緒論項(xiàng)目背景隨著時(shí)代的發(fā)展，人們的生活節(jié)奏越來(lái)越快，需要處理的事物日益增加，心理壓力較大且情緒并不總是處于一個(gè)平和的狀態(tài)，在這樣的情況下，極其容易忽視了對(duì)于隨身攜帶的一些如鑰匙、錢包等貴重物品的保管，不小心丟失這些貴重物品，輕則可能只是耽誤一些時(shí)間尋找和補(bǔ)辦，重則會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此研究一款貴重隨身物品防丟器，對(duì)于人們更加便捷高效的生活具有十分重要的意義。國(guó)內(nèi)外防丟器技術(shù)簡(jiǎn)介由于具有便攜性、移動(dòng)性、靈活性等優(yōu)良特性，無(wú)線通信技術(shù)成為物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。2017年，面對(duì)現(xiàn)行的大多數(shù)防丟器仍無(wú)法應(yīng)對(duì)較為復(fù)雜的室內(nèi)環(huán)境的現(xiàn)狀，陳悅等人提出一種基于WIFI技術(shù)的防丟器的研究與設(shè)計(jì)[1]，解決了之前防丟器室內(nèi)定位不準(zhǔn)確及容易中斷的難題，并使其監(jiān)控范圍在空間的橫向和縱向都進(jìn)行了較大延展。2020年，李怡等人提出一種藍(lán)牙防丟器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[2]，在嘈雜的人群中發(fā)揮了丟失報(bào)警的作用，有效的解決了丟失物品的問(wèn)題，進(jìn)一步證明了無(wú)線通信技術(shù)對(duì)于多種防丟器的設(shè)計(jì)都能有效提升使用性能。因此，人們對(duì)物品的位置和狀態(tài)的監(jiān)控需求越來(lái)越高的當(dāng)下，利用無(wú)線通信技術(shù)進(jìn)行防丟器的設(shè)計(jì)已然成為物聯(lián)網(wǎng)的研究方向之一。因而，為了提高防丟器的便捷性，許多學(xué)者在防丟器的設(shè)計(jì)當(dāng)中采用了無(wú)線通信技術(shù)來(lái)提升使用性能。2016年，黃德欽等人研制了一款基于單片機(jī)的老人小孩防丟控制器[3]，能夠遠(yuǎn)距離定位通訊，判斷并選擇最佳線路尋找目標(biāo)。2018年，吳忠偉等人提出了一種基于51單片機(jī)的無(wú)線防丟器設(shè)計(jì)[4]，用于解決人們?nèi)粘Ｉ詈凸ぷ髦衼G失物品帶來(lái)的不便。2020年，陳春雨等人進(jìn)行了基于單片機(jī)的防丟器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[5]，主機(jī)與子機(jī)的距離超過(guò)一定限度，主機(jī)會(huì)因?yàn)榻邮詹坏叫盘?hào)而判定丟失或者遺落發(fā)出提示報(bào)警，發(fā)揮出防丟的功能。同年，徐馳等人提出一種基于五一單片機(jī)雙向藍(lán)牙防丟器的設(shè)計(jì)[6]，可以極大的改善遺忘貴重物品呈現(xiàn)出低齡化普遍化的趨勢(shì)這一現(xiàn)狀。2022年，喻彩麗等人研發(fā)出一款基于藍(lán)牙Mesh組網(wǎng)的智能防丟報(bào)警器[7],以實(shí)現(xiàn)方便對(duì)老幼群體的看護(hù)和丟失物品的查找等目的，提高了防丟器的便捷性。2023年，曹江等人采用新藍(lán)牙技術(shù)4.0(BLE）[8]，降低了藍(lán)牙防丟器的功耗，進(jìn)一步提升了防丟器的使用性能。項(xiàng)目的主要任務(wù)利用無(wú)線通信和單片機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)一種低功耗的貴重物品防丟系統(tǒng)，主從機(jī)兩者距離在1～10m范圍內(nèi)時(shí)能夠保證彼此之間的通信聯(lián)絡(luò)，超出此距離后，兩者通信中斷，則主機(jī)通過(guò)其蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲，達(dá)到提示效果。本系統(tǒng)的主要指標(biāo)有：低功耗1.9-3.6V工作，適合電池供電應(yīng)用；防丟的距離為10m；本系統(tǒng)的主要工作任務(wù)有:器件選型以及方案設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)原理圖以及制作PCB板；硬件裝配以及電路監(jiān)測(cè)；軟件編寫以及程序調(diào)試。本套系統(tǒng)在致力于滿足上述性能指標(biāo)時(shí)，甄選高性價(jià)比、高穩(wěn)定性器件，并提供可擴(kuò)展性，方便日后進(jìn)行升級(jí)。

