1、鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)論文 智能無線防丟器設(shè)計(jì) i本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)題 目： 智能無線防丟器設(shè)計(jì) 鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)論文 智能無線防丟器設(shè)計(jì)ii畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對(duì)本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。

2、作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 使用授權(quán)說明使用授權(quán)說明本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)校可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)校可以公布論文的部分或全部?jī)?nèi)容。作者簽名： 日 期： 鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)論文 智能無線防丟器設(shè)計(jì)iii學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)

3、容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名： 日期： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。作者簽名：日期： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日鄭州工業(yè)應(yīng)用

4、技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)論文 智能無線防丟器設(shè)計(jì)iv注 意 事 項(xiàng)1.設(shè)計(jì)（論文）的內(nèi)容包括：1）封面（按教務(wù)處制定的標(biāo)準(zhǔn)封面格式制作）2）原創(chuàng)性聲明3）中文摘要（300 字左右）、關(guān)鍵詞4）外文摘要、關(guān)鍵詞 5）目次頁（附件不統(tǒng)一編入）6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結(jié)論7）參考文獻(xiàn)8）致謝9）附錄（對(duì)論文支持必要時(shí)）2.論文字?jǐn)?shù)要求：理工類設(shè)計(jì)（論文）正文字?jǐn)?shù)不少于 1 萬字（不包括圖紙、程序清單等），文科類論文正文字?jǐn)?shù)不少于 1.2 萬字。3.附件包括：任務(wù)書、開題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）。4.文字、圖表要求：1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯(cuò)

5、別字，不準(zhǔn)請(qǐng)他人代寫2）工程設(shè)計(jì)類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計(jì)算機(jī)繪制，所有圖紙應(yīng)符合國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準(zhǔn)用徒手畫3）畢業(yè)論文須用 a4 單面打印，論文 50 頁以上的雙面打印4）圖表應(yīng)繪制于無格子的頁面上5）軟件工程類課題應(yīng)有程序清單，并提供電子文檔5.裝訂順序1）設(shè)計(jì)（論文）2）附件：按照任務(wù)書、開題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）次序裝訂鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)論文 智能無線防丟器設(shè)計(jì)v摘摘 要要本課題設(shè)計(jì)的防丟器與現(xiàn)代人們生活密切相關(guān)，是時(shí)代進(jìn)步，科技發(fā)展的成果。本設(shè)計(jì)主要分為母機(jī)和子機(jī)兩個(gè)部分，母機(jī)主要包括tc89

6、c51 單片機(jī)控制模塊、nrf24l01 無線發(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。子機(jī)主要包括stc89c51 單片機(jī)控制模塊、 nrf24l01 無線發(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。因?yàn)槟笝C(jī)和子機(jī)都載有采用2.4g 技術(shù)進(jìn)行通信的 nrf24l01 無線模塊，所以母機(jī)和子機(jī)都能夠進(jìn)行信號(hào)的發(fā)送和接收。當(dāng)兩者距離沒有超過規(guī)定的范圍時(shí)，nrf24l01 發(fā)射端配置為發(fā)射模式，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)送，相應(yīng)的nrf24l01接收端配置為接收模式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行接收，當(dāng)接收端接收到發(fā)送端的數(shù)據(jù)時(shí)，然后對(duì)發(fā)送端傳輸應(yīng)答信號(hào)，這樣母機(jī)和子機(jī)就完

7、成了一次通信。然而當(dāng)母機(jī)和子機(jī)的距離超過規(guī)定范圍內(nèi)時(shí)，那么母機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)就不能被子機(jī)所接收，這時(shí)子機(jī)也不會(huì)對(duì)母機(jī)傳遞應(yīng)答信號(hào)，在超過規(guī)定的時(shí)間內(nèi)發(fā)送端不能接收到接收端發(fā)出的應(yīng)答信號(hào)，而此時(shí)母機(jī)和子機(jī)就不能進(jìn)行正常的通信，數(shù)據(jù)傳輸失敗，母機(jī)進(jìn)行聲光報(bào)警和震動(dòng)報(bào)警，子機(jī)出現(xiàn)聲光報(bào)警。本設(shè)計(jì)在原有防丟器的基礎(chǔ)上加以震動(dòng)報(bào)警模塊，這也是本設(shè)計(jì)的創(chuàng)新所在，防丟器的震動(dòng)報(bào)警功能在現(xiàn)代生活中發(fā)揮著越來越重要的作用，尤其是在噪雜的人群中，效果尤為突出。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：nrf24l01；防丟器；stc89c51鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)論文 智能無線防丟器設(shè)計(jì) viabstractabstract:the

