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智能寻物机

专家
2013-01-24 11:12:56    评分

作者:青岛大学 陈锡连 丛哲 刘玉丹
指导教师:王贞

  作品简介

  开发背景:
  鉴于人们的生活节奏越来越快,难免会临时的忘记一些重要的物品所放地。如果这些物品能像手机一样发出声音,我们便可以听音找到我们想要的物品。这时我们便想制作一个可以遥控发声并且可以方便携带的智能寻物系统。

  结构说明:  

 

  该系统以IAP15F2K61S2单片机为主机,以msp430G2553单片机为从机(需要绑定在重要物件上),通过按键来控制主机上的NRF24L01无线模块发送信号,这时相应从机上的接收无线模块会收到信号,并使蜂鸣器发出特定的声音,使用者便可以通过声音寻找所需物品。

  功能及使用说明:
  平时,我们可以把此系统带有编号的各个从机挂在或装在不同重要物品中,记下对应物品的编号,当我们找不到物品时,只需按下主机上物品相应编号的按钮,这时物品上的蜂鸣器便会发出声响,接下来,我们就可以听声找到物品。这个系统适用于大多数人群,尤其是工作忙碌总是忘记东西,或者是习惯于乱放物品总是找不到它们的人群。这个系统适用于大多数人群,尤其是工作忙碌总是忘记东西,或者是习惯于乱放物品总是找不到它们的人群。

  平台选型说明

  IAP15F2K61S2单片机
  NRF24L01无线模块
  红外遥控

  设计说明

  总体设计方案:

  该系统以IAP15F2K61S2单片机为发射主机,以另一单片机为接收从机,通过红外遥控来控制主机上的NRF24L01无线模块发射信号,当从机上的无线模块接收到信号后,通过程序控制能够使得物件上的蜂鸣器发出声音。
  1、红外遥控模块:
  红外线遥控是目前使用最广泛的一种通信和遥控手段。由于红外线遥控装置具有体积小、功耗低、功能强、成本低等特点,因而,继彩电、录像机之后,在录音机、音响设备、空调机以及玩具等其它小型电器装置上也纷纷采用红外线遥控。工业设备中,在高压、辐射、有毒气体、粉尘等环境下,采用红外线遥控不仅完全可靠而且能有效地隔离电气干扰。所以我们选用红外遥控模块。

  红外遥控的发射电路是采用红外发光二极管来发出经过调制的红外光波,发射元件为红外发光二极管;红外接收电路由红外接收二极管、三极管或硅光电池组成,使用时要给红外接收二极管加反向偏压,它才能正常工作而获得高的灵敏度。发射机一般由指令键(或操作杆)、指令编码系统、调制电路、驱动电路、发射电路等几部分组成。当按下指令键或推动操作杆时,指令编码电路产生所需的指令编码信号,指令编码信号对载体进行调制,再由驱动电路进行功率放大后由发射电路向外发射经调制定指令编码信号。
  接收电路一般由接收电路、放大电路、调制电路、指令译码电路、驱动电路、执行电路(机构)等几部分组成。接收电路将发射器发出的已调制的编码指令信号接收下来,并进行放大后送解调电路,解调电路将已调制的指令编码信号解调出来,即还原为编码信号。指令译码器将编码指令信号进行译码,最后由驱动电路来驱动执行电路实现各种指令的操作控制(机构)。  

 

  2、无线模块:
  我们采用NRF24l01无线模块,NRF24L01是一款新型单片射频收发器件,工作于2.4 GHz~2.5 GHz ISM频段。内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块,并融合了增强型的ShockBurstTM技术,其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。NRF24L01具有极低的电流消耗:当工作在发射模式下发射功率为0dBm 时电流消耗为11.3mA ,接收模式时为12.3mA,掉电模式和待机模式下电流消耗更低。 在以-6dBm的功率发射时,工作电流也只有9mA;接收时,工作电流只有12.3mA,多种低功率工作模式(掉电模式和空闲模式)使节能设计更方便,并且还具有自动应答和自动重发功能。所以我们选用了NRF24L01无线模块。  

