无线防丢器设计
目錄
一、方案流程及技術(shù)規(guī)格書設(shè)計
二、系統(tǒng)硬件電路設(shè)計
三、軟件編寫及調(diào)試
四、系統(tǒng)調(diào)試測試與分析
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前言
為了解決重要物品丟失或遺忘的問題，達到找到丟失或遺忘的重要物品和報警提示，防止重要物品丟失或遺忘的目的，提出一種基于無線技術(shù)和51單片機的智能防丟失報警器設(shè)計與實現(xiàn)方案。
目前市場上的電子防丟器，大多是采用GPS技術(shù)、藍(lán)牙技術(shù)，系統(tǒng)復(fù)雜、價格昂貴。本設(shè)計方案采用廉價的51單片機和2.4G無線通信模塊，具有價格低廉、系統(tǒng)簡單、使用方便等特點。
該智能防丟失報警器采用主機和子機方案，在一定較短距離內(nèi)，主機和子機正常通信，當(dāng)主機和子機距離較遠(yuǎn)時，通信失敗，主機和子機會聲光報警，從而達到物品查找、預(yù)防報警的功能，可有效找到重要物品，防止物品被盜，具有重要的市場價值。
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軟件工具準(zhǔn)備
軟件：
電路設(shè)計：protel99 se(up主使用版本) 或者其他版本，或者其他電路設(shè)計軟件；
單片機開發(fā)：Keil5；
調(diào)試測試：串口調(diào)試助手，邏輯分析儀等；
工具：
電路焊接：電烙鐵，SMT（有條件的）；
調(diào)試：
萬用表、示波器（基礎(chǔ)入門即可，可以白嫖學(xué)?；蛘吖?#xff09;USB轉(zhuǎn)串口工具、仿真器；
一、方案流程及技術(shù)規(guī)格書設(shè)計
方案流程設(shè)計
技術(shù)規(guī)格書設(shè)計
主機
1.主機采用SI24L01無線通信模塊收發(fā)約定的數(shù)據(jù)，正常收到子機數(shù)據(jù)，說明子機在范圍內(nèi)，沒有收到數(shù)據(jù)說明子機不在范圍內(nèi)，聲光報警。
2.采用DS1302時鐘芯片計時，實現(xiàn)記錄丟失時間。
3.LCD顯示狀態(tài)，如果有丟失報警，顯示報警時間。
4、正常狀態(tài)LED常亮，報警狀態(tài)LED閃爍顯示。
5、蜂鳴器實現(xiàn)聲音報警。
6、4個按鍵設(shè)置時鐘和取消報警狀態(tài)。
子機
1.子機采用SI24L01無線通信模塊收發(fā)約定的數(shù)據(jù)，正常收到主機數(shù)據(jù)，說明主機在范圍內(nèi)，沒有收到數(shù)據(jù)說明主機不在范圍內(nèi)，聲光報警。
2、正常狀態(tài)LED滅，報警狀態(tài)LED閃爍顯示。
3、蜂鳴器實現(xiàn)聲音報警。
二、系統(tǒng)硬件電路設(shè)計
2.1微處理控制電路
設(shè)計采用宏晶公司IAP15F2K61S2單片機芯片。LQFP32封裝，電路圖如圖所示：
圖中VCC為5V供電電壓。C12瓷片電容，起濾波作用，J8是仿真燒錄口。
單片機IO口連接介紹：
P00-P03(29-32腳)：按鍵檢測引腳。
P10-P17（1-8腳）：LCD數(shù)據(jù)口。
P20(21腳)： CE 無線模塊片選腳。
P21-P24（22-25腳）：SPI通訊口，連接無線模塊。
P25-P27(26、27、28腳)：RS、RW、E，LCD控制腳。
P30-P31(13、14腳)：串口下載口。
P32-P34(15-17腳)：DS1302控制腳。
P35(18腳)： LED控制腳。
P36(19腳)： 無線模塊中斷腳。
P37(20腳)： 蜂鳴器控制腳。
2.2 ?主機Si24L1無線模塊電路
無線通訊模塊和單片機采用SPI通訊方式，W_CSN，W_SCK,W_MOSI,W_MISO是SPI通訊口，W_CE是片選信號，W_IRQ是中斷引腳。電路圖如圖所示：
?IAP15F2K61S2單片機輸出是5V電壓，不能和無線模塊直接連接，所以采用電平轉(zhuǎn)換電路。
?
