duì)信號(hào)進(jìn)行接收時(shí) 如果接收端收到準(zhǔn)確的地址 和數(shù)據(jù) 那么這時(shí)接收端通過(guò)中斷請(qǐng)求IRQ 告知微控制單元 MCU 信息已準(zhǔn)確 收到 接著微控制單元通過(guò)RXFIFO 寄存器讀取接收到的地址和數(shù)據(jù) 運(yùn)用這 一模式進(jìn)行數(shù)據(jù)和地址發(fā)送時(shí) 可以自動(dòng)生成循環(huán)冗余校驗(yàn)碼 當(dāng)數(shù)據(jù)完全發(fā)送 完畢后 接收端的中斷請(qǐng)求IRQ 告知微控制單元 MCU 信息已發(fā)出 這樣就能 大大減少了微控制單元 MCU 對(duì)信息確定性的查詢(xún)時(shí)間 從而提高了工作效率 另外 在 nRF24L01 無(wú)線(xiàn)通信模塊的內(nèi)部含有兩類(lèi)寄存器 一類(lèi)是RXFIFO 寄 14 存器 另一類(lèi)是 TXFIFO 寄存器 無(wú)論是在收發(fā)模式 關(guān)機(jī)模式還是在空閑模 式下 微控制單元 MCU 都可以對(duì) FIFO 寄存器進(jìn)行訪問(wèn) 2 增強(qiáng)型 ShockBurstTM 模式 對(duì)于增強(qiáng)型 ShockBurstTM 模式而言 它在保持微控制單元MCU 工作量 的基礎(chǔ)上 又同時(shí)擁有自動(dòng)應(yīng)答功能和自動(dòng)重發(fā)功能 它的主要流程為 首先由 發(fā)送端發(fā)出信號(hào) 當(dāng)接收端接收所發(fā)出的地址和數(shù)據(jù) 則通過(guò)自動(dòng)應(yīng)答功能對(duì)發(fā) 送端進(jìn)行回復(fù) 然后發(fā)送端對(duì)反饋信息進(jìn)行檢測(cè) 若信息檢測(cè)無(wú)誤 那么發(fā)送端 繼續(xù)發(fā)送下一條信息 如果信息檢測(cè)有誤 那么就執(zhí)行自動(dòng)重發(fā)功能 直到信息 傳輸無(wú)誤為止 另外對(duì)于增強(qiáng)型ShockBurstTM 模式下的應(yīng)答和重發(fā)功能都是 自動(dòng)運(yùn)行的 無(wú)需人工操作 由此可以看出采用增強(qiáng)型ShockBurstTM 模式對(duì) 數(shù)據(jù)包進(jìn)行處理具有功率損耗低 成本低 抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn) 經(jīng)過(guò)綜合考慮 因此本設(shè)計(jì)我們采用增強(qiáng)型ShockBurstTM 模式對(duì)數(shù) 據(jù)包進(jìn)行處理 4 自動(dòng)應(yīng)答功能 自動(dòng)應(yīng)答功能主要是為信息接收端服務(wù)的 自動(dòng)應(yīng)答功能指的是當(dāng)接收端接 收到信號(hào)時(shí) 那么接收端便自動(dòng)對(duì)發(fā)送端進(jìn)行信息反饋 以便很好的對(duì)信息的準(zhǔn) 確性進(jìn)行檢測(cè) 當(dāng)信息確認(rèn)無(wú)誤后 系統(tǒng)便進(jìn)入正常工作狀態(tài) 這個(gè)功能在很大 程度上降低了微控制單元 MCU 的工作量 減少了電流損耗 大大提高了工作 效率 27 5 自動(dòng)重發(fā)功能 自動(dòng)重發(fā)功能主要是為信息發(fā)送端服務(wù)的 當(dāng)發(fā)送端檢測(cè)到接收端反饋 信息無(wú)誤時(shí) 那么隨后系統(tǒng)將進(jìn)入正常工作模式 若發(fā)送端沒(méi)有要發(fā)送的數(shù)據(jù)時(shí) 這時(shí)發(fā)送端則進(jìn)入空閑模式下 一旦檢測(cè)到反饋信息出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí) 這時(shí)系統(tǒng)自動(dòng) 