 

  该无线芯片可以设置为一下六种状态:  

 

  待机模式1主要用于降低电流损耗,在该模式下晶体振荡器仍然是工作的;待机模式2则是在当FIFO寄存器为空且CE=1时进入此模式;待机模式下,所有配置字仍然保留。在掉电模式下电流损耗最小,同时NRF24L01也不工作,但其所有配置寄存器的值仍能保留。通过PWM_UP、PRIM_RX和CE三个位共同作用进行相应状态的转换。
  当发射数据时,首先将NRF24L01配置为发射模式:接着把接收节点地址TX_ADDR和有效数据TX_PLD按照时序由SPI口写入NRF24L01缓存区,TX_PLD必须在CSN为低时连续写入,而TX_ADDR在发射时写入一次即可,然后CE置为高电平并保持至少10μs,延迟130μs后发射数据;若自动应答开启,那么NRF24L01在发射数据后立即进入接收模式,接收应答信号(自动应答接收地址应该与接收节点地址TX_ADDR一致)。如果收到应答,则认为此次通信成功,TX_DS置高,同时TX_PLD从TX_FIFO中清除;若未收到应答,则自动重新发射该数据(自动重发已开启),若重发次数(ARC)达到上限,MAX_RT置高,TX_FIFO中数据保留以便再次重发;MAX_RT或TX_DS置高时,使IRQ变低,产生中断,通知MCU。最后发射成功时,若CE为低则NRF24L01进入空闲模式1;若发送堆栈中有数据且CE为高,则进入下一次发射;若发送堆栈中无数据且CE为高,则进入空闲模式2。
  当接收数据时,首先将NRF24L01配置为接收模式,接着延迟130μs进入接收状态等待数据的到来。当接收方检测到有效的地址和CRC时,就将数据包存储在RX_FIFO中,同时中断标志位RX_DR置高,IRQ变低,产生中断,通知MCU去取数据。若此时自动应答开启,接收方则同时进入发射状态回传应答信号。最后接收成功时,若CE变低,则NRF24L01进入空闲模式1。其空闲模式是为减小平均工作电流设计的,其最大的优点就是节能的同时,能够缩短芯片的启动时间。下面为其原理图:  

 

  3、单片机控制模块
  该系统以IAP15F2K61S2单片机为核心,通过程序控制将红外模块和无线模块有机的结合起来,通过红外遥控控制无线模块发送无线信号,以另一单片机为从机,该系统我们设计了两个从机,从机1和从机2,通过软件编程当按下红外遥控上的按键1时,从机1上的蜂鸣器发出声响,按下2号键时,从机2上的蜂鸣器发出声响。

  作品特色

  先进性:该智能寻物系统采用IAP15F2K61S2单片机为主机,以msp430G2553为从机,应用了红外遥控模块和NRF24L01无线模块。
  创新性:该智能寻物系统将红外遥控和无线通讯两种技术很好的有机结合起来,利用单片机作为载体,通过程序控制实现了遥控发声的功能,整个系统创新性的将以上技术应用到实际生活中来,解决日常实际问题。
  实用性:在日常生活中,我们难免会忘记一些不常用但是很重要的小物件,就会盲目的去找不但浪费时间,更是弄得家里、办公室或宿舍更加凌乱。有了这个智能寻物系统,找不到东西时,只需轻轻按下按钮,便会听到声响,就像找不到手机时打电话一样,接下来便会根据声音的发源地,很轻松的确定它们的位置,从而找到重要物品,解决人们的生活烦恼。
  这个智能寻物系统,适合大众,而且从机袖珍、方便携带,可以挂在物件上,并且很有发展前景,适合于日常生活中,解决了人们现实生活中经常发生的找不到物件的状况,具有很强的实用性。

系统演示视频:http://v.eepw.com.cn/video/play/id/2734




关键词: 智能     寻物机     物品     我们     遥控     系统     单片机     NR    

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