8、issue of anti-lost design is closely related to modern peoples lives, is the era of progress, the results of scientific and technological development. the design is divided into two parts of the base unit and the handset, the base unit includes tc89c51 mcu control module, nrf24l01 wireless transmiss

9、ion and reception module, sound and light alarm and vibration alarm module, reset circuit module and oscillator circuit module. including major stc89c51 slave mcu control module, nrf24l01 wireless transmission and reception module, sound and light alarm module, lighting tips circuit, crystal oscilla

10、tor circuit module and reset circuit module. because the base unit and handset are contained using 2.4g technology nrf24l01 wireless communication module, so the base unit and the handset can send and receive signals. when the distance between the two does not exceed the specified range, nrf24l01 th

11、e transmitter configured to transmit mode, the data is sent, the corresponding nrf24l01 receiving end configured to receive data reception mode, when receiving the sender receives the data, and then the sender response signal transmission, machine tools and so on to complete a sub-machine communicat

12、ion. however, when the distance of the base unit and the handset exceeds a predetermined range, then the data can not be transmitted by the base unit received quilt machine, then the handset will not have the base unit transfer acknowledge signal within a predetermined period of time than the sender

13、 to the receiver can not receive response signal sent from the console, but this time the base unit and the handset can not be normal communication, data transmission failure, machine tools sound and light alarm and vibration alarm, the handset appears sound and light alarms. the design to be in the

14、 original anti-lost, based on the vibration alarm module, which is the innovation of this design lies, anti lost the vibration alarm is playing an increasingly important role in modern life, especially in a noisy crowd the effect is particularly prominent.keywords: nrf24l01; anti lost alarm; stc89c5

15、1鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)論文 智能無線防丟器設(shè)計(jì) vii目目 錄錄1 1 前言前言.11.1 課題的背景與意義.11.2國(guó)內(nèi)外研究狀況及相關(guān)領(lǐng)域中已有的研究成果.11.3 設(shè)計(jì)任務(wù)的分析.11.4 預(yù)期結(jié)果.22 2 總體方案設(shè)計(jì)的論證總體方案設(shè)計(jì)的論證.32.1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì).32.2 模塊方案設(shè)計(jì).42.2.1 主控芯片方案.42.2.2 無線通信模塊方案.43 3 硬件電路設(shè)計(jì)硬件電路設(shè)計(jì).63.1 stc89c51 單片機(jī)主控模塊設(shè)計(jì).63.2 單片機(jī)最小系統(tǒng).83.2.1 時(shí)鐘電路.83.2.2 復(fù)位電路.93.2.3 stc89c51 中斷技術(shù)概述.93.3 nrf24l0

16、1 無線模塊設(shè)計(jì).103.3.1 nrf24l01 概述.103.3.2 引腳功能及描述.113.3.3 nrf24l01 射頻芯片特性.123.3.4 nrf24l01 發(fā)送程序設(shè)計(jì).163.4 聲光報(bào)警模塊設(shè)計(jì).173.4.1 燈光提示電路.173.4.2 聲音報(bào)警電路.173.5 震動(dòng)報(bào)警模塊設(shè)計(jì).183.6 按鍵模塊設(shè)計(jì).194 4 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì).194.1 軟件介紹.204.2 nrf24l01 發(fā)送流程圖設(shè)計(jì).214.3nrf24l01 接收流程圖設(shè)計(jì).224.4 母機(jī)流程圖設(shè)計(jì).234.5 子機(jī)流程圖設(shè)計(jì).245 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

17、5.1 調(diào)試流程.25鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)論文 智能無線防丟器設(shè)計(jì)viii5.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果.256 6 結(jié)論結(jié)論.267 7 致謝致謝.288 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鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)論文 智能無線防丟器設(shè)計(jì) 11 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)

18、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)防止錢包、手機(jī)、鑰匙

19、、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)揮著越來越大的作用。因此，好多專家與學(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 um3758108a 編解碼芯片為核心的防丟器2，當(dāng)母機(jī)和子機(jī)超過規(guī)定范圍內(nèi)時(shí)就會(huì)出現(xiàn)聲光報(bào)警。2010

