基于DWM1000的防丢器设计与实现

• 作 者: 刘旭
• 出 处: E动时尚·科学工程技术
• 发表日期: 2019年12期

　　摘 要：随着社会生活的快节奏发展，人们遗失东西的现象经常发生，为了防止重要的东西丢失，高精度的防丢器应运而生。本文设计并实现了一款高精度的电子防丢器，它包括发射部分和接收部分组成，发射部分置于防丢物品上，接收部分放在身边携带，发射器和接收器的距离超过预定的距离就会报警，其中主控芯片选择STM32F103，无线接收发送芯片选择DWM1000。
　　关键词：防丢器；DWM1000；STM32F103
　　一、电子防丢器介绍
　　1.1 防丢器功能
　　电子防丢器是一种能探测出距离远近的高科技电子装置，它能防止您携带的贵重物品遗失，防止随行的儿童走失等。
　　1.2 电子防丢器的特点
　　一是使用方便，适用性广。防丢器是发射机和接收机两部分组成，体积小巧，便于携带，不会对外出造成任何负担，所以可以广泛用于手机、钱包、箱包、小孩等贵重物品或人身上防丢及防偷之用。二是功能齐全，性能稳定。具有安全距离可任意调节，防丢和寻找功能。其报警方式为警音提示。
　　二、防丢器的硬件设计
　　2.1 主控芯片设计
　　本设计采用STM32F103C8T6芯片，STM32F系列属于中低端的32位ARM微控制器，该系列芯片是意法半导体（ST）公司出品，其内核是Cortex-M3。该系列芯片按片内Flash的大小可分为三大类：小容量（16K和32K）、中容量（64K和128K）、大容量（256K、384K和512K）。芯片集成定时器，CAN，ADC，SPI，I2C，USB，UART，等多种功能。
　　STM32F103C8T6使用高性能的 ARM CortexTM-M3 為内核的 32 位微控制器，最高工作频率可达168MHZ，内置高速存储器，丰富的增强型 I/O 端口和外设连接到外部总线。包含 1个12 位的 ADC、2 个比较器、2 个 16 位通用定时器、2 个 32 位通用定时器、2 个 16 位基本定时器、2 个 16 位高级定时器。还包含标准的通信接口：2 个 I2C 接口、3 个 SPI 接口、1 个 USB 接口、1 个 CAN 接口、1 个 SDIO 接口和 8 个 UART 接口。工作电压为 2.0V ～ 5.5V。多种省电工作模式保证低功耗应用的要求。基于以上特点，本设计选择此款芯片，硬件原理图如下：
　　2.2 无线通信发射机接收机设计
　　本设计无线通讯模块选择DWM1000，DWM1000是IEEE802.15.4-2011标准的超宽带无线收发模块根据DecaWave的DW1000集成电路。DWM1000可在实时定位系统（RTLS）对象的位置精度到10厘米的室内，高数据率通信，高达6.8 MB / s，并具有优良的通信范围可达300米，由于相干接收技术。该模块集成了DW1000，天线，巴伦，和晶体。这个模块是理想的原型和低到中等体积的应用，因为它减少了开发时间，因此，需要一个内部射频专家。DecaWave模块DWM1000优化无与伦比的室内精确定位和数据通信实时定位系统（RTLS）和无线传感器网络（WSN）。它运行在各种各样的市场，包括EPOS和零售、汽车、农业、建筑控制与自动化、工厂自动化、医疗、安全、仓储物流及其它系列。
　　硬件设计原理图如下：
　　三、防丢器软件设计
　　3.1 发射机程序设计
　　3.1.1 发射机主控流程设计
　　当DWM1000 发送一条信息后，如果明确知道收到信息的其它模块会回复一条信息，那么就需要在发送后打开接收器。当然可以选择立即打开接收器，但是根据实验数据大概估计会回复数据的时刻，可以延时一段时间在打开接收器。接上面，打开接收器就在等数据，如果等不到就过段时间自动关闭接收器。
　　void txcallback（dwDevice_t *dev）
　　{
　　dwTime_t departure；
　　dwGetTransmitTimestamp（dev，&departure）；
　　switch（txPacket.payload[0]）
　　{
　　case POLL： //01 tag transmit
　　{
　　poll_tx = departure；
　　}
　　break；
　　case FINAL：//03 tag transmit
　　{
　　final_tx = departure；
　　}
　　break；
　　case LAST：//05 tag transmit
　　{
　　rangingComplete = 1；
　　}
　　break；
　　}
　　3.1.2发射机报警程序设计
　　超距离报警程序设计，如果发射机检测到接收机距离超过设定距离或者检测不到接收机时，会发出相应的报警音提示。程序如下： if（（bDisAlarmVoice==1）&&（bDisAlarmCancel == 0））
　　{
　　if（bAlarmFindExit==1&&bAlarmLowPowerExit==1）
　　{
　　bAlarmDisExit=0；
　　if（1 == musicPlay1（AlarmScore））
　　{
　　bDisAlarmVoice=0；
　　bAlarmDisExit=1；
　　if（bkeyDisCancle==1）
　　{ 　　bDisAlarmCancel =1；
　　bkeyDisCancle=0；
　　}
　　}
　　}
　　}
　　如果接收机找到并且已经出现在安全距离之内，发射机发出已经找到的提示音，程序设计如下：
　　if（（bDisStatus==1）&&（bDisOverOne==0））
　　{