總體設(shè)計(jì)方案防丟器是一種幫助人們防止物品丟失的便攜式設(shè)備。其總體設(shè)計(jì)方案需要考慮以下幾個(gè)關(guān)鍵方面。從功能需求上，防丟器主要功能是幫助用戶在與物品分開(kāi)一定距離時(shí)進(jìn)行報(bào)警提醒。需要包括報(bào)警功能（如聲音、燈光）、低功耗設(shè)計(jì)等。從外觀設(shè)計(jì)上，應(yīng)該考慮到用戶的使用習(xí)慣和便攜性?？梢栽O(shè)計(jì)成小巧輕便、易于攜帶的形狀。從材料選擇上，采用耐用、環(huán)保的材料以保證防丟器的質(zhì)量和可靠性，適應(yīng)不同環(huán)境條件下的使用需求?？傮w設(shè)計(jì)方案需要綜合考慮以上方面，確保防丟器具有追蹤功能、外觀設(shè)計(jì)、電源管理、材料選擇等各方面的平衡和完善。2.1系統(tǒng)工作原理分析無(wú)線通信模塊連接與數(shù)據(jù)傳輸方案單片機(jī)STC89C52通過(guò)串口與nRF24L01無(wú)線通信模塊進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和通信功能。當(dāng)貴重物品與用戶設(shè)備斷開(kāi)連接時(shí)，單片機(jī)通過(guò)nRF24L01發(fā)送信號(hào)給用戶設(shè)備，觸發(fā)報(bào)警。信號(hào)檢測(cè)與報(bào)警觸發(fā)方案單片機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與貴重物品的連接狀態(tài)，一旦檢測(cè)到連接中斷，即產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。報(bào)警信號(hào)通過(guò)nRF24L01發(fā)送給用戶設(shè)備，通知用戶物品可能遺失，同時(shí)觸發(fā)蜂鳴器發(fā)出響亮的聲音來(lái)引起注意。用戶設(shè)備響應(yīng)方案用戶設(shè)備接收到來(lái)自防丟器的報(bào)警信號(hào)后，可以產(chǎn)生相應(yīng)的提示，比如彈出警告信息或發(fā)出提醒聲音。用戶可以通過(guò)設(shè)備上的App或其他方式追蹤物品位置，找回遺失物品。 （4）電源管理與低功耗設(shè)計(jì)方案系統(tǒng)需考慮電源管理問(wèn)題，保證防丟器長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行?？梢栽O(shè)計(jì)低功耗模式，當(dāng)物品長(zhǎng)時(shí)間未移動(dòng)時(shí)進(jìn)入休眠狀態(tài)，減少功耗消耗。可靠性與穩(wěn)定性方案系統(tǒng)需要具備穩(wěn)定的無(wú)線通信連接和可靠的報(bào)警觸發(fā)機(jī)制，確保在各種環(huán)境下均能準(zhǔn)確工作。同時(shí)需要考慮抗干擾能力，避免誤報(bào)或漏報(bào)情況的發(fā)生。通過(guò)以上分析可以清晰地了解到該貴重隨身物品防丟器系統(tǒng)的工作原理，從單片機(jī)到無(wú)線通信模塊再到報(bào)警設(shè)備的協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)了物品防丟的功能，并為用戶提供了及時(shí)準(zhǔn)確的遺失物品通知。2.2系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)這款防丟器時(shí)，綜合考慮了多個(gè)因素：硬件選擇、軟件設(shè)計(jì)、性能指標(biāo)、用戶體驗(yàn)等。運(yùn)用了STC89C52主控芯片、nRF24L01無(wú)線通信模塊和高音質(zhì)蜂鳴器以及LED燈視覺(jué)報(bào)警等技術(shù)。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了連接狀態(tài)監(jiān)測(cè)、報(bào)警信號(hào)觸發(fā)、低功耗設(shè)計(jì)和用戶友好性。綜合這些技術(shù)和知識(shí)，打造了一款穩(wěn)定可靠、功能強(qiáng)大的防丟器系統(tǒng)。為了設(shè)計(jì)防丟器系統(tǒng)，選用主控芯片STC89C52（12MHz頻率、8KBFlash存儲(chǔ)器、256BRAM）、nRF24L01無(wú)線通信模塊（2.4GHz頻率、最大傳輸距離100米）、高音質(zhì)蜂鳴器（85dB聲音輸出）、高光效LED燈（5V供電）。軟件方面，實(shí)現(xiàn)連接狀態(tài)監(jiān)測(cè)、報(bào)警觸發(fā)、低功耗休眠功能，并設(shè)置數(shù)據(jù)傳輸速率2Mbps、連接建立時(shí)間小于10ms。系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)在于穩(wěn)定通信連接、精準(zhǔn)報(bào)警觸發(fā)、低功耗設(shè)計(jì)、用戶友好性，外形小巧輕便（尺寸≤5cm*5cm，重量≤50g）、材料耐用環(huán)保，且重視用戶隱私保護(hù)和信息安全。目標(biāo)是打造一款性能可靠、功能強(qiáng)大、體驗(yàn)優(yōu)良的防丟器系統(tǒng)。由此可確定系統(tǒng)的主機(jī)總體結(jié)構(gòu)，如圖2-1所示。圖2-1無(wú)線防丟器主機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖由此可確定系統(tǒng)的從機(jī)結(jié)構(gòu)，如圖2-2所示。圖2-2無(wú)線防丟器從機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖2.3器件選型在總體設(shè)計(jì)的過(guò)程中，選擇器件也是一個(gè)關(guān)鍵因素，需要綜合多個(gè)維度進(jìn)行橫向?qū)Ρ?，進(jìn)而得到最優(yōu)解。下面將會(huì)對(duì)主要器件進(jìn)行簡(jiǎn)介以及選型理由。主控芯片與流行的32位單片機(jī)STM32相比，深圳宏晶科技的STC89C52單片機(jī)具有價(jià)格低廉、可靠性高、功耗低、外設(shè)豐富的特點(diǎn)[9]，適合對(duì)成本要求較高、功能相對(duì)簡(jiǎn)單、對(duì)功耗和空間有限制的防丟器項(xiàng)目。