【基于藍(lán)牙的行李物品防丟系統(tǒng)設(shè)計(jì)（論文）10000字】

基于藍(lán)牙的行李物品防丟系統(tǒng)設(shè)計(jì)目錄TOC\o"1-3"\h\u209981.引言 1133371.1課題研究意義 1219331.2國(guó)內(nèi)外物聯(lián)網(wǎng)研究 1322471.3主要研究?jī)?nèi)容 2288592.系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 2239302.1設(shè)計(jì)思路 2287442.2系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 3297422.2.1硬件方案設(shè)計(jì) 374882.2.2軟件方案設(shè)計(jì) 417102.3核心模塊選型 4214152.3.1主控模塊選型 4274892.3.2通信模塊選型 463883.系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì) 581623.1主控電路 5210733.2通信電路 7170983.3報(bào)警電路 84453.4按鍵電路 9237424.系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 10269794.1相關(guān)語(yǔ)言程序及開(kāi)發(fā)環(huán)境 10314634.2系統(tǒng)程序流程圖 11119535．系統(tǒng)測(cè)試 11282295.1電路圖和實(shí)物設(shè)計(jì) 1189295.2功能測(cè)試 12241865.2.1硬件測(cè)試 12176865.2.2軟件測(cè)試 1351165.2.3系統(tǒng)整體功能測(cè)試 14292586.結(jié)束語(yǔ) 1615571參考文獻(xiàn) 17摘要：行李箱是人們?nèi)粘３鲂泻统鲩T游玩必不可少的攜帶物品，為了使行李物品丟失的可能性減少，有效得保證行李的安全，因此人們對(duì)于一種具備便于使用，功能齊全且成本低廉的系統(tǒng)有著極大地需求。通過(guò)多方面的資料收集，本次設(shè)計(jì)的行李物品防丟系統(tǒng)是利用HC-05藍(lán)牙模塊進(jìn)行通信連接，以STC89C52單片機(jī)作為總控制模塊。在正常連接的情況下，如果超過(guò)一定的距離范圍，藍(lán)牙會(huì)斷開(kāi)，蜂鳴器報(bào)警，以此來(lái)提示行李是否安全。此防丟系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，因其小巧可以隨身攜帶的的優(yōu)點(diǎn)，很多場(chǎng)景都能使用到此設(shè)計(jì)。尤其是使用者外出時(shí)，不需再過(guò)分擔(dān)心行李被竊賊偷走，提高了使用者的工作效率，減少了意外發(fā)生。關(guān)鍵詞：行李；藍(lán)牙模塊；單片機(jī)；防丟失1.引言1.1課題研究意義由于交通工具的不斷升級(jí)，和越來(lái)越便捷的出行方式，使得人們外出旅行的次數(shù)大大增加。而在外出旅游或工作途中需要攜帶大量的行李和隨身物品，這些物品很容易在不經(jīng)意間被遺忘，又或者被偷竊。尤其是近幾年，行李被盜的案件逐年增加，人們對(duì)于行李物品防丟失報(bào)警系統(tǒng)的需求越來(lái)越大。此行李物品防丟失報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不僅可以有效防止行李物品被遺忘或被盜竊，而且可以使出行者外出旅游無(wú)需時(shí)刻警惕行李物品的安全。行李物品防丟失系統(tǒng)整合了無(wú)線藍(lán)牙通信技術(shù)、集成電路、遠(yuǎn)程控制以及軟、硬件結(jié)合等技術(shù)，本身具有重量輕、易攜帶、適用場(chǎng)景多以及工作穩(wěn)定等特點(diǎn)。因此此設(shè)計(jì)能極大地提高出行效率，減輕出行者的負(fù)擔(dān)，讓出行者不受到行李安全的問(wèn)題困擾。1.2國(guó)內(nèi)外物聯(lián)網(wǎng)研究防丟失系統(tǒng)給常用物品中接入藍(lán)牙通信模塊和智能控制模塊，是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)普遍的思想，也是本次設(shè)計(jì)的主要思路。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有著廣泛的應(yīng)用范圍，比如農(nóng)業(yè)與工業(yè)、交流與物流、電能與安保、家居與環(huán)保、醫(yī)療與消費(fèi)等產(chǎn)業(yè)的智能化[1]。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)是嵌入式技術(shù)，使它的應(yīng)用范圍更加廣泛，能夠產(chǎn)生豐富的技術(shù)產(chǎn)品。其在嵌入技術(shù)之上，又添加了諸如傳感技術(shù)、無(wú)線聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等，可以借助于傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)物件的控制。