　　if（bAlarmDisExit==1&&bAlarmLowPowerExit==1）
　　{
　　bAlarmFindExit=0；
　　if（1 == musicPlay1（FindScore））
　　{
　　bDisStatus=0；
　　DisOvernum=0；
　　bAlarmFindExit=1；
　　bDisAlarmCancel=0； bDisAlarmVoice=0；
　　}
　　}
　　}
　　如果发射机的电量偏低，还会发出电量偏低的提示音，程序设计如下： if（bLowPowerAlarm==1&&b10mincancel==0）
　　{
　　if（（bAlarmDisExit==1）&&（bAlarmFindExit==1））
　　{
　　bAlarmLowPowerExit=0；
　　if（1 == musicPlay1（LowPowerScore））
　　{
　　bLowPowerAlarm=0；
　　b10mincancel=1；
　　bLowPowernum=1； bAlarmLowPowerExit=1；
　　}
　　}
　　}
　　}
　　3.2接收机程序设计
　　3.2.1 接收机流程设计
　　发射机发出信号之后，接收机先比对地址，如果地址一致则回复发射机，发射机接收到回复信号后，再次向接收机发送测距信号，接收机接收到信号后返回测算距离给发射机。程序设计如下：
　　switch（rxPacket.payload[TYPE]）
　　{
　　case POLL： //01 Anchor received
　　{
　　poll_rx = arival；
　　txPacket.payload[TYPE] = ANSWER；
　　dwNewTransmit（dev）；
　　dwSetDefaults（dev）；
　　MAC802154_HEADER_LENGTH+2）；
　　dwSetData（dev，（uint8_t*）&txPacket，MAC802154_HEADER_LENGTH+3）；
　　dwWaitForResponse（dev，true）；
　　dwStartTransmit（dev）；
　　}
　　break；
　　case FINAL： //03 Anchor received
　　{
　　reportPayload_t *report =（reportPayload_t *）（txPacket.payload+2）；
　　final_rx = arival；
　　txPacket.payload[TYPE] = REPORT；
　　memcpy（&report->pollRx，&poll_rx，5）；
　　memcpy（&report->answerTx，&answer_tx，5）；
　　memcpy（&report->finalRx，&final_rx，5）；
　　dwNewTransmit（dev）；
　　dwSetDefaults（dev）；
　　MAC802154_HEADER_LENGTH+2+sizeof（reportPayload_t））；
　　dwSetData（dev，（uint8_t*）&txPacket，MAC802154_HEADER_LENGTH+3+sizeof（reportPayload_t））；
　　dwWaitForResponse（dev，true）；
　　dwStartTransmit（dev）；
　　}
　　break；
　　case LAST：//05 Anchor received
　　{
　　if（rxPacket.payload[COMMAND]==0X02）
　　{
　　rxPacket.payload[COMMAND]=0；
　　bAnchorClose = 1；
　　}
　　else if（rxPacket.payload[COMMAND]==0X03）
　　{
　　rxPacket.payload[COMMAND]=0；
　　bAnchorChoose=1；
　　}
　　else if（rxPacket.payload[COMMAND]==0X01）
　　{
　　rxPacket.payload[COMMAND]=0；
　　if（rxPacket.payload[SEQ]！=CHOOSE）
　　{
　　bAnchorChoose=1；
　　}
　　else
　　{
　　bAnchorSleep=1；
　　}
　　}
　　}
　　break；
　　}
　　3.2.2接收機报警程序设计
　　接收机电量过低时报警音提示，程序设计如下：
　　if（bLowPowerAlarm==1&&b10mincancel==0）
　　{
　　if（bAlarmExit==1）
　　{
　　bAlarmLowPowerExit=0；
　　if（1 == musicPlay1（LowPowerScore））
　　{
　　bLowPowerAlarm=0；
　　b10mincancel=1；
　　bLowPowernum=1； bAlarmLowPowerExit=1；
　　}
　　}
　　}
　　四、小结
　　本设计采用STM32作为主控芯片，采用DWM1000作为无线测距芯片，精度较高，设计系统稳定可靠，功耗较低，结构小巧，已经成功做出产品应用。
　　参考文献
　　[1]许子虎.基于GPS定位系统的共形阵列天线与接收机设计[D].安徽大学，2015.
　　[2]叶聪.基于nRF905的电子防丢器设计[J].冶金自动化，2008年S2，1018-1020.
　　[3]夏守行.防丢器的设计[J].电子制作，2008年06期.
　　[4]崔占琴，马虎山.一种无线报警器的设计与实现[J].现代电子技术，2006年06期.