基于單片機(jī)的小件物品無(wú)線尋找系統(tǒng)

王韋舒 安霆 何冬冬

【摘要】 為方便尋找生活中的常被忘記放置位置的小件物品，本文設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)的主動(dòng)式無(wú)線尋物系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用51單片機(jī)作為控制器，控制無(wú)線收發(fā)芯片進(jìn)行尋物信號(hào)的發(fā)送和接受，通過(guò)聲光模塊產(chǎn)生尋物語(yǔ)音和燈光指示，實(shí)現(xiàn)了對(duì)物品的尋找，具有較好的應(yīng)用價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】 單片機(jī) 無(wú)線收發(fā)芯片 聲光模塊 控制

目前，家庭或辦公中個(gè)人物品越來(lái)越多，人們經(jīng)常由于找不到某些亟需的物件而浪費(fèi)時(shí)間和煩惱。為了便捷的找到某些常用物品，考慮采用基于單片機(jī)的無(wú)線收發(fā)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)小件物品的尋找，在容易遺漏的小物品上放置接收器，當(dāng)需要而又找不到時(shí)，通過(guò)發(fā)射控制器發(fā)出尋物信號(hào)，接收器發(fā)出聲光引導(dǎo)人們快速找到需要的物品。

一、系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想

目前對(duì)于小物品的尋找已經(jīng)存在一些成型的產(chǎn)品，其解決方案以無(wú)線遙控技術(shù)為基礎(chǔ)，主要以被動(dòng)式為主，即將發(fā)射器置于被尋找物品一側(cè)，一直上電工作，接收器置于用戶一側(cè)，當(dāng)接受不到信號(hào)時(shí)接受器聲、光指示，表明物品需要被尋找[1]。該模式主要缺點(diǎn)為：發(fā)射器和接收器一直工作，能耗較大，而且這種被動(dòng)工作方式實(shí)際提醒的是范圍概念，不能通過(guò)聲、光精確定位。而主動(dòng)式無(wú)線尋物系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想是：從機(jī)接收器置于物品一側(cè)，一直帶電工作，主機(jī)發(fā)射器置于用戶一側(cè)，只有當(dāng)用戶請(qǐng)求搜索并按下按鍵進(jìn)行尋找時(shí)，接收器才能接受到相應(yīng)的信號(hào)，并通過(guò)聲、光顯示物品位置，真正起到尋找物品的作用。本系統(tǒng)以微型化、低功耗為設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想，在無(wú)線遙控技術(shù)的基礎(chǔ)上，采用模塊化的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)由發(fā)射模塊和接受模塊兩大部分組成，發(fā)射模塊發(fā)出某一編碼信號(hào)，接受模塊接受并檢測(cè)出相應(yīng)的信號(hào)，以聲光提示的方式加以顯示。

二、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用nRF905芯片作為無(wú)線收發(fā)模塊，其在433/868/915MHZ的ISM頻段工作[2]。這個(gè)頻率范圍為工業(yè)—科學(xué)一醫(yī)療頻段，可以自由地使用，優(yōu)點(diǎn)在于能使主體與被尋物體的發(fā)射接受距離更遠(yuǎn)一些，并且發(fā)射端與接收端的天線是向各個(gè)方向發(fā)送和接受信號(hào)，不受方向的限制。

2.1發(fā)射模塊設(shè)計(jì)

發(fā)射模塊是由AT89LV51單片機(jī)與NRF905ANC模塊組成。在單片機(jī)端口處選一個(gè)普通I/O口引腳與按鍵相連，當(dāng)用戶側(cè)按鍵按下時(shí)表示需要尋找被尋物品，這時(shí)，單片機(jī)發(fā)出命令使NRF905ANC模塊發(fā)射特定頻率信號(hào)，來(lái)尋找物品。NRF905ANC是挪威Nordic公司推出的單片射頻發(fā)射器芯片，工作電壓為1.9-3.6V，工作于433/868/915MHz 的3個(gè)ISM頻道，頻道切換時(shí)間小于650us，最大輸出功率+10dBm可調(diào)，接收靈敏度高達(dá)-100dBm，數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)100kbps。它由片內(nèi)硬件自動(dòng)完成曼徹斯特編碼/解碼，使用SPI接口與微控制器通信，配置方便、功耗低。NRF905ANC由一個(gè)完全集成的頻率調(diào)制器，一個(gè)帶解調(diào)器的接收器，一個(gè)功率放大器，一個(gè)晶體震蕩器和一個(gè)調(diào)節(jié)器組成。

2.2 接收模塊設(shè)計(jì)