返回到發(fā)送模式對(duì)錯(cuò)誤數(shù)據(jù)進(jìn)行重新發(fā)送 直到數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無(wú)誤為止 28 6 數(shù)據(jù)包格式 數(shù)據(jù)包識(shí)別 PID 及其循環(huán)冗余 CRC 校驗(yàn) 增強(qiáng)型 ShockBrustTM 模式下的數(shù)據(jù)包格式如下表3 2 所示 前 導(dǎo)碼 地址 3 5 字節(jié) 9 位 標(biāo) 志位 數(shù)據(jù) 1 32 字 節(jié) CRC 校驗(yàn) 0 1 2 ShockBurstTM 模式下的數(shù)據(jù)包格式如表 3 3 前導(dǎo)碼地址 3 5 字節(jié) 數(shù)據(jù) 1 32 字節(jié) CRC 校驗(yàn) 0 1 2 前導(dǎo)碼的作用主要是對(duì)脈沖編碼0 或 1 進(jìn)行檢測(cè) 在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)加上 前導(dǎo)碼 而在數(shù)據(jù)接收端則把前導(dǎo)碼除去 15 地址主要是指的接收地址 地址寬度介于3 個(gè)字節(jié)到 5 個(gè)字節(jié)之間 當(dāng)數(shù) 據(jù)進(jìn)行傳輸時(shí) 數(shù)據(jù)包在信道中可自行配置地址 而在接收端再把配置地址自動(dòng) 去除 標(biāo)志位一共有 9 位 其中兩位代表數(shù)據(jù)包識(shí)別位 其他7 位保留以滿(mǎn)足將 來(lái)產(chǎn)品所需 數(shù)據(jù)包識(shí)別 PID 的主要作用就是為了對(duì)新數(shù)據(jù)包和舊數(shù)據(jù)包進(jìn)行 區(qū)分 當(dāng)接收到新數(shù)據(jù)包時(shí) PID 值加 1 反之 PID 值保持不變 數(shù)據(jù)位介于 1 字節(jié)到 32 字節(jié)之間 在通信過(guò)程中 必須保證發(fā)送端和接收 端數(shù)據(jù)位數(shù)相同 否則接收端接收錯(cuò)誤 對(duì)于接收到的數(shù)據(jù)寬度一般通過(guò) RX PW Px 寄存器進(jìn)行設(shè)定 x 的取值介于 0 到 5 之間 循環(huán)冗余校驗(yàn)碼 CRC 的作用主要是對(duì)信息的準(zhǔn)確性進(jìn)行檢測(cè) 以便保證 信息的完整性和可靠性 檢測(cè)的部分主要包括地址 PID 和有效數(shù)據(jù)等 如果 循環(huán)冗余碼出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí) 那么接收端則不對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行接收 下圖 3 8 是數(shù)據(jù)包識(shí)別 PID 的生成和檢測(cè)框圖 圖 3 8 數(shù)據(jù)包識(shí)別 PID 的生成和檢測(cè)框圖 由上圖可得出以下結(jié)論 1 發(fā)送端 每當(dāng)發(fā)送一個(gè)新的數(shù)據(jù)包 PID 值就會(huì)加 1 2 接收端 對(duì)于接收端而言 讓新接收的數(shù)據(jù)包PID 值與上次接收數(shù) 據(jù)包的 PID 值進(jìn)行比較 假如兩次 PID 值不相同 則認(rèn)為此數(shù)據(jù)包為新數(shù)據(jù)包 系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行接收 假如兩次PID 值不同 然后再對(duì)兩次循環(huán)冗余碼CRC 進(jìn) 行比較 如果兩者相同 則認(rèn)為是舊數(shù)據(jù)包直接丟棄 若循環(huán)冗余碼CRC 不 同 則認(rèn)為是新數(shù)據(jù)包 