基于单片机蓝牙的物品防丢系统

摘要：针对日常生活中人们有时候会忘记一些物品或是儿童玩耍容易走出家长视线的现象，通过在相关物品身上安装简易蓝牙防丢器，解决生活中因一些事所带来的损失问题。本设计以STC89C52单片机作为控制芯片，对蓝牙模块进行控制，从而实现对物品在脱离主体一段距离后发出警报。利用AltiumDesigner作为仿真软件，对电路和检测系统进行仿真和模拟。实验结果表明当物品远离主体的时候，检测系统会立即警报，能有效解决我们因疏忽所带来的问题。

关键字：单片机；蓝牙；距离；防丢器

Detecton system of speed of electric bike and temperature of battery

Sun Zhong

Department of automatic control, Nanjing University of information science and technology, Nanjing 210044

Abstract: According to the question that the life of batteries is shor and the speed is too fast of electric bike, we check the speed of electric bike and temperature of battery real time to restric the electric bike from overspeed prevent the battery from overheating. This design is based on STC89C52 single-chip as control chip, and the goal of detecting the speed of electric bike and temperature of battery is achieved. By controlling stepper temperature sensor and Ultrasonic module. Using AltiumDesigner simulation software, the simulations for circuits and detection                 the temperature of battery is higher than the maximum we set or speed is faster than threshold, and we can solve the problem that the life of battery is short and the speed is too fast.

Keywords: single-chip microprocessor; ultrasonic; speed of electric bike; battery; temperature

第一章 绪论

随着社会的进步，生活中人们总是不停的忙碌着，从而在一些小事上比如忘记带钥匙、自己小孩因调皮脱离家长实现等等，急需蓝牙防丢器来提醒我们因忙碌所忽略的事情，然而对这方面研究从未停止过。当前蓝牙防丢器已经大多出现的是蓝牙4.0，他的低功耗深受设计者喜爱，如图1所示。单片机在电子产品中的应用日趋广泛而且很多电子产品已经将单片机用于距离的检测和配合蓝牙模块参与信息的接收。这种以集成芯片为主的第二类仪器，适用于快速响应和高精度要求。本文主要以其在生活中使用为例，对单片机在距离的测量以及通过蓝牙实现无线信号的接收使用做简单阐释。

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图1  蓝牙防丢器

        本设计信号接收部分是蓝牙模块， 该模块主要用于短距离的数据无线传输领域，可以方便的和PC机的蓝牙设备相连，也可以两个模块之间的数据互通。避免繁琐的线缆连接，能直接替代串口线。主要用于蓝牙无线数据传输；工业遥控、遥测；POS系统，无线键盘、鼠标等领域。

Altium Designer 是原来的Protel的软件开发公司Altium 所推出的一体化电子产品开发系统[1]如下图2所示。主要运行在Windows系统中主要包括Windows XP和Win7两个系统，这套开发系统将原理图设计，电路仿真，PCB绘制，拓扑逻辑自动布线，信号完整性分析等技术完美的结合在一起如下图3所示。为设计者和开发人员提供了全新的平台和解决方案。使设计变得轻松，熟练这套软件的使用必将使电路设计的效率和质量大幅提高。它除了融合Protel99se，DXP在内的先前版本的优点以外还进行了很多改进，增加了很多高端功能。拓宽了板级设计的界面并且整合了FPGA和SOPC设计的工能。当然正因如此其对电脑性能的要求也自然升高。当然其首屈一指的功能使得这款软件非常值得推广。

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图2  Altium 软件

（1）研究目标：

1）进一步掌握51单片机的结构[2]和其引脚功能；

2）掌握HC-06蓝牙模块功能和使用方法[3]；

3）进一步掌握单片机硬件和软件的综合设计方法。

4）提高单片机基础知识的综合应用能力，完成电路图和仿真设计。

5）调试相关模块，开发出电动车车速与蓄电池温度检测系统样机。

（2）研究意义

1）从技术层面讲，基于单片机蓝牙传输系统实现了在配对状态下两个不同地址并且相互绑定的同型设备之间的自动连接和通信的功能，并在收发设备两端对等层开发了文件传输协议，实现了文件自动传输。在此基础上，该系统的功能可扩展为点对点，或者实现组网自动通信以及数据转发。此系统实现了蓝牙模块与单片机之间的HCI，具有一定的规范性，也可以作为通用模块，为实现蓝牙产品开发提供了参考案例。