接收模塊是由AT89LV51單片機(jī)、NRF905ANC模塊、語(yǔ)音模塊和閃光模塊組成。當(dāng)主機(jī)發(fā)出尋找從機(jī)的請(qǐng)求時(shí)，從機(jī)上的NRF905ANC模塊會(huì)接受由主機(jī)發(fā)出的特定頻率信號(hào)，并把請(qǐng)求傳送給AT89LV51單片機(jī)，AT89LV51單片機(jī)將驅(qū)動(dòng)語(yǔ)音和閃光模塊發(fā)出聲光來(lái)顯示從機(jī)所在位置。

語(yǔ)音模塊采用ISD4003語(yǔ)音芯片，設(shè)有時(shí)限為8分鐘的長(zhǎng)時(shí)語(yǔ)音錄放電路，采用了多電平直接模擬量存儲(chǔ)技術(shù)，每個(gè)采樣值直接存儲(chǔ)在片內(nèi)的快閃存儲(chǔ)器中，能夠非常真實(shí)、自然地再現(xiàn)語(yǔ)音、音調(diào)和效果聲，避免了一般固體錄音電路因量化和壓縮造成的量化噪聲和金屬聲。該系列芯片內(nèi)含振蕩器、防混淆濾波器、平滑濾波器、自動(dòng)靜噪電路、音頻放大器及高密度多電平快閃存儲(chǔ)陣列[3]。

功放芯片采用LM386，這是一種低電壓通用型音頻集成功率放大器，廣泛應(yīng)用于收音機(jī)、對(duì)講機(jī)和信號(hào)發(fā)生器中。它的內(nèi)部增益為20，通過(guò)1和8腳位的電容搭配，增益最高可達(dá)200。LM386可使用電池為供應(yīng)電源，輸入電壓范圍可由4V-12V，無(wú)動(dòng)作時(shí)僅消耗4mA電流，且失真低。閃光模塊采用常用且價(jià)格低廉的LED流水燈。

三、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本無(wú)線尋物系統(tǒng)是以C語(yǔ)言來(lái)進(jìn)行軟件編程設(shè)計(jì)的，指令的執(zhí)行速度快，占用存儲(chǔ)空間少。為了便于擴(kuò)展和更改，軟件的設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)，組合成符合要求的應(yīng)用程序，這種條理清晰的設(shè)計(jì)方法免去一部分軟件的重復(fù)編程，使程序設(shè)計(jì)的邏輯關(guān)系更加簡(jiǎn)潔明了，使硬件在軟件的控制下運(yùn)作更加協(xié)調(diào)。系統(tǒng)軟件主要由發(fā)射模塊、接收模塊和語(yǔ)音模塊等幾部分程序模塊組成。發(fā)射模塊編程主要是對(duì)主機(jī)和從機(jī)的各端口進(jìn)行定義，包括：配置口定義、SPI口定義、狀態(tài)輸出口定義以及RF寄存器配置，延時(shí)設(shè)置等。主機(jī)通過(guò)SPI口寫(xiě)數(shù)據(jù)到NRF905，讀取數(shù)據(jù)后，調(diào)用延時(shí)子程序，隨后進(jìn)行判斷尋物狀態(tài)是否有效，有效則發(fā)出相應(yīng)信號(hào)。接收模塊與發(fā)射模塊程序基本相似。從機(jī)在工作時(shí)不斷掃描NRF905模塊緩沖區(qū)數(shù)據(jù)，若發(fā)現(xiàn)接收到無(wú)線信號(hào)就對(duì)信號(hào)判斷，核對(duì)成功則控制特定引腳輸出高電平，使蜂鳴器及發(fā)光二極管工作[5]。

結(jié)束語(yǔ)：通過(guò)主動(dòng)式無(wú)線尋物系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)于小型物品的尋找，可以大大方便人們的生活。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，采用模塊化和單片機(jī)技術(shù)加以完成，性能可靠，具有很好的應(yīng)用價(jià)值。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]方紅.無(wú)線短距離的尋物系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究[J]. 制造業(yè)自化，2011，9：107-108.

[2]齊虹；徐志；陳沖；何明華.基于NRF905的短距離無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].福州大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，2：64-68.

[3]朱文彬；李玉忍.基于ISD4003芯片的語(yǔ)音報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電聲技術(shù)，2007，6：34-36.

[4]杜蕓強(qiáng)，畢淑娥.LM386在小功率主動(dòng)聲吶發(fā)射及發(fā)射電路中的應(yīng)用[J].電聲技術(shù)，2010，7：37-40.

[5]王偉，王忠印，張宇璠，段磊. 無(wú)線語(yǔ)音尋物系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]. 傳感器世界，2015，12：32-36.