智能防丢器设计智能防丢器设计导导导导 师师师师: :答辩人答辩人答辩人答辩人: :专专专专 业业业业: : 电子信息工程电子信息工程电子信息工程电子信息工程 论文框架论文框架第第1章章 绪论第第2章章 设计思路以及方案的思路以及方案的论证第第3章章 硬件硬件电路路设计第第4 章章 软件系件系统设计第第5章章 系系统的的调试及及实验结果果第第6章章 结论与与展望展望 研究背景及意义研究背景及意义 随着科技的发展，社会的进步，人们的生活节奏越来越快，正是由随着科技的发展，社会的进步，人们的生活节奏越来越快，正是由于这种快节奏的生活方式，各种因素，竞争压力，导致人们经常处于一于这种快节奏的生活方式，各种因素，竞争压力，导致人们经常处于一种紧张的状态，很多人常常会丢三落四，常常会记不清楚把手提包放在种紧张的状态，很多人常常会丢三落四，常常会记不清楚把手提包放在那里，或者把电话弄丢，更要命的是有时候带孩子上街，稍不留意孩子那里，或者把电话弄丢，更要命的是有时候带孩子上街，稍不留意孩子就跑丢了，随身带的提包有时候也不免被小偷盯上，在等车等船时，稍就跑丢了，随身带的提包有时候也不免被小偷盯上，在等车等船时，稍不留意，小偷就会拎走你的包，如果小孩走丢，那就更焦急，所以为了不留意，小偷就会拎走你的包，如果小孩走丢，那就更焦急，所以为了防止这类事情的发生，智能防丢器就应运而生了，而且很方便、很实用。防止这类事情的发生，智能防丢器就应运而生了，而且很方便、很实用。防丢器由于体积小、性能高、方便携带，把它放在钱包，孩子以及一些防丢器由于体积小、性能高、方便携带，把它放在钱包，孩子以及一些贵重的东西上面可以起到防丢的作用。我们可以任意调节防丢器检测的贵重的东西上面可以起到防丢的作用。我们可以任意调节防丢器检测的范围，还以定位防丢器的位置，超出范围可以报警，功耗低，无污染。范围，还以定位防丢器的位置，超出范围可以报警，功耗低，无污染。比较方便，操作难度不大，如果防丢器接上功放还可以当收音机，不仅比较方便，操作难度不大，如果防丢器接上功放还可以当收音机，不仅可以防丢防，还可以供娱乐使用，老少皆宜，市场发展前景比较好。所可以防丢防，还可以供娱乐使用，老少皆宜，市场发展前景比较好。所以，这次我们对防丢器进行更深一步的研究。以，这次我们对防丢器进行更深一步的研究。预期结果预期结果 我们设定安全报警距离为我们设定安全报警距离为10米，在主机的显米，在主机的显示屏上显示母机和子机的定位信息，当母机和子示屏上显示母机和子机的定位信息，当母机和子机超出安全距离或者接收不到无线信号时，报警机超出安全距离或者接收不到无线信号时，报警电路工作。电路工作。硬硬件电路的主要是件电路的主要是STC89C52单片机单片机和和 GPS定位模块和无线发送接收模块和定位模块和无线发送接收模块和OLED屏屏显示模块。显示模块。第第2章章 设计思路以及方案的论证设计思路以及方案的论证设计方案如下：设计方案如下： 硬件电路的主要是硬件电路的主要是STC89C52单片机和单片机和 GPS定位模块和定位模块和无线发送接收模块和无线发送接收模块和OLED屏显示模块，按键模块以及声光、屏显示模块，按键模块以及声光、震动报警模块。该防丢器运用震动报警模块。该防丢器运用GPS模块获取定位信息，并在模块获取定位信息，并在OLED屏上显示出母机和子机的位置。当超出安全距离或者屏上显示出母机和子机的位置。当超出安全距离或者接收不到无线信号时，母机和子机不能进行正常信号传输，接收不到无线信号时，母机和子机不能进行正常信号传输，通过通过STC89C52单片机对母机或者子机接收的信息进行处理，单片机对母机或者子机接收的信息进行处理，能具体随时更新母机、子机的信息，并在主控芯片上加入能具体随时更新母机、子机的信息，并在主控芯片上加入按键模块，可以调节我们设定的安全距离，当超出这个范按键模块，可以调节我们设定的安全距离，当超出这个范围时，就会实现声光报警和震动报警，以完成信号不能正围时，就会实现声光报警和震动报警，以完成信号不能正常传输就报警的任务。