系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行接收 16 7 載波檢測(cè) 在采用增強(qiáng)型 ShockBurstTM 模式進(jìn)行數(shù)據(jù)包處理時(shí) 載波檢測(cè)將發(fā)揮很重 要的作用 在數(shù)據(jù)包傳送過(guò)程中 如果數(shù)據(jù)包丟失率增加 那么這時(shí)我們就在接 收端對(duì)傳輸通道 CD 值進(jìn)行檢測(cè) 當(dāng) CD 值為高電平時(shí) 表明此通道傳輸數(shù)據(jù) 過(guò)多 出現(xiàn)擁塞現(xiàn)象 這時(shí)我們采取的方式就是改變傳輸通道 當(dāng)CD 值為低 電平時(shí) 表明此通道可進(jìn)行正常的數(shù)據(jù)傳輸 8 數(shù)據(jù)通道 當(dāng) nRF24L01 無(wú)線(xiàn)通信模塊設(shè)置為接收模式時(shí) 接收端可同時(shí)對(duì)六路通 道不同 地址不同 速率相同的數(shù)據(jù)進(jìn)行接收 對(duì)于數(shù)據(jù)通道而言 它是由寄存 器 EN RXADDR 來(lái)設(shè)定的 一般情況下 只有通道0 和通道 1 處于開(kāi)啟狀態(tài) 另外 這些數(shù)據(jù)通道都通過(guò)寄存器RX ADDR Px 賦予各自不同的地址 x 的 取值為 0 到 5 其中 RX ADDR P0 和 RX ADDR P1 的地址是 40 位 RX ADDR P2 到 RX ADDR P5 的地址為 32 位共用地址再加上各自調(diào)節(jié)的低 8 位地址 29 3 3 4 nRF24L01 發(fā)送程序設(shè)計(jì)發(fā)送程序設(shè)計(jì) 當(dāng) nRF24L01 無(wú)線(xiàn)通信模塊發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí) 起初應(yīng)該把nRF24L01 設(shè)定為發(fā) 射模式 然后通過(guò)串行外圍接口SPI 將 nRF24L01 無(wú)線(xiàn)通信模塊與 STC89C51 單片機(jī)相連接 緊接著將接收節(jié)點(diǎn)地址TX ADDR 以及有效數(shù)據(jù) TX PLD 按 照先后順序輸入到 nRF24L01 無(wú)線(xiàn)通信模塊的儲(chǔ)存器中 在這一過(guò)程中 對(duì)于 接收節(jié)點(diǎn)地址 TX ADDR 只需輸入一次就行了 而對(duì)于有效數(shù)據(jù)TX PLD 則 必須在滿(mǎn)足 CSN 為高電平的條件時(shí)連續(xù)輸入 接下來(lái)設(shè)定CE 引腳為高電平 并且維持 10 s 以上 最后經(jīng)過(guò) 130 s 后再對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)送 如果nRF24L01 無(wú)線(xiàn)通信模塊的接收端打開(kāi)了自動(dòng)應(yīng)答模式 那么數(shù)據(jù)發(fā)送后就等待接收端信號(hào) 的回應(yīng) 通過(guò)接收端的反饋數(shù)據(jù)對(duì)信息的準(zhǔn)確度進(jìn)行判斷 如果反饋的地址與發(fā) 送的地址相一致 那么數(shù)據(jù)傳輸成功 這時(shí)設(shè)定TX DS 為高電平并把 TX FIFO 寄存器中的數(shù)據(jù)刪除 但是假如接收端反饋的地址與發(fā)送的地址不相 符合 此時(shí)保留 TX FIFO 寄存器中的數(shù)據(jù) 發(fā)送端通過(guò)自動(dòng)重發(fā)功能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn) 行發(fā)送 直到數(shù)據(jù)傳輸成功或者重發(fā)次數(shù)ARC 大于設(shè)定的值 