夹式智能防盗报警器的设计

王美红　孙少康

【摘 要】本文使用Nordic nRF51822作为主芯片设计了一款小型的夹式智能防盗报警器。除了能实现最基本的报警功能外，还兼备寻物以及儿童防走丢功能;控制方式多样灵活，既可通过按键操作，亦可通过app操作，后期可以通过更新系统完善更全面的功能。

【关键词】蓝牙;防盗;nRF51822

中图分类号： TP277文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）13-0007-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.13.003

Design and Thinking of clip Type Intelligent Burglar Alarm

WANG Mei-hong SUN Shao-kang

（Taishan university，Taian Shandong 271000，China）

【Abstract】This paper uses Nordic nRF51822 as the main chip to design a small clip type intelligent burglar alarm. In addition to the most basic alarm function， it also has the function of finding objects and preventing children from getting lost. The control mode is diversified and flexible， which can be operated by keys or app. At the later stage， the system can be updated to improve more comprehensive functions.

【Key words】Bluetooth; Guard against theft; nRF51822

0 引言

隨着技术的发展和社会的进步，近年来，智能化的概念越来越火，特别是在智能家居、设备上的发展尤其快速。人们也更倾向于选择智能设备来满足生活和工作上的需求。智能手机，可穿戴设备以其方便智能的特点迅速占领市场并逐渐成为人们生活的必需品，由于智能设备的价格并不算低廉，因此智能设备的防盗成为一个亟待解决的问题。本研究计划设计一种多用途的、方便小巧的夹式智能报警器，通过与手机、智能手表等设备无线连接，利用蓝牙的连接距离智能在一定范围内进行工作这一特性进行设计。当物品超出一定范围，则蜂鸣器发出警报震动块震动提示物品被盗。亦可以通过报警器与app的连接可以使用户更好地查看设备使用情况，亦可操作手机使报警器震动及发出警报，达到双向防盗寻物的功能。夹式智能防盗报警器与智能设备的连接不仅可以达到报警的功能，也可以拓展原本智能设备的功能。在壳体的设计上采用卡夹设计，方便将报警器置于防盗物体上，适用多种情形。整体设计纤薄，方便小巧，携带不会占中大量空间。且设备功耗低，一次充电可以使用较长时间，免去频繁充电的困扰，提高了产品的使用率。

1 夹式智能报警器整体设计思路

夹式智能防盗报警器的整体设计主要包括以下几个方面;蓝牙的基本功能设备初始化设置（设备连接是实现防盗器功能的基本），报警功能（夹式智能防盗报警器的主要功能）、按键功能（基本设置与复位），设备信息读取和写入（录入与读出），重置6个程序模块，其结构框图如图1所示。

2 夹式智能报警器的硬件设计

根据夹式智能防盗报警器的功能设计的需要，硬件设计分为以下五个部分：（1）电源模块：提供稳定，可靠的工作电压。（2）信号接收和发送模块：接收和发送信号。（3）按键输入模块：通过按键对报警器进行简单设置或者复位。（4）蜂鸣与震动模块：通过震动和蜂鸣提醒用户，从而完成报警功能。（5）数据传输模块：核心数据的处理包括处理用户按键功能及设备的设置信息。

2.1 电源模块

根据小型化和低功耗设计要求，因此其组件必须也同样小巧，故夹式智能防盗报警器供电选用3VCR2032电池。为了让电池充一次电工作时间较长，确保足够的功率效率，故选择带DCSC芯片TPS62260。其工作状态足够稳定，满足设计需求。电源管理模块如图2所示。

2.2 信号接收发送模块

TI出品的CC2541是一款针对蓝牙低功耗的芯片。CC2541拥有128kB或者256KB的Flash存储器;CC2541的灵敏度高和抗干扰性能好，为信号接收提供了保障;功耗低，待机电流仅为400uA-1.5mA;具有集成看门口狗技术;其外围电路少，易于开发。消费类医疗、安全、娱乐以及家庭自动化对蓝牙智能传感器的应用需求，CC2541都可以满足。SoC在确保稳健RF性能的同时，当输出功率为1mW时，功耗比TI前代CC2540？SoC降低33%。CC2541与CC2540引脚对引脚兼容，这可以轻松移植[1]。信号接收发送模块见图3。