常传输就报警的任务。 母机和子机的模块示意图母机和子机的模块示意图方案论证方案论证下面是整个系统设计的原理图，而母机和子机的模块下面是整个系统设计的原理图，而母机和子机的模块相，故原理一样。相，故原理一样。模块的设计模块的设计u主控芯片方案主控芯片方案 我我们选择们选择STC89C52单单片机作片机作为为本系本系统统的微控制的微控制单单元。元。采用采用STC89C52单单片机片机实现实现功能。此款功能。此款51单单片机具有安全性片机具有安全性能高、运行速度比能高、运行速度比较较快、快、处处理功能理功能强强、功耗和成本低等、功耗和成本低等优优点。点。同同时时，STC89C52单单片机易于开片机易于开发发，应应用用领领域广等特点。在域广等特点。在本次本次设计设计中，中，STC89C52这这款款51单单片机完全可以片机完全可以实现实现了，不了，不需要需要选择选择操作操作难难度更大的度更大的ARM芯片，芯片，这样这样会降低我会降低我们们本次本次设计设计的的难难度。度。u无无线线通信模通信模块块 我我们选们选用用XL4463无无线线收收发发模模块块结结合合GPS定位系定位系统统，无，无线线模模块块可以将定位信息相互可以将定位信息相互传给传给母机和子机，通母机和子机，通过过两个位置定两个位置定位可以算出距离，定位精度相位可以算出距离，定位精度相对较对较高高 第三章第三章 硬件电路设计硬件电路设计STC89C52单片机主控模块设计单片机主控模块设计 STC89C52RC单片机是一种高速、低功耗、有着超强抗干扰的单片单片机是一种高速、低功耗、有着超强抗干扰的单片机，其主要特性有：机，其主要特性有：u1. 该单片机兼容之前所有的该单片机兼容之前所有的51单片机，属于增强版的。单片机，属于增强版的。u2. 由于工作电压不同分成由于工作电压不同分成5V单片机和单片机和3V单片机，单片机，5V单片机的工作电单片机的工作电压在压在5.5V3.3V之间，之间，3V单片机的工作电压在单片机的工作电压在3.82.0V；u3. 32个通用个通用I/O口，进行复位后为：口，进行复位后为：P1/P2/P3是准双向口是准双向口/弱上拉；弱上拉；u4. 可在线编程（可在线编程（ISP）/在应用可编程在应用可编程(IAP），不用编程器或仿真器，），不用编程器或仿真器，可以用串口（可以用串口（RXD/P3.0,TXD/P3.1）下载程序；）下载程序；u5. 有有3个个16位定时器位定时器/计数器。包括定时器计数器。包括定时器T0、T1、T2；u为为-40+85，商业级的工作温度范围为，商业级的工作温度范围为075；u6. 该芯片的封装为该芯片的封装为PDIP封装。封装。u无线模块设计无线模块设计无线模块的原理图：无线模块的原理图：GPS模块设计模块设计u基于本系统设计基于本系统设计GPS模块原理图如图所示模块原理图如图所示u特性参数：特性参数：u 1 模块采用模块采用U-BLOX NEO-6M模组，体积小巧，性能优异。模组，体积小巧，性能优异。u 2，模块加上了放大电路，我们天线接收速率加快。，模块加上了放大电路，我们天线接收速率加快。u 3， 模块可通过串口进行各种参数设置，并可保存在模块可通过串口进行各种参数设置，并可保存在EEPROM，使用方便。使用方便。u 4，模块有，模块有SMA接口，可以和很多天线配对。接口，可以和很多天线配对。u 5，模块兼容，模块兼容3.3V/5V电平，方便连接各种单片机系统。电平，方便连接各种单片机系统。OLED显示模块显示模块 VCC是接电源，GND是接地端，SCL是时钟端，SDA代表传输数据端，在时钟和数据引脚上都要接上一个1K的上拉电阻，保证电路的顺利工作。 在本次设计中，使用OLED显示屏来显示GPS的定位位置，并且显示我们通过按键设置的安全距离。