2.3 主機LCD顯示電路
LCD1602A顯示電路如圖：
R38是電位器，作用是調(diào)節(jié)顯示對比度。C11是濾波電容。R66是背光限流電阻。
IO口連接介紹：
RS、RW、E（4、5、6腳）：LCD讀寫控制腳。
D0-D7（7-14腳）：數(shù)據(jù)線。
2.4主機按鍵電路
? ? ? ?產(chǎn)品設(shè)計4個按鍵，沒有按下按鍵，對應(yīng)IO口是高電平，按鍵按下，對應(yīng)IO口接地，是低電平。單片機檢測各個按鍵IO口電平，判斷按鍵狀態(tài)。電路如圖：
?????????
2.5 ?主機LED電路
LED通過單片機IO口控制，電路如圖。????????
?2.6蜂鳴器驅(qū)動電路
? ? ? ?蜂鳴器模擬報警設(shè)備。由于IO口驅(qū)動能力有限，所以使用三極管放大電路，擴大驅(qū)動電流。電路如圖。
?
2.7 主機時鐘電路
? ? ? 時鐘電路采用專用時鐘芯片DS1302，電路如圖：
Y2是32.768時鐘晶振，SCLK、DIO、CE_1302是和單片機通信線。
2.8主機電源電路
? ? ?系統(tǒng)采用外部9V電源適配器供電，9V直流經(jīng)過DCDC降壓，輸出5V電壓給芯片和其他電路供電。電路如圖。
單片機等3.3V供電采用ASM1117線性穩(wěn)壓電路，電路如圖。
無線通訊模塊供電需要3.3V，通過3.3V穩(wěn)壓芯片ASM1117輸出3.3V電壓。電路如圖。
?
2.9子機電路設(shè)計
? ? ? ?無線防丟器子機電路和主機電路基本一樣，只是少了液晶顯示模塊、時鐘電路、按鍵電路。電路如圖。
?
三、軟件編寫及調(diào)試
3.1主程序設(shè)計
主機使用單片機IAP15F2K61S2控制，控制設(shè)備有按鍵，液晶顯示1602A，通信模塊Si24L1，時鐘芯片DS1302，LED燈，蜂鳴器。上電對單片機系統(tǒng)和控制設(shè)備初始化，正常工作有以下三種模式：
工作模式1：讀取時鐘芯片時間，通過無線模塊發(fā)送“110”，接收子機信息正常，LCD顯示正常信息，接收子機信息不正常，LCD顯示報警信息，蜂鳴器鳴響，LED閃爍，顯示報警時間。
工作模式2：長按設(shè)置按鍵，通過無線模塊發(fā)送“find”，接收子機回復(fù)信息正常，停止發(fā)送，接收子機回復(fù)信息不正常，繼續(xù)發(fā)送。
工作模式3：設(shè)置時間，按設(shè)置鍵，進入設(shè)置時間，小時閃爍，按上下鍵修改小時，按確認(rèn)鍵分鐘閃爍，按上下鍵修改，按確認(rèn)鍵退出。
圖是主程序流程圖。
?