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的一個(gè)主要特點(diǎn)就是從根本上來(lái)講,是將數(shù)據(jù)和信息相互作用于人與物,物和物之間相互作用加以實(shí)現(xiàn)。人類能夠直接感知和看到物聯(lián)網(wǎng)這一整體,并且能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)信息的傳輸和處理。借助于二維碼、射頻識(shí)碼或者傳感器等獲得物體的整體信息而得到整體感知。信息傳輸是借助于多重網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)將物體的信息以準(zhǔn)確而及時(shí)的方式進(jìn)行傳遞，從而便于信息的分享與交流。信息的處理使用智能化手段，使得達(dá)到監(jiān)測(cè)的智能化與控制的網(wǎng)絡(luò)化，從而分析感知信息與傳送到的信息，按照物聯(lián)網(wǎng)的上述特點(diǎn)，并借助于信息學(xué)的有關(guān)理論，根據(jù)信息在不同環(huán)境的流動(dòng)，可將物聯(lián)網(wǎng)具有的功能歸納為下列幾點(diǎn)：信息獲取功能。這一功能包括信息感知進(jìn)而信息識(shí)別。（2）信息傳送功能。這一功能主要包括信息在各個(gè)環(huán)節(jié)上的流通過(guò)程，包括發(fā)送、接收與傳輸?shù)?，并把物體信息及其變動(dòng)從一定個(gè)時(shí)空點(diǎn)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)時(shí)空點(diǎn)上，這一過(guò)程就是常說(shuō)的通訊。（3）信息處理功能。這一功能是指對(duì)信息的加工，把已知的信息進(jìn)行加工后產(chǎn)生新的信息，其實(shí)質(zhì)是決策制定。（4）信息施效功能。這一功能是指信息發(fā)揮出作用，即信息可以對(duì)對(duì)象物體進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而給該物體進(jìn)入預(yù)先設(shè)定的狀態(tài)之中。1.3主要研究?jī)?nèi)容本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是一個(gè)基于藍(lán)牙通信模塊和單片機(jī)的行李物品防丟失系統(tǒng)[2]，設(shè)計(jì)中利用了現(xiàn)在日常生活中人們普遍使用的藍(lán)牙通信技術(shù)、軟件開(kāi)發(fā)等技術(shù)，構(gòu)建了一個(gè)軟硬件結(jié)合的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。此系統(tǒng)具有以下功能：(1)實(shí)時(shí)智能監(jiān)控功能?？梢詴r(shí)刻監(jiān)測(cè)著行李物品與使用者是否處于安全范圍。(2)自動(dòng)報(bào)警功能。當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到行李物品與使用者的距離超過(guò)安全范圍，系統(tǒng)自動(dòng)觸發(fā)報(bào)警。(3)遠(yuǎn)程控制功能。行李物品處在安全范圍中，但使用者無(wú)法確定確切位置，可遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，按下手動(dòng)按鍵，觸發(fā)系統(tǒng)報(bào)警。2.系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)思路由本次設(shè)計(jì)的目標(biāo)和要求可知，行李物品防丟系統(tǒng)須有兩個(gè)設(shè)備構(gòu)成，一個(gè)是出行者隨身攜帶的主控設(shè)備，另一個(gè)則是放置在行李物品中的從機(jī)。兩塊設(shè)備基于藍(lán)牙技術(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸，當(dāng)兩塊設(shè)備處于正常的連接狀態(tài)，標(biāo)明行李仍處于安全范圍之內(nèi)，若行李物品超出設(shè)定的安全范圍，則藍(lán)牙通信會(huì)自動(dòng)斷開(kāi)，隨即同時(shí)觸發(fā)主控設(shè)備和從機(jī)發(fā)出聲光報(bào)警。與此同時(shí)，本設(shè)計(jì)還應(yīng)加入手動(dòng)控制報(bào)警功能，使用者即使與行李仍處于安全范圍之中也可以通過(guò)按下主控設(shè)備中的報(bào)警按鈕，同時(shí)觸發(fā)主控設(shè)備和從機(jī)發(fā)出聲光報(bào)警。主控設(shè)備和從機(jī)上都設(shè)計(jì)有復(fù)位按鍵，按下按鍵可以手動(dòng)中斷報(bào)警。行李物品防丟系統(tǒng)的工作示意圖見(jiàn)圖2.1。