声光报警模块设计声光报警模块设计如如图所示，在声光所示，在声光报警模警模块中，当超中，当超过设定的安全距离的定的安全距离的时，P1.1引引脚接脚接单片机低片机低电平，蜂平，蜂鸣器就会响，声响器就会响，声响报警模警模块就会工作，就会工作，实现声响声响报警功能。此警功能。此时P1.0也也设置置为高高电平，平，报警警闪烁灯开始工作。灯开始工作。震动报警模块设计震动报警模块设计由图可知震动报警电路主要由两个电阻，一个电机，一个NPN型三极管和偏心块组成。可调偏心块安装在电机转子轴的两侧，当电机旋转时，偏心块就会产生激振力，当转子的平衡超出设定的范围时，电机就会震动。而且转子超出平衡量越大，电机震动就会越剧烈。本设计选用3V震动电机来提醒主人防丢，更加增加了设计的可靠性。 当连接单片机的P1.2置低电平的时候，电路导通，震动电机工作，就会震动报警。第第4 章章 软件系统设计软件系统设计u系统模块流程图系统模块流程图第第5章章 系统的调试及实验结果系统的调试及实验结果整个设计工作流程整个设计工作流程 首先我们构思下整个设计该怎么实现，然后规划该买哪首先我们构思下整个设计该怎么实现，然后规划该买哪些元器件，在购买完元器件后，我们先把单片机的最小单元些元器件，在购买完元器件后，我们先把单片机的最小单元焊接好，然后开始焊接外接电路，报警系统，焊接好，然后开始焊接外接电路，报警系统，GPS模块，无模块，无线通信模块，线通信模块，OLED模块以及按键模块，焊接时每焊接完一模块以及按键模块，焊接时每焊接完一个模块要检查一下这个模块电路的正确性，不然到最后硬件个模块要检查一下这个模块电路的正确性，不然到最后硬件部分搭完，我们调试出现了问题，到时候开始排查问题的时部分搭完，我们调试出现了问题，到时候开始排查问题的时候就很麻烦。硬件全部搞定之后，我们开始进行我们软件的候就很麻烦。硬件全部搞定之后，我们开始进行我们软件的调试，软件程序部分要分模块开始写。调试，软件程序部分要分模块开始写。实验测试实验测试无线传输距离的测试无线传输距离的测试 把母机和子机两个模块分别供上电，一个人拿着子机模把母机和子机两个模块分别供上电，一个人拿着子机模块站在原地，另一个拿着母机模块往远处走，观察母机的状块站在原地，另一个拿着母机模块往远处走，观察母机的状况。况。 实验结果分析：当两个模块相距实验结果分析：当两个模块相距450米左右的时候，母机米左右的时候，母机就接收不到子机无线传输的定位信息，会产生报警。就接收不到子机无线传输的定位信息，会产生报警。 因此，得出结论：无线传输的最大距离为因此，得出结论：无线传输的最大距离为450米，设定安米，设定安全报警距离的时候不要超过全报警距离的时候不要超过450米。米。实验测试实验测试GPS定位系统精度的测试定位系统精度的测试 拿着一个定位系统模块，初始化定位系统，得到定位拿着一个定位系统模块，初始化定位系统，得到定位信息，记录下来，然后开始往一个方向走，当信息，记录下来，然后开始往一个方向走，当OLED屏上屏上的数值变化的数值变化1秒时，我们再标记一下当前的位置，测量当秒时，我们再标记一下当前的位置，测量当前位置和初始位置的距离，这就是定位系统模块所能测前位置和初始位置的距离，这就是定位系统模块所能测到的最小距离，也就是精度。到的最小距离，也就是精度。 实验结果分析：经过反复测量，实验结果分析：经过反复测量，GPS每变化每变化1秒，就秒，就走出了走出了30米。米。 实验结论：该实验结论：该GPS的定位精度为的定位精度为30米，我们通过这个米，我们通过这个GPS测量距离不能达到预期结果那样测量距离不能达到预期结果那样10米的精度。米的精度。