如果發(fā)送次數(shù) 大于設(shè)定的值 那么這時(shí)就把MAX RT 或者 TX DS 設(shè)定為高電平 把中斷請(qǐng) 求 IRQ 設(shè)定為低電平 通過(guò)數(shù)據(jù)接口告知微控制單元MCU 然后微控制單元 進(jìn)行處理 直到數(shù)據(jù)傳輸成功 30 那么發(fā)送端和接收端通信成功后 如果還有 17 數(shù)據(jù)需要發(fā)送 那么系統(tǒng)就進(jìn)入正常收發(fā)模式 如果沒(méi)有數(shù)據(jù)需要發(fā)送 那么系 統(tǒng)就進(jìn)入空閑模式 如下圖3 9 所示是 nRF24L01 發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)序圖 圖 3 9 nRF24L01 發(fā)送數(shù)據(jù) 時(shí)序圖 3 4 聲光報(bào)警模塊設(shè)計(jì)聲光報(bào)警模塊設(shè)計(jì) 3 4 1 燈光提示電路燈光提示電路 R1 2 2K 5 D2 LEDY P37 圖 3 10 燈光提示電路 發(fā)光二極管英文縮寫(xiě)為 LED 它能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見(jiàn)光 具有轉(zhuǎn)化率高 熱 量低 體積小 功耗低 壽命長(zhǎng) 環(huán)保 應(yīng)用領(lǐng)域廣泛等優(yōu)點(diǎn) 本設(shè)計(jì)采用發(fā)光二 極管與電阻串聯(lián)的形式作為燈光提示電路 當(dāng)物品丟失的時(shí)候 給予人們燈光警示 在此串聯(lián)電路中 由于電源供電電壓為 5V 而發(fā)光二極管的供電電壓為 3V 因此 串聯(lián)一個(gè)電阻起到分壓的作用 3 4 2 聲音報(bào)警電路聲音報(bào)警電路 18 A 1 B 2 F BUZZER 5 G ND FR1 2 2K Q 1 9012 圖 3 11 聲音報(bào)警電路 蜂鳴器指的就是一種能夠發(fā)出聲音的電子器件 它是采用直流電壓供電的方式 對(duì)蜂鳴器進(jìn)行供電的 按照結(jié)構(gòu)原理可以分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種 根據(jù)驅(qū)動(dòng)方式的不同可以 分為有源蜂鳴器和無(wú)源蜂鳴器 有源蜂鳴器是由直流電壓 驅(qū)動(dòng)的 而無(wú)源蜂鳴器是由方波驅(qū)動(dòng)的 它的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛 主要運(yùn)用到電話(huà) 汽 車(chē)內(nèi)部設(shè)備 報(bào)警器等電子產(chǎn)品中 31 結(jié)合上圖可知本設(shè)計(jì)的聲音報(bào)警電路是由一 個(gè) PNP 型三極管 一個(gè)有源蜂鳴器和一個(gè)限流電阻組成 此電路采用 PNP 型三極 管 Q1 只起到開(kāi)關(guān)的作用 當(dāng)基極輸入低電平時(shí) 三極管被導(dǎo)通 蜂鳴器發(fā)出報(bào)警 聲 而當(dāng)基極輸入高電平時(shí) 三極管停止工作 蜂鳴器不發(fā)出報(bào)警聲 當(dāng)物品丟失 時(shí) 該電路給予人們聲音報(bào)警警示 3 5 震動(dòng)報(bào)警模塊設(shè)計(jì)震動(dòng)報(bào)警模塊設(shè)計(jì) Q 1 9012 R1 2 2K A M 1 3v R2 68 G ND 5 圖 3 12 震動(dòng)報(bào)警電路 由上圖可知震動(dòng)報(bào)警電路主要由兩個(gè)電阻 一個(gè)電機(jī) 一個(gè) PNP 型三極管和一 組偏心塊組成 可調(diào)偏心塊安裝在電機(jī)轉(zhuǎn)子軸的兩側(cè) 當(dāng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí) 