无线防丢器设计

苏智华

摘要：在现实生活中，随着生活节奏加快，大多数人都曾有过健忘、疏忽、被窃等原因造成的贵重物品丢失的经历。因此，防丢器的出现可以有效防范这些意外的发生。本设计由STC15W408AD单片机、NRF24L01无线传输模块和电源模块组成。当发射器离开接收器一定距离之后，接收器工作进行报警，发出报警声，提示使用者。无线防丢器具有可靠性高，稳定性优异，功耗低，使用方便，价格低廉等特点。

关键字：NRF24L01；STC15W408AD

The Design of Wireless Anti Lose Device

SU Zhi-hua

（XI’AN EURASIA UNVERSITY Shanxi Xi’an 710065）

Abstract: In real life, with the accelerated pace of life, most people have experienced the loss of valuables due to forgetfulness, neglect, theft and other reasons.Therefore, the appearance of the anti-loss device can effectively prevent these accidents.This design is composed of STC15W408AD single-chip computer, NRF24L01 wireless transmission module and power module.When the transmitter is a certain distance away from the receiver, the receiver works to give an alarm, give an alarm sound and prompt the user.The wireless anti-loss device has the features of high reliability, excellent stability, low power consumption, convenient use and low cost.

Keywords: NRF24L01; STC15W408AD

无线通信(Wireless Communication)是利用电磁波信号可以在自由空间中传播的特性进行信息交换的一种通信方式，无线通信已经影响着当代社会每个角落。为了防止物品的意外丢失，结合无线通信技术的防丢器应运而生。

1 系统设计方案

系统由无线发射模块和接收模块两部分组成，当发射模块离开接收模块限定距离时，接收模块接收不到信息，接收模块的报警系统工作并报警。本设计基于STC15W408AD单片机控制NRF24L01无线传输芯片构成的发射器和接收器实现防丢监测。系统组成如图1所示：

图1 系统框图

2 系统硬件设计

发射模块和接收模块均由电源、单片机和无线传输模块组成，由于考虑到系统的体积，佩戴或者使用的便捷，发射器和接收器均采用纽扣电池供电。

单片机采用STC15W408AD作为主控芯片，和传统51单片机管脚相兼容，拥有较强抗干扰能力，内部集成度高，含有可靠的复位电路，单片机可工作在节电的低功耗模式。主控电路不需要外围的电路即可正常控制传输模块。发射模块和接收模块采用NRF24L01进行短距离通信，与蓝牙和Zigbee相比，通信协议不复杂，对用户透明，同种产品之间可以自由通信且价格便宜。该芯片的工作频段为2.4GHz，保证信息传输的安全性和可靠性。

无线模块与单片机通过SPI总线形式连接，单片机P1.0—P1.5端口控制无线模块的工作状态，P3.6与P3.7端口用于通道选择，发射模块电路如图2所示。

图2 发射模块电路

相比于发射器，接收器模块电路在发射器电路基础上增加报警电路，报警电路如图3所示。当物品丢失时，Q1基极输入低电平，三极管导通，蜂鸣器发声报警。

图3 报警电路

3 系统软件设计

发射数据时，首先将NRF24L01设置为发射模式：然后把地址TX_ADDR和数据TX_PLD按照时序由专用接口写入无线传输芯片的缓存区，TX_PLD必须在CSN为低电平是连续写入，而TX_ADDR在发射情况下写入一次，然后CE设为高电平且保持至少10μs，设置延迟130μs后发射信息数据；一旦自动应答开启，那么该芯片在发射数据后马上进入接收模式，接收发射的信息数据。若收到数据，则认为此次传输成功，TX_DS设置为高电平，同时TX_PLD从发送堆栈中清零；如果没有收到应答，自动重新发射传输数据，若重新发送次数(ARC_CNT)达到上限，MAX_RT变高电平，TX_PLD不会被清零；MAX_RT或TX_DS变高时，令IRQ变低。发射成功时，若CE变为低电平则该芯片进入空闲模式1；如果发送堆栈中仍含有数据且CE变成高电平，则进入下一次发射；如果发送堆栈中没有数据且CE为高电平，芯片进入空闲模式2。发射器工作流程如图4所示。

接收数据时，第一步要设置接收机模块的地址与数据传输的大小，设置接收器模块的寄存器，令芯片进入接收模式，使端口（CE）的电平升高，之后接收器开始等待数据传输。当接收到正确的传输数据地址时，芯片自动的读出和检验接收缓冲器中的数据信息。当两个模块的距离超出预先设定的安全距离后，接收器接收不到应该传输的数据，或者发射器没有收到反馈数据信息，则蜂鸣器报警传递报警信息；当接收模块正常的接收到所要接收的数据信息时，系统自动复位等待下一次数据的传输。接收器工作流程如图5所示。

图4 发射器工作流程图

图5 接收器工作流程图

4 结论

本次设计的主控芯片为STC15W408AD，采用2.4G技术进行短距离通信的NRF24L01无线发射、接收器为主要传输模块。当发射器与接收器间超过规定距离10m后，进行防丢报警提示。系统结构简单、使用方便，易扩展。本设计基础上还可以扩展增加震动报警，提升系统在嘈杂环境的报警指示。

参考文献

[1] 朱慧彦，林林．基于MCU和nRF24L01的无线通信系统设计[J]．电子科技，2012，25(4)：327~356

[2] 沈勇, 蒋文雄, 段勇.基于nRF24L01的通用无线通信模块设计[J].电子设计工程, 2013, 21 (18) :84-86