《基于STC89C51单片机的智能远离提示装置设计》8400字

基于STC89C51单片机的智能远离提示装置设计摘要现在一些贵重物品的被偷或丢失事件也变得越来越多,引起了社会上人们越来越多的重视和关注,所以各类电子式的防遗失商品应运而生,起到了预先控制贵重物品的被偷或丢失的效果,还能够有效地防止财物,孩子,宠物。但是,财物与幼儿的丢失大多都是在大家忘记或者是没有关注幼儿的情况下偶然发生的，人们也不可能时时刻刻注意力都十分集中。但有了智能远离提示装置，就可以减少我们丢东西的概率。智能远离提示装置共有无线发射器电路和无线接收报警器电路两个部分,采用STC89C51单片机作为报警核心,在工作中由于发射机部分产生了相对平稳的无线电波信息,无线接收模块的接收器部分在接收到无线发射模块发射机的无线电信号后不触发报警电路，报警电路不发光报警,当发射机和接收器之间的无线电距离大于预设值时,接收器部分接收失败，系统就会马上发出报警音,以提醒使用者。该装置既可以存放在背包、钱袋等重要物品内以保证确保不发生遗漏或者报警,也同样可以有效地防止小孩随大人们在游戏中行走时发生遗漏。所以智能远离提示装置产品拥有很好的市场前景。关键词：智能远离提示装置；报警；防丢失目录一、绪论 11.1课题来源及意义 11.2国内外发展现状 1二、智能远离提示系统方案设计 32.1系统设计思路 32.2系统设计框图 32.3无线收发模块介绍 42.4STC89C51介绍 52.4.1主要性能 6三、智能远离提示装置硬件设计 73.1主控电路 73.2无线发射模块设计 93.4无线接收模块设计 103.5报警电路设计 113.6电源电路设计 12四、智能远离提示装置软件设计 144.1发射端 144.2接收端 144.3315M无线模块 154.4系统测试 16结论 17参考文献 18附录 21一、绪论1.1课题来源及意义热闹的大都市，快速的生活，因为快节奏的生活让人们精神变得麻木而身体又满是疲惫，以至于总是会有一些东西被自己的主人所遗忘掉，人们忘记自己把东西放在哪了或者是弄丢了。比如，人们常常会记不清钱包放在哪里，或者把手机丢在路边自己却不知道，甚至是带孩子上街玩，一转眼孩子跑丢了。尤其是在大巴，出租车，地铁，商业步行街等人口密集的场所发生贵重物品被盗丢失或小孩走丢的事件也越来越多，引起了人们越来越多的关注，所以各种电子防遗失产品应运而生，起到预先防止贵重物品被盗或丢失的作用，还可以防止孩子，宠物的丢失。有了智能远离提示装置，就可以减少我们丢东西的概率。智能远离提示装置共有无线发射器电路和无线接收报警器电路两个部分,采用STC89C51单片机作为报警核心,在工作中由于发射机部分产生了相对平稳的无线电波信息,无线接收模块的接收器部分在接收到无线发射模块发射机的无线电信号后不触发报警电路，报警电路不发光报警,当发射机和接收器之间的无线电距离大于预设值时,接收器部分接收失败，系统就会马上发出报警音,以提醒使用者。该装置既可以存放在背包、钱袋等重要物品内以保证确保不发生遗漏或者报警,也同样可以有效地防止小孩随大人们在游戏中行走时发生遗漏。所以智能远离提示装置产品拥有很好的市场前景。1.2国内外发展现状目前，国内外已经有一些公司开始研究相关的防丢失产品,关注财物遗失与儿童走失情况。并且都生产出了一些相关的产品，例如各大厂商生产设计的智能手表等可穿戴设备,关注家长和儿童之间的双向通话和定位等，还有蓝牙等智能设备对贵重物品的远离提醒。但是，财物与儿童的丢失很多是在人们不注意或者没有关注儿童的情况下发生的，人们也不可能随时随刻的注意力都十分集中。在这一点上，各大公司的提醒一类的产品并不能够很好地解决这一问题。而本设计的目的就是为了随时随刻监视提醒财物或儿童和人们的距离等,随时报警提醒人们自己的孩子跑出了自己的安全范围或自己忘记拿自己的贵重物品。二、智能远离提示系统方案设计2.1系统设计思路该设计整体主核心为STC89C51RC单片机，整个设计过程按先后的时间顺序分为硬件电路设计部分和软件编程设计部分。硬件电路部分主要是单片机，短距离无线发射模块和短距离无线接收模块。