防丢报警定位器的设计与实现

叶 楠

（福州理工学院 工学院，福建 福州 350506）

随着人们生活节奏的加快，掉落东西的情况也变得更加容易发生，人们平常担心掉手机，掉钱包，出远门的时候担心丢失行李，且很多的家长们经常会担心小孩走丢。在这种社会现状下，防丢报警定位器其实拥有非常好的发展远景［1-2］。本文主要设计与实现了一种在防丢报警器的基础上，增加了基于单片机的GPS-GSM定位器，这样既可以实现及时报警提醒人们丢失了物品，又能定位丢失物品的位置，从而全面地实现防丢功能。

1 系统的设计方案

1.1 防丢报警器母机

防丢报警器母机由ST C89C51RC单片机、按键模块、声光报警模块、震动报警模块、nRF24L01无线模块、复位电路与晶振电路组成，如图1所示。

图1 防丢报警器母机系统框图

1.2 防丢报警器子机

防丢报警器子机由STC89C51RC单片机、声光报警模块、nRF24L01无线模块、复位电路、灯光报警电路与晶振电路组成，如图2所示。

图2 防丢报警器子机系统框图

1.3 基于单片机的GPS-GSM定位器

基于单片机的GPS-GSM定位器由STC89C51RC单片机、LCD1602液晶显示模块、GPS模块，GSM模块、复位电路、晶振电路组成，如图3所示。

图3 防丢报警器子机系统框图

2 系统主要接口设计与实现

本方案选用单片机STC89C51RC作为主控制器，nRF24L01作为无线射频信号收发器，选择GPS模块来完成定位功能。GPS模块是本文设计中定位器的关键模块，由核心CPU、基带CPU、RF射频芯片和相关的外围电路组成，通过接收天线获取卫星信号，并且加以处理，从而实现定位功能。此外，除了要在定位器的LCD1602液晶显示屏上显示定位信息，更重要的是要能把定位信息发送到手机上，从而可以在手机上显示出定位信息，在该设计中，选择通过GSM模块来完成此项功能。GSM模块可以实现语音通话，发送SMS短信与GPRS数据无线传输等。在防丢报警定位器的设计中，STC89C51RC与GSM模块实现通信，从而控制GSM模块实现无线通讯功能。

2.1 防丢报警器的设计

2.1.1 STC89C51RC主控模块设计

STC89C51RC单片机片内含ROM/EPROM，所以由这种芯片组成的最小系统简单而且稳定。用STC89C51RC单片机构成最小应用系统，仅需把单片机接上时钟电路、复位电路就可以了［3］。由于STC89C51RC单片机内有一个振荡电路，因此在XTAL1（18）与XTAL2（19）引脚外接晶振，就组成了自激振荡器，在单片机的内部即产生了时钟脉冲信号。

复位电路设计采用按键手动复位，分别是电平方式跟脉冲方式。其中，电平复位是通过RST跟VCC连接来完成的，RST引入高电平且保持两个机器周期时，单片机内部执行复位。

2.1.2 nRF24L01无线模块设计

在电路设计上，nRF24L01P的VCC因为要接的是3.3V的电压，所以接了一个三端可调输出的线性稳压器集成电路，输入5V电压，输出3.3V，接到nRF24L01P的VCC，而nRF24L01P的CSN、MOSI、IRQ、MISO、CLK和CE则依次分别接到STC89C51RC单片机的P3.1、P3.2、P3.3、P3.4、P3.5和P3.6引脚，另外，nRF24L01P的GND接地［4］。

