基于單片機的小件物品無線尋找系統

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，本文設計了一種基于單片機的主動式無線尋物系統，該系統采用51單片機作為控制器，控制無線收發芯片進行尋物信號的發送和接受，通過聲光模塊產生尋物語音和燈光指示，實現了對物品的尋找，具有較好的應用價值。

【關鍵詞】 單片機 無線收發芯片 聲光模塊 控制

目前，家庭或辦公中個人物品越來越多，人們經常由于找不到某些亟需的物件而浪費時間和煩惱。為了便捷的找到某些常用物品，考慮采用基于單片機的無線收發技術來實現小件物品的尋找，在容易遺漏的小物品上放置接收器，當需要而又找不到時，通過發射控制器發出尋物信號，接收器發出聲光引導人們快速找到需要的物品。

一、系統設計思想

目前對于小物品的尋找已經存在一些成型的產品，其解決方案以無線遙控技術為基礎，主要以被動式為主，即將發射器置于被尋找物品一側，一直上電工作，接收器置于用戶一側，當接受不到信號時接受器聲、光指示，表明物品需要被尋找[1]。該模式主要缺點為：發射器和接收器一直工作，能耗較大，而且這種被動工作方式實際提醒的是范圍概念，不能通過聲、光精確定位。而主動式無線尋物系統的設計思想是：從機接收器置于物品一側，一直帶電工作，主機發射器置于用戶一側，只有當用戶請求搜索并按下按鍵進行尋找時，接收器才能接受到相應的信號，并通過聲、光顯示物品位置，真正起到尋找物品的作用。本系統以微型化、低功耗為設計指導思想，在無線遙控技術的基礎上，采用模塊化的方法進行設計。該系統由發射模塊和接受模塊兩大部分組成，發射模塊發出某一編碼信號，接受模塊接受并檢測出相應的信號，以聲光提示的方式加以顯示。

二、系統硬件設計

系統采用nRF905芯片作為無線收發模塊，其在433/868/915MHZ的ISM頻段工作[2]。這個頻率范圍為工業—科學一醫療頻段，可以自由地使用，優點在于能使主體與被尋物體的發射接受距離更遠一些，并且發射端與接收端的天線是向各個方向發送和接受信號，不受方向的限制。

2.1發射模塊設計

發射模塊是由AT89LV51單片機與NRF905ANC模塊組成。在單片機端口處選一個普通I/O口引腳與按鍵相連，當用戶側按鍵按下時表示需要尋找被尋物品，這時，單片機發出命令使NRF905ANC模塊發射特定頻率信號，來尋找物品。NRF905ANC是挪威Nordic公司推出的單片射頻發射器芯片，工作電壓為1.9-3.6V，工作于433/868/915MHz 的3個ISM頻道，頻道切換時間小于650us，最大輸出功率+10dBm可調，接收靈敏度高達-100dBm，數據傳輸速率高達100kbps。它由片內硬件自動完成曼徹斯特編碼/解碼，使用SPI接口與微控制器通信，配置方便、功耗低。NRF905ANC由一個完全集成的頻率調制器，一個帶解調器的接收器，一個功率放大器，一個晶體震蕩器和一個調節器組成。

2.2 接收模塊設計

接收模塊是由AT89LV51單片機、NRF905ANC模塊、語音模塊和閃光模塊組成。當主機發出尋找從機的請求時，從機上的NRF905ANC模塊會接受由主機發出的特定頻率信號，并把請求傳送給AT89LV51單片機，AT89LV51單片機將驅動語音和閃光模塊發出聲光來顯示從機所在位置。

語音模塊采用ISD4003語音芯片，設有時限為8分鐘的長時語音錄放電路，采用了多電平直接模擬量存儲技術，每個采樣值直接存儲在片內的快閃存儲器中，能夠非常真實、自然地再現語音、音調和效果聲，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。該系列芯片內含振蕩器、防混淆濾波器、平滑濾波器、自動靜噪電路、音頻放大器及高密度多電平快閃存儲陣列[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，廣泛應用于收音機、對講機和信號發生器中。它的內部增益為20，通過1和8腳位的電容搭配，增益最高可達200。LM386可使用電池為供應電源，輸入電壓范圍可由4V-12V，無動作時僅消耗4mA電流，且失真低。閃光模塊采用常用且價格低廉的LED流水燈。

三、系統軟件設計

本無線尋物系統是以C語言來進行軟件編程設計的，指令的執行速度快，占用存儲空間少。為了便于擴展和更改，軟件的設計采用模塊化結構，組合成符合要求的應用程序，這種條理清晰的設計方法免去一部分軟件的重復編程，使程序設計的邏輯關系更加簡潔明了，使硬件在軟件的控制下運作更加協調。系統軟件主要由發射模塊、接收模塊和語音模塊等幾部分程序模塊組成。發射模塊編程主要是對主機和從機的各端口進行定義，包括：配置口定義、SPI口定義、狀態輸出口定義以及RF寄存器配置，延時設置等。主機通過SPI口寫數據到NRF905，讀取數據后，調用延時子程序，隨后進行判斷尋物狀態是否有效，有效則發出相應信號。接收模塊與發射模塊程序基本相似。從機在工作時不斷掃描NRF905模塊緩沖區數據，若發現接收到無線信號就對信號判斷，核對成功則控制特定引腳輸出高電平，使蜂鳴器及發光二極管工作[5]。

結束語：通過主動式無線尋物系統的設計，實現了對于小型物品的尋找，可以大大方便人們的生活。該系統的設計實現，采用模塊化和單片機技術加以完成，性能可靠，具有很好的應用價值。

參 考 文 獻

[1]方紅.無線短距離的尋物系統的設計與研究[J]. 制造業自化，2011，9：107-108.

[2]齊虹；徐志；陳沖；何明華.基于NRF905的短距離無線數據傳輸系統的設計[J].福州大學學報，2010，2：64-68.

[3]朱文彬；李玉忍.基于ISD4003芯片的語音報警系統設計[J].電聲技術，2007，6：34-36.

[4]杜蕓強，畢淑娥.LM386在小功率主動聲吶發射及發射電路中的應用[J].電聲技術，2010，7：37-40.

[5]王偉，王忠印，張宇璠，段磊. 無線語音尋物系統的設計[J]. 傳感器世界，2015，12：32-36.