通过扫描无线电发射器的状态，由单片机处理接收的信号，针对不同的状态选择继续扫描或者报警。软件编程部分包括单片机对无线传输模块信号的接收及处理控制过程的编程。无线信号发射模块的功能是负责编码和发射载波，并将信号以315~433MHz的频率向外发送至接收模块，接收机的无线信号接收模块接收到信号后，经过PT2272芯片解码将信号传给单片机处理选择继续接收或是选择报警提醒。2.2系统设计框图本设计中的远离提示电路由两部分组成，分别是无线发射器电路和无线接收报警器电路；其中：发射机主要包括单片机控制模块、无线发送模块；接收机主要包括单片机控制模块、无线接收模块、声光报警模块。远离提示电路主要包括以单片机为核心的控制模块、报警模块、电源模块、短距离无线发送模块和无线接收模块。系统框架图如下图1所示：图1系统设计框架图2.3无线收发模块介绍为了实现上述设计功能需要用到无线发射模块编码芯片PT2262与无线接收模块解码芯片PT2272。PT2262/2272是一种由CMOS工艺制造的低功耗且低价位的通用编解码电路芯片，其产自于台湾普城公司，PT2262/2272最多可以共有12位(A0-A11)的三态地址端管脚(悬空,可接高电平、低电平),其之间的任意组合可提供531441种地址码。PT2262最多可以有6位(D0-D5)的数据端管脚,设定的地址码和数据码会从其17引脚串行输出，PT2262可用于无线遥控发射电路中。编码芯片PT2262发出的编码信号由地址码、数据码、同步码共同组成一个完整的码字，解码芯片PT2272在接收到信号之后，其经过两次比较核对地址码后，它的VT脚才会输出高电平，与此同时相应的数据引脚也会输出高电平，如果发送端按住按键不放开，编码芯片也会进行连续的发射。当发射机没有按键被按下时，PT2262就不会接通电源，它的17脚就为低电平，所以315MHz的高频发射电路就不会工作，当有按键按下时，PT2262才开始工作，它的第17脚就会输出经调制过的串行数据信号，当17脚为高电平的期间，315MHz的高频发射电路发生起振并会发射等幅的高频信号，当17脚为低平的期间，315MHz的高频发射电路就会停止发生振荡，所以高频发射电路完全受控于PT2262的第17引脚所输出的数字信号，因此对高频电路完成的幅度键控(ASK调制)就相当于调制度为100%的调幅。PT2272解码芯片所拥有的不同后缀,所表示的功能也不相同，有L4、M4、L6、M6等，其中L表示锁存输出的功能，只要成功接收数据就能一直保持相对应的电平状态，一直到下次遥控数据发生变化时才会改变。M代表的是非锁存输出，数据引脚输出的电平是瞬时的，而且其与发射端是否发射相对应，这就可以用于类似点动的控制。PT2262/PT2272芯片因为由CMOS的工艺制造，功耗低，所以耗能少。另外它们所用到的外部元器件也比较少。两芯片可应用范围有财物、家庭、车辆防盗系统等。2.4STC89C51介绍STC89C51RC单片机是采用8051核ISP（InSystemProgramming）的系统可编程芯片，最高工作时的时钟频率可为80MHz，片内含有8KBytes的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器与器件的兼容标准为MCS-51的指令系统及80C51引脚结构。芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元，具有在系统可编程（ISP）的特点，配合PC端的控制程序就可以将用户的程序代码下载输入进单片机的内部，从而省去了购买通用编程器的费用，而且它的速度更快。STC89C51RC单片机拥有处理发射和接收确认信息，并做出相应处理的功能。如图2所示。2.4.1主要性能增强型1T流水线/精简指令集结构8051CPU，时钟频率0到35MHz，这就相当于普通8051的0到420MHz。它的实际工作频率可达到48MHz，用户应用程序空间为12K、10K、8K、6K、4K、2K字节不等。片上集成512字节RAM，通用I/O口27或23个。