貴重隨身物品防丟器設(shè)計(jì)不需要更復(fù)雜的功能、更高的性能、更豐富的外設(shè)接口或更完善的生態(tài)系統(tǒng)支持，選擇STC89C52RC單片機(jī)正好合適。STC89C52RC單片機(jī)實(shí)物如圖2-3所示。圖2-3STC89C52RC實(shí)物圖無(wú)線通信模塊：nRF24L01無(wú)線通信模塊，支持2.4GHz無(wú)線通信，可以防丟器主機(jī)與從機(jī)之間的無(wú)線通信功能。此次防丟器所用的無(wú)線模塊為nRF24L01，nRF24L01是由NORDIC生產(chǎn)的一款工作頻率在2.4-2.5GHzISM之間的新型單片射頻收發(fā)器件，幾乎可以連接到各種單片機(jī)芯片，并完成無(wú)線數(shù)據(jù)傳送工作，nRF24L01內(nèi)部包含的模塊分別為頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器與調(diào)制器，并與增強(qiáng)型的ShockBurst技術(shù)結(jié)合，可以通過(guò)SPI接口對(duì)其輸出功率、頻道選擇與協(xié)議進(jìn)行設(shè)置，因?yàn)閚RF24L01有極低的工作電流，不僅功耗較低，而且處于其他低功率工作模式時(shí)，即掉電模式和待機(jī)模式下電流消耗更低，在節(jié)能設(shè)計(jì)方面占有足夠大的優(yōu)勢(shì)。防丟器的無(wú)線通信擬采用nRF24L01芯片，nRF24L01采用全雙工通信方式，無(wú)論是發(fā)射數(shù)據(jù)模式還是接收數(shù)據(jù)模式，消耗的功率都比較低，符合節(jié)能要求[10]。nRF24L01無(wú)線通信模塊實(shí)物如圖2-4所示。圖2-4nRF24L01+無(wú)線通信模塊實(shí)物圖nRF24L01+無(wú)線通信模塊主要參數(shù)如表2-2所示。表2-2nRF24L01+無(wú)線通信模塊主要參數(shù)特性參數(shù)工作電壓1.9～3.6V溫度范圍-40～+85℃工作濕度10%～90%工作頻率2.4～2.524GHz可調(diào)功率參數(shù)-18,-12,-6,0數(shù)據(jù)通信接口SPI最大數(shù)據(jù)包長(zhǎng)32字節(jié)3.蜂鳴器：選擇適合STC89C52輸出電平的無(wú)源蜂鳴器作為報(bào)警器件，用于發(fā)出聲音報(bào)警信號(hào)。蜂鳴器實(shí)物如圖2-5所示。圖2-5蜂鳴器實(shí)物圖4.LED燈：選擇適合STC89C52輸出電平的LED燈，作為指示器件，用于發(fā)光指示相關(guān)狀態(tài)信息。LED燈實(shí)物如圖2-6所示。圖2-6LED燈實(shí)物圖電源模塊：采用的是AMS1117穩(wěn)壓芯片，它能夠?qū)⑤斎腚妷悍€(wěn)定為固定的3.3V輸出電壓。這對(duì)于無(wú)線防丟器來(lái)說(shuō)至關(guān)重要，它為整個(gè)設(shè)備提供穩(wěn)定的電源供電，確保了各個(gè)組件能夠在恒定的電壓下正常工作，從而提高了設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性。AMS1117實(shí)物如圖2-7所示。圖2-7AMS1117實(shí)物圖6.電源輸入：包括DC電源插口硬件和按鍵自鎖開(kāi)關(guān)。DC電源插口硬件實(shí)物如圖2-8所示。自鎖開(kāi)關(guān)實(shí)物如圖2-9所示。圖2-8DC電源插口硬件實(shí)物圖圖2-9自鎖開(kāi)關(guān)實(shí)物圖硬件設(shè)計(jì)STC89C52RC最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)位電路功能是可使單片機(jī)和系統(tǒng)中的其他功能部件都處在一個(gè)確定的初始狀態(tài)，防止CPU發(fā)出錯(cuò)誤的指令，執(zhí)行錯(cuò)誤操作，也可以提高電磁兼容性能。最小系統(tǒng)如圖4-1所示。主要由單片機(jī)以及供電模塊、外部晶振模塊、復(fù)位模塊組成。外部晶振電路是由一個(gè)12MHz的晶振Y1和兩個(gè)30pF的電容C1、C2組成，產(chǎn)生振蕩時(shí)鐘信號(hào)，驅(qū)動(dòng)單片機(jī)工作。晶振與單片機(jī)第19引腳XTAL1和第18引腳XTAL2引腳連接，從而實(shí)現(xiàn)給單片機(jī)提供外部基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)。系統(tǒng)提供兩種復(fù)位形式，一種是上電復(fù)位，另一種手動(dòng)復(fù)位。上電復(fù)位方式是由一個(gè)10KΩ的電阻和一個(gè)10uF的電容組成，僅在通電時(shí)進(jìn)行復(fù)位操作；手動(dòng)復(fù)位方式是通過(guò)按鍵實(shí)現(xiàn)，在必要時(shí)可手動(dòng)按鍵進(jìn)行復(fù)位的操作。復(fù)位電路整體部分與單片機(jī)的RST管腳相連。圖3-1STC89C52最小系統(tǒng)原理圖。圖3-1STC89C52最小系統(tǒng)原理圖無(wú)線通信模塊nRF24L01是一種低成本、低功耗的2.4GHzISM（工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療）頻段的無(wú)線通信模塊。