1．本课题研究的背景、目的及意义

1.1研究背景

随着现代生活节奏的加快,人们外出的机会越来越多,很多人常常丢三落四,记不清把手提包、雨伞放在了哪里,或者把手机弄丢,更要命的是有时候带孩子上街,稍不留神孩子就跑丢了,随身带的提包有时也不免被小偷盯上,如果小孩丢了,那就更着急。此外,现实生活中经常发生老人走失的情况,家人在寻找老人时无所适从。老人对道路记忆不清晰,走失后无法准确告诉家人位置,家人只能被动等待消息,错过了老人的最佳救助时间,甚至造成更多不必要的伤害。为了防止这类事情发生,防丢失系统应运而生^[1]。这类产品大多是依靠红外感应或者是对于所寻找的物品的位置相对变化来寻找，但其成本却一直是一个大问题，较为昂贵的同时操作又不简单，所以并不普遍。而蓝牙和GPS的防丢技术也已经取得了比较大的进展，但是一旦出现比较复杂的室内外的情况他们常常会出现力不从心的情况，所以本次尝试使用WiFi技术控制防丢器来实现便携式的物品搜索。

WiFi是一种无线传输的规范，一般的带有这个标志的产品表明了你可以利用它们方便地组建一个无线局域网。而无线局域网又有什么好处呢？很明显——无需布线和使用相对自由^[2] 。所以WiFi的优势给此次的尝试一定的可能性与可行性；另一方面WiFi无线传输比Zigbee技术和蓝牙技术的传输范围更广，穿透能力更强，而相较于GPS全球定位系统技术，普遍性方面又有十足的优势。

随着人们生活质量的提高，手机性能的发展，智能手机的普及，现如今大部分人都基本能手握一部智能手机，所以如果能让手机通过WiFi发送信号来控制一个轻薄的可以粘贴在其他物品上的装置发出相应的语音提示亦或是发光振荡等，甚至反馈到手机此装置的位置信息或者哪怕是方向来找到随手遗忘却一时难以找到的的物品。

WiFi控制的便携式物品搜寻装置需要对于钱包，公文包以及行李箱等物品可以有比较强的适用性，而对于室内中的遥控器，钥匙，厨房用具等要有一定的可行性，至于宠物，在市场中是有这类产品的缺口的，因此如果能尝试成功，达到可以进行市场调研的程度便有可能形成量产而解决其成本问题并继续在市场中完成突破。

1.2研究目的及意义

此次便携式物品搜寻装置研究目的是为了寻找市场中可能存在的潜在需求以及满足此需求的可能性，及对于WiFi控制的便携式物品搜寻装置是否可行的分析试验，对于现有的其他物品搜寻装置技术中主要需要横向对比的主要包括Zigbee技术和蓝牙技术位基础的设计，而对于通过GPS技术定位的设计并没有大范围的市场冲突。

其中蓝牙无线技术比较成熟，有不错的开发资源，但标准化问题严重的同时操作起来并不容易，而且抗干扰能力和穿透性来说可能比不上WiFi无线技术如果使用手机，那么他们之间只有10米的传输范围，而且不同于Zigbee他的自组网所需要的功耗也是一大问题，而Zigbee虽然功耗低，而且自组网也没问题，传输距离也超过了10m，低于100m，但他要外网接入IP网络，并且不能简单的在手机上使用使得他很难做到普遍。所以在几乎人手智能手机的现在，使用WiFi无线技术来完成这种中距离的传输相对于Zigbee来说是有是十足的优势的。目前,无线标准已经从802.11g发展到802.11n标准，产品普遍都采用802.11n 标准，因为它能为用户提供更快更可靠的无线连接。^[3]

此产品需要没能面对大多数日常中寻找失物的情况，所以必须首先要有普适性，因此优先排除的便是Zigbee，他的复杂性决定了他是属于工业基本的无线传输。WIFI接入的方式明显更加简单，对于中小范围物品寻找的情况有不错的适用性。最后，WIFI技术近几年几乎做到全民覆盖，更加有利于丰富其现有功能。但现今的物联网智能系统缺乏统一明确的国际标准，许多公司开发出的产品都是基于自己组建的网络和信息交换协议，技术复杂，直接导致了使用范围的局限性。而这个设计的主要目标就是利用更有优势的WIFI传输技术制作出合理且功能完善的物品搜寻装置。