偏心塊就會(huì) 產(chǎn)生激振力 當(dāng)轉(zhuǎn)子的平衡量超出設(shè)定的范圍時(shí) 電機(jī)就會(huì)震動(dòng) 而且轉(zhuǎn)子超出平 衡量越大 電機(jī)震動(dòng)就會(huì)越劇烈 本設(shè)計(jì)選用 3v 震動(dòng)電機(jī)來(lái)提醒主人防丟 更加增 加了設(shè)計(jì)的可靠性 19 3 6 按鍵模塊設(shè)計(jì)按鍵模塊設(shè)計(jì) 對(duì)于按鍵來(lái)說(shuō) 它可以分為獨(dú)立按鍵和矩陣式按鍵兩種模式 獨(dú)立按鍵具有結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)單 系統(tǒng)穩(wěn)定性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn) 而矩陣式按鍵結(jié)構(gòu)較復(fù)雜 不適合用在簡(jiǎn)單的電路 中 通過(guò)考慮本設(shè)計(jì)的實(shí)際狀況 最終決定使用獨(dú)立式按鍵 本設(shè)計(jì)按鍵模塊的主要作用是母機(jī)對(duì)子機(jī)的查找 當(dāng)按下母機(jī)上的按鍵時(shí) 子 機(jī)就會(huì)出現(xiàn)燈光報(bào)警和聲音報(bào)警 它的工作原理主要是當(dāng)按下按鍵時(shí) 就會(huì)在單片 機(jī)的輸入 輸出接口輸入低電平 那么此時(shí)單片機(jī)出現(xiàn)短路狀態(tài) 母機(jī)和子機(jī)之間 不能進(jìn)行正常通信 而當(dāng)按鍵維持現(xiàn)狀的情況下 單片機(jī)的輸入 輸出接口輸入的 是高電平 此時(shí)能夠保持母機(jī)和子機(jī)進(jìn)行通信 另外 在按鍵的過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)現(xiàn)象 解決這種現(xiàn)象的方式一般分為硬件去 抖動(dòng)和軟件去抖動(dòng) 硬件抖動(dòng)就是我們平常所說(shuō)的電平不穩(wěn)定 這種抖動(dòng)持續(xù)的時(shí) 間范圍是 10 200ms 硬件去抖動(dòng)就是及時(shí)對(duì)硬件電路進(jìn)行處理 而軟件去抖動(dòng)則是 跳過(guò)抖動(dòng)的時(shí)間 等到按鍵保持穩(wěn)定的時(shí)候 再對(duì)其進(jìn)行處理 32 本設(shè)計(jì)采用的是 軟件去抖動(dòng)的方式 軟件去抖動(dòng)是這樣實(shí)現(xiàn)的 當(dāng)有低電平出現(xiàn)時(shí)對(duì)其進(jìn)行延遲 延遲時(shí)間保持 10 200ms 之后 再對(duì)輸入 輸出接口進(jìn)行檢測(cè) 如果此時(shí)值為 1 則把它當(dāng)做干擾信號(hào) 如果值為 0 則執(zhí)行相應(yīng)的程序 如下圖 3 13 所示是按腳模 塊的電路部分 G ND S1 SW PB P17 圖 3 13 按鍵電路 20 4 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 4 1 軟件介紹軟件介紹 Keil C51 是進(jìn)行 C 語(yǔ)言編寫(xiě) 調(diào)試 運(yùn)行的有效平臺(tái) 是由美國(guó)公司 Keil Software 開(kāi)發(fā)研制的 另外 C 語(yǔ)言具有結(jié)構(gòu)規(guī)范 可讀性強(qiáng) 容易維護(hù)與調(diào)試 使用簡(jiǎn)潔方便等優(yōu)點(diǎn) 33 我們采用這兩種語(yǔ)言進(jìn)行一個(gè)模塊的編程就能夠深刻體會(huì) 到兩種語(yǔ)言的差別 Keil C51 這個(gè)軟件包括大量的庫(kù)函數(shù) 標(biāo)準(zhǔn)的編程界面以及完 