基于單片機的有色冶金企業(yè)八路無線搶答器設(shè)計

（甘肅畜牧工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 武威 733006）

搶答器是一種廣泛用在各種知識競賽、辯論比賽等搶答環(huán)節(jié)的電子設(shè)備。搶答器電路的實現(xiàn)既可以由比較復(fù)雜的數(shù)字電路來實現(xiàn)，也可以采用功能比較強大的單片機電路來實現(xiàn)。普通的搶答器電路復(fù)雜、價格昂貴、布線復(fù)雜且工作時受人為影響因素較大[1]。由單片機實現(xiàn)的搶答器電路具有電路結(jié)構(gòu)簡單、系統(tǒng)工作可靠性強、電路硬件成本低廉等顯著優(yōu)點并且減少了人工失誤、減輕了主持人及參賽隊伍的工作量從而得到了廣泛的應(yīng)用。以單片機作為數(shù)據(jù)處理核心單元的無線搶答器借助無線通信技術(shù)，參賽選手的搶答情況借助通信技術(shù)可實現(xiàn)實時傳輸，極大的減少了人工失誤，減輕了現(xiàn)場工作人員的工作負荷。

1 無線搶答器控制系統(tǒng)功能分析

搶答器的主要功能是準確篩選出最先搶答成功的隊伍號，其輔助功能是能夠準確記錄違規(guī)隊伍號、能夠準確記錄各支參賽隊伍的分數(shù)，并能將這些信息便捷的告知參賽隊伍、主持人及場內(nèi)所有參與人員。主持人可以通過紅外遙控器給各支參賽隊伍根據(jù)答題情況進行加減分操作。除此之外，搶答器控制系統(tǒng)還應(yīng)具有違規(guī)搶答、超時作答提示等報警功能。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 搶答器硬件系統(tǒng)總設(shè)計

無線搶答器控制系統(tǒng)的核心控制器件是STC89C52單片機，外圍輔助電路由紅外遙控電路、聲光報警電路、無線接收與發(fā)射電路以及供電單元電路、復(fù)位電路和一些保護電路構(gòu)成。無線搶答器硬件系統(tǒng)的電路設(shè)計如圖1所示。

圖1 硬件設(shè)計圖

2.2 主控單元微處理器選擇

搶答器控制系統(tǒng)主控模塊選擇了現(xiàn)在技術(shù)比較成熟、性價比較高、功耗較低的STC公司生產(chǎn)的STC89C52單片機。STC89C52控制器具有高達8K字節(jié)系統(tǒng)可編程Flash存儲單元，采用了MCS-51經(jīng)典內(nèi)核，但是超出了傳統(tǒng)51單片機許多不具備的功能。全雙工串行接口，最高運行頻率高達35MHz，可直接采用串口下載，片內(nèi)自帶4K字節(jié)的EEPROM存儲空間。STC89C52為開發(fā)者提供兩種節(jié)電模式，允許CPU掛起操作，同時中斷服務(wù)、定時器等繼續(xù)處于運行狀態(tài)，掉電上可以對存儲的數(shù)據(jù)進行鎖存直到系統(tǒng)有硬件復(fù)位操作。

在此系統(tǒng)中，選擇STC89C52與晶振電路、復(fù)位電路組成單片機最小控制系統(tǒng)。20pF的2只電容和晶振組成振蕩電路，STC89C52的XTAL1、XTAL2上腳間跨接晶體振蕩器與電容；搶答器的復(fù)位電路由10KΩ的2只電阻及1只10μF的電容及開關(guān)構(gòu)成。

2.3 顯示單元電路

搶答器的顯示單元主要任務(wù)是顯示搶答成功的參賽隊伍隊號、所得分數(shù)、搶答倒計時等信息。顯示單元電路由數(shù)碼管及LCD1602液晶顯示單元組成。1602LCD采用標準的16腳接口，顯示的內(nèi)容為16＊2即32個字符，每行16個字符液晶模塊，通過電壓對其顯示區(qū)域進行控制[2]。LCD1602的數(shù)據(jù)通過第7到14引腳雙向數(shù)據(jù)端口與單片機STC89C52芯片的32腳到39腳連接。數(shù)碼管單元電路采用動態(tài)掃描的方式，選用鎖存芯片74HC573作為其段選與位選信號，段選與位選信號均定義在P0口，此電路主要完成搶答前有效時間的顯示。

