夾式智能防盜報警器的設(shè)計

王美紅　孫少康

【摘 要】本文使用Nordic nRF51822作為主芯片設(shè)計了一款小型的夾式智能防盜報警器。除了能實現(xiàn)最基本的報警功能外，還兼?zhèn)鋵の镆约皟和雷邅G功能;控制方式多樣靈活，既可通過按鍵操作，亦可通過app操作，后期可以通過更新系統(tǒng)完善更全面的功能。

【關(guān)鍵詞】藍牙;防盜;nRF51822

中圖分類號： TP277文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）13-0007-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.13.003

Design and Thinking of clip Type Intelligent Burglar Alarm

WANG Mei-hong SUN Shao-kang

（Taishan university，Taian Shandong 271000，China）

【Abstract】This paper uses Nordic nRF51822 as the main chip to design a small clip type intelligent burglar alarm. In addition to the most basic alarm function， it also has the function of finding objects and preventing children from getting lost. The control mode is diversified and flexible， which can be operated by keys or app. At the later stage， the system can be updated to improve more comprehensive functions.

【Key words】Bluetooth; Guard against theft; nRF51822

0 引言

隨著技術(shù)的發(fā)展和社會的進步，近年來，智能化的概念越來越火，特別是在智能家居、設(shè)備上的發(fā)展尤其快速。人們也更傾向于選擇智能設(shè)備來滿足生活和工作上的需求。智能手機，可穿戴設(shè)備以其方便智能的特點迅速占領(lǐng)市場并逐漸成為人們生活的必需品，由于智能設(shè)備的價格并不算低廉，因此智能設(shè)備的防盜成為一個亟待解決的問題。本研究計劃設(shè)計一種多用途的、方便小巧的夾式智能報警器，通過與手機、智能手表等設(shè)備無線連接，利用藍牙的連接距離智能在一定范圍內(nèi)進行工作這一特性進行設(shè)計。當物品超出一定范圍，則蜂鳴器發(fā)出警報震動塊震動提示物品被盜。亦可以通過報警器與app的連接可以使用戶更好地查看設(shè)備使用情況，亦可操作手機使報警器震動及發(fā)出警報，達到雙向防盜尋物的功能。夾式智能防盜報警器與智能設(shè)備的連接不僅可以達到報警的功能，也可以拓展原本智能設(shè)備的功能。在殼體的設(shè)計上采用卡夾設(shè)計，方便將報警器置于防盜物體上，適用多種情形。整體設(shè)計纖薄，方便小巧，攜帶不會占中大量空間。且設(shè)備功耗低，一次充電可以使用較長時間，免去頻繁充電的困擾，提高了產(chǎn)品的使用率。

1 夾式智能報警器整體設(shè)計思路

夾式智能防盜報警器的整體設(shè)計主要包括以下幾個方面;藍牙的基本功能設(shè)備初始化設(shè)置（設(shè)備連接是實現(xiàn)防盜器功能的基本），報警功能（夾式智能防盜報警器的主要功能）、按鍵功能（基本設(shè)置與復(fù)位），設(shè)備信息讀取和寫入（錄入與讀出），重置6個程序模塊，其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

2 夾式智能報警器的硬件設(shè)計

根據(jù)夾式智能防盜報警器的功能設(shè)計的需要，硬件設(shè)計分為以下五個部分：（1）電源模塊：提供穩(wěn)定，可靠的工作電壓。（2）信號接收和發(fā)送模塊：接收和發(fā)送信號。（3）按鍵輸入模塊：通過按鍵對報警器進行簡單設(shè)置或者復(fù)位。（4）蜂鳴與震動模塊：通過震動和蜂鳴提醒用戶，從而完成報警功能。（5）數(shù)據(jù)傳輸模塊：核心數(shù)據(jù)的處理包括處理用戶按鍵功能及設(shè)備的設(shè)置信息。

2.1 電源模塊

根據(jù)小型化和低功耗設(shè)計要求，因此其組件必須也同樣小巧，故夾式智能防盜報警器供電選用3VCR2032電池。為了讓電池充一次電工作時間較長，確保足夠的功率效率，故選擇帶DCSC芯片TPS62260。其工作狀態(tài)足夠穩(wěn)定，滿足設(shè)計需求。電源管理模塊如圖2所示。

2.2 信號接收發(fā)送模塊

TI出品的CC2541是一款針對藍牙低功耗的芯片。CC2541擁有128kB或者256KB的Flash存儲器;CC2541的靈敏度高和抗干擾性能好，為信號接收提供了保障;功耗低，待機電流僅為400uA-1.5mA;具有集成看門口狗技術(shù);其外圍電路少，易于開發(fā)。消費類醫(yī)療、安全、娛樂以及家庭自動化對藍牙智能傳感器的應(yīng)用需求，CC2541都可以滿足。SoC在確保穩(wěn)健RF性能的同時，當輸出功率為1mW時，功耗比TI前代CC2540？SoC降低33%。CC2541與CC2540引腳對引腳兼容，這可以輕松移植[1]。信號接收發(fā)送模塊見圖3。

2.3 按鈕輸入模塊

在此設(shè)計里，設(shè)置1個按鍵，也就是功能鍵。智能報警器的按鍵操作設(shè)置如表1所示。不同的功能對應(yīng)不同的操作。夾式智能防盜報警器的按鍵輸入模塊電路如圖4所示。