整的開(kāi)發(fā)工具 調(diào)試工具 這個(gè)軟件使用簡(jiǎn)單方便 運(yùn)行速度較高 尤其在大型軟 件的開(kāi)發(fā) 研制中更能體現(xiàn)出 Keil C51 軟件的強(qiáng)大功能 34 下文將詳細(xì)介紹 Keil C51 軟件 KeilC51 軟件界面如圖 4 1 所示 圖 4 1 KeilC51 軟件界面 Protel99SE 是 PORTEL 公司在 80 年代末推出的 EDA 軟件 Protel99SE 軟件能 夠用于電路原理圖 印刷電路板的設(shè)計(jì) 具有功能強(qiáng)大 簡(jiǎn)單易掌握的優(yōu)點(diǎn) 是當(dāng) 今網(wǎng)絡(luò)最受歡迎的設(shè)計(jì)軟件 同時(shí)它完成 32 個(gè)信號(hào)層 16 個(gè)電源地層及其 16 個(gè)加 工層的設(shè)計(jì) Protel99SE 軟件的特點(diǎn) 1 提供不同格式的電氣網(wǎng)絡(luò)表高達(dá) 30 種 2 強(qiáng)大的全局編輯功能 3 可以器件的同步管理與使用 4 可同時(shí)運(yùn)行原理圖及其 PCB 并且對(duì)器件 網(wǎng)絡(luò)等進(jìn)行搜索與查找 21 5 不僅可以對(duì)元器件進(jìn)行正向標(biāo)注 而且還能夠反向標(biāo)注 這樣使得原理圖 與 PCB 保持整體上的一致性 6 符合國(guó)際設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 簡(jiǎn)單容易掌握 7 它可以同時(shí)完成 32 個(gè)信號(hào)層 16 個(gè)電源地層及其 16 個(gè)加工層的設(shè)計(jì) 最終生成 格式的文件 8 具有嚴(yán)格的設(shè)計(jì)規(guī)則和環(huán)境 9 以自動(dòng)重鋪 智能覆銅功能 覆鈾可 10 供給豐富的設(shè)計(jì)原理圖及其電路板的標(biāo)準(zhǔn)模板 4 2 nRF24L01 發(fā)送流程圖設(shè)計(jì)發(fā)送流程圖設(shè)計(jì) 如下圖 4 2 所示是 nRF24L01 發(fā)送端的流程框圖 圖 4 2 發(fā)送模式軟件流程圖 4 3nRF24L01 接收流程圖設(shè)計(jì)接收流程圖設(shè)計(jì) 22 如下圖 4 3 所示是 nRF24L01 接收端的流程框圖 圖 4 3 接收模式軟件流程圖 4 4 母機(jī)流程圖設(shè)計(jì)母機(jī)流程圖設(shè)計(jì) 23 母機(jī)流程圖如圖 4 4 所示 4 4 母機(jī)流程圖 4 5 子機(jī)流程圖設(shè)計(jì)子機(jī)流程圖設(shè)計(jì) 子機(jī)流程圖如圖 4 5 所示 24 4 5 子機(jī)流程圖 5 系統(tǒng)的調(diào)試及實(shí)驗(yàn)結(jié)果系統(tǒng)的調(diào)試及實(shí)驗(yàn)結(jié)果 25 5 1 調(diào)試調(diào)試流程流程 硬件調(diào)試 檢測(cè)硬件電路的焊接是否牢固 若出現(xiàn)漏焊或者焊接中出現(xiàn)粒尖 橋接的現(xiàn)象 對(duì)其進(jìn)行重新焊接 要求焊點(diǎn)即牢固又美觀 以保證硬件電路的完整 性以及可靠性 軟件調(diào)試 首先將編寫(xiě)好的程序在 keil 軟件中重新編譯 確定程序編寫(xiě)無(wú)誤 接著把程序生成 HEX 的格式 然后將調(diào)試好的程序燒錄到 NRF24L01 無(wú)線(xiàn)通信模塊 中 最終我們將硬件電路和軟件編程結(jié)合起來(lái) 在防丟器的使用環(huán)境中進(jìn)行測(cè)試 5 2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)結(jié)果 通過(guò)實(shí)驗(yàn)我們實(shí)現(xiàn)了防丟器的目標(biāo) 