可设置成准双向口、弱上拉，推挽、强上拉四种模式，STC89C51RC单片机仅为输入高阻，I/O口驱动能力都可达到20mA，但是整个芯片最大不能超过55mA。STC89C51RC单片机无需专用编程器，可以通过串口直接下载输入用户的程序，短短数秒就可以完成一片。时钟源的外部为高精度的晶体时钟，内部为R/C振荡器。用户在下载输入用户程序时有两种方案，一是可以选择使用内部R/C振荡器；二是选择外部晶体时钟。STC89C51RC单片机常温下内部R/C振荡器工作频率为5.2MHz到6.8MHz。当精度要求不高时，就可以选择使用内部时钟，因为有温漂，工作频率为4MHz到8MHz，且STC89C51RC单片机有2个16位定时器/计数器。图2STC89C51单片机三、智能远离提示装置硬件设计3.1主控电路一台单片机如果要求能正常运行,就必须具备以下三个基本的电路：晶振电路、复位电路、下载接口来帮助其实现功能。在现代单片机中由于晶振的应用是普遍存在的,那么它们为何这样必要,原因也就在于其是我们正常运行单片机所必备的辅助电路，这个晶振电路其实就是时钟电路，晶振就像是一个单片机的心脏,如果没有了它心脏就不会起跳,单片机就无法继续工作,晶振的取值越高,单片机就会保持运行的速度和效率也就越快,有时候并非只是速度越快就会更好,对于各种电子设备而言,速度足够用才算是最好,速度越快就会容易被人干扰,可靠性也就越差。本文主控电路如图3所示。晶振，全称是石英晶体振荡器，它具有精确度高和稳定性强的特点。使用特定的外接电路，就能产成频率、峰值相对稳定的正弦波。而单片机在运行的时候，需要一个脉冲信号，做为自己执行指令的触发信号，可以简单的想象为：单片机收到一个脉冲，就执行一次或多次指令。在电路上它可以等效成一个二端网络，这个二端网络包含一个电容和一个电阻并联再串联一个电容，电工学内容上指出这个网络含有两个谐振点，通过比较频率的高低，频率较低的一方是串联谐振，频率较高的一方是并联谐振。因为晶体本身的特性所以这两个频率之间的距离相十分的接近，这个极小的距离范围内，晶振可以看做成一个电感，因此只晶振的两端需要并联上一定的电容元器件其就可以构成并联谐振电路。而这个并联谐振电路连接入一个负反馈电路内就使这个电路组成了正弦波振荡电路，因为晶振等效为的这个电感频率范围内的频率距离很小，因此即使其他元器件的参数值的变化很大，这个振荡器的频率也不会发生明显的变化。晶振电路把晶振接入一个反相放大器的两端，晶振的两端再有两个电容分别接入，其中一个电容接地后，两个电容串联的所包含的电容量就等同于负载电容的电容量。具体电路如下图3所示。复位的功能是把特殊功能寄存器的数据刷新为默认数据，单片机在正常工作运算过程中因为干扰等外界原因使寄存器内的数据混乱，而不能让单片机正常工作运算继续执行程序（俗称死机）或运算后运算出的结果不正确时均需要复位，使单片机可以正常工作可以使程序重新开始运行运算。单片机复位电路相对比较简单，一般来说运用最多的就是上电复位。所谓上电复位是指在单片机通电的瞬间，因各部分电路电压未正常建立，这时单片机会出现运行错误，因此在上电时应使单片机复位，复位时间要求大于上电时间。STC89C51RC单片机下载接口为ISP，ISP在系统编程，一般目标芯片内包含了专用的接口电路，上位机发送编程命令码及编程控制信息后由芯片硬件自动完成编程。ISP编程属于纯硬件操作，只要FLASH的物理特性未损坏，就可以实现串口升级，但升级模式是固定的。通过ISP接口与单片机进行通信，往单片机的程序存储器（现在大部分都是FLASH）写数据,也就是程序且单片机内部是有引导代码的。图3MCU模块（晶振电路、复位电路、下载接口）3.2无线发射模块设计对比同类产品，本设计中远离提示系统的发射机核心元件采用315M无线信号发射模块，接收机中也采用315M无线接收模块。无线发射模块的工作频率稳定在315MHz，并且在地表正常的工作环境中，其频飘几乎不随温度的变化而发生变化，最多为3ppm/℃。无线发射模块不附带编码功能，需要将其与相对应的编码芯片PT2262配合使用。PT2262芯片有很多优点，比如能耗低、集成度高、编解码电路简单通用。