圖2.1行李物品防丟系統(tǒng)工作示意圖2.2系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)2.2.1硬件方案設(shè)計(jì)本次行李物品防丟系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)部分主要包括通信模塊、按鍵電路、主控芯片和報(bào)警電路[3][4]。通過(guò)主控設(shè)備與從機(jī)的藍(lán)牙連接情況來(lái)判斷行李物品與使用者的距離是否處于安全范圍。主控芯片為系統(tǒng)的控制核心，用來(lái)分析接收的數(shù)據(jù)、進(jìn)行邏輯判斷和控制各個(gè)模塊的工作。為使用方便，本次設(shè)計(jì)的硬件電路將由5V的USB電源供電。其框圖見(jiàn)2.2所示。圖2.2監(jiān)測(cè)終端硬件總體框圖2.2.2軟件方案設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)主要使用匯編語(yǔ)言和C語(yǔ)言以及keil軟件對(duì)主控芯片進(jìn)行軟件編程。通過(guò)燒錄好的程序，讓單片機(jī)接收并分析通信模塊和按鍵模塊所反饋的信息，并通過(guò)邏輯判斷控制報(bào)警模塊報(bào)警。根據(jù)以上的設(shè)計(jì)思路，來(lái)確定軟件編程的執(zhí)行流程。2.3核心模塊選型2.3.1主控模塊選型本設(shè)計(jì)是以單片機(jī)為主要控制器件，因此需要根據(jù)個(gè)人能力，設(shè)計(jì)需求，使用難度，硬件條件以及編程復(fù)雜性等條件全面考慮，選擇單片機(jī)控制器件。以下將對(duì)AVR單片機(jī)和STC89C52單片機(jī)進(jìn)行比較和選擇。方案一：選擇AVR單片機(jī)作為主要控制芯片，可以滿足設(shè)計(jì)所需的硬件條件，完整實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)功能，同時(shí)它也擁有較高的運(yùn)算及處理速度，能在短時(shí)間內(nèi)處理完復(fù)雜的數(shù)據(jù)。目前廣泛用于各種中小型設(shè)計(jì)之中，具備較為廣泛的應(yīng)用市場(chǎng)。但是目前由于該單片機(jī)投入使用時(shí)間相對(duì)較短，因此可以用來(lái)學(xué)習(xí)研究的相關(guān)資料較少，因此對(duì)于初學(xué)者進(jìn)行硬件及軟件設(shè)計(jì)的難度較大，難以入門。方案二：選擇STC89C52單片機(jī)作為主要控制芯片，其同樣具有強(qiáng)大的功能及豐富的片上資源，完全滿足本設(shè)計(jì)硬件需求，對(duì)復(fù)雜信號(hào)的處理也十分出色，其在市場(chǎng)的應(yīng)用范圍甚至廣于AVR單片機(jī)，是目前最為人所熟知的單片機(jī)型號(hào)之一[4]。且由于它使用廣泛，與其相關(guān)的學(xué)習(xí)資料數(shù)不數(shù)勝，而且擁有大量設(shè)計(jì)范例以供參考研究，這將大大減少設(shè)計(jì)過(guò)程中彎路，以及簡(jiǎn)化了軟硬件部分設(shè)計(jì)的復(fù)雜度。綜上，基于設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度、應(yīng)用范圍以及可參考的資料，本次設(shè)計(jì)采用STC89C52單片機(jī)作為主控芯片。2.3.2通信模塊選型方案1：使用工作在2.4-2.5GHZ頻段范圍的nRF2401無(wú)線模塊。芯片的外部硬件內(nèi)置頻率合成器，通信信號(hào)濾波器合成器和RF信號(hào)濾波器放大器，晶體振蕩器，輸入頻率信號(hào)調(diào)制器和許多其他關(guān)鍵功能模塊，在與輸入信號(hào)進(jìn)行通信時(shí)，可以自動(dòng)控制輸出頻率通信信號(hào)功率和相關(guān)的信道信號(hào)參數(shù)等?？赏ㄟ^(guò)芯片應(yīng)用程序的接口模塊進(jìn)行配置，芯片的工作能力和能耗非常低。使用功率射頻芯片以-5dbm的工作能耗傳輸時(shí)，工作能量輸入和輸出電流僅為10.5mA，而接收時(shí)的工作能耗僅為18mA。各種低能耗的應(yīng)用功率射頻芯片均采用能耗電源設(shè)計(jì)模式進(jìn)行操作，從而可以使得節(jié)能型射頻芯片的電源設(shè)計(jì)更為方便。其中:信號(hào)天線的接收技術(shù)主要是應(yīng)用于兩個(gè)信號(hào)天線,即使使用nRF2401同時(shí)接收相同的兩個(gè)信號(hào)天線,并同時(shí)接收兩個(gè)不同的信號(hào)天線通過(guò)兩個(gè)信道中的不同一個(gè)信號(hào)進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)。nRF2401適用于各種無(wú)線遙控設(shè)備的各種應(yīng)用控制情況,例如無(wú)線模擬控制數(shù)據(jù)，無(wú)線信號(hào)高速傳輸，無(wú)線控制通信系統(tǒng)，遙控?zé)o線控制解鎖，遙控器，無(wú)線控制玩具等。方案2：選擇藍(lán)牙模塊實(shí)現(xiàn)[5]。