無線箱包防盜報警研究

李軍，羅陽

1　緒論

1.1　研究的背景和意義

近距離無線防盜主要是利用近距離無線通信技術(shù)，隨著近距離無線通信技術(shù)的發(fā)展，引起了越來越廣泛的注意。低功耗、微型化是當前的迫切要求和主要問題。而另一個關(guān)鍵問題是數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

目前,大量無線防盜產(chǎn)品的無線通道仍保持在AM調(diào)幅制方式上.無線電技術(shù)本身發(fā)展至今,早已跨越過直放,再生,超外差等常規(guī)條幅技術(shù),FM窄帶調(diào)頻制的抗干擾能力以及傳輸效率無可爭辯地迫使調(diào)幅技術(shù)換位,單片IC集成技術(shù)的發(fā)展也極大地降低成本至普及型程度。

1.2　國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

無線箱包報警器很早在國內(nèi)外就有人開始研究。目前關(guān)于此方面的專利也比較多，這對后人的研究提供了便利條件。在國外，很多帶有重要文件或物品的箱包都帶有防盜報警。其中無線防盜的比例占到了80%以上。國內(nèi)對于箱包的無線防盜也逐漸重視起來，近些年發(fā)展非常迅速，涌現(xiàn)了一大批在此方面的優(yōu)秀技術(shù)，并且在不斷創(chuàng)新中?？萍荚诎l(fā)展，社會在進步，很多以前我們用起來很昂貴的東西，如今已達到普及的程度，所以我們在研究無線防盜領(lǐng)域中還有很多可以推陳出新的地方。經(jīng)過不段完善更新，我們的無線箱包防盜報警系統(tǒng)將給人們出行，辦公等等帶來更多的方便與安全。

2　系統(tǒng)設(shè)計

系統(tǒng)總體設(shè)計上分為兩個單元：手持端的設(shè)計和箱包端的設(shè)計。手持端隨身攜帶，箱包端放在隨身攜帶的箱包內(nèi)。在防盜功能開啟的情況下，當箱包被移動或者箱包距離主人超出一定距離的時候，手持端和想報端會同時進行報警。手持端可以通過相應(yīng)的按鍵來控制箱包端的報警器工作狀態(tài)是打開還是關(guān)閉。在發(fā)生報警后也可以通過手持端進行關(guān)閉控制。

2.1　硬件設(shè)計

系統(tǒng)采用主要芯片是nRF24E1，其最大的優(yōu)點就是可以滿足低功耗和小型化的要求。nRF24E1芯片體積小、外圍器件少、易于設(shè)計和調(diào)試。其內(nèi)部嵌有8051微處理器，指令周期從標準的12～48個時鐘周期縮短到4～20個時鐘周期，XRAM數(shù)據(jù)存取采取雙指針，提高了CPU的處理和運行速度。采用16 MHz的晶體可同時為CPU收發(fā)單元內(nèi)部頻率合成器提供參考時鐘，節(jié)省了印刷板的空間，縮小了系統(tǒng)的體積。該芯片提供POWERDOWN模式。此工作模式下CPU處理終止，時鐘以及電流整流電路關(guān)閉，RF收/發(fā)單元停止工作，整個芯片內(nèi)部只有RC振蕩器、看門狗和RTC定時器工作，系統(tǒng)電流損耗為2μA。只有外部中斷和看門狗復(fù)位才能使系統(tǒng)退出省電模式，這樣可以有效地利用電池電量。

nRF24E1收發(fā)器通過內(nèi)部并行口或內(nèi)部SPI口與其他模塊進行通信。DuoCeiver接收器輸出的數(shù)據(jù)準備信號，可通過程序使其作為微處理器的中斷或通過GPIO口傳給CPU。nRF24E1工作于全球開放的2.4～2.5 GHz頻段。收發(fā)器由1個完整的頻率合成器、1個功率放大器、1個調(diào)節(jié)器和2個接收器組成。輸出功率、頻道和其它射頻參數(shù)可通過對RADIO寄存器（SFR 0xA0）編程進行控制。發(fā)射模式下，射頻電流消耗僅為10.5 mA，接收模式下為18 m A。

電源模塊選擇聚合物鋰電池。與其他同類電池相比，其具有重量比能量密度高、體積比能量密度高、電壓高、循環(huán)壽命長、自放電率低、無記憶效應(yīng)、環(huán)保特性好、形狀可任意變化及適應(yīng)性強等優(yōu)點。在電池電量的監(jiān)視和檢測上，利用nRF24E1本身的ADC來進行監(jiān)測。

報警采用聲音報警，選擇無源壓電蜂鳴器，利用nRF24E1產(chǎn)生一定頻率的脈沖，通過功率放大芯片驅(qū)動無源壓電蜂鳴器發(fā)聲，在不報警的情況下，可以工作在低功耗狀態(tài)。

2.2　軟件設(shè)計

軟件開發(fā)基于KeilC51uVision2開發(fā)平臺，所用程序都是用標準C語言及開發(fā)工具支持的擴展C語言編寫。代碼編譯及調(diào)試通過后，利用燒錄器燒到外部的4kBEEPROM中。系統(tǒng)啟動時自動從外部導入程序到內(nèi)部RAM中并開始運行。采用SPI總線可以完成對RF收發(fā)相關(guān)寄存器的設(shè)置和操作，通過144bit的特殊功能寄存器可以設(shè)置系統(tǒng)工作模式和地址碼。系統(tǒng)的RF收發(fā)工作于ShockBurst無線發(fā)送模式。本模式下CPU內(nèi)部開辟FIFO緩存區(qū)，將要發(fā)送數(shù)據(jù)送入該區(qū)并組幀以1Mbps的高數(shù)據(jù)速率輸出，這樣做縮短了發(fā)射機的發(fā)射時間，減少了發(fā)射機的切換次數(shù)，降低了發(fā)射電流損耗，減少了系統(tǒng)的總耗電。工作在ShockBurst模式下，幀過長會增加出錯重發(fā)的時間，采用的最大幀長不宜超過256bit，幀頭插入相應(yīng)的地址等信息，幀尾采用16bitCRC校驗，數(shù)據(jù)長度最多可達200bit，實際應(yīng)用中綜合考慮幀出錯概率和發(fā)送機發(fā)射時間，采用每幀1bit的數(shù)據(jù)格式。

3　結(jié)論

基于NRF24E1的無線箱包防盜報警器設(shè)計方案，成本低，開發(fā)方便，易于安裝，市場前景非?？捎^。文中對該方案的硬件設(shè)計進行詳細分析和陳述的同時，也提出了一些在實踐中經(jīng)常碰到的、一些典型的和關(guān)鍵性的問題，給出了一些在總結(jié)了前人大量經(jīng)驗和自己體會的解決方案，并且在低功耗的問題上提出了一些對應(yīng)的解決方案。具有一定得參考價值。

參考文獻：

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