使用2.4GHz頻段有幾個(gè)優(yōu)勢(shì)，包括全球可用性、干擾較少和高帶寬。具體來(lái)說(shuō)，2.4GHzISM頻段是全球范圍內(nèi)都可用的頻段，無(wú)需許可證就能使用，而且由于nRF24L01具有頻率跳躍技術(shù)，可以在不同的頻率上發(fā)送數(shù)據(jù)，從而減少與其他設(shè)備的干擾。此外，2.4GHz頻段擁有相對(duì)較高的帶寬，適用于需要較高數(shù)據(jù)傳輸速率的應(yīng)用。nRF24L01是一個(gè)流行的型號(hào)，被廣泛應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)、遙控器等領(lǐng)域。其主要優(yōu)點(diǎn)包括低成本、低功耗和易于使用。除了nRF24L01之外，還有一些其他候選芯片，例如ESP8266、LoRa模塊和BLE模塊。選擇合適的芯片取決于具體應(yīng)用需求，包括通信距離、數(shù)據(jù)速率、功耗要求等。nRF24L01模塊的主要特點(diǎn)如下：采用2.4GHz無(wú)線頻段，符合IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)支持多種通信協(xié)議，包括SPI（SerialPeripheralInterface）通信協(xié)議不直接支持以太網(wǎng)接口，但可通過(guò)外部設(shè)備和控制器實(shí)現(xiàn)與以太網(wǎng)的連接支持主從模式和多節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)模式，可實(shí)現(xiàn)靈活的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)適用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信、星型網(wǎng)絡(luò)、樹(shù)狀網(wǎng)絡(luò)等多種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)模塊本身具有內(nèi)置射頻天線，天線位置固定在模塊內(nèi)部，但也支持外接天線以增強(qiáng)信號(hào)傳輸范圍具有自動(dòng)重傳機(jī)制和沖突檢測(cè)功能，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性1.9～3.6V電源供電無(wú)線通信模塊實(shí)物圖如圖3-2所示。圖3-2無(wú)線接收模塊電路圖聲光報(bào)警電路聲音報(bào)警電路和燈光報(bào)警電路分別與STC89C52單片機(jī)的P26、P27接口相連接。P27=0時(shí)，LED點(diǎn)亮，做出燈光報(bào)警，P26=0時(shí)，PNP三極管導(dǎo)通，蜂鳴器導(dǎo)通，發(fā)出聲音報(bào)警。聲光報(bào)警電路如圖4-2所示。圖3-3聲光報(bào)警模塊電路圖電源模塊電源模塊采用的AMS1117芯片通常用作電源管理器件，其作用是將電池或外部電源提供的電壓穩(wěn)定為所需的較低輸出電壓，以供給防丟器內(nèi)部的能包括微處理器、傳感器、無(wú)線通信模塊等電子器件的使用。具體來(lái)說(shuō)，AMS1117能夠?qū)㈦姵毓?yīng)的電壓降低至微處理器和其他電子組件所需的工作電壓范圍，以確保它們能夠正常運(yùn)行。這一電源模塊通過(guò)穩(wěn)定電源、管理電壓、提供保護(hù)等功能，確保防丟器能夠長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定地工作，為用戶提供可靠的防丟功能。電源模塊電路如圖4-3所示。圖3-4電源模塊電路圖軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)對(duì)于確保無(wú)線防丟器的功能實(shí)現(xiàn)、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性、優(yōu)化功耗以及增強(qiáng)系統(tǒng)擴(kuò)展性具有重要意義。貴重隨身物品防丟器主機(jī)負(fù)責(zé)接收從機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和控制指令的解析，并執(zhí)行相應(yīng)的操作，如觸發(fā)警報(bào)。它還負(fù)責(zé)管理與從機(jī)之間的通信，維持通信連接的穩(wěn)定性和可靠性。從機(jī)通過(guò)nRF24L01+模塊將數(shù)據(jù)傳輸給主機(jī)，主機(jī)需要響應(yīng)從機(jī)發(fā)送的控制指令，如觸發(fā)警報(bào)。通過(guò)這種主從架構(gòu)設(shè)計(jì)，防丟器系統(tǒng)能夠協(xié)作完成對(duì)物品的監(jiān)控，有效防止物品的丟失。主從機(jī)采用C語(yǔ)言對(duì)單片機(jī)編程，開(kāi)發(fā)環(huán)境為KeilMDK。

