nrf24l01模块的防丢器设计(附件)
摘 要本文基于STC89C51RC单片机进行实时处理，通过NRF24L01无线模块进行数据传输，灯光报警电路和声光报警模块进行报警提示。采用2.4G的NRF24L01无线模块通信，将模块之间读取到的信息传输给STC89C51RC单片机进行处理，实时刷新，从而获取主从机信息，如果主、从机不在一定的范围之内，那么主机和从机就会通过蜂鸣器和LED开始声光报警，主机还有震动提示。本设计系统传输快，功耗低、廉价、可靠性也很高。NRF24L01是一种芯片，它是通过FSK调制进而无线通信。具有一对一和一对多的高速通信。此无线模块只要通过五个引脚和中断引脚和主控芯片MCU相连，就可以完成通信功能。方便快捷。从机通过单片机控制无线模块实时发送、主机则通过无线模块实时接收，当接收不到从机发送的信号时，就控制声光报警进行报警。同时本文软件设计是基于KeilC51的开发环境，采用C语言进行编程的。本文设计的防丢器是一种贴近生活的产品,是现代化和科技进步的表现。该防丢器由母机和子机共同构成,两个都具有发射和接收信号功能,当两者距离超过设定范围时,母机声光报警并震动,进入设定范围,报警停止.该产品的出现,很好的缓解了物件和儿童易丢失的难题。
目 录
1 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 国内研究及发展现状 1
1.3 本课题的研究内容 1
2 系统总体方案设计的论证 3
2.1 系统总体方案设计 3
2.2 模块方案设计 4
2.2.1 主控芯片方案 4
2.2.2 无线通信模块方案 5
3 系统电路设计 6
3.1 总体电路设计 6
3.2 STC89C51RC主控模块设计 6
3.2 NRF24L01无线模块设计 9
3.2.1 NRF24L01概述 9
3.2.2 引脚功能及描述 9
3.2.3 NRF24L01射频芯片特性 10
3.2.4 NRF24L01发送程序设计 12
3.3 声光报警模块设计 13
3.3.1 灯光提示电路 13
3.3.2 声音报警电路 13
3. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
4 震动报警模块设计 14
3.5 按键模块设计 14
3.6 总体设计电路图 15
4 软件系统的设计 16
4.1 主机流程图设计 16
4.2 从机流程图设计 17
4.3 NRF24L01发送流程图设计 18
4.4 NRF24L01接收流程图设计 19
5 系统的调试及实验结果 20
5.1 电磁兼容性设计 20
5.2 调试步骤 21
5.3 实验结果 21
5.4 调试总结 22
结 论 23
致 谢 24
参 考 文 献 25
附录 26
附录一：程序清单 26
附录二：主机原理图 30
附录三：从机原理图 31
附录四：实物运行图 32
1 绪论
1.1 研究背景
在繁忙的都市里，人们的生活节奏越来越快，人们外出旅行、购物越来越频繁，但不称心的事情时有发生，比如在公交车上、公共场所等，手机、钱包等贵重物品丢失让人防不胜防。家长外出，都喜欢带上自己的小孩儿，但是有可能一不留意，孩子就走丢了。这个难题便激发了防丢器的设计理念，进而衍生出各式各样的防丢器产品【1】。
电子防丢器使用方便，还小巧便携，可以放在衣服里、包里或小孩身上等，这样可以防止重要物品或人的丢失。当电子防丢器在一定的范围内，有众多功能，如寻找物品、防止丢失、报警、节能环保等。这是在生活中必不可少的物品。
因为电子防丢器具有众多优点、所以后期发展十分迅速。所以它的市场前景非常好，能够广泛应用于未来的生活之中。因此，本文研究基于NRF24L01模块的防丢器设计【2】。
该产品科学地融合了目前无线领域中GPS技术、GPS技术、GIS技术、AGPS、2.4GHz等技术，构建了无线定位系统。
1.2 国内研究及发展现状
防丢器的主要部件就是NRF24L01无线传输模块，它具有的是一个全球性的频段，开发的产品具有全球通用性，各种无线产品均可使用此频段，目前广泛用于无线通信及无线宽带路由器等室内场合。都是通过短距离无线进行传输的，现在已经出现很多标准的无线协议在2.4GHz频段上，都有抗干扰性和远距离传输的特性【3】。
