【《防走失手环的硬件和软件系统设计案例》2600字】

防走失手环的硬件和软件系统设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u18898防走失手环的硬件和软件系统设计案例 1314591.防走失手环的硬件设计 1287071.1STM32F103C单片机 1302031.2GPS模块 2304281.3NRF24L01无线模块 4131601.4稳压芯片 573991.5SIM900A模块 6115082.软件设计 7228762.1软件设计的总体方案 7143102.2超距报警模块设计 7175892.3显示模块设计 9271232.4程序测试 1021543仿真与硬件调试 11283873.1仿真环节 11288113.2实物调试 141.防走失手环的硬件设计1.1STM32F103C单片机STM32F103C单片机属于STM32系列里面的高性能产品，F代表了芯片的子系列，103代表了增强型系列。如图3-1所示。图3-1单片机最小系统最小外围系统电路的设计如下时钟电路结合一下手环的总体功耗以及各个模块的通信功能，最后挑选好了一个八千兆HZ的晶体振荡器和22pf的小电容串联的晶体振荡器。如图3-2所示。图3-2时钟电路1.2GPS模块定位模块采用市场是普通的GPS芯片，HT1612Z3M3L是一款性能高的定位模块，其性能可以支持用户将其使用在汽车的定位与导航中，是一款比较完整的能够接受定位的完整装置。虽然体积轻巧但是却可以满足专业定位的苛刻要求。其参数如下图3-3（1）（2）。（1）（2）图3-3GPS定位模块电路图各引脚的定义如下表3-1所示。表3-1GPS引脚定义名称描述VCC系统主电源TXUART/TTL接口(1.3V默认)GNX接地当TIMEPULSE（时间脉冲）不通电时，显示为秒脉冲输入。当RESET-N（复位）通电时，模块复位输入，底电平有效。1.3NRF24L01无线模块NRF24L01无线模块是设置出来的一个新型收发器件，由NORDIC公司研发与生产。采用FSK调试，内部集成了由NORDIC公司自己的EnhancedShordBurst协议。内置多种功能模块，其中有一个为该公司提供的通信模块的GERBER文件，可以直接加工生产，使用起来较为方便简单。该芯片的一个特点是传输距离较远，但是在另一些方面，比如按照传输的数据流量来看就没有其他的一些使用的更方便。本次根据设计的需要优先采用了NRF的这款芯片。其外观图片如图3-4所示。（图片来自搜狗百科图册）图3-4NRF无线模块芯片图片一般NRF24L01有二十个引脚，本次研究并不能用到那么多，下面只着重介绍使用到的几个引脚的作用，其作用如下所示。CE:可以发射或者接收，当有数字输入时RX或者TX模式选择。IRQ:为中断标志位，当有信号输入时，可屏蔽中断脚。MOSI，CSN，SCK，MISO：VCC:电源。这一系列的为引脚端，使用可以让微处理器通过此引脚来配置该芯片。GND:接地。引脚功能大致为以上所介绍，下面图3-5给出了NRF24L01模块的四种工作模式。工作模式如下表3-1所示。表3-2NRF24L01四种工作模式模式PWR-UPPRM-RMCMFIFO寄存器状态接收模式1 1 1 -发射模式1 0 1 数据在TXFIFO寄存器中发射模式1 0 1至0 停留在发射模式直至发送待机模式21 0 1 TXFIFO为空待机模式11 - 0 无数据传输电路图如下图3-5所示。图3-5无线模块电路示意图1.4稳压芯片稳压芯片是一个电路板里必不可少的一部分，本手环采用的稳压芯片是由奥地利微电子公司的ASM1117芯片。该芯片是一款低压差三端稳压器，用于交换式电源1.3V至5V线性稳压器。