论文总字数：33405字

摘 要

电子防丢器的出现是与现代人的生活方式紧密相连的，是时代的进步，科学和技术发展的成果。本次课程设计被分为母机和子机两个部分。其中母机包含的模块有STC89C51单片机控制模块、nRF24L01无线传输模块、声光报警模块、震动报警模块、短信报警模块、复位电路模块和按键查询模块。子机部分包含STC89C51单片机控制模块、nRF24L01无线传输模块、声光报警模块和复位电路模块。因为母机和子机都使用nRF24L01芯片的2.4G无线技术，所以两机可以互相发送和接收信号。当母机和子机没超过特定距离时，nRF24L01传输芯片被配置为发送模式发送数据给另一端，另一端相应地配置为接收模式接收数据。当接收端接收到数据后，发送回应信号给发送端，这样就完成了一次通信。然而，当两机超过特定距离时，无线芯片无法把数据传输给接收端。在经过一段时间没有接收到数据后，接收端就启动一次周期报警。而没有接收端的应答信号，发送端经过一段时间也会发出周期报警。在报警完毕后，母机会重新发送数据给子机，开始新一轮的通信尝试。本课程设计在声光报警的基础上增加了震动报警和短信报警，这样的创新改进使得防丢器在吵闹人群中能发挥最佳的效果。

关键词：nRF24L01 防丢器 STC89C51

Abstract

The issue of anti-lost design is closely related to modern people's lives, the progress of era, is the results of scientific and technological development. The design is divided into two parts: the base unit and the handset. The master unit includes STC89C51 MCU control module, nRF24L01 wireless transmission and reception module, sound and light alarm, vibration alarm module, SMS alarm module, reset circuit module, oscillator circuit module and key-query module. The slave unit includes STC89C51 MCU control module, nRF24L01 wireless transmission and reception module, sound and light alarm module, crystal oscillator circuit module and reset circuit module. Because the base unit and handset contain nRF24L01 wireless communication module using 2.4GHz technology, the base unit and the handset can send and receive signals. When the distance between the two units does not exceed the specified range, the nRF24L01 sender is configured to transmit mode, the data is sent. In the meantime, the corresponding nRF24L01 receiver is configured to reception mode to receive data. The receiver will send a response signal to the sender to complete one round of communication after receiving the date. However, when the distance of the two units exceeds a predetermined range, the data cannot be transmitted by the sender using the nRF24L01 wireless transmission. Then the receiver will not send response signal to the sender. And the receiver will start a round of alarm after a predetermined period of time. Because the sender cannot get the response signal, it will start a round of alarm too. After one round of alarm finished, the sender will send data to the receiver again in order to start a new round of communication. This design, based on the vibration alarm module and SMS alarm module, is the innovation of anti-lost. Moreover, because of these modules, the effect of alarm is particularly prominent especially in a noisy crowd.