作為一種無(wú)線通信傳輸技術(shù)，藍(lán)牙具有較小的使用范圍，能夠在兩個(gè)設(shè)備之間高效地完成對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸，使用起來(lái)十分方便。藍(lán)牙連接實(shí)際上能夠?qū)⒁粋€(gè)通信環(huán)境提供給固定以及移動(dòng)設(shè)備，此種環(huán)境具有無(wú)線電空中接口，能夠?qū)⒂?jì)算機(jī)技術(shù)充分地融入到無(wú)線通信技術(shù)之中，不斷簡(jiǎn)化各類數(shù)碼產(chǎn)品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，能夠在較小范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的傳輸。藍(lán)牙使用IEEE802.15協(xié)議，具有2.4GHzISM的工作頻率。考慮到成本和設(shè)計(jì)難度以上兩方面的因素，本設(shè)計(jì)選擇藍(lán)牙模塊實(shí)現(xiàn)來(lái)系統(tǒng)的通信功能。系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)3.1主控電路單片機(jī)可以理解為將一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成在一塊的芯片里，在它的內(nèi)部，集成有極其復(fù)雜的電路，主要包括CPU、RAM、ROM等，這些電路共同協(xié)作，可以完成強(qiáng)大數(shù)據(jù)收集處理以及復(fù)雜的運(yùn)算，并搭配多樣化的外部設(shè)備，來(lái)實(shí)現(xiàn)各種實(shí)際生產(chǎn)生活中所需功能[7][8]。單片機(jī)先后經(jīng)歷了從低位逐漸到高位的發(fā)展過(guò)程，它的性能與體積也逐漸在此過(guò)程中改進(jìn)至符合人們所要求的設(shè)想，在早先階段，單片機(jī)大多為4位或8位CPU，這類芯片不僅性能極其不穩(wěn)定，運(yùn)行速度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于目前水準(zhǔn)，漸漸隨著科技發(fā)展與工業(yè)領(lǐng)域要求提高，開(kāi)始逐步出現(xiàn)性能更加優(yōu)良的高位單片機(jī)，但傳統(tǒng)的低位單片機(jī)此時(shí)并未被棄用，與此同時(shí)它們也得到了飛躍性的提升，至今仍在一些小型應(yīng)用場(chǎng)景里發(fā)揮自己的最大效力；即使在現(xiàn)在，單片機(jī)仍是迄今為止應(yīng)用最為廣泛、數(shù)量最多的計(jì)算機(jī)，幾乎在生活中的每一個(gè)角落，小到計(jì)算器、兒童玩具，大到汽車、重型工業(yè)中，都有著單片機(jī)作為核心支撐整個(gè)設(shè)計(jì)的身影。本次設(shè)計(jì)采用STC89C52單片機(jī)，最小系統(tǒng)的單片機(jī)主要構(gòu)成如下：其一，單片機(jī)芯片是單片機(jī)的載體，也是一個(gè)控制系統(tǒng)，來(lái)保障單片機(jī)需要執(zhí)行任務(wù)和做出相應(yīng)操作；其二，時(shí)鐘電路，主要功能是提供時(shí)鐘源；其三，復(fù)位電路是確保單片機(jī)恢復(fù)初始狀態(tài)最關(guān)鍵的部分，是關(guān)鍵組成部件；其四，電源系統(tǒng)是單片機(jī)的能量“源泉”。在圖3.1中，Y1XTAL為12M的無(wú)源晶體振蕩器，由晶振電路通過(guò)18和19腳向單片機(jī)輸入時(shí)鐘信號(hào)。STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)電路如下所示：圖3.1最小系統(tǒng)電路圖通常來(lái)說(shuō)，由于單片機(jī)工作電壓是3.3V，而電源適配器的輸出電壓是5V，，那么在需要進(jìn)行降壓處理后的電壓才能接入單片機(jī)，保護(hù)單片機(jī)的安全，確保不會(huì)損壞單片機(jī)。單片機(jī)執(zhí)行指令的前提是需要有時(shí)鐘電路，單片機(jī)與時(shí)鐘脈沖有著密切關(guān)系，是必不可少的部件。一般來(lái)說(shuō)，時(shí)鐘有內(nèi)部時(shí)鐘和由晶振、電容組成的外部時(shí)鐘的分別。由于外部晶振、電容影響，單片機(jī)內(nèi)部晶振振蕩器會(huì)出現(xiàn)自激振蕩，生成正弦信號(hào)，然后通過(guò)XTAL1和XTAL2兩端傳輸?shù)酵獠?。通常選取30pF的電容以及頻率為1.2MHz~12MHz晶振材料。STC89C52單片機(jī)的引腳功能的簡(jiǎn)單介紹：主電源引腳有兩根。VCC：電源輸入端，接入+5V的電源。GND：接地。時(shí)鐘電路引腳有兩根。XTAL1：放大器的輸入端。XTAL2：放大器的輸出端?？刂凭€引腳有四根。RST/VPP：復(fù)位引腳，振蕩器工作時(shí)會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平，從而使單片機(jī)復(fù)位。