2）从实际生活的角度看，当前属于数字化的时代。我们对高效率高自动化的环境充满渴望。人们对各种物理因数的测量也往高科技的方向不断迈进，而这其中对精度的要求自然越发的苛刻。单片机作为一种廉价的高速高精度的系统其前景自然不可小觑。而基于单片机的蓝牙防丢应用自然是合适不过。随着社会不断发展人们现实中所顾及的事情越来越多，人们精力毕竟有限，所以对人们日常生活做些提醒方面的技术研究还是有多方面原因的，比如人们经常忘记钥匙，忘记一些贵重物品，或是看管儿童时因精力不足会疏忽孩子的行踪等等。

在如今的数字化时代，人们对高度自动化智能化的设备需求越来越高[4]。而单片机控制系统以其不可多得的优势引领潮流，主要表现在其精度高，过载性好，控制方便，整机结构简单的特点已经广泛运用于现在的实际生产之中。基于单片机的测量控制系统和其余一些模块联合使用系统作为现代化测控设备的重要组成部分，在今天以及将来都将具有广阔的发展前景。

（1）单片机

STC89C52是STC公司生产的一种低功耗，高性能的8位CMOS控制器件。其内部有8K的Flash存储器。内部依旧是使用的MCS-51内核而它的功能比传统的51单片机做了一些改进这也使得它在多嵌入式控制系统中变得灵活。其具有以下标准功能：8K字节Flash、512字节RAM、32位I/O口、看门狗定时器、内置4K的E2PROM、3个16位定时计数器、4个外部中断、4级中断结构、全双工串口、最高运作频率35MHZ。

89C52引脚功能：

1）VCC（40）：电源+5V。

2）VSS（20）：接地，也就是GND。

3）XTL1（19）和XTL2（18）：振荡电路。

4）PSEN（29）：片外ROM选通信号，低电平有效。

5）ALE/PROG（30）：地址锁存信号输出端/EPROM编程脉冲输入端。

6）RST/VPD（9）：复位信号输入端/备用电源输入端。

7）EA/VPP（31）：内/外部ROM选择端 。

8）P0口（39-32）：双向I/O口。

9）P1口（1-8）：准双向通用I/0口。

10）P2口（21-28）：准双向I/0口。

11）P3口（10-17）：准双向I/O口具有第二功能。

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图4  STC89C52引脚图

（2）HC06蓝牙模块

     HC-06是主从一体化的蓝牙串口模块，主从可指令切换，指令少于HC-05，使用简单。（供电电压 3.3V~3.6V）

主机：用来搜索从设备，不能被其他设备搜索。

从机：用来被搜索的设备，不能主动搜索其他设备。

主从连上以后就相当于一根串口线使用，这个时候就不分主从，也就是透传模式。

其对温度的响应转换时间也很短完全满足基本的温度测量需求。并且以其独到的价格优势很受消费者的欢迎。

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图5  HC-06芯片封装结构

HC-06特点：

1）采用CSR主流蓝牙芯片，蓝牙V2.0协议标准。

2）模块供电电压：3.3V~3.6V。

3）默认参数：波特率 9600、配对码 1234、工作模式 从机。

4）核心模块尺寸大小为：27mm x 13 mm x 2mm。

5）工作电流：不大于50MA（以实测为准）。

6）通讯距离：空旷条件下10M，正常使用环境 8M左右。

7）用于GPS导航系统，水电煤气抄表系统，工业现场采控系统，可以与蓝牙笔记本电脑、电脑加蓝牙适配器、PDA等设备进行无缝连接。

8）可以对STC单片机无线升级和下载程序。

第二章 单片机控制蓝牙模块系统方案设计

由控制按钮控制发出指令，通过51单片机处理，信号由单片机发给执行电路机构，蓝牙模块收到到驱动信号开始工作其如下图所示：

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图6系统设计流程图

编程语言方面C语言和汇编语言在单片机编程中最为常见。中在C语言和汇编语言中我对C语言编程较为熟悉，因其更为简洁易用尤其在寄存器操作方面无需检索复杂的地址使得其非常方便，而且在与其它软件混合编程时非常的方便所以现在很多主流的行业软件都带有C语言接口这是汇编语言所没有的因此本设计使用C语言为单片机编程[6]