2.4 無線發(fā)射接收單元電路

搶答器無線發(fā)射、接收單元選擇市面上比較流行的PT2272芯片作為主要控制單元，其工作電壓均由單片機系統(tǒng)提供一個3V的工作電源。其發(fā)射地址的引腳全部置低電平，數(shù)據(jù)端通過跳線設(shè)定。PT2272通過判斷接受信號的狀態(tài)與完成搶答有效時間的組合邏輯來工作。

2.5 紅外遙控單元電路

紅外遙控單元電路由紅外遙控發(fā)射電路與紅外遙控接收電路兩部分組成，其中紅外裝置主要由紅外接收管和紅外接收頭組成[3]。紅外接收管選擇IR1838，主要功能是接收編碼信息。

考慮到有色金屬冶金企存在高頻電源污染，使用的時候在IR1838的供電上引腳與電源之間接入330Ω電阻可進降低電源干擾。

2.6 聲光報警電路

參加搶答的隊伍違規(guī)搶答或者獲得了搶答資格卻搶答超時的隊伍，設(shè)計聲光報警電路向參賽隊伍及場內(nèi)所有參與人員發(fā)出報警，以提示其注意作答行為。

2.7 抗干擾電路

抗干擾能力是衡量搶答器性能的主要技術(shù)指標之一，尤其是存在強電磁污染的有色冶金企業(yè)。搶答器硬件系統(tǒng)在運行中電磁干擾降低至最小程度最佳方法就是依據(jù)電磁兼容原理，從硬件系統(tǒng)的可靠性及穩(wěn)定性方面采取以下措施：

（1）在搶答器硬件系統(tǒng)器件選型時盡可能選擇貼片封裝元件，從而減少阻抗值，提高系統(tǒng)的電磁兼容性。

（2）設(shè)計濾波電路對雜波進行過濾。在無線搶答器的電源模塊、收發(fā)模塊和集成電路附近，采取USB口供電的方式通過三端穩(wěn)壓濾波電路過濾電磁磁聲。

3 搶答器軟件設(shè)計

搶答器軟件部分的設(shè)計主要包括搶答流程圖的設(shè)計及燒寫程序。

搶答器主程序流程圖介紹；

（1）此8路無線搶答器上電后首先對系統(tǒng)各單元進行初始化操作。

（2）搶答時間和搶答器重置均可由主持人完成。每次發(fā)題后默認的搶答時間可設(shè)置為23秒。

（3）每道題目宣讀完畢，主持人按允許搶答按鈕，各組參賽隊伍方可進行搶答，否則搶答無效或者犯規(guī)。

（4）主持人按允許搶答按鈕后在規(guī)定的時間內(nèi)若無人搶答則宣布此道題作廢，主持人只需按下復(fù)位鍵即可進行下一題的讀題工作。

圖2 搶答器程序流程圖

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計

在系統(tǒng)的軟件設(shè)計中使用PROTES軟件和KEIL硬件仿真軟件，KEIL軟件可以將代碼及BUG融入到一個視窗，還可提供硬件和軟件仿真工作模式[4]。在PROTEUS環(huán)境中繪好電路原理圖，調(diào)入編譯好的代碼文件，就可以得到搶答器的實物實驗效果，根據(jù)實驗效果再對所設(shè)計的搶答器硬件電路進行優(yōu)化調(diào)整，最終使搶答器電路定型。利用這種仿真技術(shù)將極大的縮短設(shè)計時間、同時也極大的節(jié)省了硬件資源。

5 結(jié)語

本設(shè)計以STC89C52單片機為主要控制內(nèi)核,設(shè)計了一款功能實用、功耗較低、工作穩(wěn)定的無線搶答器。經(jīng)測試，無線搶答器運行穩(wěn)定可靠，各項性能指標達到預(yù)定要求。