具体参数特征如下：=1\*GB3①根据芯片模块的具体型号呢，对应相应的资料信息，可以直接查看到该型号的可调电压，可调电压基本上分为1.5伏，1.8伏，2.5伏，2.85伏，1.3伏和3.0伏等等；=2\*GB3②线性调节最多百分之零点二；=3\*GB3③负载调节封顶百分之零点四；稳压芯片电路图如图3-6所示。图3-6稳压芯片电路示意图1.5SIM900A模块本手环的数据传输项目最终由SIM900A来负责，该模块具有双频的特点，其中包括GSM模块和GPRS模块。性能稳定，功耗量小，其主要的性能指标完全能够符合我手环的信息传输要求。其主要特征如下：包括双频900和180MHZ；通过AT命令控制；下行速度较快；支持SIM卡接口；本次的主机和从机之间的联系主要就是通过该模块来进行的。2.软件设计2.1软件设计的总体方案由于该防走失手环具有多个模块进行相互协调工作，所以各个模块之间通过一定的程序联系起来。当手环的主机和从机都打开之后，在设计的实物板上通过按动按键来模拟在手机上查看手环的位置信息，当按钮被按动之后，传输一个信号到单片机内，通过单片机来发布命令使GPS定位模块开始工作。当GPS模块收集到信号后开始自己处理收集到的信号，然后再将信号传输到单片机内，单片机通过信号转换将传输回来的信号输送到显示屏中，以我们能轻易看懂的信息显示出来。当手环和主机的距离在设置距离之内时的流程图如图4-1所示。图4-1流程图2.2超距报警模块设计在正常情况下，如果只是想要寻找手环佩戴者的使用位置，当我们按动按钮后，在我们的主机上便会显示手环的大致位置，并且手环上有相应的报警模块，帮助我们寻找手环的具体位置。当手环的佩戴者超出了我们预先设置的距离后，系统的流程图如下图4-2所示。图4-2超距流程图2.3显示模块设计找到合适的显示器，首先将LCD显示模块实现LCD1602的初始化操作，将进一步的对引脚EN的操作使LCD1602能够工作。在仿真中通过输入相应的代码，实现显示屏的正常工作。产品设计流程图如下图4-3所示。图4-3显示流程2.4程序测试将设计好的代码输入到KeilUVision4中，开始跑程序，在跑程序的过程中发现问题就及时的更改掉。程序的测试图如下4-4所示。图4-4程序测试图5仿真与硬件调试3.1仿真环节在仿真调试环节，由于许多部分的功能并不能在仿真软件上实现，现在就采用替换的方法，将一些不能进行仿真的功能用其他的一些功能进行替换。比如GPS定位的过程在仿真软件上就没有相对应的功能，因此本文中的仿真大部分采用代替的原则。首先，根据对手环功能的基本要求设计出一套仿真图，再将相应的代码传入至单片机内。仿真图如下5-1所示。图5-1仿真图在仿真测试中，由于仿真模块中没有GPS的元器件，两个主体之间的距离改变没有办法在仿真中实现，所以本文中用两个按钮来代替实物中的这一功能，当按动距离增加按钮时，代表手环和主机之间的距离增加了十米，在显示屏上有相对应的显示，当按动距离减少按钮时，代表手环和主机之间的距离减少了十米，在显示屏上有相对应的显示。具体操作如图5-2所示。图5-2通过仿真实现距离调控3.2实物调试在本次设计中，手环距离主体的距离远近在仿真中用一个滑动变阻器来表示，通过改变滑动变阻器的阻值大小来模拟实际中的距离远近，当阻值变大时表示手环距离较远，当阻值变小时，表示手环的距离较近。阻值大小的控制可以通过直接给定参数或者直接拖动滑杆来实现，实际操作如下图5-3所示。图5-3距离按钮调控实际图当主机通过按钮设置好数值后，从机便与主机链接并开始工作，一旦定位手环和手机之间的距离超出了预定值，手机上便会产生报警提示，包括蜂鸣器报警和LED灯闪烁报警。在这个设计中，两个主体之间的距离设定值可以在显示屏上显示出来。具体如图5