3.2主機無線通訊程序設(shè)計
? ? ? ?圖4-2無線通信流程圖，報警模式時，發(fā)送“110”給子機，同時接收子機回復(fù)，接收正確不報警，接收錯誤報警。查找模式時，發(fā)送“find”給子機。
模塊和單片機SPI通信。
SPI通信代碼：
/*****************************************************
????功能：SPI IO口初始化
***************************************************/
void drv_spi_init( void )
{
//引腳配置
//SCK MOSI NSS 配置為推挽輸出
SPI_SCK_PxM0 = IO_OUT_PUT_PP_M0 << SPI_SCK_PIN_BIT;
SPI_SCK_PxM1 = IO_OUT_PUT_PP_M1 << SPI_SCK_PIN_BIT;
SPI_MOSI_PxM0 = IO_OUT_PUT_PP_M0 << SPI_MOSI_PIN_BIT;
SPI_MOSI_PxM1 = IO_OUT_PUT_PP_M1 << SPI_MOSI_PIN_BIT;
SPI_NSS_PxM0 = IO_OUT_PUT_PP_M0 << SPI_NSS_PIN_BIT;
SPI_NSS_PxM1 = IO_OUT_PUT_PP_M1 << SPI_NSS_PIN_BIT;
//MISO 配置為輸入
SPI_MISO_PxM0 = IO_IN_PUT_ONLY_M0 << SPI_MISO_PIN_BIT;
SPI_MISO_PxM1 = IO_IN_PUT_ONLY_M1 << SPI_MISO_PIN_BIT;
//時鐘置低
SPI_SCK = 0;
//MOSI MISO NSS置高
SPI_MOSI = 1;
SPI_MISO = 1;
SPI_NSS = 1;
}
/*****************************************************
????功能：SPI 收發(fā)一個字節(jié)
***************************************************/
uint8_t drv_spi_read_write_byte( uint8_t TxByte )
{
uint8_t i = 0, Data = 0;
spi_set_clk_low( );
for( i = 0; i < 8; i++ )//一個字節(jié)8byte需要循環(huán)8次
{
/** 發(fā)送 */
if( 0x80 == ( TxByte & 0x80 ))
{
?spi_set_mosi_hight( ); //發(fā)送的位為 1 則置高IO引腳
}
else
{
?spi_set_mosi_low( );//發(fā)送的位為 0 則置低IO引腳
}
TxByte <<= 1; //數(shù)據(jù)左移一位，先發(fā)送的是最高位
spi_set_clk_high( ); //時鐘線置高
_nop_( );
/** 接收 */
Data <<= 1; //接收數(shù)據(jù)左移一位，先接收到的是最高位
if( 1 == spi_get_miso( ))
{
??Data |= 0x01; //如果接收時IO引腳為高則認(rèn)為接收到 1
}
spi_set_clk_low( ); //時鐘線置低
_nop_( );
}
return Data; //返回接收到的字節(jié)
}
/*****************************************************
????功能：SPI 收發(fā)一個字節(jié)
***************************************************/
void drv_spi_read_write_string( uint8_t* ReadBuffer, uint8_t* WriteBuffer, uint16_t Length )
{
spi_set_nss_low( ); //片選拉低
while( Length-- )
{
*ReadBuffer = drv_spi_read_write_byte( *WriteBuffer ); //收發(fā)數(shù)據(jù)
ReadBuffer++;
WriteBuffer++; //讀寫地址加1
}
spi_set_nss_high( ); ?//片選拉高
}
3.3 主機?LCD 顯示程序設(shè)計
? ? ? ?LCD1602A字符液晶能顯示2行，一行16個ASKII字符，共32個字符，LCD顯示有寫命令指令和寫數(shù)據(jù)指令。寫狀態(tài)指令是設(shè)置顯示狀態(tài)，比如開顯示，關(guān)顯示，設(shè)置顯示位置，設(shè)置顯示模式等，寫數(shù)據(jù)指令是把字符對應(yīng)的編碼寫入數(shù)據(jù)寄存器，對應(yīng)ASKII碼就顯示出來。圖是LCD顯示功能流程圖。
LCD顯示代碼：
/*****************************************************
????功能：IO口定義
***************************************************/
sbit E=P2^7;
sbit RW=P2^6;
sbit RS=P2^5;
?/*****************************************************
????功能：1ms延時
***************************************************/
void delay(uint k)
{
??k=k*125;
??while(k--);
}
/*****************************************************
????功能：寫命令
***************************************************/
void cmd_w(uchar cmd)
{
??RW=0;
??RS=0;
??E=1;
??P1=cmd;
??delay(1);
??E=0;
}
/*****************************************************
????功能：寫數(shù)據(jù)
***************************************************/
void dat_w(uchar dat)
{
??RW=0;
??RS=1;
??E=1;
??P1=dat;
??delay(1);
??E=0;
}
/*****************************************************
????功能：清屏
***************************************************/
void lcd_clear(void)
{
??cmd_w(0x01); ??//清屏
??cmd_w(0x02); ??//清屏回到左上角
}
/*****************************************************
????功能：初始化
***************************************************/
void Lcd1602_init(void)
{
??cmd_w(0x38);
??cmd_w(0x0c);
??cmd_w(0x06);
??cmd_w(0x01);
??cmd_w(0x80); ???