在母機(jī)和子機(jī)的距離在10m 之內(nèi) 時(shí) NRF25L01 無(wú)線(xiàn)通信發(fā)送端和接收端可以進(jìn)行正常通信 當(dāng)母機(jī)和子機(jī)的距 離超過(guò) 10m 時(shí) 母機(jī)出現(xiàn)聲音報(bào)警和震動(dòng)報(bào)警 子機(jī)出現(xiàn)聲音報(bào)警 為此我們還 做出了數(shù)據(jù)測(cè)試表和實(shí)物模型圖 如下表 5 1 和下圖 5 1 所示 表 5 1 數(shù)據(jù)測(cè)試表 測(cè)試數(shù)據(jù)數(shù)值 主機(jī)端電流44mA 從機(jī)端電流38mA 供電電壓4 2 5 8V 主機(jī)端功率0 22W 從機(jī)端功率0 19W 收發(fā)距離 10m 26 圖 5 2 實(shí)物模型圖 27 6 結(jié)論結(jié)論 本設(shè)計(jì)以 stc89c51 單片機(jī)為控制核心 以采用2 4G 技術(shù)進(jìn)行短距離通信 的 NRF24L01 無(wú)線(xiàn)發(fā)送和接收模塊為主要傳輸模塊 在完成對(duì)實(shí)物模型焊接的 基礎(chǔ)上 對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行編程并進(jìn)行多次調(diào)試 最后通過(guò)焊接好的硬件電路與調(diào) 試好的程序相結(jié)合實(shí)現(xiàn)了在規(guī)定距離內(nèi) 母機(jī) 子機(jī)進(jìn)行正常傳輸 另外 當(dāng)子 機(jī)和母機(jī)沒(méi)有超出規(guī)定的距離時(shí) 我們還可以通過(guò)按鍵查找子機(jī) 一旦母機(jī) 子 機(jī)超出規(guī)定的距離 母機(jī)就會(huì)出現(xiàn)聲音報(bào)警和震動(dòng)報(bào)警 子機(jī)出現(xiàn)聲音報(bào)警 雖 然在本次設(shè)計(jì)中我們?nèi)〉昧艘欢ǖ某煽?jī) 但是我們也在設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到了很多 難題 比如 NRF24L01 無(wú)線(xiàn)發(fā)送和接收模塊程序的編寫(xiě) 調(diào)試 硬件電路的設(shè) 計(jì)及其原理圖的設(shè)計(jì) 然而這次設(shè)計(jì)卻讓我們對(duì)無(wú)線(xiàn)傳輸有了更加深刻的理解 對(duì)軟件編程有了更深一步的掌握 同時(shí)通過(guò)這次設(shè)計(jì)也增強(qiáng)了我們獨(dú)立學(xué)習(xí)的能 力 動(dòng)手能力 思考問(wèn)題的能力 也開(kāi)拓了我們的創(chuàng)新能力 通過(guò)對(duì)相關(guān)資料的調(diào)查和分析 我完成了本課題的設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了防丟器的預(yù) 期功能 現(xiàn)將工作總結(jié)如下 一 本設(shè)計(jì)內(nèi)容重點(diǎn) 1 NRF24L01 無(wú)線(xiàn)傳輸模塊的調(diào)試 2 NRF24L01 的各種操作命令 3 單片機(jī) C 語(yǔ)言的熟練 二 研究展望 本課題研究的防丟器具有價(jià)格低廉 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 方便使用 實(shí)用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn) 該產(chǎn)品在當(dāng)代生活中發(fā)揮的作用越來(lái)越大 使用的領(lǐng)域也越來(lái)越廣泛 尤其是在 噪雜的人群中 防丟器的震動(dòng)報(bào)警功能效果更加凸顯 很好的保護(hù)了人民的珍貴 物品 減少了兒童丟失事件的發(fā)生 隨著時(shí)代的進(jìn)步 