無線防丟器設計

葉冬+謝東力

摘 要：文章是基于51單片機的一個無線防丟器，該防丟器能夠在一定范圍內實現防丟和尋找功能。其硬件電路主要由主控模塊51單片機和無線通信模塊NRF24L01組成，這兩個模塊共同構成無線防丟器的接收裝置和發射裝置，其中發射裝置放在防丟失的物品中（如錢包、手機等）；接收裝置隨身攜帶，當兩者距離在設定的安全范圍內時，這兩個裝置能夠實現短距離的無線通信，裝置不報警；否則，當距離大于設定的安全范圍時，裝置會進行聲光和震動報警，提醒人們及時查找丟失物品，以免造成不必要的損失。

關鍵詞：無線防丟器；單片機；NRF24L01

1 概述

在繁華的城市里，人們的生活水平越來越好，人們外出旅游、逛街的次數越來越頻繁，所以丟東西的事情時有發生，這個難題引起了無線防丟器設計的理念，進而衍生出各種防丟器產品。由于無線防丟器小巧精致，像一個裝飾品一樣便于攜帶，所以人們用它來防止手機、錢包等貴重物品的丟失。無線防丟器分兩部分，其間隔在一定范圍內，具有防丟，尋找，聲光報警（或附帶振動等功能），且省電、環保、性能穩定可靠，成本低。它的發展潛力是可觀的，方便適用，在現代生活中必不可少。

2 系統總體方案設計

該無線防丟器由接收機（母機）和發射機（子機）兩部分組成，均具有發射和接收雙重功能。子機與防丟物品放在一起，母機則隨身攜帶，打開母機和子機開關，平時處于接收狀態。二者在1-10米范圍內互相通信而進行監護，當子機和母機的距離超過設定范圍時，母機接收不到子機信號便會聲光、震動報警，提醒主人；主人可以按下母機的“尋找”按鍵，子機（和物品）可聲光報警，方便主人查找。由無線防丟器的功能和要求可以做出總體設計框圖如下圖1所示。

3 系統硬件電路設計

3.1 主控模塊

單片機的最小系統是由組成單片機系統必需的一些元件構成的，對51系列單片機來說，最小系統一般應該包括：電源、晶振電路、復位電路。復位是單片機的初始化操作，單片機系統在上電、啟動運行時，都需要先復位，其目的是使CPU和系統中的其他部件都處于一個確定的初始化狀態，并從這個初始化狀態開始工作。STC89C51RC單片機的時鐘信號通常有兩種方式產生：一是內部時鐘方式，二是外部時鐘方式。本次設計中選用的是內部晶振方式。

3.2 震動報警電路設計

震動馬達是在轉子軸的兩端安裝的一組可調偏心塊，通過高速旋轉軸和偏心塊的震動力所產生的離心力。具有成本低、靈敏度高、工作穩定可靠的優點，且應用方便，用一只三極管進行電流放大后即可直接驅動。本設計選用電壓為3V的震動電機，提醒主人，更增加了設計的可靠性。震動報警電路如圖2所示。

3.3 燈光提示電路設計

發光二極管的英文縮寫為LED，它是一種比較特殊的二極管，是一種能夠將電能轉化為光的半導體器件，它可以直接把電能轉化為光能；發光二極管與普通二極管一樣，由半導體制成，具有單向導電性，只有正極接高電壓，負極接低電壓它才導通發光，發光二極管的最大反向電壓一般在5V左右，如果二極管的負極加5V電壓時，發光二極管很有可能被擊穿，所以在應用的時候應多加注意。

3.4 蜂鳴器報警電路設計

蜂鳴器是一種小功率的發聲元件，采用直流電壓供電，被廣泛應用于各種各樣的無線產品中作發聲器件。蜂鳴器主要分類有壓電式蜂鳴器、電磁式蜂鳴器，各個又有有源和無源之分。電磁式蜂鳴器的工作原理是電磁感應原理，即通電導體周圍會有磁場產生，用一個固定的永久磁鐵與通電導體產生磁力推動固定在線圈上的鼓膜。蜂鳴器的工作電流一般較大，而單片機的I/O口輸出的電流較小，所以單片機不能直接驅動，本文中采用由三極管構成的放大電路來驅動蜂鳴器發音，選用的三極管型號是PNP三極管C9012，而且本設計選用的蜂鳴器屬于有源蜂鳴器。

4 系統軟件設計

該無線防丟器流程圖設計思路為：首先打開接收電路電源，使接收機保持在接收狀態，準備接收發射機的信號；然后接通發射機電源運行發射機上的程序，使單片機寄存器內預先存放的數據發射出去。若發射機與接收機在安全距離內，接收模塊會在1ms內能夠接收到信號，不會報警，若超出安全距離，接收機就會聲光、振蕩報警。

本設計采用STC89C51RC單片機作為核心處理器，所以我們可以使用MCS-51系列單片機的編程語言，包括匯編語言和C語言，這些語言有不同的特點。為了提高編制程序的方便、簡單、更具條理性和改善程序的可讀性和可移植性，在此采用C語言編程。

5 結束語

本次設計的無線防丟器具有電路簡單、性能穩定、功耗及成本低等優點，特別適合用于兒童防丟、物品防盜等場合，設計具有一定的實用價值。

參考文獻

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作者簡介：葉冬（1986-），女，碩士研究生，助教，研究方向：控制理論與控制工程。