ALE/PROG：對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)。PSEN：外部存儲(chǔ)器選通信號(hào)輸出。EA/VPP：低電平時(shí)，外部程序存儲(chǔ)器選擇信號(hào)。并行雙向I/O口引腳（P0-P3口）三十二根：P0口（P0.0-P0.7）、P1口（P1.0-P1.7）、P2口（P2.0-P2.7）、P3口（P3.0-P3.7）3.2通信電路本次設(shè)計(jì)采用的HC-05藍(lán)牙通信模塊是新一代高速通信設(shè)備，將HC-05接入到STC89C52單片機(jī)的雙向I/O口。就可以使單片機(jī)通過(guò)藍(lán)牙連接與其他設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。在主控設(shè)備和從機(jī)中都需要安裝該藍(lán)牙模塊，HC-05應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，在智慧家電、即時(shí)通訊、遠(yuǎn)程控制等領(lǐng)域都能發(fā)揮其作用。HC-05藍(lán)牙模塊使用CSR主流藍(lán)牙芯片、以及藍(lán)牙V2.0協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)；3.6V—6V的輸入標(biāo)準(zhǔn)電壓，同時(shí)最大不能超過(guò)7V；用戶可以自行設(shè)置HC-05模塊的波特率大小，從小到大為1200，2400，4800，9600，19200，38400，57600，115200；除此之外，HC-05還裝有LED指示燈，用于表示主控設(shè)備和從機(jī)的藍(lán)牙連接情況和進(jìn)入工作響應(yīng)模式，HC-05允許輸入的直流供電為3.6V-6V此為板載3.3V穩(wěn)壓芯片。配對(duì)成功后，電流大約10mA；但未配對(duì)時(shí)的電流則約為30mA（因LED燈閃爍，電流處于變化狀態(tài)）；可以無(wú)縫的與電腦加藍(lán)牙適配器、藍(lán)牙筆記本電腦等設(shè)備進(jìn)行連接。命令響應(yīng)工作模式和自動(dòng)連接工作模式是HC-05藍(lán)牙模塊的兩種不同的工作方式，在自動(dòng)連接工作模式下模塊又可分為三種工作角色，分別是:回環(huán)（Loopback）、主（Master）和從（Slave）。若要執(zhí)行AT命令需讓模塊處于工作模式，使用者可以設(shè)置好模塊參數(shù)，預(yù)先發(fā)布命令及發(fā)送各種AT指令。改變外部引腳PI001的工作狀態(tài)能夠控制模塊的工作狀態(tài)動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換。在模塊處于自動(dòng)連接工作模式時(shí)，模塊會(huì)按預(yù)先設(shè)定好的指令運(yùn)行。HC-05通過(guò)為項(xiàng)目添加雙向（全雙工）無(wú)線功能的主要工作原則，對(duì)任何的藍(lán)牙設(shè)備進(jìn)行控制可使用微控制器。兩個(gè)具有串行功能的微控制器，例如兩個(gè)Arduinos之間可以使用它進(jìn)行通信。使設(shè)備啟動(dòng)的時(shí)候進(jìn)入特殊命令模式，需要在打開(kāi)模塊時(shí)將鑰匙銷拉低。原因是防止設(shè)備啟動(dòng)進(jìn)入數(shù)據(jù)模式，為使藍(lán)牙與其他設(shè)備進(jìn)行無(wú)線通信，則通過(guò)RX和TX引腳使用標(biāo)準(zhǔn)AT命令，所有的藍(lán)牙設(shè)備都能在模塊啟動(dòng)后使用標(biāo)準(zhǔn)密碼相連。在建立過(guò)連接之后HC-05可以將數(shù)據(jù)傳輸且轉(zhuǎn)為串行流并且被微控制器讀取，如果是從微控制器發(fā)送的數(shù)據(jù)則與之相反[6][10]。由電路圖中易看出，藍(lán)牙模塊的引腳1為使能端，控制模塊開(kāi)始和停止工作。引腳2由5V電源直接供電，引腳3為接地端，為模塊提供參考零電位。引腳4接入到單片機(jī)的1腳，用于向單片機(jī)反饋數(shù)據(jù)。引腳5接入到單片機(jī)的2腳，用于接收單片機(jī)發(fā)出的控制命令。電路圖如圖3.2.1所示。圖3.2.1藍(lán)牙模塊電路圖由電路圖中易得出HC-05需要穩(wěn)定的3.3V供電才可以穩(wěn)定工作，因此需要在電源模塊中加入穩(wěn)壓電路，該穩(wěn)壓電路由穩(wěn)壓芯片和四個(gè)濾波電容構(gòu)成，可將電源的5V供電降低到3.3V并穩(wěn)定輸出。緊貼著電源的電容C1的作用是使得穩(wěn)壓芯片的VIN端口有穩(wěn)定的5V電壓輸入，穩(wěn)壓芯片右側(cè)的電容C4的作用是使得穩(wěn)壓芯片的VOUT端口有穩(wěn)定的3.3V電壓輸出。HC-05的引腳6接入到LED指示燈，用于表明主控設(shè)備與從機(jī)的藍(lán)牙連接情況。正常情況下該LED燈為常亮，若藍(lán)牙斷開(kāi)連接，該LED燈將會(huì)持續(xù)閃爍。