從機(jī)軟件設(shè)計(jì)從機(jī)主控程序設(shè)計(jì)主控程序是軟件設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中最重要的部分，是整體流程的規(guī)劃概要，每一個(gè)子程序都是由主控程序指揮協(xié)調(diào)，從機(jī)主控程序主要實(shí)現(xiàn)了初始化設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、報(bào)警控制指令的生成。系統(tǒng)接入電源以后有，將對(duì)STC89C52RC、nRF24L01、I/O口等進(jìn)行初始化。隨后主程序會(huì)調(diào)用各個(gè)子程序使得模塊可以順利的運(yùn)行。它通過(guò)接收、處理、響應(yīng)防丟器的信號(hào)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了防丟器的報(bào)警功能，為用戶提供了重要的安全保障和便利性。從機(jī)主控程序流程如圖4-1所示。圖4-1從機(jī)主控程序流程圖從機(jī)nRF24L01無(wú)線模塊設(shè)計(jì)在從機(jī)的nRF24L01無(wú)線模塊程序設(shè)計(jì)中，主要涉及以下幾個(gè)方面。首先，程序需要對(duì)nRF24L01無(wú)線模塊進(jìn)行初始化設(shè)置，包括配置工作模式、頻率通道、數(shù)據(jù)速率、地址等參數(shù)，以確保通信的穩(wěn)定性和可靠性。其次，程序需要實(shí)現(xiàn)從機(jī)向主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)以及接收主機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)。這涉及到數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確發(fā)送和及時(shí)接收，以保證通信的有效性。接著，從機(jī)需要對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，根據(jù)其中的指令或信息執(zhí)行相應(yīng)的操作。最后，程序可能需要監(jiān)控從機(jī)的工作狀態(tài)，并及時(shí)反饋給主機(jī)，以便主機(jī)了解系統(tǒng)的工作情況并采取相應(yīng)的措施。nRF24L01無(wú)線模塊程序流程如圖4-2所示。圖4-2nRF24L01無(wú)線模塊程序流程圖主機(jī)軟件設(shè)計(jì)主機(jī)主控程序設(shè)計(jì)主機(jī)接收數(shù)據(jù)的總體程序流程通常包括對(duì)nRF24L01無(wú)線模塊進(jìn)行初始化設(shè)置，配置工作模式、頻率通道、數(shù)據(jù)速率、地址等參數(shù)，以確保通信正常進(jìn)行。主機(jī)進(jìn)入循環(huán)等待狀態(tài)，持續(xù)監(jiān)聽(tīng)從機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)。在接收到從機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)時(shí)，觸發(fā)接收中斷，程序從接收緩沖區(qū)中讀取數(shù)據(jù)，并對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。根據(jù)數(shù)據(jù)包含的指令或信息執(zhí)行相應(yīng)的操作，例如解析數(shù)據(jù)并執(zhí)行功能。根據(jù)數(shù)據(jù)處理的結(jié)果，主機(jī)觸發(fā)相應(yīng)的響應(yīng)操作，如向用戶發(fā)送報(bào)警提示信息或向從機(jī)發(fā)送指令。在處理完一次數(shù)據(jù)后，主機(jī)重新進(jìn)入等待狀態(tài)，繼續(xù)監(jiān)聽(tīng)從機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)。主機(jī)程序包含錯(cuò)誤處理機(jī)制，以處理通信錯(cuò)誤或其他異常情況，確保系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性。當(dāng)需要結(jié)束通信時(shí)，主機(jī)執(zhí)行相應(yīng)的結(jié)束操作，如關(guān)閉nRF24L01模塊或釋放資源。圖4-3主機(jī)總體程序流程圖蜂鳴器驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)防丟器蜂鳴器驅(qū)動(dòng)模塊的程序設(shè)計(jì)通常涉及初始化設(shè)置防丟器模塊和蜂鳴器模塊，監(jiān)測(cè)目標(biāo)狀態(tài)，未接收到從機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)來(lái)確定觸發(fā)條件，觸發(fā)蜂鳴器以警示防丟，對(duì)數(shù)據(jù)接收狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控與反饋。圖4-4蜂鳴器驅(qū)動(dòng)程序流程圖主機(jī)nRF24L01無(wú)線模塊設(shè)計(jì)nRF24L01無(wú)線模塊設(shè)計(jì)包括初始化設(shè)置、循環(huán)等待狀態(tài)、接收數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)、響應(yīng)操作和結(jié)束通信等關(guān)鍵步驟。初始化設(shè)置部分配置工作模式（如發(fā)送或接收模式）、頻率通道、數(shù)據(jù)速率、地址等參數(shù)，確保通信的正常進(jìn)行。