基于STC89C52的无线电子防丢器的设计_王闯

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无线互联科技基于STC89C52的无线电子防丢器的设计

王 闯1 崔雯博2(1.许昌学院信息工程学院，

河南 许昌 461000；2.许昌职业技术学院，河南 许昌 461000）摘 要：为了解决日常生活中贵重物品丢失的情况，设计了一种无线电子防丢器。该防丢器采用STC89C52单片机为控制器，nRF24L01芯片作为无线射频收发模块。它由接收机和发射机两部分组成，接收机由主人随身携带，发射机置于防丢物品上。当物品丢失时，接收机上面的LED 闪烁并且蜂鸣器报警。通过调整射频模块的发射功率来实现接收距离的改变，具有电路简单、性能稳定、功耗及成本低等优点，特别适合用于儿童防丢、物品防盗等场合。

关键词：防丢；报警器；无线传输模块；STC89C52

日常生活中人们外出或乘车的时候，经常出现物品丢失和儿童走丢的情况，为了保证随身物品的安全，需要对随身物品进行实时的安全监控，因此电子防遗失相关产品应运而生[1]。针对这种问题的出现，本文设计了一种基于STC89C52单片机和nRF24L01射频芯片组成的无线电子防丢器。

本文设计的无线电子防丢器由发射机和接收机两部分组成，发射机用来发射无线射频信号，接收机用来接收无线射频信号。将发射机放置在易丢失的重要物品或儿童身上，接收机放置在用户身上。当发射机和接收机之间的距离超过设定的通信距离时，安装在接收机上面的蜂鸣器发出报警声并且LED灯闪烁，提醒用户注意物品发生丢失。当发射机和接收机之间的距离重新回到设定距离后，蜂鸣器报警声取消，LED灯熄灭，进入正常工作模式。

1 防丢器的整体构架

本文设计的防丢器由发射机和接收机两部分组成，如图1所示。左边是发射机，右边是接收机。发射机和接收机都由电源、微控制器和射频通信模块组成，发射机和接收机之间通过无线射频模块进行通信。在设计开发的过程中可以采用+5V电压源供电，但是在实际应用中无线防丢器要求体积小和携带方便，需要采用纽扣电池供电。相对比于发射机，接收机上多了蜂鸣器报警模块和LED灯指示模块。

本该防丢器采用无线电波的发射抑制原理，正常工作时发射机发出稳定的无线电波，当接收机和发射机在预定的距离内时，接收机和发射机正常的收发信号；当发射机和接收机之间的距离超过预定的距离时，接收机接收不到发射机的无线电信号，立即发出报警声，提醒使用者注意[2]。

2 硬件设计

根据防丢器的工作原理，本文选用STC89C52单片机作为主控制器，nRF24L01芯片作为无线射频信号收发器，发射机和接收机都采用相同的配置。硬件电路设计主要包括DC/DC电源供

图1 电子防丢器设计框图

电电路设计、nRF24L01芯片与单片机的接口设计以及nRF24L01芯片的外围电路设计[3]。

由于nRF24L01芯片的VCC脚接电压范围为1.9V~3.6V之间，而单片机的STC89C52的供电电压为5V，为了使射频芯片nRF24L01能正常工作，需要进行电平转换和分压处理，设计采用SM1117芯片来实现电压的转换，如图2所示。

2.1 主控制器简介

STC89C52是深圳宏晶公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K字节的在系统可编程Flash存储器，512字节数据存储器，32个通用I/O口，3个16位定时器/计数器，5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口[4]。结合STC89C52的特点，完全可以满足本文中防丢器的功能要求。