}
/*****************************************************
????功能：光標(biāo)定位
***************************************************/
void gotoxy(uchar x,uchar y) //x是行數(shù),y是列數(shù)
{
?if(x==1)
?{cmd_w(0x80+y);}
?else
?{cmd_w(0xc0+y);}
}
/*****************************************************
????功能：顯示字符
***************************************************/
void dsp_ch(uchar _ch)
{
dat_w(_ch);
}
3.4?主機時鐘驅(qū)動程序設(shè)計
? ? ? 時鐘芯片DS1302和主機是SPI串行通信，設(shè)計采用軟件模擬SPI通信。
DS1302時鐘芯片代碼：
/**********************************************************
?函數(shù)功能：發(fā)送數(shù)據(jù)1byte
***********************************************************/
void ?inputbyte(uchar dat)
{
????uchar i;
for ( i=8; i>0; i-- ) //循環(huán)8次移位
?????????{
??????????????SCLKoff;
????NOP;
????NOP;
????if(dat&0x01)
?????????????? ????DIOon; //每次傳輸?shù)妥止?jié)
????else
???? ????DIOoff;
????NOP;
????NOP;
??????????????dat >>= 1; //右移一位
??????????????SCLKon;
????NOP;
????NOP;
????NOP;
????NOP;
?????????}
}
/**********************************************************
?函數(shù)功能：讀數(shù)據(jù)1byte
***********************************************************/
uchar ?outputbyte(void)
{
??????????uchar i;
uchar dat=0;
for ( i=8; i>0; i-- ) //循環(huán)8次移位
?????????{ ?
??????dat >>= 1; //右移一位
????NOP;
????NOP;
????SCLKoff;
????NOP;
????NOP;
??????????????if(P32)
????dat|=0X80;
????NOP;
????NOP;
????????????????SCLKon;
????NOP;NOP;NOP;NOP;
?????????}
return(dat);
}
/******************************************************
?函數(shù)功能：發(fā)送數(shù)據(jù)到對應(yīng)地址
**********************************************************/
void write1302 (uchar addr,dat )
{
????CEoff; //CE引腳為低，數(shù)據(jù)傳送中止
????NOP;
NOP;
????SCLKoff; //清零時鐘總線
????NOP;
NOP;
????CEon; //CE引腳為高，邏輯控制有效
NOP;NOP;NOP;NOP;
????inputbyte(addr); ?//發(fā)送地址
????inputbyte(dat);?//發(fā)送數(shù)據(jù)
????CEoff;
}
/**********************************************************
?函數(shù)功能：讀取時間
***********************************************************/
?uchar read1302 (uchar addr)
{
????uchar dat,data_buff;
????
CEoff;
????NOP;
NOP;
????SCLKoff;
????NOP;
NOP;
????CEon;
NOP;NOP;NOP;NOP;
????inputbyte(addr); ?//發(fā)送地址
????dat=outputbyte();//讀取數(shù)據(jù)
????SCLKon;
????NOP;
NOP;
????CEoff;
????data_buff=dat;
????data_buff/=16;
????dat=dat%16;
????dat=data_buff*10+dat;
????return (dat);
}
4.5?子機程序設(shè)計
? ? ? ?子機程序設(shè)計和主機類似，初始化定時器和無線模塊，接收主機信息，接收正確，判斷接收報警信號還是查找信號，如果報警信號，回復(fù)正常，如果查找信號，蜂鳴器和LED提示。程序流程圖。
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四、系統(tǒng)調(diào)試測試與分析
4.1電路焊接
???? ? 用電烙鐵將單片機、無線模塊、DS1302時鐘芯片、LED燈、蜂鳴器、液晶顯示及電容、蜂鳴器、按鍵等器件焊接在電路板上，實物如圖所示。
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4.2系統(tǒng)調(diào)試
? ? ? ?通過下載線連接電腦與單片機，將C程序下載到單片機內(nèi)，上電后，主機子機通信正常，主機LCD顯示正常，LED燈滅，蜂鳴器不響，子機LED燈滅，蜂鳴器不響。如圖：
?
? ? ? ?把子機拿到一定距離后，主機和子機報警，主機顯示報警和報警時間，主機LED快速閃爍，蜂鳴器鳴響。子機LED快速閃爍，蜂鳴器鳴響。如圖：
總結(jié)
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