配置芯片為主接收模式，主機(jī)進(jìn)入循環(huán)等待狀態(tài)，不斷監(jiān)聽(tīng)從機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)。這一步驟保證了主機(jī)能夠隨時(shí)準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)，并且不會(huì)錯(cuò)過(guò)任何重要信息。進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收，當(dāng)主機(jī)接收到從機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)時(shí)，觸發(fā)接收中斷。程序會(huì)從接收緩沖區(qū)中讀取數(shù)據(jù)，并準(zhǔn)備對(duì)其進(jìn)行處理。程序會(huì)根據(jù)數(shù)據(jù)的內(nèi)容執(zhí)行相應(yīng)的操作。這涉及數(shù)據(jù)解析、執(zhí)行特定功能等。響應(yīng)操作，根據(jù)數(shù)據(jù)處理的結(jié)果，主機(jī)可能需要觸發(fā)相應(yīng)的響應(yīng)操作。這可能包括向用戶發(fā)送提示信息、向從機(jī)發(fā)送指令等。響應(yīng)操作確保了系統(tǒng)能夠根據(jù)接收到的信息做出適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)。當(dāng)需要結(jié)束通信時(shí)，主機(jī)執(zhí)行相應(yīng)的結(jié)束操作。圖4-5nRF24L01無(wú)線模塊流程圖

系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試在應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中起著舉足輕重的作用，通過(guò)系統(tǒng)調(diào)試來(lái)糾正開(kāi)發(fā)過(guò)程中的軟硬件錯(cuò)誤，調(diào)試包括驗(yàn)證功能、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、性能優(yōu)化、適應(yīng)環(huán)境和等方面。通過(guò)調(diào)試工作，可以在確保系統(tǒng)能夠正常工作的基礎(chǔ)上提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和實(shí)用性，增強(qiáng)其在實(shí)際應(yīng)用中的可用性和可靠性。下面介紹貴重隨身物品防丟器的調(diào)試過(guò)程。5.1系統(tǒng)調(diào)試進(jìn)行硬件連接檢查，確認(rèn)nRF24L01無(wú)線通信模塊、蜂鳴器和LED燈與STC89C52單片機(jī)的連接正確。確保引腳接線無(wú)誤，電路連接穩(wěn)固。進(jìn)行供電檢查，確保系統(tǒng)各部分都得到了正確的電源供應(yīng)。檢查電池或外部電源連接是否良好，確保電路工作電壓符合設(shè)定要求。有關(guān)軟件配置驗(yàn)證，確認(rèn)單片機(jī)程序正確配置了與nRF24L01通信的引腳，并且外部中斷功能已正確使能。檢查代碼中對(duì)外部中斷觸發(fā)和通信協(xié)議的處理邏輯是否正確。丟失信號(hào)的模擬，使用仿真器或外部信號(hào)模擬器模擬目標(biāo)物品距離設(shè)備超出范圍的情況，觸發(fā)丟失信號(hào)。檢查單片機(jī)是否正確響應(yīng)外部中斷，并觀察蜂鳴器和LED燈是否按預(yù)期觸發(fā)報(bào)警。狀態(tài)反饋驗(yàn)證：模擬設(shè)備狀態(tài)變化，例如設(shè)備工作狀態(tài)或監(jiān)測(cè)到的特定事件信息，觀察與LED燈控制相關(guān)的引腳狀態(tài)變化，并檢查L(zhǎng)ED燈是否按預(yù)期亮起或熄滅。調(diào)試記錄與分析：在調(diào)試過(guò)程中記錄任何發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題或異常情況，并進(jìn)行分析。根據(jù)記錄的信息，逐步排查并解決問(wèn)題，確保系統(tǒng)正常工作。綜合測(cè)試：對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行綜合測(cè)試，包括丟失信號(hào)觸發(fā)報(bào)警、狀態(tài)變化引發(fā)LED燈反饋等功能。驗(yàn)證系統(tǒng)在各種情況下的穩(wěn)定性和可靠性。性能評(píng)估：對(duì)系統(tǒng)的性能進(jìn)行評(píng)估，包括響應(yīng)時(shí)間、功耗、通信距離等方面。根據(jù)評(píng)估結(jié)果優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)試策略。文檔更新：更新系統(tǒng)調(diào)試文檔，記錄調(diào)試過(guò)程中的關(guān)鍵步驟、問(wèn)題及解決方案，以便日后參考和復(fù)查。通過(guò)以上綜合調(diào)試步驟，可以確保基于STC89C52的無(wú)線防丟器系統(tǒng)正常工作，并滿足設(shè)計(jì)要求。經(jīng)測(cè)試，nRF24L01無(wú)線通信模塊在無(wú)障礙物情況下的傳輸距離可達(dá)10-20米，有障礙物情況下傳輸距離為1-10米，經(jīng)多次測(cè)試，防丟器警示防丟時(shí)間提示較短。