现在防丢器在国内已经被广泛应用于生活当中，而且大部分已经做到低功耗传输，能够保证长时间工作，有着良好的续航能力，并且现在双向防丢的技术也已经日趋成熟，成为必不可少的模块，其功能性能够将防丢性能扩大两倍。GPS防丢模块也已经出现，有良好的发展潜力，能在确保孩子安全的情况下通知家长和警方，但这些还有待于厂商的开发，与通行行业达成协议成为一体。
1.3 本课题的研究内容
本文设计的防丢器是基于NRF24L01无线通信模块，研究的是短距离防丢器，2.4GHz无线技术，通过采用单片机STC89C51RC进行实时控制，进而实现了短距离无线传输。本设计系统传输快，功耗低、廉价、可靠性也很高。主机与从机是利用NRF24L01模块进行通信, NRF24L01是一种芯片，它是通过FSK调制进而无线通信。具有一对一和一对多的高速通信【4】。此无线模块只要通过五个引脚和中断引脚和主控芯片MCU相连，就可以完成通信功能。方便快捷。从机通过单片机控制无线模块实时发送、主机则通过无线模块实时接收，当接收不到从机发送的信号时，就控制声光报警进行报警。本文防丢器的软件设计是基于KeilC51的开发环境，采用C语言进行编程的【5】。
此次设计选用的是STC89C51RC单片机。单片机具有以下特性：
（1）系统的结构简单，可靠性较高；
（2）处理的功能强大，速度较快；
（3）低电压低能耗，并且体积较小。
（4）很多功能都可以通过软件编程来实现，能够重复使用，所以性价比较高。
2个主从机通过无线模块在10m的范围内上能相互通信，当相互接不到信息时，同时声光报警。主要分为以下几个模块：声光报警模块、按键模块、震动模块和无线模块。
2 系统总体方案设计的论证
2.1 系统总体方案设计
总体框图：
从机：发送端也是通过由STC89C51RC单片机进行实时处理，但主机增加了按键模块进行控制。主机也包含了声光报警模块，NRF24L01无线模块，震动报警模块和按键模块。
如图2.2所示：
图2.2主机原理框图
从机：本发射端是通过STC89C51RC单片机进行实时处理，然后通过NRF24L01无线模块进行数据传输，另外本发射端还有灯光报警电路和声光报警模块。
图2.3 从机原理框图
2.2 模块方案设计
2.2.1 主控芯片方案
方案一：采用STC89C51RC实现。此类型的单片机编程简单，可以实现很多种功能，利用空间很大，逻辑性清晰，方便于维护，单片机的体积很小，搭建起来十分简单。并且已经广泛用于各大电子类产品中，技术也很成熟【6】。
方案二：采用MSP430F149单片机。MSP430F149单片机内部集成了12位ADC，功能非常强大，本设计不需要成本如此之高的单片机，并且它是贴片封装的，必须通过PCB制板，不能用面包板，也增加了制作的时间。
目 录
1 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 国内研究及发展现状 1
1.3 本课题的研究内容 1
2 系统总体方案设计的论证 3
2.1 系统总体方案设计 3
2.2 模块方案设计 4
2.2.1 主控芯片方案 4
2.2.2 无线通信模块方案 5
3 系统电路设计 6
3.1 总体电路设计 6
3.2 STC89C51RC主控模块设计 6
3.2 NRF24L01无线模块设计 9
3.2.1 NRF24L01概述 9
3.2.2 引脚功能及描述 9
3.2.3 NRF24L01射频芯片特性 10
3.2.4 NRF24L01发送程序设计 12
3.3 声光报警模块设计 13
3.3.1 灯光提示电路 13
3.3.2 声音报警电路 13
3. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
4 震动报警模块设计 14
3.5 按键模块设计 14
3.6 总体设计电路图 15
4 软件系统的设计 16
4.1 主机流程图设计 16
4.2 从机流程图设计 17
4.3 NRF24L01发送流程图设计 18
4.4 NRF24L01接收流程图设计 19
5 系统的调试及实验结果 20
5.1 电磁兼容性设计 20
5.2 调试步骤 21
5.3 实验结果 21
5.4 调试总结 22
结 论 23
致 谢 24
参 考 文 献 25
附录 26
附录一：程序清单 26
附录二：主机原理图 30