20、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)警的問題，開發(fā)了一種新型的防丟器4。而本設(shè)計(jì)則是采用 2.4ghz 無線技術(shù)的 nrf24l01 無線通信模塊進(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

21、失以及兒童丟失的問題。1.3 設(shè)計(jì)任務(wù)的分析設(shè)計(jì)任務(wù)的分析鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)論文 智能無線防丟器設(shè)計(jì)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 無線發(fā)送和接收模塊6。該防丟器運(yùn)用 nrf24l01 無線發(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)乃枷耄ㄟ^ 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)

22、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 軟件為開發(fā)平臺(tái)，使用 c 語言進(jìn)行程序編寫的。 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)通過無線模塊在 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 無線發(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。鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)

23、學(xué)院本科生畢業(yè)論文 智能無線防丟器設(shè)計(jì)32 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 無線發(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 無線模塊燈光提示電路 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 無線發(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：?jiǎn)纹瑱C(jī)按鍵查找模塊晶振電路聲光報(bào)警模塊nrf24l

24、01 無線模塊復(fù)位電路震動(dòng)報(bào)警模塊鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)論文 智能無線防丟器設(shè)計(jì)4圖 2-2 母機(jī)模塊圖 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

25、，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（英文縮寫為“mcu”）。2.2.2 無線通信模塊方案無線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

26、及結(jié)構(gòu)如下圖 2-3 所示：鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)論文 智能無線防丟器設(shè)計(jì)5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 無線發(fā)送和接收模塊。nrf24l01 無線發(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 nr

27、f24l01 無線發(fā)送和接收模塊作為本設(shè)計(jì)的通信模塊。鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)論文 智能無線防丟器設(shè)計(jì)63 硬件電路設(shè)計(jì)硬件電路設(shè)計(jì)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 在線編程功能。主要功能特性：1)8k 可反復(fù)擦寫 flash rom；2)32 個(gè)雙向 i/o 口；3)512x8bit

28、 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。引腳圖見圖 3-1:鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)論文 智能無線防丟器設(shè)計(jì)7ea/vp31x119x218reset9p37/rd17p36wr16p32/int012p33/int113p34/t 014p35/t 115p101p112p123p134p145p156p167p178p0

29、039p0138p0237p0336p0435p0534p0633p0732p2021p2122p2223p2324p2425p2526p2627p2728psen29ale /p30p31/t xd11p30/rx d10gnd20vcc40u1st 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gnd(pin20)：接地線外接晶振引腳（2 根）xtal1(pin19)：?jiǎn)纹瑱C(jī)中振蕩電路外部信號(hào)的引入接口。xtal2(pin18)：?jiǎn)纹瑱C(jī)中振蕩電路的輸出接口。控制引腳（4 根）rst/vpp(pin

30、9)：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

31、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）鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)論文 智能無線防丟器設(shè)計(jì)8stc89c51 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（pin39pin32）：p0端口是一個(gè)沒有內(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

32、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，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（pin1pin8）：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

33、口（pin21pin28）：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（pin10pin17）：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)

34、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 時(shí)鐘電路stc89c51單片機(jī) 復(fù)位電路 i/oi/o鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)論文 智能無線防丟器設(shè)計(jì)9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

35、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。30pf 30pf 1819y 1圖 3-3 stc89c52 內(nèi)部時(shí)鐘電路3.2.2 復(fù)位

36、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)位操作主要是通過電容的充放電功能來完成的，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：鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)論文 智能無線防丟器設(shè)計(jì)10gnd+5r4c3+10uf

37、9reset10k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)概述中斷技術(shù)是由單片機(jī)內(nèi)部的中斷系統(tǒng)來實(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程。圖 3-5 中斷過程對(duì)于單片機(jī)系統(tǒng)而言，中斷技術(shù)在其運(yùn)行

38、過程中發(fā)揮著重要的作用。假如單片機(jī)內(nèi)部無中斷系統(tǒng)，那么單片機(jī)在運(yùn)行過程中就要對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)中的服務(wù)請(qǐng)求進(jìn)行查詢，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。鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)論文 智能無線防丟器設(shè)計(jì)113.3 nrf24l01 無線模塊無線模塊設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)3.3.1 nrf24l01 概述概述 本設(shè)計(jì)采用 nrf24l01 無線通信模塊實(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 無線收發(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)近距離無線信號(hào)

39、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 之間，并且它還擁有 125 個(gè)射頻傳輸信道供我們選擇2