2.2 nRF24L01射频芯片

nRF24L01是一款工作在2.4Ghz~2.5Ghz世界通用ISM频段的单片无线收发器芯片，内部包括频率发生器、增强型ShockBurst模式控制器、功率放大器、晶体振荡器、调制器、解调器。输出功率、通信频道和协议的设置可以通过SPI接口进行设置。nRF24L01功耗低，当工作在发射模式下以-6dBm的功率发射时，工作电流只有9.0mA；接收模式时工作电流为12.3mA，掉电模式和待机模式下电流消耗更低，在正常工作下有效距离大约是0~50米[5]。

nRF24L01芯片与主控芯片STC89C52采用SPI接口方式进行通信。主控制芯片STC89C52可以使用GPIO模拟SPI接口工作时序或者SPI控制器两种方式来控制射频芯片。由于STC89C52没有SPI控制器，因此本文中选用GPIO模拟SPI接口的方式来控制nRF24L01射频芯片，如图3所示，从单片机控制的角度看，我们只需要关注nRF24L01的六个控制和数据信号引脚，分别为CSN、SCK、MISO、MOSI、IRQ和CE。

3 软件设计

本设计中对防丢器的软件开发采用基于C语言的Keil 工具，单片机对nRF24L01芯片的控制包括在配置模式下对nRF24L01的初始化配置、发送数据和接收存储数据。数据包格

图2 SM117电压转换电路

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式包含前缀、地址、有效数据和CRC。接收数据时，自动把字头和CRC校验码移去，在发送数据时，自动加上字头和CRC校验码，在发送模式下，置CE为高，至少10us后，即时发送过程完成[6]。

该电路的软件设计工作流程为：首先使接收电路上电，使接收机处于接收状态，等待数据的到来；然后运行发射机上的程序，将单片机寄存器内预先存放的数据发射出去。若发射机与接收机的距离在“安全范围”内，接收模块会在1ms内能够接收到信号，不会报警，若超出“安全范围”，接收机就会使蜂鸣器鸣叫报警。

3.1 发射流程

根据设计的要求，把接收机的地址和要发送的数据按时序送入发射机的nRF24L01模块，配置CONFIG寄存器为发送模式，并选定其发射功率，微控制器把CE置高至少10us，激发nRF24L01进行Enhanced ShockBurstTM发射，若发送成功，则产生TX_DS中断；若重发超限，则产生MAX_RT中断[7]。第一次发射成功后，每隔100ms，nRF24L01再次发送原始数据。发射机

工作流程如图4所示。

3.2 接收流程

首先配置接收机地址和要接收的数据包大小，配置CONFIG寄存器，使其进入接收模式，拉高CE位，130us 后，nRF24L01进入监视状态，等待数

据包的到来；使用nRF24L01模块的自动应答功能，接收

机工作时自动检测发射机发射的信

号，当接收到的数据包内包含正确的

地址和CRC校验码后，nRF24L01自动把字头、地址和CRC校验位

图3 nRF24L01引脚连接图

图4 发射机工作流程图

移去[8]。

nRF24L01通过把状态寄存器STATUS的RX_DR标志位置位通知微控制器产生接收中断，微控制器读出接收缓冲器中存放的数据并校验数据位，所有数据读取完毕后，清除STATUS寄存器中的标志位。当发射机和接收机超出设定距离范围时，接收机收不到接收的信号，蜂鸣器发出报警声并且LED灯闪烁，通知主人物品已经丢失或者儿童走丢。通过判断无线通信模块NRF24L01是否能进行正常发射、接收信号，从而判断所要保护的物品是否在安全范围内。接收机工作流程如图5所示。

4 结语

本文设计了一种以8位单片机S T C 89C 52为处理器，低功耗射频收发芯片n R F 24L 01为核心的无线电子防丢器。该设计集成射频前端nRF24L01，增强了稳定性和可靠性，降低了成本。并且随着物联网技术的发展，升级换代后

的防丢器可以在本

设计基础上结合目前通信领域及智能监控领域中GPS技术和GIS 技术，构建一个包括定位系统，定位平台及手机短信在内的无线定位系统，做到真正的全天候、全方位、全过程防丢。本文所设计的无线防丢器功耗低、实用性强，具有很好的市场推广潜力。

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[2]刘密歌,王路.多功能电子防丢器的设计与实现[J].西安文理学院学报，2010，13（1）：41-43.

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[5]杨润贤,董庆源.基于nRF24L01和AT89S51的多点无线测温系统设计[J].仪表技术，2013，（11）：47-50.

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图5 接收机工作流程图