附录三：从机原理图 31
附录四：实物运行图 32
1 绪论
1.1 研究背景
在繁忙的都市里，人们的生活节奏越来越快，人们外出旅行、购物越来越频繁，但不称心的事情时有发生，比如在公交车上、公共场所等，手机、钱包等贵重物品丢失让人防不胜防。家长外出，都喜欢带上自己的小孩儿，但是有可能一不留意，孩子就走丢了。这个难题便激发了防丢器的设计理念，进而衍生出各式各样的防丢器产品【1】。
电子防丢器使用方便，还小巧便携，可以放在衣服里、包里或小孩身上等，这样可以防止重要物品或人的丢失。当电子防丢器在一定的范围内，有众多功能，如寻找物品、防止丢失、报警、节能环保等。这是在生活中必不可少的物品。
因为电子防丢器具有众多优点、所以后期发展十分迅速。所以它的市场前景非常好，能够广泛应用于未来的生活之中。因此，本文研究基于NRF24L01模块的防丢器设计【2】。
该产品科学地融合了目前无线领域中GPS技术、GPS技术、GIS技术、AGPS、2.4GHz等技术，构建了无线定位系统。
1.2 国内研究及发展现状
防丢器的主要部件就是NRF24L01无线传输模块，它具有的是一个全球性的频段，开发的产品具有全球通用性，各种无线产品均可使用此频段，目前广泛用于无线通信及无线宽带路由器等室内场合。都是通过短距离无线进行传输的，现在已经出现很多标准的无线协议在2.4GHz频段上，都有抗干扰性和远距离传输的特性【3】。
现在防丢器在国内已经被广泛应用于生活当中，而且大部分已经做到低功耗传输，能够保证长时间工作，有着良好的续航能力，并且现在双向防丢的技术也已经日趋成熟，成为必不可少的模块，其功能性能够将防丢性能扩大两倍。GPS防丢模块也已经出现，有良好的发展潜力，能在确保孩子安全的情况下通知家长和警方，但这些还有待于厂商的开发，与通行行业达成协议成为一体。
1.3 本课题的研究内容
本文设计的防丢器是基于NRF24L01无线通信模块，研究的是短距离防丢器，2.4GHz无线技术，通过采用单片机STC89C51RC进行实时控制，进而实现了短距离无线传输。本设计系统传输快，功耗低、廉价、可靠性也很高。主机与从机是利用NRF24L01模块进行通信, NRF24L01是一种芯片，它是通过FSK调制进而无线通信。具有一对一和一对多的高速通信【4】。此无线模块只要通过五个引脚和中断引脚和主控芯片MCU相连，就可以完成通信功能。方便快捷。从机通过单片机控制无线模块实时发送、主机则通过无线模块实时接收，当接收不到从机发送的信号时，就控制声光报警进行报警。本文防丢器的软件设计是基于KeilC51的开发环境，采用C语言进行编程的【5】。
此次设计选用的是STC89C51RC单片机。单片机具有以下特性：
（1）系统的结构简单，可靠性较高；
（2）处理的功能强大，速度较快；
（3）低电压低能耗，并且体积较小。
（4）很多功能都可以通过软件编程来实现，能够重复使用，所以性价比较高。
2个主从机通过无线模块在10m的范围内上能相互通信，当相互接不到信息时，同时声光报警。主要分为以下几个模块：声光报警模块、按键模块、震动模块和无线模块。
2 系统总体方案设计的论证
2.1 系统总体方案设计
总体框图：
从机：发送端也是通过由STC89C51RC单片机进行实时处理，但主机增加了按键模块进行控制。主机也包含了声光报警模块，NRF24L01无线模块，震动报警模块和按键模块。
如图2.2所示：
图2.2主机原理框图
从机：本发射端是通过STC89C51RC单片机进行实时处理，然后通过NRF24L01无线模块进行数据传输，另外本发射端还有灯光报警电路和声光报警模块。
图2.3 从机原理框图
2.2 模块方案设计
2.2.1 主控芯片方案
方案一：采用STC89C51RC实现。此类型的单片机编程简单，可以实现很多种功能，利用空间很大，逻辑性清晰，方便于维护，单片机的体积很小，搭建起来十分简单。并且已经广泛用于各大电子类产品中，技术也很成熟【6】。
方案二：采用MSP430F149单片机。MSP430F149单片机内部集成了12位ADC，功能非常强大，本设计不需要成本如此之高的单片机，并且它是贴片封装的，必须通过PCB制板，不能用面包板，也增加了制作的时间。
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