郑州工业应用技术学院本科生毕业论文 智能无线防丢器设计
2 总体方案设计的论证 2.1系统方案设计
子机：子机主要包括STC89C51单片机控制模块、NRF24L01无线发送和接收模块、声光报警模块、灯光提示电路、晶振电路模块以及复位电路模块。如下图2-1所示：
复位电路 灯光提示电路 晶振电路 单 片 机 声光报警模块 NRF24L01无线模块
图2-1 子机模块
母机：母机主要包括STC89C51单片机控制模块、NRF24L01无线发送和接收模块、声光报警和震动报警模块，复位电路模块以及晶振电路模块。如下图2-2所示：
按键查找模块 复位电路 晶振电路 单 片 机 图2-2 母机模块
声光报警模块 震动报警模块 NRF24L01无线模块 3
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图2-2 母机模块
2.2 模块方案设计
2.2.1主控芯片方案
方案一：采用STC89C51单片机实现。STC89C51单片机具有安全性能高、运行速度快、处理功能强、结构简单、功耗低、体积小、价格低廉、易于调试和维护等优点[9，10]。同时，STC89C51单片机易于开发，应用领域广，技术掌握较全面，技术运用能力较娴熟。
方案二：采用MSP430F149单片机。MSP430F149单片机具有集成度高、功能强大、可靠性高、运行速度快、功耗低等优点[11，12]，但是考虑到本设计结构简单，不需要强大的功能做支撑，另外，MSP430F149单片机也有很多缺点，比如成本较高，开发周期较长等等。
综合考虑我们选择STC89C51单片机作为本系统的微控制单元（英文缩写为―MCU‖）。 2.2.2无线通信模块方案
方案一：采用集成芯片M7216。集成芯片M7216属于遥控编码的一种，具有内码数量大，编码重复率低，工作电压低等优点，但是集成芯片M7216系统结构复杂，功能难以实现。
方案二：运用编解码芯片PT2262/2272。编解码芯片PT2262/2272具有功耗低、价格低廉、应用领域广、地址码较多等优点[13，14]，传输方式及结构如下图2-3所示：
高频发射 高频接收 编码 载波 检波 放大整形 报警
解码
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图2-3 PT2262/2272芯片传输结构图
据调查及其上图表明，编解码芯片PT2262/2272的缺点主要包括稳定性差、发射频率较低、系统较复杂、实现功能较少（只能完成单向报警功能）等方面。
方案三：采用2.4G技术进行短距离传输的NRF24L01无线发送和接收模块。NRF24L01无线发送和接收模块具有价格低廉、体积小、功耗低、稳定性好、运行速度快、抗干扰性强等优点[15，16]。同时该模块结构简单，功能强大，能够实现双向报警。
综上所述，我们采用NRF24L01无线发送和接收模块作为本设计的通信模块。
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3 硬件电路设计
3.1 STC89C51单片机主控模块设计
STC89C51单片机是一个低压高性能8位单片机，片内含8k Flash闪存，512 bytes的RAM，2K字节EEPROM存储空间并且具有处理能力强，性能稳定，功耗低，价格低廉的优点[17]。它完全兼容普通51单片机的指令和功能，并且可以独自完成ISP在线编程功能。
主要功能特性：
1)8k可反复擦写Flash ROM； 2)32个双向I/O口； 3)512x8bit内部RAM； 4)可直接使用串口下载；
5) 内带2K字节EEPROM存储空间； 6）三级加密程序存储器； 7)低功耗空闲和掉电模式； 8）掉电后中断可唤醒； 9）8个中断向量源；
10）时钟频率介于0Mhz和24Mhz之间； 11）通用异步串行口（UART）； 12）具有两个16位的定时／计时器。 引脚图见图3-1:
1234567891011121314151617181920U1P10P11P12P13P14P15P16P17RESETP30/RXDP31/TXDP32/INT0P33/INT1P34/T0P35/T1P36WRP37/RDX2X1GNDSTC89C52VCCP00P01P02P03P04P05P06P07EA/VPALE/PPSENP27P26P25P24P23P22P21P204039383736353433323130292827262524232221 6
图3-1 单片机管脚图
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STC89C51单片机引脚介绍如下： ① 主电源引脚（2根）
VCC(Pin40)：电源输入，接＋5V电源 GND(Pin20)：接地线 ②外接晶振引脚（2根）
XTAL1(Pin19)：单片机中振荡电路外部信号的引入接口。 XTAL2(Pin18)：单片机中振荡电路的输出接口。 ③控制引脚（4根）
RST/VPP(Pin9)：具有复位功能的引脚。若该引脚在规定周期内出现两个连续的高电平脉冲时，则对单片机进行初始化操作，恢复单片机原有的状态。
ALE/PROG(Pin30)：地址锁存允许信号。一般情况下，STC89C51单片机对外部信息访问时，ALE能够锁存低8位字节的地址，另外，ALE端的脉冲输出频率是振荡器输出频率的六分之一，具有定时、降低成本的作用。
PSEN(Pin29)：外部存储器信息读取信号。当单片机读取内部存储器信息时，PESN保持原有的状态，当单片机读取外部储存器信息时，PESN在每个周期内变化两次。
EA/VPP(Pin31)：对访问内部、外部信号进行控制。当这个引脚接低电平时，单片机将读取外部信息指令，当这个引脚接高点平时，单片机首先读取内部储存信息指令，一旦访问的地址范围大于内部储存器的范围时，单片机将自动读取外部储存信息指令。另外，当外部编译器对内部程序进行编译时，可输入编程电压VPP。
④双向I/O端口（4组）
STC89C51单片机有4组8位的可编程I/O口，分别位P0、P1、P2、P3口，对于每一组I/O端口而言都包含8个引脚，4组I/O端口一共有32个引脚[18]。
P0口（Pin39～Pin32）：P0端口是一个没有内部上拉电阻的8位双向输入、输出端口。此时该端口输出低电平为0，输出高电平则为高阻态，因此在众多情况下加上内拉电阻是非常有必要的。比如该端口作为普通的输入、输出端口或者该端口对NPN型管进行驱动时。另外，该端口还可以用作复用总线，提供8位数据和低8位地址。该端口的引脚依次命名为P0.0、P0.1,、P0.2、P0.3、P0.4、P0.5、P0.6、P0.7。
P1口（Pin1～Pin8）：P1端口是一个内部含有上拉电阻的8位双向输入、输出端口。该端口可同时对四个负载进行驱动，当输入1时为高点平，当该端口作为输入口时，被拉低的引脚可输出一个电流。该端口的引脚依次命名为P1.0、P1.1,、P1.2、P1.3、P1.4、P1.5、P1.6、P1.7。
P2口（Pin21～Pin28）：P2端口也是一个内部含有上拉电阻的8位双向输入、输出端口。该端口也可同时对四个负载进行驱动，当输入1时为高点平，可作为输入口。
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