王美紅　孫少康

【摘 要】本文使用Nordic nRF51822作為主芯片設(shè)計(jì)了一款小型的夾式智能防盜報(bào)警器。除了能實(shí)現(xiàn)最基本的報(bào)警功能外，還兼?zhèn)鋵の镆约皟和雷邅G功能;控制方式多樣靈活，既可通過按鍵操作，亦可通過app操作，后期可以通過更新系統(tǒng)完善更全面的功能。

【關(guān)鍵詞】藍(lán)牙;防盜;nRF51822

中圖分類號(hào)： TP277文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）13-0007-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.13.003

Design and Thinking of clip Type Intelligent Burglar Alarm

WANG Mei-hong SUN Shao-kang

（Taishan university，Taian Shandong 271000，China）

【Abstract】This paper uses Nordic nRF51822 as the main chip to design a small clip type intelligent burglar alarm. In addition to the most basic alarm function， it also has the function of finding objects and preventing children from getting lost. The control mode is diversified and flexible， which can be operated by keys or app. At the later stage， the system can be updated to improve more comprehensive functions.

【Key words】Bluetooth; Guard against theft; nRF51822

0 引言

隨著技術(shù)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，近年來，智能化的概念越來越火，特別是在智能家居、設(shè)備上的發(fā)展尤其快速。人們也更傾向于選擇智能設(shè)備來滿足生活和工作上的需求。智能手機(jī)，可穿戴設(shè)備以其方便智能的特點(diǎn)迅速占領(lǐng)市場并逐漸成為人們生活的必需品，由于智能設(shè)備的價(jià)格并不算低廉，因此智能設(shè)備的防盜成為一個(gè)亟待解決的問題。本研究計(jì)劃設(shè)計(jì)一種多用途的、方便小巧的夾式智能報(bào)警器，通過與手機(jī)、智能手表等設(shè)備無線連接，利用藍(lán)牙的連接距離智能在一定范圍內(nèi)進(jìn)行工作這一特性進(jìn)行設(shè)計(jì)。當(dāng)物品超出一定范圍，則蜂鳴器發(fā)出警報(bào)震動(dòng)塊震動(dòng)提示物品被盜。亦可以通過報(bào)警器與app的連接可以使用戶更好地查看設(shè)備使用情況，亦可操作手機(jī)使報(bào)警器震動(dòng)及發(fā)出警報(bào)，達(dá)到雙向防盜尋物的功能。夾式智能防盜報(bào)警器與智能設(shè)備的連接不僅可以達(dá)到報(bào)警的功能，也可以拓展原本智能設(shè)備的功能。在殼體的設(shè)計(jì)上采用卡夾設(shè)計(jì)，方便將報(bào)警器置于防盜物體上，適用多種情形。整體設(shè)計(jì)纖薄，方便小巧，攜帶不會(huì)占中大量空間。且設(shè)備功耗低，一次充電可以使用較長時(shí)間，免去頻繁充電的困擾，提高了產(chǎn)品的使用率。

1 夾式智能報(bào)警器整體設(shè)計(jì)思路

夾式智能防盜報(bào)警器的整體設(shè)計(jì)主要包括以下幾個(gè)方面;藍(lán)牙的基本功能設(shè)備初始化設(shè)置（設(shè)備連接是實(shí)現(xiàn)防盜器功能的基本），報(bào)警功能（夾式智能防盜報(bào)警器的主要功能）、按鍵功能（基本設(shè)置與復(fù)位），設(shè)備信息讀取和寫入（錄入與讀出），重置6個(gè)程序模塊，其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

2 夾式智能報(bào)警器的硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)夾式智能防盜報(bào)警器的功能設(shè)計(jì)的需要，硬件設(shè)計(jì)分為以下五個(gè)部分：（1）電源模塊：提供穩(wěn)定，可靠的工作電壓。（2）信號(hào)接收和發(fā)送模塊：接收和發(fā)送信號(hào)。（3）按鍵輸入模塊：通過按鍵對報(bào)警器進(jìn)行簡單設(shè)置或者復(fù)位。（4）蜂鳴與震動(dòng)模塊：通過震動(dòng)和蜂鳴提醒用戶，從而完成報(bào)警功能。（5）數(shù)據(jù)傳輸模塊：核心數(shù)據(jù)的處理包括處理用戶按鍵功能及設(shè)備的設(shè)置信息。

