基于單片機(jī)WIFI搶答器的設(shè)計(jì)

王麗云++肖景嶸++宣澤潤++馮靖鸞

摘 要：以AT89S52單片機(jī)為核心，結(jié)合WIFI模塊，設(shè)計(jì)了一款WIFI搶答器。采用WIFI局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為無線通信，通過客戶端手機(jī)APP連接局域網(wǎng)進(jìn)行搶答；以Android系統(tǒng)為基礎(chǔ)，采用APP Inventor作為開發(fā)工具，設(shè)計(jì)了手機(jī)APP控制的搶答軟件。以WIFI網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)有線技術(shù)的新型搶答器，具有成本低、體積小以及使用簡單等特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：無線搶答器；WIFI模塊；手機(jī)APP；Android

1 概述

目前在各類知識競賽中，搶答器是一種廣受歡迎的設(shè)備。按搶答按鍵與主機(jī)顯示器連接方式分類，現(xiàn)有的搶答器可分為有線和無線兩種。有線搶答器是早期出現(xiàn)的產(chǎn)品，存在著布線繁瑣、成本高、體積大等缺點(diǎn)[1]。目前大多數(shù)搶答器設(shè)備的搶答按鍵與主機(jī)是通過短距離無線通信完成的，無線模塊通常采用NRF905等2.4G無線模塊[2]；該無線傳送方案由于需要開發(fā)無線按鍵設(shè)備，因?yàn)橐餐瑯佑兄O(shè)備成本高等缺點(diǎn)[3]。隨著智能硬件的發(fā)展，本設(shè)計(jì)提出了采用WIFI網(wǎng)絡(luò)作為通信，以手機(jī)APP作為搶答終端的新型搶答器方案，有效地解決了傳統(tǒng)搶答器中存在的問題。

2 總體方案設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)總體方案框圖如圖1所示，分為手機(jī)APP軟件模塊（上位機(jī)模塊）和以AT89S52單片機(jī)為核心的主機(jī)顯示器模塊（下位機(jī)模塊）兩個部分。手機(jī)APP安裝在搶答選手的手機(jī)上，選手通過手機(jī)APP上的搶答按鈕進(jìn)行搶答，搶答信號通過手機(jī)WIFI網(wǎng)絡(luò)傳送到下位機(jī)模塊的WIFI串口模塊進(jìn)行接收，數(shù)據(jù)過單片機(jī)處理后顯示搶答成功的選手編號。

3 下位機(jī)硬件電路設(shè)計(jì)

下位機(jī)硬件電路原理圖如圖2所示。

3.1 穩(wěn)壓電源模塊

下位機(jī)電路原理圖中，單片機(jī)系統(tǒng)采用電源為5V直流電壓供電，WIFI串口模塊電源為3.3V直流電壓供電，大尺寸數(shù)碼管第一段為5個發(fā)光二極管串聯(lián)，因此采用電源為12V直流電壓供電。穩(wěn)壓電源模塊電路采用變壓器將AC220V轉(zhuǎn)換為AD12V，整流濾波后經(jīng)過穩(wěn)壓芯片LM7812和LM7805穩(wěn)壓得到12V和5V直流電壓。WIFI模塊串口工作時需要100MA以上的電源，因此采用LM2596-3.3DCDC模塊，將整流濾波后的電壓直流轉(zhuǎn)換為3.3V電壓輸出，以提高轉(zhuǎn)換效率。

3.2 WIFI串口模塊介紹

WIFI串口模塊采用型號為ESP-01S模塊，該模塊核心處理器為ESP8266。ESP8266為32位微型超低功耗MCU，支持時鐘頻率為80MHz和160MHz，其主要參數(shù)有：

（1）無線參數(shù)：無線標(biāo)準(zhǔn)802.11b/g/n和頻率范圍2.4GHz-2.5GHz

（2400M-2483.5M）

（2）硬件參數(shù)：數(shù)據(jù)接 UART/HSPI/I2C/I2S/Ir Remote Control/GPIO/PWM；工作電壓3.0-3.6V（建議3.3V）；工作電流平均值： 80mA、外部接口N/A。

（3）軟件參數(shù)：無線網(wǎng)絡(luò)模式station/softAP/SoftAP+station，軟件開發(fā)支持客戶自定義服務(wù)器和提供SDK給客戶二次開發(fā)，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議IPv4，TCP/UDP/HTTP/FTP，用戶配置AT+指令集，云端服務(wù)器，Android/iOS APP。

3.3 單片機(jī)最小系統(tǒng)