2.4 數(shù)據(jù)傳輸模塊

nRF51822為超低功耗無線應(yīng)用而設(shè)計。nRF51822使用32位ARM Cortex M0核心，片上256Kb的flash相對于8/16位的平臺擁有更佳的代碼密度和更快的執(zhí)行速度。可編程外設(shè)聯(lián)系統(tǒng)提供了一個16通道的總線，可以減少外設(shè)經(jīng)由CPU通信造成的延遲，并可以在通信過程中減少能耗。nRF51822提供了嵌入式協(xié)議棧，沒有了因相互依賴而導(dǎo)致的麻煩。BLE協(xié)議已由Nordic預(yù)先編譯，僅需獨立編譯應(yīng)用部分代碼就可。除以上特點外，nRF51822還有支持藍牙智能協(xié)議棧和線性安全的和運行時保護;靈活的電源管理系統(tǒng)。具有高度靈活性，功耗低的特點。綜上nRF51822是藍牙低功耗和超低功耗應(yīng)用的理想選擇。最重要的是它有很少的的外圍電路并且易于開發(fā)。滿足設(shè)計需求。其電路設(shè)計見圖5。

3 夾式智能報警器的軟件設(shè)計思路

本設(shè)計中對智能防盜系統(tǒng)的軟件設(shè)計主要是對nRF51822內(nèi)部程序的設(shè)計和編寫。軟件開發(fā)基于nRF51822藍牙4.0BLE的協(xié)議棧上。基于本設(shè)計思路程序的編寫可以采用匯編語言和C語言。由于本設(shè)計中的防盜報警系統(tǒng)中多為輸入輸出接口控制和串行通信，由于夾式智能防盜報警不涉及高精度計算問題，因此，該設(shè)計使用C語言進行編程設(shè)計。

3.1 校驗功能程序設(shè)定

夾式智能防盜報警器功能的實現(xiàn)建立在主機的藍牙與夾型智能防盜報警連接，連接成功則驗證功能得以實現(xiàn)。本報警器主要采用雙向驗證的方法，所述驗證流程圖在圖6中示出。主機APP客戶端發(fā)出驗證信息，其主要功能是通過APP客戶端讀取夾式智能防盜的驗證信息，如果驗證成功，智能防盜報警器固件將會判斷APP客戶端是否可以正確地寫入信息。如果可以寫入，它會通知發(fā)送到APP客戶端。反之，則通知連接錯誤并斷開連接。

3.2 按鍵及功能說明

按鍵的操作方式為中斷：單擊功能鍵為001對應(yīng)手機震動一次，響鈴一次功能;長按功能鍵為002通過手機APP顯示電量功能;快速連擊三次功能鍵為003對應(yīng)恢復(fù)出廠設(shè)置功能。按鍵響應(yīng)流程圖如圖7所示。

夾式智能防盜報警器的反向?qū)ふ抑鳈C功能需要通過按鍵響鈴功能來實現(xiàn)。在藍牙連接的狀態(tài)下，防盜器先把設(shè)置值001或002或者003發(fā)送給手機，app客戶端會根據(jù)不同的設(shè)置值會產(chǎn)生規(guī)定的震動或者蜂鳴。當尋物器與手機距離到一定程度時，藍牙信號衰減至一定程度時（此時主機與防盜器仍然處于連接狀態(tài)），防盜器就會報警，同時手機也會報警。當手機和夾式智能防盜報警器的藍牙信號恢復(fù)到正常強時即兩者之間的距離在安全范圍內(nèi)，app客戶端和主機都會停止報警，信號衰減的距離可以在app上設(shè)定。雙向報警主要是保障了主機和防盜器兩者間的正常工作，也保障了主機和防盜器的安全。因為雙向報警的功能特殊性，在主機和防盜器的距離超過安全距離時，會導(dǎo)致app與防盜器同時報警，這項功能根據(jù)用戶的需求，若不需要可以在客戶端進行設(shè)置關(guān)閉。

尋物功能是夾式智能防盜報警器的核心功能，包括以下4個方面：（1）手機通過APP控制夾式智能防盜報警器;（2）手機實現(xiàn)雙向報警功能是在報警器實時將自身狀態(tài)（連接狀態(tài)及電量狀態(tài)）反饋給手機的時候。（3）手機和夾式智能防盜報警器在藍牙信號衰減到一定程度時均報警;

除了上述重要的尋物功能外還具有：（1）修改夾式智能防盜報警器的名稱（2）讀設(shè)備狀態(tài)參數(shù)（3）恢復(fù)出廠設(shè)置的功能，以上均可在手機APP完成相應(yīng)操作。

4 結(jié)語

本夾式智能防盜報警器可以應(yīng)用于各種物品的防盜，外表制成夾式配合應(yīng)用場合多種多樣，使用形式多種多樣，功能豐富，甚至可以用于兒童或老人走失、寵物防盜定位等領(lǐng)域。而且，本防盜報警器還可以擴展智能設(shè)備的功能。夾型智能防盜報警輕且緊湊，便于攜帶。功能強大，使用便捷，后期可以通過藍牙進行系統(tǒng)升級，可完善更多功能。

【參考文獻】

[1]余建華，李有文.基于CC2540藍牙4.0的雙向?qū)の飯缶髟O(shè)計[J].《機械工程與自動化》，2018.

[2]張?zhí)?互聯(lián)網(wǎng)論文互聯(lián)庫[J].《互聯(lián)網(wǎng)論文庫》，2016.