科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展 防丟器正朝著功耗更低 價(jià)格更低 可靠性更好 體積更小 實(shí)用性更強(qiáng) 造型更加美觀方向發(fā)展 因?yàn)槭茏约核鶎W(xué) 知識(shí)的限制 致使該防丟器存在著很多缺陷和不足 本設(shè)計(jì)只能對(duì)短距離丟失的 物品起到警示作用 而不能真正起到防丟作用 比如一個(gè)物品丟失了 而我們只 知道物品已丟失 但是我們卻不能確定物品丟失的位置 如果在現(xiàn)有防丟器的基 礎(chǔ)上安裝 GPS 定位系統(tǒng) 那么該防丟器的設(shè)計(jì)就更加完美了 另外 我們所設(shè) 計(jì)的防丟器是用電池進(jìn)行供電的 一般情況下 電池的壽命較短 因此 設(shè)計(jì)一 個(gè)能夠長(zhǎng)時(shí)間供電的物品是防丟器未來(lái)發(fā)展的必要趨勢(shì) 28 7 致謝致謝 這次畢業(yè)論文能夠成功撰寫(xiě) 我要感謝我的導(dǎo)師汪教授 因?yàn)閺氖贾两K他一直 對(duì)我照顧有加 很有耐心的指導(dǎo)我 在論文初步撰寫(xiě)的時(shí)候 他幫助我選擇題目 并給分析本篇的重點(diǎn) 難點(diǎn) 另外他還幫助我查閱資料 同時(shí)他還抽出空閑的時(shí)間 反復(fù)查看我的論文進(jìn)展?fàn)顩r并給我進(jìn)行細(xì)致的修改 這些為我順利完成畢業(yè)論文打 下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ) 汪教授性情溫和 和藹可親 有高超的思維能力 敏銳的洞察力 勤勤懇懇的 工作態(tài)度 積極樂(lè)觀的生活態(tài)度 嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度 知識(shí)豐富 學(xué)問(wèn)深廣 耐心教 導(dǎo)他人堪稱(chēng)師者模范 他深深打動(dòng)著我 激勵(lì)著我 讓我一路前行 他是我一生學(xué) 習(xí)的榜樣 最后 我要感謝我們學(xué)院的領(lǐng)導(dǎo)和老師 是你們給我提供那么好的學(xué)習(xí)環(huán)境 在我學(xué)習(xí)困難時(shí)給予我無(wú)私的幫助 謝謝你們對(duì)我的鼓勵(lì)和支持 同時(shí)我還要感謝 那些與我一起學(xué)習(xí) 一起奮斗的同學(xué)們 謝謝你們?cè)谖揖o要關(guān)頭給我信心 給我力 量 再次感謝你們 29 8 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 1 Wang Xiaodong feng xiang you Based on single chip microcomputer intelligent lost preventer system design J Journal of henan science and technology 2011 21 61 61 王嘯東 尤鳳翔 基于單片機(jī)的智能防丟器系統(tǒng)設(shè)計(jì) J 河南科技 2011 21 61 61 2 Qing wu li FanGuiQing Kang Chunlei With new monolithic codec IC two way transmission control circuit J Journal of henan normal university natural science edition 1996 3 32 34 李慶武 樊貴卿 康春雷 采用新型單片編解碼 IC 的雙向傳輸控制電路 J 河南 師范大學(xué)學(xué)報(bào) 自然科學(xué)版 1996 3 32 34 3 Chun hua xie RaoYong PT2262 PT2272 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