基于課堂教學(xué)的無線表決系統(tǒng)的通信設(shè)計(jì)

宋國杰

四平職業(yè)大學(xué) 吉林四平 136002

基于課堂教學(xué)的無線表決系統(tǒng)的通信設(shè)計(jì)

宋國杰

四平職業(yè)大學(xué) 吉林四平 136002

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用于教學(xué)的技術(shù)裝備也在不斷發(fā)展。技術(shù)裝備的應(yīng)用不僅活躍了課堂教學(xué)氣氛，也為教學(xué)質(zhì)量的提高提供了保證。根據(jù)多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，師生間的良好互動(dòng)是充分發(fā)揮裝備作用的前提，而要實(shí)現(xiàn)這一目的，良好的通信必不可少。本文對(duì)無線表決系統(tǒng)的功能進(jìn)行了分析,從通信模塊程序設(shè)計(jì)方面入手,實(shí)現(xiàn)通信功能的設(shè)計(jì)。

無線表決系統(tǒng)；通信模塊；波特率；程序設(shè)計(jì)

隨著社會(huì)的高速發(fā)展，各種智能化、高效率的產(chǎn)品層出不窮，在教學(xué)中應(yīng)用也日益廣泛，正確地使用這些教學(xué)裝備不僅可以活躍課堂氣氛，更重要的是可以達(dá)到提高整個(gè)教學(xué)質(zhì)量的目的。對(duì)于學(xué)校、學(xué)生和家長(zhǎng)來說，最終的目的就是要有一個(gè)好的就業(yè)，好的就業(yè)依賴于好的學(xué)習(xí)質(zhì)量，而教學(xué)裝備的合理應(yīng)用往往影響到學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量?；贏T89S52的無線表決系統(tǒng)就是其中的一種。課堂上同學(xué)們可以通過無線表決器終端完成教師提出的課堂測(cè)驗(yàn)、課堂競(jìng)賽等互動(dòng)式教學(xué)，學(xué)生的回答，只要通過無線表決器做出選擇，上位機(jī)就可以儲(chǔ)存下來并顯示結(jié)果，教師可以實(shí)時(shí)了解學(xué)生的聽課理解情況，根據(jù)情況來調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和進(jìn)度，從而提高學(xué)生學(xué)習(xí)的質(zhì)量。

一、無線表決器的功能

無線表決的硬件系統(tǒng)是由AT89S52微處理器、鍵盤電路、無線通信模塊和液晶顯示電路構(gòu)成的，其核心是微處理器、鍵盤電路和無線通信模塊。答題結(jié)果的輸入由鍵盤電路完成，無線表決器和上位機(jī)之間的通信由微處理器控制無線通信模塊完成。組成框圖如圖1所示。表決系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能是：

1.實(shí)現(xiàn)題型選擇

可以做選擇題、計(jì)算題和搶答題。能夠完成答案范圍為0～9999的計(jì)算題，也能實(shí)現(xiàn)ABCDEFGHIJ等10個(gè)選項(xiàng)的選擇題。

2.實(shí)現(xiàn)低功耗及休眠功能

系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中重點(diǎn)設(shè)計(jì)功耗及休眠功能，可以有效地節(jié)約電能，實(shí)現(xiàn)手持設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間待機(jī)。

3.主要針對(duì)于課堂教學(xué)

4.液晶顯示功能，可以實(shí)時(shí)顯示按鍵信息及提示語言，方便使用

5.傳輸速率快，可達(dá)19200kps，分辨率高可以精確至微妙級(jí)

6.使用一臺(tái)無線采集器，信號(hào)可以繞過人體、桌椅等障礙物，且不需要對(duì)準(zhǔn)接收器，沒有發(fā)射角度限制

7.系統(tǒng)通信模塊發(fā)射功率低，微功率發(fā)射，最大發(fā)射功率10mW，ISM頻段，無需申請(qǐng)頻點(diǎn)，載頻頻率433MHz(可選擇其他載頻400MHz～470MHz)