Keywords: nRF24L01; Anti-lost alarm; STC89C51

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 前言 1

1.1课题的背景与意义 1

1.2国内外研究状况及相关领域中已有的研究成果 1

1.3设计任务的分析 2

1.4预期结果 2

1.5本文的主要工作 3

第二章 总体方案设计的论证 4

2.1系统方案设计 4

2.2模块方案设计 5

2.2.1主控芯片方案 5

2.2.2无线通信模块方案 6

第三章 硬件电路系统设计 8

3.1 STC89C51单片机主控模块设计 8

3.2单片机最小系统 9

3.2.1时钟电路 10

3.2.2复位电路 10

3.3 nRF24L01无线模块设计 11

3.3.1 nRF24L01概述 11

3.3.2引脚功能及描述 12

3.3.3 nRF24L01硬件接口电路 14

3.4声光报警模块设计 14

3.4.1灯光提示电路 14

3.4.2声音报警电路 15

3.5震动报警模块设计 16

3.6按键模块设计 16

3.7短信报警模块设计 17

3.7.1 SIM900A芯片介绍 17

3.7.2 SIM900A硬件系统设计 20

第四章 软件系统设计 21

4.1软件工具介绍 21

4.2软件流程设计 21

4.2.1母机流程图设计 22

4.2.2子机流程图设计 23

4.3 nRF24L01无线模块软件 24

4.3.1 nRF24L01射频芯片特性 24

4.3.2 nRF24L01发送程序设计 28

4.3.3 nRF24L01常用指令与硬件内部实现 29

4.3.4 nRF24L01芯片的软件配置过程 31

4.3.5 nRF24L01发送程序流程图 33

4.3.6 nRF24L01接收程序流程图 34

4.4 SIM900A短信报警模块软件 35

4.4.1短信报警模块工作原理 35

4.4.2短信报警模块的优化 37

第五章 系统的调试及设计成果 39

5.1调试流程 39

5.2设计成果 39

5.3硬件设计实物照片 40

结论 41

致谢 43

参考文献 44

附录：母机原理图 48

附录：子机原理图 49

第一章 前言

1.1课题的背景与意义

在如今科学进步飞速、经济繁荣发展的时代，现代人的生活方式发生了很大变化，沟通方式更加电子化，生活节奏也因此加快不少。在这样快节奏的生活中，人们常常过于依赖电子产品方便接收信息、储存信息的功能，因此会经常出现记忆力下降的情况。再加上人们常常把精力集中于更重要的事物上，这些都导致人们丢三落四、忘东忘西的情况时有发生。比如本篇论文的作者就时不时忘记自己的手机、钱包或钥匙放在何处。除此之外，随着人们生活水平越来越高，人们更加关注自己的精神享受，逛街、购物以及旅游越来越受人们的青睐。在这些人声鼎沸的公共场合，钱包、手机不知何时就被小偷偷走了。更危险的是，许多人带着者孩子（或者老人）出门，在人多的地方一不注意可能就会与他们走散。为了预防以上不好的情况发生，智能电子防丢器就是被专门设计出来以应用于我们的生活中。

智能电子防丢器具有很多很多的特点，比如体积小，携带方便，环保和性能好。它在预防钱包、手机、钥匙等贵重物品的丢失以及宠物或孩子的走丢能起到很好的作用。在现代生活中已经越来越必不可少了[1]。本论文设计的无线防丢器通过51单片机芯片控制母机和子机进行数据包的传输，根据数据包的内容和应答来实现声光报警、震动报警、短信报警和按键查询功能。不仅在平日的日常生活中可以有效地预防物品丢失的现象，而且在噪杂的公共场合中能更好地报警提醒。

1.2国内外研究状况及相关领域中已有的研究成果

随着人们生活水平的提高，时代的进步，生活方式的变革，防丢器在生活中的作用越来越不可忽视。因此，在本篇论文撰写之前已经有很多学者和专家对其进行过分析、研究和开发。在2000年，张朝辉曾设计了一款以UM3758—108A编解码芯片为核心的防丢器[2]，在母机和子机超过特定距离时就会声光报警。2010年，王路、刘密歌也曾设计过一款以编解码集成芯片 PT2262/PT2272 为核心的防丢器[3]。这款防丢器在声光报警功能的基础上增加了按键查找功能。2014年郭明明、韩阳等人开发了基于蓝牙技术的双向防丢器，基于蓝牙技术的防丢器不仅使得防丢器的功耗大大缩小，而且也使得防丢器与手机通信成为了可能[4]。因为专业水平和时间有限，本设计则是采用结构较为简单的基于2.4GHz无线技术的nRF24L01无线芯片进行短距离传输。而且2.4GHz技术属于国际性的频段，具有抗干扰性强的优点[5]。同时本设计在原有防丢器声光报警的基础上增加了震动报警功能，以克服防丢器在吵闹的地方报警不明显的缺点。而且还增加了短信报警功能，使防丢器报警可以同时通知多人。这款防丢器具有结构简单、功耗低、报警清晰和使用方便等优点。

1.3设计任务的分析

本设计分为硬件电路部分和软件编程两个部分。硬件电路的主要部分是STC89C51单片机主控模块、基于nRF24L01无线传输芯片的发送和接收模块，以及基于SIM900A芯片的短信报警模块[6]。本次设计的防丢器运用nRF24L01无线发送和接收模块在特定距离内母机和子机能够互相发送数据进行通信，在超出距离后，母机和子机不能进行通信的特性，通过两个C51单片机分别对母机和子机接收到的信息进行处理，根据处理的结果、通信的状态对各个报警模块和按键查找模块进行控制，进而实现防丢器防丢报警的功能[7]。除此之外，本设计还拥有结构简单、性价比高、安全可靠、传输稳定和可扩展性强等特点。

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