圖5-1為主從機(jī)超過(guò)指定范圍的顯示畫面。圖5-1主從機(jī)超過(guò)指定范圍的顯示畫面5.2測(cè)試工作 主要包括硬件連接測(cè)試、功能測(cè)試和穩(wěn)定性測(cè)試，以確保防丟器能夠按照設(shè)計(jì)要求正常運(yùn)行。在測(cè)試過(guò)程中，我們建立了完善的測(cè)試計(jì)劃和流程，使用了專業(yè)的測(cè)試儀器和工具進(jìn)行測(cè)試。經(jīng)過(guò)上述精心設(shè)計(jì)和周密測(cè)試，這款基于STC89C52的防丟器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于用戶隨身攜帶物品狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和警示防丟的功能。在通信距離方面，實(shí)現(xiàn)開(kāi)放空間中實(shí)現(xiàn)至少10~15米的穩(wěn)定通信距離。在功耗控制方面，在正常工作狀態(tài)下的平均功耗低于2mA；待機(jī)狀態(tài)下的功耗低于200μA；極大地延長(zhǎng)了電池壽命。在響應(yīng)速度方面，當(dāng)物品與用戶距離超出預(yù)設(shè)范圍時(shí)，設(shè)備能在數(shù)秒內(nèi)通過(guò)蜂鳴器和LED燈發(fā)出警報(bào)，及時(shí)提醒用戶。在穩(wěn)定性和可靠性方面：經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的功能測(cè)試和穩(wěn)定性測(cè)試無(wú)論是在復(fù)雜的電磁環(huán)境還是在多變的溫濕度條件下，設(shè)備均能保持穩(wěn)定工作，有效避免誤報(bào)和漏報(bào)。在外形設(shè)計(jì)方面：設(shè)備的小巧便攜設(shè)計(jì)，使得用戶可以方便地?cái)y帶，適用于鑰匙、包包、寵物等多種貴重隨身物品的防丟需求。

結(jié)論經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)試，系統(tǒng)完全實(shí)現(xiàn)了要求的功能和指標(biāo)?；赟TC89C52的防丟器采用了nRF24L01無(wú)線通信模塊、蜂鳴器和LED燈作為報(bào)警模塊的設(shè)計(jì)方案。在方案設(shè)計(jì)中，確定了防丟器的功能需求，但在選擇無(wú)線通信模塊時(shí)遇到了一些困難。為了有效解決這一問(wèn)題，進(jìn)行了詳盡的市場(chǎng)調(diào)研和模塊比較，最終選擇了符合項(xiàng)目需求的無(wú)線通信模塊。隨后，我進(jìn)行了硬件電路的設(shè)計(jì)，包括STC89C52與nRF24L01的連接方式以及蜂鳴器和LED燈的控制電路。在這個(gè)階段，遇到了一些復(fù)雜的問(wèn)題，如信號(hào)線路干擾、電源線路穩(wěn)定性等。為了有效解決這些問(wèn)題，用仿真軟件進(jìn)行電路仿真，分析信號(hào)和電源線路的穩(wěn)定性，并進(jìn)行了必要的優(yōu)化。同時(shí)，也尋求了指導(dǎo)老師和同學(xué)的幫助，共同解決了電路設(shè)計(jì)中遇到的問(wèn)題。在PCB電路板的設(shè)計(jì)和制作過(guò)程中，使用了專業(yè)的PCB設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行電路板設(shè)計(jì)，遵循了最佳實(shí)踐原則，確保了質(zhì)量和可靠性。隨后，編寫了防丟器主從機(jī)的程序，實(shí)現(xiàn)了與nRF24L01的通信控制以及蜂鳴器和LED燈的控制功能。在程序編寫的過(guò)程中，遇到了一些復(fù)雜的問(wèn)題，如與nRF24L01的通信協(xié)議、蜂鳴器和LED燈的控制邏輯等。為了解決這些問(wèn)題，仔細(xì)閱讀了微控制器和無(wú)線模塊的文檔，利用開(kāi)發(fā)板進(jìn)行程序驗(yàn)證和調(diào)試，并參考了相關(guān)資料和示例代碼，最終順利實(shí)現(xiàn)了功能。通過(guò)這些性能和指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，這款基于STC89C52的防丟器不僅滿足了基本的防丟需求，還通過(guò)其高度的可靠性、用戶友好的設(shè)計(jì)性，為用戶提供了更多的價(jià)值，展現(xiàn)了優(yōu)秀的綜合性能。雖然目前該防丟器設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了相關(guān)的功能，但后續(xù)還有很多有意義的功能有待繼續(xù)開(kāi)發(fā)。例如，多模式支持：目前的防丟器主要針對(duì)單一距離范圍的監(jiān)測(cè)，可以考慮增加支持多種距離范圍的監(jiān)測(cè)模式，以滿足更廣泛的用戶需求。比如，用戶可以選擇在家庭環(huán)境中使用較短距離的監(jiān)測(cè)模式，而在戶外活動(dòng)時(shí)使用更長(zhǎng)距離的模式。此外，還可以考慮數(shù)據(jù)安全性：在無(wú)線通信中，數(shù)據(jù)的安全性是非常重要的考慮因素。盡管nRF24L01模塊提供了一定的數(shù)據(jù)加密功能，但可以進(jìn)一步加強(qiáng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?