8.系統(tǒng)采取無線通信，實(shí)現(xiàn)高抗干擾能力和低誤碼率

9.遠(yuǎn)距離通信傳輸

視距情況下，天線放置位置＞2m，可靠傳輸距離可達(dá)1000m(BER=10-3/1200bps)。

由系統(tǒng)的功能可以看出，通信部分是整個(gè)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。

二、無線通信模塊硬件的設(shè)計(jì)選擇

表決器系統(tǒng)是無線設(shè)備，通過使用無線模塊實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)通信。本文選用的發(fā)射模塊是深圳市華奧通信技術(shù)有限公司生產(chǎn)的微功率無線通信模塊HAC-μM系列(如圖2所示)。

圖2 無線收發(fā)模塊的外觀示意圖

該無線模塊主要特點(diǎn)：

1.微功率發(fā)射，最大發(fā)射功率10mW

2.ISM頻段，無需申請(qǐng)頻點(diǎn)

載頻頻率433MHz(可提供其他載頻400MHz～470MHz，868MHz～915MHz，型號(hào)為uN)。

3.抗干擾能力和低誤碼率

基于FSK的調(diào)制方式，采用高效前向糾錯(cuò)信道編碼技術(shù)，提高了數(shù)據(jù)抗突發(fā)干擾和隨機(jī)干擾的能力，在信道誤碼率為10-2時(shí)，可得實(shí)際誤碼率10-5～10-6。

4.傳輸距離遠(yuǎn)

視距情況下,天線位置＞2m,可靠傳輸距離可達(dá)1000m(BER=10-3/1200bps),可靠傳輸距離大于500m(BER=10-3/4800bps)，可靠傳輸距離大于300m(BER=10-3/9600bps)。

5.低功耗及休眠功能

+5V供電情況下，接收電流＜30mA，發(fā)射電流＜40mA，休眠電流＜20uA。

+3.3V供電情況下，接收電流＜22mA，發(fā)射電流＜33mA，休眠電流＜5uA。

由無線模塊的特點(diǎn)可以看出，該模塊完全可以滿足系統(tǒng)傳輸功能的要求。與終端設(shè)備的連接示意圖如圖3所示。

圖3 與終端設(shè)備連接示意圖

三、系統(tǒng)通信波特率的設(shè)置

在串行通訊中，收發(fā)雙方對(duì)發(fā)送或接受的波特率必須保持一致。通過軟件可對(duì)MCS-51系列微處理器串行口的工作設(shè)定4種工作方式。其中方式0和方式2的波特率是固定的；方式1和方式3的波特率是可變的，由定時(shí)器T1的溢出率來確定(定時(shí)器T1的溢出率就是T1每秒溢出的次數(shù))。

1.串行口工作在方式0時(shí)

2.串行口工作在方式2時(shí)

波特率與SMOD值有關(guān)。

3.串行口工作在方式1或方式3時(shí)

常用定時(shí)器T1作為波特率發(fā)生器。T1的溢出率和SMOD的值共同決定波特率：

在實(shí)際設(shè)定波特率時(shí)，T1通常設(shè)為方式2定時(shí)(自動(dòng)裝初值)，TL1作一個(gè)8位計(jì)數(shù)器，TH1用來存放備用初值。這種方式操作方便，還可以避免因軟件重裝初值而帶來的定時(shí)誤差。設(shè)定時(shí)器T1初值為X，則有：

四、系統(tǒng)通信協(xié)議

為了避免同頻干擾的問題，并盡量使得系統(tǒng)簡(jiǎn)單，本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)采用時(shí)分技術(shù)，將系統(tǒng)中央控制設(shè)備(上位機(jī))與任一臺(tái)手持無線表決終端之間的通信采用時(shí)分的方式分開，中央控制設(shè)備通過掃描的方式依次與各臺(tái)手持無線表決終端器通信。通信協(xié)議示意圖如圖4所示。

