■湖北省黃石市第二高級(jí)中學(xué) 彭少龍

很多人都有過(guò)找不著家中物品的經(jīng)歷。我設(shè)計(jì)了一款基于單片機(jī)和ZigBee無(wú)線通信的防丟器系統(tǒng)，通過(guò)單片機(jī)設(shè)定不同的通信口令，依靠ZigBee的廣播模式，向所有從機(jī)發(fā)送信息，對(duì)應(yīng)的從機(jī)收到指令后接通蜂鳴器，發(fā)出報(bào)警聲，幫助人們找到對(duì)應(yīng)的物品。

一、防丟器系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于ZigBee的防丟器系統(tǒng)由主機(jī)和從機(jī)構(gòu)成，從機(jī)與主機(jī)都由電源模塊、穩(wěn)壓模塊、控制器模塊和ZigBee數(shù)據(jù)通信模塊組成。在此基礎(chǔ)上，主機(jī)還設(shè)有按鍵模塊，以便選擇需要尋找的從機(jī)。從機(jī)上設(shè)有報(bào)警模塊，以便收到主機(jī)信號(hào)時(shí)發(fā)出報(bào)警聲，引導(dǎo)使用者找到對(duì)應(yīng)的物品。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 防丟器系統(tǒng)主機(jī)結(jié)構(gòu)原理框圖

1.控制器模塊

由單片機(jī)及其外圍電路構(gòu)成。由于具有控制能力強(qiáng)、性能穩(wěn)定、體積小、性價(jià)比高、功耗低等優(yōu)勢(shì)，單片機(jī)被廣泛應(yīng)用于便攜式電子產(chǎn)品。采用單片機(jī)能很好地滿足本系統(tǒng)的控制需求。

2.ZigBee通信模塊

ZigBee最大的特點(diǎn)是功耗低、可組網(wǎng)，特別是帶有路由的可組網(wǎng)功能，理論上可以使ZigBee覆蓋的通信面積無(wú)限擴(kuò)展。本防丟器系統(tǒng)采用ZigBee無(wú)線串口模塊，可實(shí)現(xiàn)主機(jī)與從機(jī)之間的通信。

3.按鍵和報(bào)警模塊

按鍵模塊包含四個(gè)按鍵，可對(duì)四個(gè)不同的從機(jī)進(jìn)行選擇，從機(jī)特有的模塊為蜂鳴器報(bào)警模塊。當(dāng)按下主機(jī)某一按鍵時(shí)，主機(jī)與對(duì)應(yīng)從機(jī)之間通過(guò)ZigBee連接，該從機(jī)蜂鳴器鳴叫，方便使用者尋物。

4.電源模塊

電源模塊由充電模塊和電池組成，為了方便攜帶，電池采用小容量鋰電池，充電模塊集成在主控板上。充電模塊采用鋰電池充電芯片，充電口為廣泛運(yùn)用于電子設(shè)備上的Type-C接口，使用方便。

二、制作過(guò)程及測(cè)試

1.電路設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的主、從機(jī)將所有模塊集成在一塊PCB電路板上，ZigBee串口通信模塊也通過(guò)貼片焊接在PCB板上。實(shí)物如圖2所示。

圖2 主機(jī)（左）、從機(jī)（右）實(shí)物圖

2.主機(jī)、從機(jī)外殼

主機(jī)和從機(jī)的外殼由卡槽和頂蓋組成，經(jīng)3D建模軟件建模后3D打印制成。3D打印外殼如圖3所示。

圖3 3D 打印外殼

3.整體搭建

調(diào)試打樣焊接完成的電路板，將其裝入卡槽并蓋住頂蓋，完成整體制作。作品實(shí)物如圖4所示。

圖4 作品實(shí)物圖

4.測(cè)試

本作品測(cè)試分四次。首先，將四個(gè)從機(jī)開(kāi)機(jī)后隨機(jī)放置在房間的不同位置。接著，一名不了解從機(jī)放置位置的測(cè)試者手持主機(jī)對(duì)從機(jī)進(jìn)行選擇，依次按下1、2、3、4按鍵完成對(duì)從機(jī)的尋找。

測(cè)試者每按一個(gè)按鍵，其對(duì)應(yīng)的從機(jī)的蜂鳴器鳴叫，直到測(cè)試者發(fā)現(xiàn)從機(jī)并將其關(guān)機(jī)。四次測(cè)試花費(fèi)的時(shí)間均較短，測(cè)試結(jié)果表明，該防丟器系統(tǒng)可以用于高效尋找物品。