3.3報(bào)警電路本次設(shè)計(jì)中的報(bào)警電路主要由蜂鳴器、LED燈以及部分電阻構(gòu)成，當(dāng)主控設(shè)備與從機(jī)超過(guò)安全范圍，或手動(dòng)按下報(bào)警按鈕，待接收到單片機(jī)發(fā)出的控制命令后，將觸發(fā)聲光報(bào)警[7]。蜂鳴器是普遍采用直流供電方式，可以發(fā)出“報(bào)警”聲音的電子設(shè)備，各行各業(yè)中都會(huì)使用到，如計(jì)算機(jī)行業(yè)、汽車電子設(shè)備行業(yè)等。蜂鳴器有多種區(qū)分，如無(wú)源蜂鳴器和有源蜂鳴器、電磁式蜂鳴器與壓電式蜂鳴器、插針式與貼片式直流式蜂鳴器與交流式蜂鳴器的區(qū)分。目前，市面上普遍采用直流壓電式蜂鳴器，工作原理是若外力過(guò)大造成壓電材料出現(xiàn)形變將會(huì)產(chǎn)生電荷，電路連通，發(fā)出蜂鳴聲。有源蜂鳴器是在諧振裝置作用下，同時(shí)將電路中輸入直流電經(jīng)過(guò)振動(dòng)系統(tǒng)能夠發(fā)出聲音信號(hào)。無(wú)源蜂鳴器發(fā)出蜂鳴聲，主要是將電路輸出方波信號(hào)轉(zhuǎn)變成聲音信號(hào)。以上兩種蜂鳴器明顯的區(qū)別為有源蜂鳴器內(nèi)部裝有震蕩源，通上電源便可發(fā)出蜂鳴聲，而無(wú)源蜂鳴器無(wú)震蕩源，無(wú)法用直流信號(hào)直接令其報(bào)警，需要借助2K-5K的方波信號(hào)來(lái)喚醒?？梢?jiàn)，有源控制器操作較為簡(jiǎn)單，無(wú)源蜂鳴器則價(jià)格便宜，聲音頻率相比有源較廣，兩者各有特色。根據(jù)兩者特點(diǎn)和原理，可以結(jié)合不同設(shè)備安裝適合的蜂鳴器。因?yàn)橛性捶澍Q器操作較為簡(jiǎn)便的特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)中采用有源蜂鳴器。電路圖如圖3.3所示。圖3.3報(bào)警電路圖從電路圖中易得出，LED燈和有源蜂鳴器的一只引腳接入電源。正常情況下，單片機(jī)會(huì)持續(xù)輸出高電平。當(dāng)觸發(fā)報(bào)警命令時(shí)，單片機(jī)會(huì)從引腳22和23向報(bào)警電路輸出低電平，即可控制LED燈和蜂鳴器發(fā)出報(bào)警信號(hào)。3.4按鍵電路將機(jī)械按鍵與單片機(jī)的I/O口相連，使用者就可以向主控芯片發(fā)出報(bào)警控制命令，繼而觸發(fā)報(bào)警電路工作。在按鍵正常情況下，因?yàn)榘存I電路中有接入電源和上拉電阻，所以單片機(jī)的I/O口會(huì)保持在高電平。當(dāng)使用者按下按鍵時(shí)，由于機(jī)械按鍵的一個(gè)引腳為接地端，所以單片機(jī)的I/O口會(huì)跳變成低電平。單片機(jī)會(huì)以不斷掃描的方式檢測(cè)I/O口的電平狀態(tài)，一旦檢測(cè)到I/O口的電平狀態(tài)由高電平跳變至低電平，即表明使用者按下了按鍵，然后單片機(jī)會(huì)根據(jù)編程程序控制報(bào)警系統(tǒng)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。由電路圖3.4易看出，機(jī)械按鍵的一個(gè)引腳接入到地，另一個(gè)引腳接入單片機(jī)的PIO11。圖3.4按鍵電路圖系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1相關(guān)語(yǔ)言程序及開(kāi)發(fā)環(huán)境對(duì)于開(kāi)發(fā)任務(wù)較為復(fù)雜且時(shí)間比較緊張的項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，使用C語(yǔ)言是較好的選擇，但條件是開(kāi)發(fā)人員對(duì)C語(yǔ)言及其編譯器掌握比較好，還要非常注意適合C編譯器的算法與數(shù)據(jù)類型。盡管C語(yǔ)言較為常見(jiàn)，但在不一樣的MCU廠商中，存在一定的差別，尤其是涉及特殊功能的模塊的設(shè)計(jì)中。它能夠進(jìn)行方便的移植，實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件與系統(tǒng)的直接控制。C語(yǔ)言還是一種結(jié)構(gòu)化的語(yǔ)言系統(tǒng)，對(duì)于通常的程序設(shè)計(jì)，可以做到廣泛的支持。另外，其具有良好的模塊結(jié)構(gòu)，從而為模塊化程序開(kāi)發(fā)提供支持[8]。匯編語(yǔ)言與機(jī)器碼有相似之處，是用特定的字符來(lái)指稱機(jī)器指令的高級(jí)語(yǔ)言。其特點(diǎn)在于執(zhí)行效率較高，因其占據(jù)的資源不多。KeiluVISION是一種可以同時(shí)兼容C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言的多功能單片機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，基于傳統(tǒng)的C語(yǔ)言語(yǔ)法開(kāi)發(fā)之余還能嵌入?yún)R編語(yǔ)言，使程序達(dá)到匯編的效果。除此之外，Keil內(nèi)還集成了軟件性能分析，軟件調(diào)試，仿真測(cè)試等強(qiáng)大功能。