整个电路图如图4所示。通过按键启动发射模块，指示灯亮起，启动信息经过STC89C51RC单片机处理后，确认信息经PT2262芯片编码，编码完成后发送信息至接收模块，等待反馈信息的返回。当发射模块的工作电压最小即3V时，在无障碍物阻挡的情况下传输距离约为15m，理想情况能达到20m，此时发射功率较小。实际调试中，应尽量避开死角以得到较好的设计结果，或专门针对这些死角和不稳定区域进行实验以获得数据，优化整个发射接收系统。图4无线发射模块电路3.4无线接收模块设计与无线编码发射电路设计相似，无线接收解码电路的重点是将PT2272解码芯片和315M接收模块连接。在连接电路之前，由于PT2272的技术要求，因此需要在振荡电阻输出端和输入端之间连接一个780k的贴片电阻。本设计中，因为之前设置的无线发射编码电路中的PT2262编码芯片的地址端全部悬空，对应的解码芯片PT2272必须与其一致，所以需要将PT2272的地址引脚全部悬空，但需要在与PT2262一致的数据管脚D2端连接一个数据处理电路，如图6所示。无线接收模块如图5、6所示。数据电路包括由传输信道和两端数据电路(DCE)的终接装置构成。数据电路主要用于传输一个二进制的数据信号,而DCE则是一种能够直接通过互联网络向数据发送和接受模拟或者数字信号等形式的数据的装置,DCE将从DTE中转化为一种可以直接在数据电路上进行传输的格式,并将这些转化后的数据信号直接发送给互联网上的另一个DCE。

DCE的主要功能就是为了实现信号的变换与编码、解码。在数据发送端,它将DTE发出的二进制数据信号直接变换为符合信道传输功能要求的二进制线路信号,并且系统可根据需要,在第一次实行数据信号变换前先对DTE发出的二进制数据序列进行编码,以大大提高其抵御干扰的能力或者提升传输速度;在接受端进行正确相反方向的变换,把从信道上采集到的各种线路信号还原为二进制的数据信号。在发送端中既有存在着被编码的过程,在接受端也有必需要相应地经过解码的整个过程才能还原得出最初的二进制数据序列。图5无线接收模块电路图6数据处理电路3.5报警电路设计声光报警器是为了满足客户对报警响度和安装位置的特殊要求而设置。同时发出声、光二种警报信号。声光报警电路主要采用蜂鸣器和发光二极管设计，声报警电路选用压电式蜂鸣器。单片机输出低电平时，三极管导通，蜂鸣器报警。报警模块如图7所示。图7声光报警模块3.6电源电路设计每一种驱动电子控制器件均必须具有一个能够提供驱动能力的控制电源和驱动控制电路。电子变频电路产品中的交流电源通常都用的是高频低压直流电,所以如果我们真正想从220伏的低压交流电转换成低频高压的直流电,就一定应该首先将220伏的低压交流电转换成高频低压的直流电,再用高频的脉冲整流电将线路转换成低频脉冲直流电,最后才是使用高频滤波转换电路,在滤除了高频脉冲低压直流电电路中的高频和高速交流低压电组合的成分后,我们才可以能够真正地体验得到直流电。电源电路是指提供给用电设备电力供应的电源部分的电路设计，使用的电路形式和特点。远离提示系统中的接收机电源供电模块通过PC机、手机或者充电宝的USB口供给电源。这种方法比较简单、方便，只需要一根额外的数据线，不需要安排独立的电源，节省了设计资金和整体空间，如图8所示。图8电源模块系统软件部分主要通过单片机判断是否有发射模块与接收模块之间的确认信息。若有，智能远离提示装置正常运行，若无，则智能远离提示装置开始报警。软件流程图如下：四、智能远离提示装置软件设计4.1发射端发射模块软件设计：无线发射模块初始化，接收接收端信息，若有接收端信息，返回确认信息，若无，等待接收端发送信息。图9发射模块流程图4.2接收端接收模块软件设计：无线接收模块初始化，接收发射端确认信息，若有，返回确认信息，若无，接收端开始报警。图10接收模块流程图4.3315M无线模块该模块的主要技术指标有：1、通过调幅AM的方式进行通讯；2、工作频率的范围为315MHZ~433MHZ；3、315M无线模块频率稳定度为±75KHZ；4、其发射功率不超过500MW；5、静态电流不超过0.1μA；6、315M无线模块还可以发射电流强度为2~10MA；7、工作电压是3~12V。