3.1 研究方法

（1）器件选型

本设计选用 Arduino 微处理器作为主控芯片。它是目前被使用较为广泛的电子芯片，其开发语言为C语言，具有使用简单的优点^[4]。Arduino UNO是基于ATmega328P的Arduino开发板。它有14个数字输入/输出引脚（其中6个可用于PWM输出）、6个模拟输入引脚，一个16 MHz的晶体振荡器，一个USB接口，一个DC接口，一个ICSP接口，一个复位按钮。同时使用WiFi无线传输， WIFI无线传输距离远，覆盖范围广与穿透力强，而其普遍性更是让因平台受限的Zigbee技术黯然失色。低廉造价的WIFI无线模块ESP8266因其丰富而开源的开发环境，简单易上手，并且还能轻松实现部分语音格式的播放，较为符合本次毕业设计。

ESP8266模块内置32位CPU, 能够独立运行, 也可以作为从机搭载于其他主机MCU运行, 可以广泛应用于智能家居、工业无线控制、无线传感器等领域^[5]。ESP8266-12F有完整的802.11b/g/n WiFi和ScO模块的通信协议，可以使用在2400到2483.5MHz的工作频段，使用板载天线的天线形式，串口速率有4Mbps，传输距离可以达到80m，包括9个I/O口， ESP8266-12F开发板设计图如下图一所示。

图一 ESP8266-12F设计图

（2）程序设计

本次物品搜寻装置可以通过Arduino烧录实现两种模式，AP模式与STA模式。本次的在AP模式下，无线收发装置作为一个发出WIFI的载体，通过手机IP地址的输入直接控制响应；第二种为STA模式，当自己的手机不能作为发送指令终端时，可以通过外部局域网中的任意设备访问其IP地址达到控制搜寻的目的^[6]。

ESP8266的SDK开发是由厂家提供的编译环境，利用所提供的SDK编程手册编写程序代码，具体要求是在手机发出信号是与其配对简历连接，接受手机传来的数据，确认其是否为“报警信号”，如果是就控制报警模块报警，如图二所示。来达到提示位置的目的。图三，WIFI寻物器程序控制流程图。

要实现语音提示需安装SPIFFS来存储音乐文件，主要基于ESP8266-AUDIO库文件，当想要实现外接音频输出时，应用SPIFFS库函数即可通过外接输出模块实现。然后对其进行调用，编写相应代码。

在未来可以考虑新增地图和定位功能,就在防丢器断开连接前返回位置信号至手机APP,并在地图上大致显示这一位置。可以有效防止用户因没有听到报警信号而遗失物品。^[7]

图二 无线通信模块流程 图三 WIFI寻物器程序控制流程图

（ESP8266模块流程）

3.2 具体步骤

（1）根据所期望的功能和要求寻找相应模块及资料，完成器件选型

（2）将UNO的RX接收端连接外接语音输出模块，测试整体装置可行性。实现硬件基础搭建。

（3）通过网络资源下载并安装UNO的CH340驱动程序，实现ESP8266 IDE开发环境的搭建，让个人电脑通过USB数据线连接开发板，使其通过CH340通信串口与开发板连接成功^[8]。选择AP与STA混合模式后就完成了调试与环境搭建。

（4）通过代码让开发板进入AP、STA以及AP STA工作模式，在各种模式下尝试设置无线网名称和密码，启动串口通信。通过HTTP协议在Arduino软件编写控制代码。查验无误后选择编译。

（5）将烧录成功的开发板与电源模块和蜂鸣器接口相连，验证硬件系统的完整性与可靠性测试。完成本次设计最基础的功能性模型。

（6）通过Demo测试模型与便携性搜寻要求相结合，完成装置封装，预留USB充电口和外接喇叭出音口，让本次设计目标最终达成。

（7）考虑是否有可以添加其它模块如定位系统的可能与必要。

[1] 戴静,王敬业,郭富祥,王团.防丢失系统的设计与实现[J]. 南方农机，2019,10

[2] 吴忠伟,何显山,岳彤.基于51单片机的无线防丢器的设计研究[J].工业控制计算机,2018,31(12):

[3] 林晓.浅析WiFi联接点网络的结构[J].网络与信息,2010,24(09):43.

[4] 蔡睿妍.Arduino 的原理及应用［J］.电子设计工程，2012， 20（16）：155-157.

[5] 赵晨峰,冯志垒,樊英杰,李沫优.ESP8266-12F的TTL数据无线传输器设计与实现[J] 电子测试,2019,10

[6] 曹振民，陈年生，马强，武婧.基于ESP8266的无线控制电路设计[J].工业控制计算机，2017（01）：68-69.

[7] 徐驰,王思元,朱旭东,袁双楠,孙袁辰.基于五一单片机双向蓝牙防丢器的设计[J].电子世界. 2020,11

[8] 李红梅，周会强.WIFI技术在智能家居中的应用研究[J].高新技术产业发展.2012（2）：22-23