2.1 電源模塊

根據(jù)小型化和低功耗設(shè)計(jì)要求，因此其組件必須也同樣小巧，故夾式智能防盜報(bào)警器供電選用3VCR2032電池。為了讓電池充一次電工作時(shí)間較長，確保足夠的功率效率，故選擇帶DCSC芯片TPS62260。其工作狀態(tài)足夠穩(wěn)定，滿足設(shè)計(jì)需求。電源管理模塊如圖2所示。

2.2 信號(hào)接收發(fā)送模塊

TI出品的CC2541是一款針對藍(lán)牙低功耗的芯片。CC2541擁有128kB或者256KB的Flash存儲(chǔ)器;CC2541的靈敏度高和抗干擾性能好，為信號(hào)接收提供了保障;功耗低，待機(jī)電流僅為400uA-1.5mA;具有集成看門口狗技術(shù);其外圍電路少，易于開發(fā)。消費(fèi)類醫(yī)療、安全、娛樂以及家庭自動(dòng)化對藍(lán)牙智能傳感器的應(yīng)用需求，CC2541都可以滿足。SoC在確保穩(wěn)健RF性能的同時(shí)，當(dāng)輸出功率為1mW時(shí)，功耗比TI前代CC2540？SoC降低33%。CC2541與CC2540引腳對引腳兼容，這可以輕松移植[1]。信號(hào)接收發(fā)送模塊見圖3。

2.3 按鈕輸入模塊

在此設(shè)計(jì)里，設(shè)置1個(gè)按鍵，也就是功能鍵。智能報(bào)警器的按鍵操作設(shè)置如表1所示。不同的功能對應(yīng)不同的操作。夾式智能防盜報(bào)警器的按鍵輸入模塊電路如圖4所示。

2.4 數(shù)據(jù)傳輸模塊

nRF51822為超低功耗無線應(yīng)用而設(shè)計(jì)。nRF51822使用32位ARM Cortex M0核心，片上256Kb的flash相對于8/16位的平臺(tái)擁有更佳的代碼密度和更快的執(zhí)行速度。可編程外設(shè)聯(lián)系統(tǒng)提供了一個(gè)16通道的總線，可以減少外設(shè)經(jīng)由CPU通信造成的延遲，并可以在通信過程中減少能耗。nRF51822提供了嵌入式協(xié)議棧，沒有了因相互依賴而導(dǎo)致的麻煩。BLE協(xié)議已由Nordic預(yù)先編譯，僅需獨(dú)立編譯應(yīng)用部分代碼就可。除以上特點(diǎn)外，nRF51822還有支持藍(lán)牙智能協(xié)議棧和線性安全的和運(yùn)行時(shí)保護(hù);靈活的電源管理系統(tǒng)。具有高度靈活性，功耗低的特點(diǎn)。綜上nRF51822是藍(lán)牙低功耗和超低功耗應(yīng)用的理想選擇。最重要的是它有很少的的外圍電路并且易于開發(fā)。滿足設(shè)計(jì)需求。其電路設(shè)計(jì)見圖5。

3 夾式智能報(bào)警器的軟件設(shè)計(jì)思路

本設(shè)計(jì)中對智能防盜系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要是對nRF51822內(nèi)部程序的設(shè)計(jì)和編寫。軟件開發(fā)基于nRF51822藍(lán)牙4.0BLE的協(xié)議棧上。基于本設(shè)計(jì)思路程序的編寫可以采用匯編語言和C語言。由于本設(shè)計(jì)中的防盜報(bào)警系統(tǒng)中多為輸入輸出接口控制和串行通信，由于夾式智能防盜報(bào)警不涉及高精度計(jì)算問題，因此，該設(shè)計(jì)使用C語言進(jìn)行編程設(shè)計(jì)。

3.1 校驗(yàn)功能程序設(shè)定

夾式智能防盜報(bào)警器功能的實(shí)現(xiàn)建立在主機(jī)的藍(lán)牙與夾型智能防盜報(bào)警連接，連接成功則驗(yàn)證功能得以實(shí)現(xiàn)。本報(bào)警器主要采用雙向驗(yàn)證的方法，所述驗(yàn)證流程圖在圖6中示出。主機(jī)APP客戶端發(fā)出驗(yàn)證信息，其主要功能是通過APP客戶端讀取夾式智能防盜的驗(yàn)證信息，如果驗(yàn)證成功，智能防盜報(bào)警器固件將會(huì)判斷APP客戶端是否可以正確地寫入信息。如果可以寫入，它會(huì)通知發(fā)送到APP客戶端。反之，則通知連接錯(cuò)誤并斷開連接。