2.1.3 报警模块设计

报警模块的形式主要有灯光提示、声音报警和震动报警。其中，震动模块采用振动电机来实现。

防丢报警器的母机和子机电路原理图如下所示（图4、图5）：

图4 防丢报警器母机电路原理图

图5 防丢报警器子机电路原理图

2.2 GPS-GSM定位器设计

2.2.1 GPS模块设计

GPS卫星不断地传达信号来显示自己的定位及时间，而GPS模块可以计算出它到相应卫星的距离，只要在同一时间接收到4个以上卫星的数据，并且对其进行处理，GPS模块就可以获取到自己的定位。GPS模块设计电路如图6中所示，GPS模块的VCC接到VCC电源，TXD口接100欧电阻，再接到STC89C51RC单片机的P3.0引脚，这样STC89C51RC单片机就可以接收到GPS模块的数据，进行处理，而那个100欧的电阻则可以起到降低干扰的作用，还有最后一点就是GPS模块的GND口接地［5-6］。

2.2.2 GSM模块设计

GSM模块设计电路如图6所示，GSM模块的TX口接到STC89C51RC的P3.0引脚，也就是RXD口，这样单片机就可以接收到GSM模块的数据，GSM模块的RX口接到STC89C51RC的P3.1引脚，也就是TXD口，这样GSM模块就可以接收到单片机的数据［7-8］。

图6 基于单片机的GPS-GSM定位器电路原理图

3 系统各部分软件设计

（1）母机开始工作后，首先是定时器变量初始化，然后进入while循环，查找按键按下，假如判断结果为“是”，就发送0和1进入查找模式，如果为“否”的话，就发送0和1进入连接模式，然后设置接收模式，接着判断是否接收到数据，如果判断结果是“是”，就表示未丢失，继续发送数据，而如果判断结果是“否”，就接着判断是否超过400ms无数据，如果是“是”的话，就表示已丢失，进行声光提示。其相应流程图如图7所示：

图7 母机流程图

（2）子机开始工作后，首先是定时器变量初始化，然后进入while循环，设置接收模式，判断是否接收到了数据，如果接收到了数据，就判断接收到的数据是否是0和1，如果是就进入查找模式并声光提示；如果接收到的数据不是0和1，则返回到上一个阶段，重新从是否接收到数据开始继续往下判断；而如果在判断是否接收到数据这个阶段判断是否，那么就进入判断是否超过一秒无数据这个阶段，如果判断结果是“是”，就声光提示已丢失；那么，如果在判断是否超过一秒无数据这个阶段，判断结果是“否”的话，就重新回到判断是否接收到数据这个阶段，开始继续往下判断。其相应流程图如图8所示：

图8 子机流程图

（3）基于单片机的GPS-GSM定位器开始工作后，先是液晶初始化，然后是串口初始化和GSM、GPS初始化，接着进入while循环，判断是否接收到短信，如果判断结果是“是”，就解析GPS信息，发送短信至手机，接着又回到判断是否接收到短信的阶段，开始循环；而如果在判断是否接收到短信这个阶段，判断结果为“否”的话，就不发送定位信息至手机，接着也是回到判断是否接收到短信的阶段，开始循环。其相应流程图如图9所示：

图9 定位显示流程图

4 结论

本设计防丢报警定位器是防丢报警器与基于单片机的GPS-GSM定位器的结合体。其中，防丢报警器由母机跟子机组成，并且母机跟子机都采用nRF24L01无线模块进行通讯，同时具有发射与接收无线通信信号的功能，然后由STC89C51RC单片机处理模块间读取到的信息，而基于单片机的GPS-GSM定位器则采用GPS模块进行定位，GSM模块发送定位信息，STC89C51RC驱动各个模块正常工作。当使用时，启动开关，防丢报警器的母机放置在使用者身上，子机和定位器放置在行李、贵重物品或小孩身上，一旦母机和子机超过设定距离，母机震动同时声光报警，此时使用者就可以及时发现丢失情况，以便及时找回丢失物品，而如果因为种种原因，一时之间找不回丢失的物品，则可随意发送一条短信至定位器，定位器接收到短信后，会把定位信息发送到手机。本文所设计的无线防丢器功耗低、实用性强，具有很好的市场推广潜力。