因?yàn)镵eil符合生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，且具有功能顯著的仿真器、調(diào)試器及宏匯編器。許多硬件研發(fā)者都會(huì)使用到這個(gè)軟件，故本設(shè)計(jì)通過(guò)使用Keil軟件，程序被編入到STC89C52單片機(jī)中。4.2系統(tǒng)程序流程圖行李物品防丟系統(tǒng)設(shè)計(jì)利用了許多模塊來(lái)組成，把這個(gè)復(fù)雜的軟件設(shè)計(jì)拆分成簡(jiǎn)單的部分來(lái)解決。把行李物品防丟系統(tǒng)接上電源時(shí)，STC89C52單片機(jī)和藍(lán)牙串口硬件初始化，藍(lán)牙在其中作為連接載具，為主機(jī)和從機(jī)起到接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的作用[3]。此設(shè)計(jì)的主程序流程圖如圖4.2所示，詳細(xì)代碼如附件所示。圖4.2主程序流程圖5．系統(tǒng)測(cè)試5.1電路圖和實(shí)物設(shè)計(jì)Altium公司是一家非常出名的Protel軟件開(kāi)發(fā)商，AltiumDesigner即是該公司所開(kāi)發(fā)出來(lái)的一款高性能產(chǎn)品，具有極其強(qiáng)大的功能，Windows操作系統(tǒng)能夠完美地兼容該軟件，該軟件不僅能夠完成對(duì)原理圖的繪制，還能夠用來(lái)繪制出相應(yīng)的電路仿真圖以及PCB線路板[8]。該軟件融合了眾多極為強(qiáng)大的技術(shù)，比如與輸出有關(guān)的設(shè)計(jì)技術(shù)以及能夠完成對(duì)信號(hào)完整性分析的技術(shù)等等，同時(shí)還采用了拓?fù)溥壿嬜詣?dòng)布線技術(shù)來(lái)提高軟件的布線效率，設(shè)計(jì)者可借助于該軟件來(lái)設(shè)計(jì)出各種產(chǎn)品，要想高效地設(shè)計(jì)出高質(zhì)量產(chǎn)品，我們就需要掌握該軟件的使用方法。在AltiumDesigner中對(duì)整體電路設(shè)計(jì)完成以及仿真通過(guò)無(wú)誤，根據(jù)設(shè)計(jì)好的電路圖，將各個(gè)元器件擺放連接好。在對(duì)元器件進(jìn)行焊接時(shí)，應(yīng)該先焊接STC89C52以及其搭配的晶振電路和復(fù)位按鍵電路，然后再接入HC-05藍(lán)牙模塊，最后再焊接上按鍵電路和報(bào)警電路。以上元器件經(jīng)過(guò)焊接后還要仔細(xì)檢查是否存在虛焊或短路等錯(cuò)誤。焊接后的最終硬件電路實(shí)物圖如圖5.1所示[9]。圖5.1監(jiān)測(cè)終端硬件實(shí)物圖5.2功能測(cè)試在本次功能測(cè)試中將會(huì)使用萬(wàn)用表，軟件測(cè)試以及卷尺來(lái)對(duì)行李物品防丟系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試各項(xiàng)性能指標(biāo)。5.2.1硬件測(cè)試硬件調(diào)試主要對(duì)電源、芯片及外設(shè)等功能模塊應(yīng)進(jìn)行調(diào)試，從而達(dá)到較優(yōu)效果。在電路焊接時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)焊或虛焊等現(xiàn)象。若發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)錯(cuò)誤，應(yīng)及時(shí)排除故障，再查找原因并解決。電路通電時(shí)正負(fù)極不能接錯(cuò)。在電路板電源無(wú)短路的前提下，再給系統(tǒng)上電，避免出現(xiàn)短路的現(xiàn)象。電源電壓接入后，觀察電路板是否工作正常，如芯片很燙、發(fā)出異響、出現(xiàn)火花等不正常現(xiàn)象。如出現(xiàn)異常，需要將電源立刻斷電。使用電壓表監(jiān)控電壓值和電流值，若電路短路，所測(cè)得電流值應(yīng)會(huì)很大，電壓值很小或出現(xiàn)其他問(wèn)題。此時(shí)應(yīng)斷開(kāi)電源，分析原因，解決問(wèn)題后重新測(cè)試，直至無(wú)誤。系統(tǒng)實(shí)物圖如圖5.2.1所示。圖5.2.1硬件測(cè)試通過(guò)系統(tǒng)實(shí)物圖 5.2.2軟件測(cè)試本次軟件測(cè)試共有兩個(gè)測(cè)試項(xiàng)目，項(xiàng)目一為測(cè)試系統(tǒng)的數(shù)字采集和控制功能部分，項(xiàng)目二為測(cè)試系統(tǒng)的藍(lán)牙通信程序。首先打開(kāi)工程文件，完成與硬件相匹配的單片機(jī)芯片與晶振設(shè)置后，單擊調(diào)試按鈕后即可進(jìn)入模擬調(diào)試模式，如圖所示，圖中使用黑框標(biāo)出的按鈕即為調(diào)試按鈕。圖5.2.2軟件調(diào)試模式在調(diào)試模式下，可以對(duì)一段程序進(jìn)行復(fù)位、全速、單步、設(shè)置斷點(diǎn)、跳入跳出等操作，主要通過(guò)軟件右上角的一排調(diào)試按鈕實(shí)現(xiàn)。