，比如采用更高?jí)的加密算法或者增加數(shù)據(jù)校驗(yàn)機(jī)制，以提高防丟器的安全性。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，涵蓋的知識(shí)面廣泛，使我獲益匪淺。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，所需要運(yùn)用到的知識(shí)和有關(guān)能力的培養(yǎng)對(duì)于今后的發(fā)展有著重大意義。了學(xué)會(huì)評(píng)估不同技術(shù)方案的優(yōu)缺點(diǎn)，并選擇最適合的方案進(jìn)行實(shí)現(xiàn)；同時(shí)，通過(guò)不斷的測(cè)試和優(yōu)化，確保設(shè)計(jì)達(dá)到預(yù)期的性能水平。需要具備創(chuàng)新意識(shí)，不斷嘗試新的功能和優(yōu)化方案，設(shè)計(jì)過(guò)程是一個(gè)不斷學(xué)習(xí)和優(yōu)化的過(guò)程，在此過(guò)程中，邏輯分析能力、系統(tǒng)調(diào)試能力得到了明顯的提高。

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附錄A系統(tǒng)原理圖圖附錄A-1 貴重隨身物品防丟器從機(jī)原理圖圖附錄A-2 貴重隨身物品防丟器主機(jī)原理圖附錄B系統(tǒng)實(shí)物圖圖附錄B-1隨身物品防丟器實(shí)物圖（正面）圖附錄B-2隨身物品防丟器實(shí)物圖（反面）附錄C主機(jī)源程序清單/****************************************************************************************單位名稱：作者：馮洋楊日期：2024年4月平臺(tái)：STC89C52RC****************************************************************************************/主機(jī)主控程序：voidmain(){ staticucharvalue=8; led=0;//開(kāi)機(jī)點(diǎn)亮一下紅燈 delay_1ms(200); P0=P1=P2=P3=0xff;//初始化單片機(jī)IO口為高電平 RX_Mode(); while(1) { if(nRF24L01_RxPacket(Rx_Buf)) { if(Rx_Buf[1]==1) { led=0; value=15; //3秒 } } delay_1ms(200); led=1;//關(guān)閉接收指示燈 if(value==0)//報(bào)警 { beep=~beep; } else { value--;//減1 beep=1;//關(guān)閉報(bào)警 } }}無(wú)線接收模塊程序：（1）讀取數(shù)據(jù)函數(shù)ucharSPI_Read_Buf(ucharreg,uchar*pBuf,ucharuchars){ ucharstatus,i; //交易 CSN=0;//SetCSNlow,initSPItranaction status=SPI_RW(reg);//選擇寄存器寫入和讀取的狀態(tài)uchar for(i=0;i<uchars;i++) pBuf[i]=SPI_RW(0); CSN=1; return(status);//returnnRF24L01statusuchar}（2）接收數(shù)據(jù)包的函數(shù)unsignedcharnRF24L01_RxPacket(unsignedchar*rx_buf){ unsignedcharrevale=0; sta=SPI_Read(STATUS);//讀取狀態(tài)寄存其來(lái)判斷數(shù)據(jù)接收狀況 if(RX_DR)//判斷是否接收到數(shù)據(jù) { //CE=0;//SPI使能 SPI_Read_Buf(RD_RX_PLOAD,rx_buf,RX_PLOAD_WIDTH);//readreceivepayloadfromRX_FIFObuffer revale=1;//讀取數(shù)據(jù)完成標(biāo)志 //Delay(100); } SPI_RW_Reg(WRITE_REG+STATUS,sta); returnrevale;}（3）數(shù)據(jù)接收配置函數(shù)voidRX_Mode(void){ CE=0; SPI_RW_Reg(FLUSH_RX,0x00); SPI_RW_Reg(WRITE_REG+EN_AA,0x01);//EnableAuto.Ack:Pipe0 SPI_RW_Reg(WRITE_REG+EN_RXADDR,0x01);//EnablePipe0 SPI_RW_Reg(WRITE_REG+RF_CH,40);//SelectRFchannel40 SPI_RW_Reg(WRITE_REG+RX_PW_P0,RX_PLOAD_WIDTH); SPI_RW_Reg(WRITE_REG+RF_SETUP,0x07); SPI_RW_Reg(WRITE_REG+CONFIG,0x0F); CE=1; delay_1ms(130);}附錄D從機(jī)源程序清單從機(jī)總體程序：voidmain(){ led=0;//開(kāi)機(jī)點(diǎn)亮一下紅燈 delay_1ms(200); P0=P1=P2=P3=0xff;//初始化單片機(jī)IO口為高電平 while(1) { Tx_Buf[0]=0xa1; Tx_Buf[1]=1; Tx_Buf