2.3 按钮输入模块

在此设计里，设置1个按键，也就是功能键。智能报警器的按键操作设置如表1所示。不同的功能对应不同的操作。夹式智能防盗报警器的按键输入模块电路如图4所示。

2.4 数据传输模块

nRF51822为超低功耗无线应用而设计。nRF51822使用32位ARM Cortex M0核心，片上256Kb的flash相对于8/16位的平台拥有更佳的代码密度和更快的执行速度。可编程外设联系统提供了一个16通道的总线，可以减少外设经由CPU通信造成的延迟，并可以在通信过程中减少能耗。nRF51822提供了嵌入式协议栈，没有了因相互依赖而导致的麻烦。BLE协议已由Nordic预先编译，仅需独立编译应用部分代码就可。除以上特点外，nRF51822还有支持蓝牙智能协议栈和线性安全的和运行时保护;灵活的电源管理系统。具有高度灵活性，功耗低的特点。综上nRF51822是蓝牙低功耗和超低功耗应用的理想选择。最重要的是它有很少的的外围电路并且易于开发。满足设计需求。其电路设计见图5。

3 夹式智能报警器的软件设计思路

本设计中对智能防盗系统的软件设计主要是对nRF51822内部程序的设计和编写。软件开发基于nRF51822蓝牙4.0BLE的协议栈上。基于本设计思路程序的编写可以采用汇编语言和C语言。由于本设计中的防盗报警系统中多为输入输出接口控制和串行通信，由于夹式智能防盗报警不涉及高精度计算问题，因此，该设计使用C语言进行编程设计。

3.1 校验功能程序设定

夹式智能防盗报警器功能的实现建立在主机的蓝牙与夹型智能防盗报警连接，连接成功则验证功能得以实现。本报警器主要采用双向验证的方法，所述验证流程图在图6中示出。主机APP客户端发出验证信息，其主要功能是通过APP客户端读取夹式智能防盗的验证信息，如果验证成功，智能防盗报警器固件将会判断APP客户端是否可以正确地写入信息。如果可以写入，它会通知发送到APP客户端。反之，則通知连接错误并断开连接。

3.2 按键及功能说明

按键的操作方式为中断：单击功能键为001对应手机震动一次，响铃一次功能;长按功能键为002通过手机APP显示电量功能;快速连击三次功能键为003对应恢复出厂设置功能。按键响应流程图如图7所示。

夹式智能防盗报警器的反向寻找主机功能需要通过按键响铃功能来实现。在蓝牙连接的状态下，防盗器先把设置值001或002或者003发送给手机，app客户端会根据不同的设置值会产生规定的震动或者蜂鸣。当寻物器与手机距离到一定程度时，蓝牙信号衰减至一定程度时（此时主机与防盗器仍然处于连接状态），防盗器就会报警，同时手机也会报警。当手机和夹式智能防盗报警器的蓝牙信号恢复到正常强时即两者之间的距离在安全范围内，app客户端和主机都会停止报警，信号衰减的距离可以在app上设定。双向报警主要是保障了主机和防盗器两者间的正常工作，也保障了主机和防盗器的安全。因为双向报警的功能特殊性，在主机和防盗器的距离超过安全距离时，会导致app与防盗器同时报警，这项功能根据用户的需求，若不需要可以在客户端进行设置关闭。

寻物功能是夹式智能防盗报警器的核心功能，包括以下4个方面：（1）手机通过APP控制夹式智能防盗报警器;（2）手机实现双向报警功能是在报警器实时将自身状态（连接状态及电量状态）反馈给手机的时候。（3）手机和夹式智能防盗报警器在蓝牙信号衰减到一定程度时均报警;

除了上述重要的寻物功能外还具有：（1）修改夹式智能防盗报警器的名称（2）读设备状态参数（3）恢复出厂设置的功能，以上均可在手机APP完成相应操作。

4 结语

本夹式智能防盗报警器可以应用于各种物品的防盗，外表制成夹式配合应用场合多种多样，使用形式多种多样，功能丰富，甚至可以用于儿童或老人走失、宠物防盗定位等领域。而且，本防盗报警器还可以扩展智能设备的功能。夹型智能防盗报警轻且紧凑，便于携带。功能强大，使用便捷，后期可以通过蓝牙进行系统升级，可完善更多功能。

【参考文献】

[1]余建华，李有文.基于CC2540蓝牙4.0的双向寻物报警器设计[J].《机械工程与自动化》，2018.

[2]张特.互联网论文互联库[J].《互联网论文库》，2016.