圖4 通信協(xié)議示意圖

上位機(jī)每次出題前，先發(fā)停止碼(FFH)，將手持器的按鍵信息清零，避免搶答情況的發(fā)生，上位機(jī)系統(tǒng)屏幕出現(xiàn)題目時(shí)，按鍵才是有效的。系統(tǒng)在出題后開始發(fā)截止碼(FEH)即收卷信息，再依次向下位機(jī)發(fā)手持器地址碼(00H～F0H)，如果有人按下確認(rèn)鍵，上位機(jī)即將其答案收繳并儲(chǔ)存。在答題期間會(huì)多次重復(fù)發(fā)截止碼和地址碼。

為了更快地分辨出答題順序，本文設(shè)計(jì)采取多次收卷的方式，這樣可以及時(shí)處理先答完題目的同學(xué)的答題信息。手持器1最先答完題目，在上位機(jī)第一次發(fā)收卷信息時(shí)，它的答案即被收繳到上位機(jī)進(jìn)行儲(chǔ)存處理，可以最先顯示到上位機(jī)屏幕上；手持器2是最后答完題目的，它的信息是最后被收走的，也是最后顯示到屏幕上的。

手持器發(fā)送數(shù)據(jù)包格式見表1,其中每一格代表一個(gè)字節(jié)，數(shù)據(jù)包有7位，本機(jī)地址碼可以選擇00～FF，由于FE為截至碼，F(xiàn)D為清零碼，F(xiàn)A回答正確返回碼，F(xiàn)B回答錯(cuò)誤返回碼，此外還預(yù)留2個(gè)代碼，所以1個(gè)字節(jié)的地址碼可以表示成250個(gè)不同地址的表決器。

表1 手持器發(fā)送數(shù)據(jù)包格式

在設(shè)計(jì)中上位機(jī)計(jì)時(shí)時(shí)間減去手持器計(jì)時(shí)時(shí)間即為答題時(shí)間(如圖5所示)。

五、無線通信模塊程序設(shè)計(jì)

無線表決系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)主要是完成發(fā)送和接受數(shù)據(jù)的功能，程序流程圖如圖6所示。本文設(shè)計(jì)的通信部分程序易于擴(kuò)展，目前最大發(fā)送數(shù)據(jù)為9999，如果需要可以擴(kuò)展為任意大的數(shù)值。

六、結(jié)束語

通過本文軟硬件的設(shè)計(jì)，基本實(shí)現(xiàn)了無線表決系統(tǒng)對(duì)通信功能的要求，同時(shí)經(jīng)過對(duì)系統(tǒng)的軟硬件的測(cè)試，無線表決系統(tǒng)完全可以在教學(xué)過程中進(jìn)行使用，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)教學(xué)質(zhì)量提高的輔助作用。

[1]孟開元，王琦瓏，曹慶年.基于Zigbee的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究[J].中國科技信息，2009，7

[2]倪敬飛.ZigBee-2006協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)及其應(yīng)用[D].吉林大學(xué)，2008

[3]閆沫.ZigBee協(xié)議棧的分析與設(shè)計(jì)[D].廈門大學(xué)，2007

[4]冉鵬.ZigBee網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議性能研究與算法優(yōu)化[D].同濟(jì)大學(xué)，2007

[5]鄭凱，趙宏偉，張孝臨.基于ZigBee心電監(jiān)護(hù)網(wǎng)絡(luò)的定位系統(tǒng)的研究[J].儀器儀表學(xué)報(bào)，2008，5

[6]尹應(yīng)鵬，李平舟，郭志華.基于CC2430的ZigBee無線數(shù)傳模塊的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)[J].電子元器件應(yīng)用，2008，4

Classroom-based wireless voting system communication design

Song Guojie
Siping professional college, Siping, 136002, China

With the development of information technology, technical equipment used in teaching is also growing. The application of technical equipment not only active in the classroom teaching atmosphere, but also for improving the quality of teaching provided a guarantee. Based on years of teaching experience, good interaction between teachers and students is the premise of fully equipped function. In order to achieve this objective, good communication is essential. In this paper, the functions of the wireless voting system is analyzed, from the communication module programming aspects, realize the design of communication.

wireless voting systems; communication module; baud rate; programming

2010-05-12

宋國杰，碩士，講師。