下位機(jī)以AT89S52單片機(jī)為核心，AT89S52單片機(jī)最小系統(tǒng)電路包括按鍵復(fù)位電路，晶振電路模塊。單片機(jī)通過串行口與WIFI串口模塊進(jìn)行通信。單片機(jī)的P0口輸出數(shù)碼管段選數(shù)據(jù)，因此再接上拉電阻。單片機(jī)的P1口接4個獨(dú)立按鍵，用來實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展功能。

3.4 大尺寸數(shù)碼管顯示器

顯示器采用兩位數(shù)碼管顯示，由于成品顯示器尺寸較小，遠(yuǎn)距離觀看不清，因此文章采用高亮發(fā)光二極管（LED）串聯(lián)的方式，按數(shù)碼管電路原理設(shè)計(jì)了大尺寸的數(shù)碼管，使得距離顯示器50米外也能看清顯示數(shù)字。數(shù)碼管的每一段采用6個LED以兩并三串的電路結(jié)構(gòu)組成，3個LED串聯(lián)的導(dǎo)通電壓為6V左右，本設(shè)計(jì)采用12V電源供電，因?yàn)椴捎迷隍?qū)動電路中增加限流電阻。

顯示器模塊由ULN2003A驅(qū)動芯片進(jìn)行驅(qū)動顯示，該芯片為高壓大電流達(dá)林頓晶體管陣列電路，具有7個獨(dú)立的反相驅(qū)動器，每個驅(qū)動器的輸出灌電流可達(dá)500mA，導(dǎo)通時輸出電壓約1V，截止時輸出電壓可達(dá)50V。如圖2所示，大尺寸數(shù)碼管采用共陽極接法，單片機(jī)P0口輸出段選數(shù)據(jù)，經(jīng)ULN2003驅(qū)動輸出，低電平有效，J1接數(shù)碼管的段選A-H。單片機(jī)P2口輸出數(shù)碼管位選數(shù)據(jù)，經(jīng)ULN2003驅(qū)動和三極管8550輸出，本設(shè)計(jì)采用了4位數(shù)碼管，J2接數(shù)碼管的位選端。

4 手機(jī)APP軟件設(shè)計(jì)

4.1 APP開發(fā)工具介紹

AppInventor全稱Google App Inventor，是一款專門開發(fā)基于Android操作系統(tǒng)的APP應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)工具，由谷歌公司最先設(shè)計(jì)推出，并于2012年交由麻省理工學(xué)院行動學(xué)習(xí)中心進(jìn)行完善設(shè)計(jì)并推出[4]。AppInventor開發(fā)工具開發(fā)過程簡

單，不需要學(xué)習(xí)JAVA等編程語言，主要采用搭積木式設(shè)計(jì)方式，對不是計(jì)算機(jī)專業(yè)的開發(fā)者來說入門簡單[5]。

4.2 APP軟件功能

APP軟件分為主持人控制APP和選手搶答APP軟件。主持人控制APP軟件有開始搶答按鈕、復(fù)位按鈕，用于控制下位機(jī)主機(jī)開始搶答和結(jié)束本輪搶答功能。同時主持人控制APP軟件能設(shè)置后臺搶答時間和選手回答問題的時間，默認(rèn)狀態(tài)搶答時間為8秒，無人搶答說明全部選手棄權(quán)，回答問題時間為20秒?？梢酝ㄟ^加、減鍵修改搶答和回答問題的時間，修改完成后按結(jié)束鍵，新設(shè)置的時間立即生效。主持人按開始鍵后，下位機(jī)倒計(jì)時5秒后選物才能開始搶答，選手搶答成功，數(shù)碼管顯示屏顯示搶答成功的選手編號。當(dāng)下位機(jī)倒計(jì)時5秒未完成而選手搶先按下?lián)尨疰I視為犯規(guī)，數(shù)碼管顯示犯規(guī)選手編號，并通過聲光警示。

5 結(jié)束語

本文介紹了一種新型的WIFI搶答器設(shè)計(jì)方案。自制的大尺寸數(shù)碼管進(jìn)行顯示，并采用了APP Inventor安卓系統(tǒng)軟件開發(fā)工具設(shè)計(jì)了選物搶答APP軟件和主持人控制APP軟件；通過對手機(jī)軟件的開發(fā)對下位機(jī)進(jìn)行控制和顯示。該搶答器具有成本低，功能擴(kuò)展方便等優(yōu)點(diǎn)，為智能硬件發(fā)展提供了新的方案。

參考文獻(xiàn)

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