防丟報警定位器的設計與實現

葉 楠

（福州理工學院 工學院，福建 福州 350506）

隨著人們生活節奏的加快，掉落東西的情況也變得更加容易發生，人們平常擔心掉手機，掉錢包，出遠門的時候擔心丟失行李，且很多的家長們經常會擔心小孩走丟。在這種社會現狀下，防丟報警定位器其實擁有非常好的發展遠景［1-2］。本文主要設計與實現了一種在防丟報警器的基礎上，增加了基于單片機的GPS-GSM定位器，這樣既可以實現及時報警提醒人們丟失了物品，又能定位丟失物品的位置，從而全面地實現防丟功能。

1 系統的設計方案

1.1 防丟報警器母機

防丟報警器母機由ST C89C51RC單片機、按鍵模塊、聲光報警模塊、震動報警模塊、nRF24L01無線模塊、復位電路與晶振電路組成，如圖1所示。

圖1 防丟報警器母機系統框圖

1.2 防丟報警器子機

防丟報警器子機由STC89C51RC單片機、聲光報警模塊、nRF24L01無線模塊、復位電路、燈光報警電路與晶振電路組成，如圖2所示。

圖2 防丟報警器子機系統框圖

1.3 基于單片機的GPS-GSM定位器

基于單片機的GPS-GSM定位器由STC89C51RC單片機、LCD1602液晶顯示模塊、GPS模塊，GSM模塊、復位電路、晶振電路組成，如圖3所示。

圖3 防丟報警器子機系統框圖

2 系統主要接口設計與實現

本方案選用單片機STC89C51RC作為主控制器，nRF24L01作為無線射頻信號收發器，選擇GPS模塊來完成定位功能。GPS模塊是本文設計中定位器的關鍵模塊，由核心CPU、基帶CPU、RF射頻芯片和相關的外圍電路組成，通過接收天線獲取衛星信號，并且加以處理，從而實現定位功能。此外，除了要在定位器的LCD1602液晶顯示屏上顯示定位信息，更重要的是要能把定位信息發送到手機上，從而可以在手機上顯示出定位信息，在該設計中，選擇通過GSM模塊來完成此項功能。GSM模塊可以實現語音通話，發送SMS短信與GPRS數據無線傳輸等。在防丟報警定位器的設計中，STC89C51RC與GSM模塊實現通信，從而控制GSM模塊實現無線通訊功能。

2.1 防丟報警器的設計

2.1.1 STC89C51RC主控模塊設計

STC89C51RC單片機片內含ROM/EPROM，所以由這種芯片組成的最小系統簡單而且穩定。用STC89C51RC單片機構成最小應用系統，僅需把單片機接上時鐘電路、復位電路就可以了［3］。由于STC89C51RC單片機內有一個振蕩電路，因此在XTAL1（18）與XTAL2（19）引腳外接晶振，就組成了自激振蕩器，在單片機的內部即產生了時鐘脈沖信號。

復位電路設計采用按鍵手動復位，分別是電平方式跟脈沖方式。其中，電平復位是通過RST跟VCC連接來完成的，RST引入高電平且保持兩個機器周期時，單片機內部執行復位。

2.1.2 nRF24L01無線模塊設計

在電路設計上，nRF24L01P的VCC因為要接的是3.3V的電壓，所以接了一個三端可調輸出的線性穩壓器集成電路，輸入5V電壓，輸出3.3V，接到nRF24L01P的VCC，而nRF24L01P的CSN、MOSI、IRQ、MISO、CLK和CE則依次分別接到STC89C51RC單片機的P3.1、P3.2、P3.3、P3.4、P3.5和P3.6引腳，另外，nRF24L01P的GND接地［4］。

