0 引言
在工作、生活快節(jié)奏的現(xiàn)代社會，走丟老人、小孩或?qū)櫸?被偷手機、行李等貴重物品;遺忘鑰匙、錢包等物件的事情幾乎每天都在發(fā)生。電子防丟防盜器屬于安防類產(chǎn)品，它可以減少遺忘或丟失物品對人們造成的損失和不便?；陔娮臃纴G防盜器的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展需求，本文利用RFID技術(shù)設(shè)計了一款帶有彩色液晶觸摸屏的電子防丟防盜器，為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用以及安防類產(chǎn)品的發(fā)展提供了一個較好的應(yīng)用方案。
借助nRF24L0l芯片的DPL和ACK PAYLOAD等功能，結(jié)合觸摸屏設(shè)計方法，本文設(shè)計了基于nRF24L01、ATmega48PA和TFT圖形LCD的電子防丟防盜器，可以對被監(jiān)護的老人、小孩或者被保護的物品起到有效地防丟、防盜、防遺忘的作用。采用高性能控制器，實現(xiàn)彩色液晶觸摸屏顯示、無線遙控、MCU 系統(tǒng)的獨立控制，系統(tǒng)人性化服務(wù)水平較高，實用性較強，具有較好的技術(shù)推廣與市場應(yīng)用前景。
1 系統(tǒng)方案設(shè)計
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。電子防丟防盜器由主機和子機組成，主機置于主控者處，子機置于老人、小孩或手機等被保護對象上。該電子防丟防盜器在主機和子機中都嵌入微處理器，正常工作時，子機發(fā)出穩(wěn)定的無線電波，主機接收到該無線電波后不報警。當(dāng)主機和子機之間的距離超過預(yù)定距離時主機接收不到子機的無線電信號，立即鳴笛報警(聲壓≤75 dB)，并伴有振動，以引起使用者的注意。如果按下主機的尋找鍵即啟動尋找模式，主機佩戴者可通過液晶觸摸屏的提示信息并配合警音的漸強或漸弱變化找到被保護對象。正常情況下，鋰電池用USB接口連接電源適配器或計算機充電。
2 硬件設(shè)計
2.1 AVR微處理器控制電路
選用ATMEL公司的ATmega48PA 作為主控單元的微處理器，該芯片是一種高性能、低功耗的8位微處理器，工作電壓僅1.8~5.5 V,工作頻率為0~20 MHz,擁有4 KB的系統(tǒng)內(nèi)可編程FLASH.如圖2所示，ATmega48PA外圍電路包括電源電路、8M 時鐘電路、復(fù)位電路以及USB/ISP下載接口等。
電源電路如圖2區(qū)域①所示。標(biāo)稱值為3.7 V的鋰電池連接至集成三端穩(wěn)壓芯片REG1117-3.3 V 的輸入端。REG1117-3.3 V穩(wěn)定輸出3.3 V直流電壓，供給系統(tǒng)用電模塊。
時鐘電路如圖2區(qū)域②所示。ATmega48PA內(nèi)置RC振蕩電路，可產(chǎn)生1 MHz、2 MHz、4 MHz、8 MHz的振蕩頻率。系統(tǒng)要求較精確波特率時，需要通過外部電路實現(xiàn)。
復(fù)位電路如圖2區(qū)域③所示。ATmega48PA內(nèi)置上電復(fù)位，熔絲位可以控制復(fù)位時間，因此外部復(fù)位電路在上電時，可以直接拉一只10 kΩ的電阻R3 到VCC 即可。10 μF的電容C11 用以消除干擾和雜波。
ISP下載接口如圖2中區(qū)域④所示，使用雙排2×5插座接入接口。由于沒有外圍元器件，PB3(MOSI)、PB4(MISO)、PB5(SCK)、RESET 腳不受ISP 下載接口的干擾，仍然可以正常使用。
2.2 無線數(shù)傳模塊設(shè)計
nRF24L01 電路圖如圖3 所示。nRF24L01 模塊與ATmega48PA 的SPI1 連接實現(xiàn)信息交換。配置PD6、PB2 作為GPIO 端口，分別與nRF24L01 的CE 和CSN 連接;配置PB5、PB4、PB3 作為SPIO 端口，分別與nRF24L0l 的SCK、MISO、MOSI 連接;配置PD2 作為EINT0端口與nRF24L0l的IRQ連接。與AVR微處理器連接時應(yīng)注意電源隔離，圖3 中nRF24L01 與天線之間連接了濾波電感將兩部分進行隔離，另外1.5 pF旁路電容C4 和C5 用來抵制高頻干擾。
2.3 彩色液晶模塊
系統(tǒng)采用5.6 cm(2.2 inch)電阻式觸摸屏，其色彩為65 k 色/262 k 色，分辨率為QVGA 320×240,背光為3LED并聯(lián)，LCD控制IC采用μPD161704A驅(qū)動芯片，觸摸控制IC采用XPT2046,接口為SPI接口。[!--empirenews.page--]
3 軟件設(shè)計
軟件開發(fā)采用ATMEL AVR Studio 集成開發(fā)環(huán)境(IDE)，使用移植性好、編程效率高的C語言編程。電子防丟防盜器系統(tǒng)主流程圖如圖4所示。軟件程序主要包括主機和子機的初始化、無線信號的發(fā)射與接收，以及彩色液晶模塊的設(shè)計等內(nèi)容。
3.1 nRF24L01的SPI口配置
配置寄存器完成nRF24L01的所有配置，并通過SPI接口實現(xiàn)配置。SPI讀操作的描述如下：
3.2 液晶顯示模塊設(shè)計
2.2 inch TFT 圖形液晶觸摸控制IC 采用XPT2046,接口為SPI接口。子函數(shù)及顏色定義如下：
4 系統(tǒng)方案的整體測試
經(jīng)過PCB板的焊接與調(diào)試，系統(tǒng)能夠成功地發(fā)送與接收數(shù)據(jù)。系統(tǒng)主機配置外置天線，子機使用PCB板載天線，在400 m2的實驗室內(nèi)可聽到響亮的報警聲，主機彩色液晶屏顯示結(jié)果如圖5所示。
在戶外空曠地進行分段距離測試，每個距離段分別測試8次，每次發(fā)送數(shù)據(jù)量為512 b(32×16 b)，100 m以內(nèi)6個距離段接收完整數(shù)據(jù)包的測試結(jié)果見表1.
由表1的數(shù)據(jù)可以看出，系統(tǒng)無線數(shù)傳模塊在空曠地40 m以內(nèi)可以實現(xiàn)無誤碼數(shù)據(jù)傳輸，實驗是成功的。
5 結(jié)論
本文基于RFID 和AVR 控制技術(shù)設(shè)計了一款帶有彩色液晶觸摸屏的電子防丟防盜器，經(jīng)過實驗測試，該系統(tǒng)工作可靠，觸摸屏反應(yīng)靈敏，可對老人、小孩或手機、錢包等物品有效起到防丟、防盜和防遺忘功能。該設(shè)計方案具有較強的靈活性，還可應(yīng)用于室內(nèi)外倉庫、碼頭和露天儲料場的天車，以及授救、飛行和醫(yī)療等服務(wù)機器人領(lǐng)域，以有效降低故障和事故的發(fā)生。并且實驗表明，該系統(tǒng)方案靈活可行，人性化服務(wù)水平較高，便于實際應(yīng)用。
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