還可以查看中斷和定時(shí)器值的變化以及I/O端口的電平變化，在寄存器窗口也可以查看各寄存器值及運(yùn)行時(shí)間的變化。此外，還可以對(duì)程序進(jìn)行斷點(diǎn)的設(shè)置，當(dāng)程序全速運(yùn)行時(shí)，遇到斷點(diǎn)則停下，這對(duì)于計(jì)算延時(shí)時(shí)間等操作有著很大幫助。在進(jìn)行系統(tǒng)的藍(lán)牙通信模塊測(cè)試時(shí)，可將藍(lán)牙通信模塊的串口接入到電腦，通過(guò)電腦軟件向模塊輸出指令，若模塊能夠成功接收指令，則表明藍(lán)牙模塊工作正常[10]。第二步再對(duì)單片機(jī)進(jìn)行測(cè)試，將STC89C52的I/O口接入到電腦，可直接測(cè)試單片機(jī)的串口程序。第三步，則將STC89C52和HC-05直接連接起來(lái)，再對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。5.2.3系統(tǒng)整體功能測(cè)試為了保證行李物品防丟報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性，安全性以及有效性，需要將這個(gè)設(shè)計(jì)進(jìn)行整體的功能測(cè)試。首先模擬攜帶行李物品在戶外的場(chǎng)景，將從機(jī)安裝在行李上，同時(shí)給主、從機(jī)系統(tǒng)上電。系統(tǒng)的蜂鳴器報(bào)警，紅燈亮起。3秒后，藍(lán)牙模塊連接，此時(shí)紅燈熄滅藍(lán)燈亮起，蜂鳴器停止報(bào)警，兩個(gè)藍(lán)牙模塊正常連接。由此可實(shí)現(xiàn)功能一：實(shí)時(shí)智能監(jiān)控功能。可以時(shí)刻監(jiān)測(cè)著行李物品與使用者是否處于安全范圍。如圖5.2.31所示。圖5.2.31系統(tǒng)正常連接然后行李放置在一個(gè)地方，人持著主機(jī)往其他方向走。當(dāng)主從機(jī)距離71.4米左右后，此時(shí)信號(hào)微弱藍(lán)牙斷開(kāi)，從機(jī)報(bào)警。10s后，數(shù)據(jù)傳輸?shù)街鳈C(jī)，主機(jī)也開(kāi)始報(bào)警。由此可實(shí)現(xiàn)功能二：自動(dòng)報(bào)警功能。當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到行李物品與使用者的距離超過(guò)安全范圍，系統(tǒng)自動(dòng)觸發(fā)報(bào)警。如圖5.2.32所示。藍(lán)牙斷開(kāi)后報(bào)警，人耳可以根據(jù)從機(jī)的報(bào)警聲音傳遞方向，找到行李所在位置，拿回行李。圖5.2.32系統(tǒng)斷開(kāi)連接此時(shí)出現(xiàn)一個(gè)問(wèn)題，因?yàn)樵诳諘绲胤?，藍(lán)牙正常連接的有效距離很遠(yuǎn)。報(bào)警聲響后，使用者不能立即找到行李。所以為了使設(shè)計(jì)合理化，使用鋁箔紙來(lái)物理縮短通信距離。鋁箔取材便宜、方便，平時(shí)人們?nèi)粘Ｉ钪?，燒烤做飯都需要用到這個(gè)材料。將鋁箔紙包裹在藍(lán)牙模塊上，包裹三層，其他條件不變，當(dāng)主機(jī)和從機(jī)距離超過(guò)20.4米之后,從機(jī)報(bào)警。2s后，數(shù)據(jù)傳輸?shù)街鳈C(jī)，主機(jī)開(kāi)始報(bào)警。如圖5.2.33所示。圖5.2.33藍(lán)牙加上鋁箔紙后測(cè)距最后，當(dāng)行李在安全范圍內(nèi)，出行者卻忘記放置在何處或小偷拿走行李，可以按下主機(jī)中的機(jī)械按鍵，從機(jī)開(kāi)始報(bào)警。找到行李物品后，按下從機(jī)中的復(fù)位鍵，停止報(bào)警。由此可驗(yàn)證功能三：遠(yuǎn)程控制功能。行李物品處在安全范圍中，但使用者無(wú)法確定確切位置，可遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，按下手動(dòng)按鍵，觸發(fā)系統(tǒng)報(bào)警。如圖5.2.34所示。圖5.2.34手動(dòng)報(bào)警查尋經(jīng)過(guò)以上測(cè)試，藍(lán)牙直接連接的距離測(cè)試效果不太好，經(jīng)過(guò)加上鋁箔紙縮短通信距離后，能減少近50米的距離。滿足行李物品防丟系統(tǒng)設(shè)計(jì)的三種功能以及它的有效性，安全性及合理性。6.結(jié)束語(yǔ)該系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)合應(yīng)用了專業(yè)所學(xué)習(xí)的知識(shí)，相當(dāng)對(duì)專業(yè)知識(shí)再次進(jìn)行了一次重復(fù)學(xué)習(xí)提高的過(guò)程。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)學(xué)生的動(dòng)手操作能力和解決問(wèn)題能力得到了進(jìn)一步的提升。為以后工作上奠定了基