基于無線通信技術(shù)的課堂互動教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計

徐方明

【摘要】本文主要是通過將外無線通信技術(shù)應(yīng)用到課堂互動教學(xué)設(shè)計中并進(jìn)行研究，通過對無線通信技術(shù)進(jìn)行有效研究，并根據(jù)整個系統(tǒng)的功能需求，以及其硬件組成部分進(jìn)行有效研究，通過教學(xué)服務(wù)和Zigbee 網(wǎng)關(guān)和書籍訪問服務(wù)器來進(jìn)行互動教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計，并構(gòu)建完善的課堂互動教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計的框架，這樣可以有效促進(jìn)師生在線上進(jìn)行溝通和交流，并幫助教師減輕一定的教學(xué)壓力，還可以有效地提高課堂互動教學(xué)的整體效果和質(zhì)量，并有效推動其發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】Zigbee? 無線通信技術(shù)? 課堂互動教學(xué)? 系統(tǒng)設(shè)計

【中圖分類號】TN92;G434 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2021）38-0056-02

本文主要是對無線通信技術(shù)進(jìn)行有效研究，并以Zigbee 技術(shù)來進(jìn)行針對性的研究。通過對無線通信技術(shù)在課堂教學(xué)中的整體組成部分、在使用中的整體流程以及在教學(xué)中的使用進(jìn)行了深入的研究，并取得了較為明顯的效果。

一、系統(tǒng)的整體框架設(shè)計

如今科技的快速發(fā)展，在教學(xué)中進(jìn)行課堂互動教學(xué)不再只是單一的提問和回答，并且不局限于特定的時空當(dāng)中，從而為師生之間的互動營造了良好的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，教師在教學(xué)中可以通過手持終端設(shè)備來進(jìn)行教學(xué)和考核的活動，學(xué)生可以在手機(jī)和電腦等多種智能終端機(jī)來進(jìn)行線上的學(xué)習(xí)。并且本次進(jìn)行研究主要是通過課堂互動教學(xué)系統(tǒng)中有效包含了在線教學(xué)和應(yīng)答以及考核和考勤等多種教學(xué)功能，通過Zigbee無線通信技術(shù)和課堂互動軟件進(jìn)行組成的，其中Zigbee無線通信網(wǎng)絡(luò)主要是通過手持的應(yīng)答器以及遙控器和收發(fā)器等組成的，并且每一部分的組成都存在一定的應(yīng)用層和網(wǎng)絡(luò)層和媒體介入控制層以及物理層的始終結(jié)構(gòu)，并且每一層的結(jié)構(gòu)主要是通過Zigbee無線通信網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行有效的執(zhí)行。學(xué)生在終端進(jìn)行手持應(yīng)答器的使用，同時教師終端也通過遙控器，然后在Zigbee無線通信網(wǎng)絡(luò)的前提中，進(jìn)行在線回答和教學(xué)活動，通過收發(fā)器可以對無線通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行更新，這樣可以更加有效地進(jìn)行師生終端使用的請求，從而有效提高課堂進(jìn)行互動教學(xué)的效果。整體的系統(tǒng)構(gòu)架圖可以從圖1中看出。

二、系統(tǒng)的硬件選型及設(shè)計

從圖1中可以看出，在基于Zigbee無線通信技術(shù)的課堂互動系統(tǒng)主要是由Zigbee芯片以及接收器和應(yīng)答器和收發(fā)器等硬件組成的，主要通過硬件的選型以及整體的設(shè)計為研究的重點(diǎn)，并進(jìn)行有效分析。

1.Zig bee 芯片

TI公司生產(chǎn)出的CC2430型號的Zigbee芯片是真正的系統(tǒng)芯片（System on Chip， SoC）CMOS解決方案，其采用0.18μmCMOS制造工藝，在進(jìn)行使用中所需要的電流損耗整體來說較低，在網(wǎng)絡(luò)信號收發(fā)模式下，整體的電流消耗主要是在25mA以下，并且可以從休眠和主動模式進(jìn)行自由的轉(zhuǎn)換，相對來說，更適合在課堂互動教學(xué)中進(jìn)行長時間的視同，并且還具備2.4 GHz ISM波段集成符合IEEE802. 15.4標(biāo)準(zhǔn)的射頻（Radio Frequency， RF）無線電收發(fā)機(jī)印，配置輕便、低功耗的8051微控制器核，無線整體在進(jìn)行信息的接受中有著較為靈敏度和抗干擾的能力，適合在不同課堂互動教學(xué)環(huán)境下的無線網(wǎng)絡(luò)通信的需求。并且，在課堂互動系統(tǒng)中，需要選擇Coordinator來當(dāng)做Zigbee 無線通信網(wǎng)絡(luò)主要的核心節(jié)點(diǎn)，主要是對互動的信息進(jìn)行上傳和下達(dá)，在這一部分中主要使用的是收發(fā)器所實(shí)現(xiàn)的功能。在進(jìn)行收發(fā)器使用之后，可以將適當(dāng)?shù)男诺郎铣跏蓟⒔⒂行У腪igbee無線通信網(wǎng)絡(luò)。并且，在進(jìn)行系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計中，師生可以通過手持的遙控器和應(yīng)答器來充分的發(fā)揮出Zigbee無線通信網(wǎng)絡(luò)的End Device的功能。并且在沒有進(jìn)行互動教學(xué)模式中主要是一種休眠的情況，在需要進(jìn)行使用中才能進(jìn)行運(yùn)行。因此CC2430Zigbee芯片的End Device在休眠的情況下的電流需要在3A的控制范圍之內(nèi)，這樣可以有效地進(jìn)行長期低消耗遙控器和應(yīng)答器的使用。