2.1.3 報警模塊設計

報警模塊的形式主要有燈光提示、聲音報警和震動報警。其中，震動模塊采用振動電機來實現。

防丟報警器的母機和子機電路原理圖如下所示（圖4、圖5）：

圖4 防丟報警器母機電路原理圖

圖5 防丟報警器子機電路原理圖

2.2 GPS-GSM定位器設計

2.2.1 GPS模塊設計

GPS衛星不斷地傳達信號來顯示自己的定位及時間，而GPS模塊可以計算出它到相應衛星的距離，只要在同一時間接收到4個以上衛星的數據，并且對其進行處理，GPS模塊就可以獲取到自己的定位。GPS模塊設計電路如圖6中所示，GPS模塊的VCC接到VCC電源，TXD口接100歐電阻，再接到STC89C51RC單片機的P3.0引腳，這樣STC89C51RC單片機就可以接收到GPS模塊的數據，進行處理，而那個100歐的電阻則可以起到降低干擾的作用，還有最后一點就是GPS模塊的GND口接地［5-6］。

2.2.2 GSM模塊設計

GSM模塊設計電路如圖6所示，GSM模塊的TX口接到STC89C51RC的P3.0引腳，也就是RXD口，這樣單片機就可以接收到GSM模塊的數據，GSM模塊的RX口接到STC89C51RC的P3.1引腳，也就是TXD口，這樣GSM模塊就可以接收到單片機的數據［7-8］。

圖6 基于單片機的GPS-GSM定位器電路原理圖

3 系統各部分軟件設計

（1）母機開始工作后，首先是定時器變量初始化，然后進入while循環，查找按鍵按下，假如判斷結果為“是”，就發送0和1進入查找模式，如果為“否”的話，就發送0和1進入連接模式，然后設置接收模式，接著判斷是否接收到數據，如果判斷結果是“是”，就表示未丟失，繼續發送數據，而如果判斷結果是“否”，就接著判斷是否超過400ms無數據，如果是“是”的話，就表示已丟失，進行聲光提示。其相應流程圖如圖7所示：

圖7 母機流程圖

（2）子機開始工作后，首先是定時器變量初始化，然后進入while循環，設置接收模式，判斷是否接收到了數據，如果接收到了數據，就判斷接收到的數據是否是0和1，如果是就進入查找模式并聲光提示；如果接收到的數據不是0和1，則返回到上一個階段，重新從是否接收到數據開始繼續往下判斷；而如果在判斷是否接收到數據這個階段判斷是否，那么就進入判斷是否超過一秒無數據這個階段，如果判斷結果是“是”，就聲光提示已丟失；那么，如果在判斷是否超過一秒無數據這個階段，判斷結果是“否”的話，就重新回到判斷是否接收到數據這個階段，開始繼續往下判斷。其相應流程圖如圖8所示：

圖8 子機流程圖

（3）基于單片機的GPS-GSM定位器開始工作后，先是液晶初始化，然后是串口初始化和GSM、GPS初始化，接著進入while循環，判斷是否接收到短信，如果判斷結果是“是”，就解析GPS信息，發送短信至手機，接著又回到判斷是否接收到短信的階段，開始循環；而如果在判斷是否接收到短信這個階段，判斷結果為“否”的話，就不發送定位信息至手機，接著也是回到判斷是否接收到短信的階段，開始循環。其相應流程圖如圖9所示：

圖9 定位顯示流程圖

4 結論

本設計防丟報警定位器是防丟報警器與基于單片機的GPS-GSM定位器的結合體。其中，防丟報警器由母機跟子機組成，并且母機跟子機都采用nRF24L01無線模塊進行通訊，同時具有發射與接收無線通信信號的功能，然后由STC89C51RC單片機處理模塊間讀取到的信息，而基于單片機的GPS-GSM定位器則采用GPS模塊進行定位，GSM模塊發送定位信息，STC89C51RC驅動各個模塊正常工作。當使用時，啟動開關，防丟報警器的母機放置在使用者身上，子機和定位器放置在行李、貴重物品或小孩身上，一旦母機和子機超過設定距離，母機震動同時聲光報警，此時使用者就可以及時發現丟失情況，以便及時找回丟失物品，而如果因為種種原因，一時之間找不回丟失的物品，則可隨意發送一條短信至定位器，定位器接收到短信后，會把定位信息發送到手機。本文所設計的無線防丟器功耗低、實用性強，具有很好的市場推廣潛力。