数据发射模块的工作频率为315M，通过声表谐振器SAW稳频的方式，频率稳定度非常高，当环境温度在零下25度到85度之区间内变化时，频飘仅仅为3ppm/度。这就特别适合多收发无线遥控及数据传输系统。声表谐振器的频率稳定度仅低于晶体的频率稳定度，而一般的LC振荡器频率稳定度与一致性都比较差，即便使用品质高的微调电容，温差的变化及其振动也难以确保已调制好的频点不会发生偏移的现象。例如使用PT2262芯片编码集成电路进行配接时，直接将它们数据输出端的第17脚接入到数据模块的输入端即可。315M无线模块的数据模块拥有比较宽的工作电压范围3V到12V，当电压发生变化时发射频率基本上不发生任何变化,与发射模块相配套的接收模块不需要任何的调整就可以稳定地接收信号。当发射电压处于3V时，空旷地方的可传输距离约1米到3米左右，发射功率比较小，当电压5V时约为5米到10米，当电压9V时约为8米到14米，当发射电压为12V时，为最佳的工作电压，此时具有比较好的发射效果，发射电流约为60毫安，空旷地传输距离10米到20米，发射功率约为500毫瓦。当电压超过l2V时，此时的功耗开始增大，有效的发射功率不再明显的提高。数据模块通过ASK调制的方式，来使功耗降低，减少耗能，当数据信号停止时，所发射电流降为零，数据信号与发射模块输入端都可通过电阻连接或者直接连接，而不能用电容耦合，否则发射模块会无法进行正常工作。数据电平应该接近于数据模块的实际工作电压，来确保获得比较高的调制效果。4.4系统测试(1)先打开发射机电源按钮，将看到发射机的红色LED就会闪烁，表示发射机已经正常工作了。

(2)将接收机的电源开关拨到0N位置，发出“嘀-”的一声开机提示音，随后发出“嘀嘀-”的两声学习提示音，表示学习成功，可以正常工作。

(3)调节接收机可以改变防丢距离，一般箱包、手机约3米，小孩和宠物10米左右。(4)当子机超过防丢距离时，主机会“嘀嘀嘀”报警，并且二极管发亮。防丢报警的距离在0~25米，连续可调(无障碍空旷地)。结论本文设计的远离提示系统由小型无线信号发射器和无线信号接收发光报警器两部分构成。使用时，打开两个模块开关，装置可以正常运行工作，将发射器放在贵重物品内或孩子身上，接收发光报警器由物品主人或者家长身上携带。如果在预设的安全距离内，报警器不报警；如果贵重物品或儿童距离使用者超过设置的距离，放置在物品或孩子身上的发射器接收不到接收发光报警器的反馈信息，接收发光报警器接收不到发射器确认信息就会启动报警，报警电路模块将会工作，蜂鸣器接通发出报警声，同时LED二极管发光，提醒使用者及时找回贵重物品或孩子。智能远离提示装置共有无线发射器电路和无线接收报警器电路两个部分,采用STC89C51单片机作为报警核心,在工作中由于发射机部分产生了相对平稳的无线电波信息,无线接收模块的接收器部分在接收到无线发射模块发射机的无线电信号后不触发报警电路，报警电路不发光报警,当发射机和接收器之间的无线电距离大于预设值时,接收器部分接收失败，系统就会马上发出报警音,以提醒使用者。（1）耗能较低，可使用时间较长，或者可以改成可充电式的电源，改变常用替换电池所带来的不便。（2）精准度高，设计做出后反应灵敏，在人群聚集或障碍物密集的地方也可以产生感应，这会使用户对设计产品的信赖增强。（3）价格便宜，物体远离报警器的生产成本较低，在选择元器件上和方案上下工夫，实现批量生产来降低生产成本，从而使销售价格降低。（4）体积小，该装置的外观十分精致，绿色健康，节能环保，装置也不会产生辐射。外型的美观，使用户内心舒畅愉悦，其也便于携带，方便快捷使用。参考文献[1]高光天.模数转换器应用技术[M].北京:科学出版社，2000:263-264，107-109.[2]徐鑫秀.一种便携式远离提示系统的设计与实现[J].信息与电脑（理论版），2018，24：106-108.[3]戴静，王敬业，郭富祥，王团.防丢失系统的设计与实现[J].南方农机，2019（24）:252.[4]何国斌，王保民，井发启.随身物品防丢失提醒装置