基于Zigbee的比賽信息顯示終端系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張洪明+沙祥+魏洲

摘要：針對(duì)室內(nèi)外中小型籃球比賽信息顯示，采用Zigbee無線傳輸技術(shù)開發(fā)了一套顯示系統(tǒng)。介紹了比賽信息顯示的內(nèi)容，對(duì)籃球比賽信息顯示系統(tǒng)分別進(jìn)行了基于CC2530芯片的硬件和軟件設(shè)計(jì)，通過實(shí)踐可以達(dá)到比賽的信息顯示要求。

關(guān)鍵詞：Zigbee；比賽；信息顯示

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2017）35-0249-02

目前國內(nèi)外大型的籃球場館裝備的籃球比賽信息顯示系統(tǒng)，顯示內(nèi)容豐富，集信息顯示、視頻播放等功能于一體，功能強(qiáng)大；但是其電路結(jié)構(gòu)部件多，安裝調(diào)試復(fù)雜，售價(jià)昂貴，維護(hù)成本高昂，只能在大型室內(nèi)場館使用，適用范圍窄；而在小規(guī)模的比賽中，由于缺乏適宜的比賽信息顯示系統(tǒng)，多采用簡易的人工操作方式，人工操作多有不便，且顯示信息內(nèi)容單一而簡陋。根據(jù)以上分析，針對(duì)中小型比賽需要，設(shè)計(jì)一套成本適中、便于攜帶、操作簡明、維護(hù)方便，顯示內(nèi)容較豐富比賽信息顯示系統(tǒng)。

1 比賽信息顯示終端介紹

如圖1，圖2所示，比賽信息顯示終端主要可以顯示比賽的剩余時(shí)間、比分球權(quán)等信息。系統(tǒng)包含模塊：無線接收模塊、顯示數(shù)據(jù)傳輸模塊、串并轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)模塊。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 信息顯示終端硬件設(shè)計(jì)

考慮到該系統(tǒng)使用的場合，有時(shí)并沒有外部電源，因此需要自帶電源。為了降低功耗，使用TI公司的CC2530芯片。該芯片具有一個(gè)IEEE 802.15.4 兼容無線收發(fā)器。RF 內(nèi)核控制模擬無線模塊。另外，它提供了MCU 和無線設(shè)備之間的一個(gè)接口，這使得可以發(fā)出命令，讀取狀態(tài)，自動(dòng)操作和確定無線設(shè)備事件的順序。具有低功耗、低成本、低速率、時(shí)延短、高容量、高安全等特點(diǎn)，其傳輸距離在10～100 m，完全可以滿足比賽的信息傳輸需求。

信息顯示終端系統(tǒng)分為5大部分：電源模塊、處理器（終端節(jié)點(diǎn)）模塊、顯示數(shù)據(jù)傳輸模塊、串并轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)模塊。該系統(tǒng)的框圖如圖3所示。

1） 核心處理器（終端節(jié)點(diǎn)）：CC2530芯片，它是核心組成部分，主要負(fù)責(zé)ZigBee組網(wǎng)，通過無線網(wǎng)絡(luò)從上位機(jī)接受指令并處理數(shù)據(jù)，控制數(shù)據(jù)的串行傳輸。

2） 電源：采用12V鋰電池。12V給數(shù)碼管供電，利用電源管理芯片將12V電轉(zhuǎn)換為3.3V電壓，給核心處理器CC2530芯片供電。

3） 顯示數(shù)據(jù)傳輸模塊：將CC2530的顯示數(shù)據(jù)通過74HC245逐級(jí)串行傳輸。74HC245是方向可控的八路緩沖器，主要用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)總線的雙向異步通信。為了保護(hù)脆弱的主控芯片，通常在主控芯片的并行接口與外部受控設(shè)備的并行接口間添加緩沖器。

4） 串并轉(zhuǎn)換模塊：利用74HC595將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)為一位數(shù)碼管的字符代碼。74HC595具有8位移位寄存器和一個(gè)存儲(chǔ)器，三態(tài)輸出功能。移位寄存器和存儲(chǔ)器有相互獨(dú)立的時(shí)鐘。

5） 數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)模塊：采用ULN2003提高數(shù)碼管的顯示驅(qū)動(dòng)電壓，增強(qiáng)室外的顯示效果。

2.2 協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)

PC端分為PC上位機(jī)部分和ZigBee協(xié)調(diào)器模塊部分，這兩部分的通信利用串口傳輸。協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)ZigBee網(wǎng)絡(luò)的建立，將上位機(jī)和顯示終端組網(wǎng)連接，實(shí)現(xiàn)比賽數(shù)據(jù)的發(fā)送和控制。協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)主要包括：電源模塊、RS—232通信模塊。如圖4所示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 信息顯示終端Zigbee節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)

因?yàn)閆igbee的協(xié)議棧是半開源的，在協(xié)議棧的體系結(jié)構(gòu)中，其物理層和媒體介質(zhì)訪問層及網(wǎng)絡(luò)層的底層代碼已寫好，用戶只要調(diào)用相關(guān)的功能模塊就可達(dá)到預(yù)期的功能要求。終端Zigbee節(jié)點(diǎn)CC2530首先進(jìn)行初始化操作，初始化Zigbee模塊，向主節(jié)點(diǎn)發(fā)出組網(wǎng)請(qǐng)求，在成功組網(wǎng)后，將開始接收主節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。在檢測到主節(jié)點(diǎn)的命令數(shù)據(jù)后，解析命令并執(zhí)行，程序流程如圖5所示。

3.2 Zigbee協(xié)調(diào)器軟件設(shè)計(jì)

在Zigbee模塊上電復(fù)位后，首先是硬件的初始化，然后將協(xié)議棧初始化，建立起網(wǎng)絡(luò)。發(fā)送初始的顯示數(shù)據(jù)，并查詢數(shù)據(jù)是否傳輸成功，若不成功再重發(fā)一次；主節(jié)點(diǎn)接收到PC的發(fā)送數(shù)據(jù)或者指令，主節(jié)點(diǎn)將指令或者數(shù)據(jù)發(fā)送給下位機(jī)的子節(jié)點(diǎn)。協(xié)調(diào)器的軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖6所示。

3.3 PC機(jī)程序設(shè)計(jì)

PC機(jī)控制端程序的功能分為兩部分，實(shí)時(shí)的顯示比賽信息和控制功能，開發(fā)環(huán)境是JAVA，在PC的界面顯示信息包括比分、時(shí)間、球權(quán)、犯規(guī)次數(shù)等，還包括對(duì)比賽信息進(jìn)行設(shè)定的虛擬按鍵。上位機(jī)軟件與協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)通過串口進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。軟件的界面如圖7所示。

4 結(jié)束語

本文借助Zigbee模塊組建短距離的無線網(wǎng)絡(luò)，功耗低，組網(wǎng)可靠便捷，使比賽信息顯示系統(tǒng)布線少，成本低廉，安裝方便。采用CC2530作為無線通信模塊，利用PC端的模擬操作界面可以便捷的操作比賽信息，通過實(shí)踐操控，完全可以滿足室內(nèi)外比賽的信息顯示要求。

參考文獻(xiàn)：

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