40、5。另外，針對(duì)無線通信模塊而言，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)無線收發(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 芯片在無線通信領(lǐng)域發(fā)揮的作用越來越大，應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣泛。 nrf24l01 芯片不僅被運(yùn)用到鍵盤、鼠標(biāo)等小型設(shè)備中，而且還用到日常生活中

41、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)無線傳輸?shù)囊笥鷣碛撸琻rf24l01 芯片技術(shù)也不斷得到更新和完善，當(dāng)前國(guó)內(nèi)外無線研究技術(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 無線發(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院涂煽啃浴?.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。鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)論文 智能無線防丟器設(shè)計(jì)12 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；c

42、sn，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；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：天線接口；iref：參考電流輸入引腳。通過以上對(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：鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)論文 智能無線防丟器設(shè)計(jì)13 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

43、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 無線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

44、分析，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 工作模式表鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)論文 智能無線防丟器設(shè)計(jì)14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1010據(jù)發(fā)送完停留在發(fā)送模式直到數(shù)空閑模式101txfifo

45、 為空空閑模式10無數(shù)據(jù)傳輸關(guān)機(jī)模式03、數(shù)據(jù)包處理方式 對(duì) nrf24l01 無線發(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 無線發(fā)送和接收模塊通過串行外圍接口 spi 相互連接起來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rxfifo 寄存器讀取接收

46、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)信息確定性的查詢時(shí)間，從而提高了工作效率。另外，在 nrf24l01 無線通信模塊的內(nèi)部含有兩類寄存器，一類是rxfifo 寄存器，另一類是 txfifo 寄存器，無論是在收發(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。（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

47、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)，則通過自動(dòng)應(yīng)答功能對(duì)發(fā)鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)論文 智能無線防丟器設(shè)計(jì)15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)過綜合考慮，因此本設(shè)計(jì)我們采用增強(qiáng)型shockburs

48、ttm 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)

49、據(jù)準(zhǔn)確無誤為止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（35字節(jié)）9 位（標(biāo)志位）數(shù)據(jù)（132 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（35 字節(jié)）數(shù)據(jù)（132 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。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

50、把配置地址自動(dòng)去除。鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)論文 智能無線防丟器設(shè)計(jì)16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 位保留以滿足將來產(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

51、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，

52、系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行接收。7、載波檢測(cè)鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)論文 智能無線防丟器設(shè)計(jì)17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 無線通信模塊設(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_rxadd

53、r 來設(shè)定的，一般情況下，只有通道0 和通道 1 處于開啟狀態(tài)。另外，這些數(shù)據(jù)通道都通過寄存器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 無線通信模塊發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，起初應(yīng)該把nrf24l01 設(shè)定為發(fā)射模式，然后通過串行外圍接口spi 將 nrf24l01 無線通信模塊與 stc89c51單片機(jī)相連接，緊接著將接收

54、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 無線通信模塊的儲(chǔ)存器中，在這一過程中，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 則必須在滿足 csn 為高電平的條件時(shí)連續(xù)輸入。接下來設(shè)定ce 引腳為高電平并且維持 10s 以上，最后經(jīng)過 130s 后再對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)送。如果nrf24l01無線通信模塊的接收端打開了自動(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

55、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：鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)

56、論文 智能無線防丟器設(shè)計(jì)18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r12.2k+5d2ledyp37圖 3-10 燈光提示電路發(fā)光二極管英文縮寫為 led，它能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見光，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)警電路鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)

57、論文 智能無線防丟器設(shè)計(jì)19a1b2fbuzzer+5g ndfr12.2kq 19012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源蜂鳴器，有源蜂鳴器是由直流電壓驅(qū)動(dòng)的，而無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，汽車內(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 只起到開關(guān)的作用，當(dāng)基極輸入低電

58、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 19012r12.2ka-+m 13vr268g 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)子超出平鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)論文 智能無線防丟器設(shè)計(jì)20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

59、提醒主人防丟，更加增加了設(shè)計(jì)的可靠性。3.6 按鍵模塊設(shè)計(jì)按鍵模塊設(shè)計(jì)對(duì)于按鍵來說，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

60、鍵的過程中會(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)就是我們平常所說的電平不穩(wěn)定，這種抖動(dòng)持續(xù)的時(shí)間范圍是 10200ms。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 10200ms，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 nds1sw-pbp17圖 3-13 按鍵電路鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)