1.单片机数据传输系统的电源部分

   发射与接收模块的电源均用+7.2V的干电池经7805稳压输出+5V的电源，其电路原理图如图7。图中J3的2脚位+7.2V，1脚为地；S4为拨动开关，电容C11、C12、C13、C14均为7805输入输出端的滤波电容；D17为发光二极管，即电源指示灯；D19为1N4007保护二极管，当输入端短路时，给输出电容C14一个放电回路，防止7805被击穿损坏。

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                       图7  +5V电源部分

2.HC-06蓝牙模块原理

HC-06蓝牙模块供电电源由+5V电源在经过R1114-33稳压输出+3.3V供电。其电路原理图如下图所示.

HC-06蓝牙模块主要性能参数：

（1） 频率：2.4GHz ISM band

（2） 调制方式：GFSK

（3） 发射功率等级：class2

（4） 灵敏度：≦-80dBm

（5） 通信速率：2Mbps

（6） 供电电源：3.3V

（7） 工作温度：-20 ~+55℃

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                                 图8 HC-06原理部分

在功耗方面本检测系统基本都是目前市场上功耗最低的产品，虽然不论人们在任何时候是在其工作状态还是在其未使用状态都不用关闭不必要的模块，但是其工作功耗很小很小。例如电子表一样长时间工作，却在功耗方面微乎其微。在低成本的选择上保证基本性能的情况下选择了HC-06模块，体积小且线路简单因此在电动车上安装会很方便。并且具有结构简单，可调节性强等优点。

在单片机整体电路连接好之后分别对主程序，信号发出程序，信号接收程序，计算子程序编译调试之后，通过距离判断所关注的物品是否在主体可控的范围，软件流程如下图所示。

由于蓝牙木块检测系统的时序比较严格，所以准确的把握好距离和反馈才能准确测量出物品是否已超出可控范围。整体检测系统通过7.2V干电池供电，并通过7805稳压模块转换为单片机所需的+5V电压对整个检测系统进行供电。为消除各部分的数字数据相互之间干扰可分别接地。

   单片机数据传输系统软件部分分为数据采集和接收发送数据两个模块[，在此仅分析主程序与各子程序的流程。涉及的子程序为信号发出，信号范围的判断，蓝牙收发数据子程序，警报装置。

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图4.1 系统软件主程序流程图

第三章 结论

本设计以51单片机为基础对温度和速度传感器模块进行精密的控制和显示在实际应用中取得良好的效果。温度的显示进度达到±0.1℃，速度理论精度在mm/S的级别。采用这种基于单片机的电动车车速及蓄电池温度检测系统大大简化了繁琐的人工测量，能实现简单的启动，停止，测量，报警等功能，并通过液晶显示，使人们了解当前电动车的行驶情况以及蓄电池的使用情况。只是由于本人知识有限再加上篇幅等问题仅作这些简单的测量。并希望借此能引起电动车开发者的重视，从保护环境的珍爱生命的角度出发，能在未来开发出高度智能、实用、安全、环保的电动车。同时在以后的学习生活中，我希望自己能得到进一步提高，能做出更好的更实用的智能化仪器出来。

   

参考文献

[1]  庞毅, 潘峰. Altium Designer Winter 09软件的设计与使用技巧[J]. 广播电视信息, 2011, (10): 1-2.

[2]  孙育才, 孙华芳. MCS-51系列单片机及其应用[M]. 南京: 东南大学出版社, 2012.  11-33.

[3]  蓝牙核心技术及应用..北京:科学出版社,马建仓 罗亚军 赵玉亭.2003

[4]  安然. 我国食品包装机械自动化水平要求越来越高[DB/0L]. [url=]http://www.doc88.com /p-480421076878.html[/url]

[5]  李杜. 基于HC-SR04的超声波测距装置算法研究[J]. 科技视界, 2012, (28): 2-3.  

[6]  刘汉明. 用C语言为单片机编程一编程环境[J]. 电子制作, 2002, (12): 1-10.

[7]  史健芳. 智能仪器设计基础[M]. 北京: 电子工业出版社, 2012. 76-79.

[8]  姜源, 陈卫兵, 严飞. 单片机应用于实践教程[M]. 西安: 西安电子科技大学出版社, 2010. 7-112.