如图所示如图所示设计过程中遇到的问题设计过程中遇到的问题u 问题问题1：如图：如图5-1所示，在做震动报警电路的时候，当所示，在做震动报警电路的时候，当P1.2连接单片连接单片机时，给它输入低电平，报警震动电路工作，但是在这个时候我们机时，给它输入低电平，报警震动电路工作，但是在这个时候我们发现这个震动电机不工作，我们百般思索，终于找到了原因，就是发现这个震动电机不工作，我们百般思索，终于找到了原因，就是在三极管集电极串连了在三极管集电极串连了1K的电阻，由于阻值较大，电流比较小，震的电阻，由于阻值较大，电流比较小，震动电机不工作。然后我们串连了一个小一点的电阻，动电机不工作。然后我们串连了一个小一点的电阻，33的电阻，的电阻，然后电机就工作了。然后电机就工作了。u问题问题2:在调试这个在调试这个GPS模块的时候，下载程序初始化，由于第一次模块的时候，下载程序初始化，由于第一次运行，初始化时间特别长，我们误认为这个运行，初始化时间特别长，我们误认为这个GPS模块出现了问题，模块出现了问题，由于我们本实验用的是由于我们本实验用的是OLED屏，相比较而言，我们更熟悉屏，相比较而言，我们更熟悉12864显显示屏，我们让示屏，我们让GPS模块上的数据在模块上的数据在12864上显示，经过一段时间的上显示，经过一段时间的等待之后出现定位的信息，那就说明这个等待之后出现定位的信息，那就说明这个GPS模块是好的。模块是好的。u问题问题3：在调试无线模块的时候，之前选用的：在调试无线模块的时候，之前选用的433无线通信模块，但无线通信模块，但是由于以前没用过这个无线模块，调试程序的时候总是不能传输数是由于以前没用过这个无线模块，调试程序的时候总是不能传输数据，后来我们换了个无线模块，换成了据，后来我们换了个无线模块，换成了nrf2401无线通讯模块。无线通讯模块。实验结果（实物图）实验结果（实物图）总结与展望总结与展望 本次设计以本次设计以STC89C52这款经典的这款经典的51单片机为控制核单片机为控制核心，主要硬件电路模块包括心，主要硬件电路模块包括GPS定位模块、定位模块、nrf2401无线无线发送接收模块、发送接收模块、OLED屏显示模块、按键模块以及声光、屏显示模块、按键模块以及声光、震动报警模块。该防丢器运用震动报警模块。该防丢器运用GPS模块获取定位信息，模块获取定位信息，并在并在OLED屏上显示出母机和子机的位置。超出距离母屏上显示出母机和子机的位置。超出距离母机和子机不能进行正常信号传输，通过机和子机不能进行正常信号传输，通过STC89C52单片单片机对母机或者子机接收的信息进行处理，能具体随时更机对母机或者子机接收的信息进行处理，能具体随时更新母机、子机的信息，并在主控芯片上加入按键模块，新母机、子机的信息，并在主控芯片上加入按键模块，可以调节我们设定的安全距离，当超出这个范围时，就可以调节我们设定的安全距离，当超出这个范围时，就会实现声光报警和震动报警，以完成信号不能正常传输会实现声光报警和震动报警，以完成信号不能正常传输就报警的任务。就报警的任务。 时代在进步，科技在发展，我们的产品要向低功耗，时代在进步，科技在发展，我们的产品要向低功耗，美观，便宜等方向靠拢，但是由于本人水平有限，本次防美观，便宜等方向靠拢，但是由于本人水平有限，本次防丢器的设计也有一定的不足，电路焊接的时候有点粗糙，丢器的设计也有一定的不足，电路焊接的时候有点粗糙，在实际用的时候很容易遭到损坏，还要就是我们运用到的在实际用的时候很容易遭到损坏，还要就是我们运用到的GPS定位模块，精度不是特别高，本次设计的要求是超出定位模块，精度不是特别高，本次设计的要求是超出10米范围就报警，但是由于我们使用的米范围就报警，但是由于我们使用的GPS定位的，每相定位的，每相差差1秒就是秒就是30米，由于精度的问题导致本次设计达不到预米，由于精度的问题导致本次设计达不到预计的效果。所以我们就展望下次能够提高智能防丢器的精计的效果。所以我们就展望下次能够提高智能防丢器的精度，那么防丢器的设计就完美了。度，那么防丢器的设计就完美了。