3.2 按鍵及功能說明

按鍵的操作方式為中斷：單擊功能鍵為001對應(yīng)手機(jī)震動(dòng)一次，響鈴一次功能;長按功能鍵為002通過手機(jī)APP顯示電量功能;快速連擊三次功能鍵為003對應(yīng)恢復(fù)出廠設(shè)置功能。按鍵響應(yīng)流程圖如圖7所示。

夾式智能防盜報(bào)警器的反向?qū)ふ抑鳈C(jī)功能需要通過按鍵響鈴功能來實(shí)現(xiàn)。在藍(lán)牙連接的狀態(tài)下，防盜器先把設(shè)置值001或002或者003發(fā)送給手機(jī)，app客戶端會(huì)根據(jù)不同的設(shè)置值會(huì)產(chǎn)生規(guī)定的震動(dòng)或者蜂鳴。當(dāng)尋物器與手機(jī)距離到一定程度時(shí)，藍(lán)牙信號(hào)衰減至一定程度時(shí)（此時(shí)主機(jī)與防盜器仍然處于連接狀態(tài)），防盜器就會(huì)報(bào)警，同時(shí)手機(jī)也會(huì)報(bào)警。當(dāng)手機(jī)和夾式智能防盜報(bào)警器的藍(lán)牙信號(hào)恢復(fù)到正常強(qiáng)時(shí)即兩者之間的距離在安全范圍內(nèi)，app客戶端和主機(jī)都會(huì)停止報(bào)警，信號(hào)衰減的距離可以在app上設(shè)定。雙向報(bào)警主要是保障了主機(jī)和防盜器兩者間的正常工作，也保障了主機(jī)和防盜器的安全。因?yàn)殡p向報(bào)警的功能特殊性，在主機(jī)和防盜器的距離超過安全距離時(shí)，會(huì)導(dǎo)致app與防盜器同時(shí)報(bào)警，這項(xiàng)功能根據(jù)用戶的需求，若不需要可以在客戶端進(jìn)行設(shè)置關(guān)閉。

尋物功能是夾式智能防盜報(bào)警器的核心功能，包括以下4個(gè)方面：（1）手機(jī)通過APP控制夾式智能防盜報(bào)警器;（2）手機(jī)實(shí)現(xiàn)雙向報(bào)警功能是在報(bào)警器實(shí)時(shí)將自身狀態(tài)（連接狀態(tài)及電量狀態(tài)）反饋給手機(jī)的時(shí)候。（3）手機(jī)和夾式智能防盜報(bào)警器在藍(lán)牙信號(hào)衰減到一定程度時(shí)均報(bào)警;

除了上述重要的尋物功能外還具有：（1）修改夾式智能防盜報(bào)警器的名稱（2）讀設(shè)備狀態(tài)參數(shù)（3）恢復(fù)出廠設(shè)置的功能，以上均可在手機(jī)APP完成相應(yīng)操作。

4 結(jié)語

本夾式智能防盜報(bào)警器可以應(yīng)用于各種物品的防盜，外表制成夾式配合應(yīng)用場合多種多樣，使用形式多種多樣，功能豐富，甚至可以用于兒童或老人走失、寵物防盜定位等領(lǐng)域。而且，本防盜報(bào)警器還可以擴(kuò)展智能設(shè)備的功能。夾型智能防盜報(bào)警輕且緊湊，便于攜帶。功能強(qiáng)大，使用便捷，后期可以通過藍(lán)牙進(jìn)行系統(tǒng)升級(jí)，可完善更多功能。

【參考文獻(xiàn)】

[1]余建華，李有文.基于CC2540藍(lán)牙4.0的雙向?qū)の飯?bào)警器設(shè)計(jì)[J].《機(jī)械工程與自動(dòng)化》，2018.

[2]張?zhí)?互聯(lián)網(wǎng)論文互聯(lián)庫[J].《互聯(lián)網(wǎng)論文庫》，2016.