2.手持終端設(shè)備

手持端硬件部分主要包含三部分，分別是存儲、按鍵、CC2530核心板等。為了有效地起到省電和提高手持端電池的續(xù)航能力，手持端核心板控制器主要的是通過使用CC2530低功耗芯片，并且并不使用功率放大器。在充分滿足功能的需求下，可以有效減少按鍵的樹立以及信號指示燈。數(shù)據(jù)在進(jìn)行存儲中主要是通過對EEPROM類型存儲器來進(jìn)行使用，主要是用來保存學(xué)生本身的學(xué)號以及ID信息等，并且每一臺手持端的設(shè)備ID是不會出現(xiàn)改變的長度為32bits的整數(shù)。學(xué)生自己的學(xué)號可以通過教師的軟件來進(jìn)行有效的更改。學(xué)生在通過手持端進(jìn)行教師的問題回答中，手持端中存儲的學(xué)號以及設(shè)備ID以及學(xué)生對問題的回答，都通過一種方式來傳送到收發(fā)器當(dāng)中，并保存自教師的數(shù)據(jù)庫當(dāng)中，通過上位機(jī)軟件對學(xué)生進(jìn)行答題的情況進(jìn)行統(tǒng)計和分析。

師生通過視同手持的遙控器和應(yīng)答器以及收發(fā)器等多種的終端設(shè)備來進(jìn)行線上考核的完成，還可以更加高效地進(jìn)行教學(xué)互動的溝通和交流。并且學(xué)生應(yīng)答器主要是學(xué)生在進(jìn)行問題回答以及簽到時的有效硬件支撐，并且在整體的框架設(shè)計中可以通過將Zigbee網(wǎng)絡(luò)嵌入到其中，學(xué)生在無線通信網(wǎng)絡(luò)中可以將學(xué)生的應(yīng)答信息傳輸?shù)绞瞻l(fā)器當(dāng)中，并使學(xué)生通過按鍵來進(jìn)行有效的操作，這樣可以比普通的電池更長時間地進(jìn)行使用。在遙控器中附帶按鍵功能嵌入Zigbee無線通信網(wǎng)絡(luò)的教師終端設(shè)備，可以對教師進(jìn)行課堂教學(xué)進(jìn)行一定的輔助，從而來幫助教師進(jìn)行課堂教學(xué)和在線問答以及師生之間的互動等多種教學(xué)活動，并充分改變了傳統(tǒng)鍵盤和鼠標(biāo)限制的課堂互動教學(xué)方式。教師在教學(xué)中基于Zigbee無線通信技術(shù)可以有效地在教室內(nèi)的任意位置進(jìn)行有效互動教學(xué)，并可以實(shí)時地進(jìn)行監(jiān)管，從而有效地對學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)的反饋進(jìn)行有效判斷;收發(fā)器是在每一個教學(xué)計算機(jī)中進(jìn)行配置，是教師進(jìn)行課堂互動的重要設(shè)備，其中重要使用的是Zigbee模塊，主要是通過硬件接口與教學(xué)計算機(jī)的連接?？梢约皶r對接收師生應(yīng)答和遙控信息，并對這些信息進(jìn)行有效的傳輸?shù)缴衔粰C(jī)當(dāng)中。一般情況下，硬件接口存在通用串行總線（Universal Senial Bus， USB）接口、串口兩類，但CC2430Zigbee芯片并未配置USB接口印，所以，需要在系統(tǒng)中進(jìn)行USB驅(qū)動部分的增加，并且需要選擇串口來作為收發(fā)器和教學(xué)計算機(jī)的硬件接口，這樣可以有效節(jié)省USB驅(qū)動的設(shè)計，且CC2430芯片自帶兩個通用異步收發(fā)口（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter， UART）和驅(qū)動代碼，讓串口連接設(shè)計更簡單。

三、軟件的結(jié)構(gòu)及設(shè)計

1.下位機(jī)軟件

下位機(jī)軟件主要是師生手持應(yīng)答器和控制器以及無線通信網(wǎng)絡(luò)在進(jìn)行收發(fā)器傳輸整體機(jī)構(gòu)設(shè)計中，并且都可以分為應(yīng)用層以及網(wǎng)絡(luò)層和物理層以及MAC層來進(jìn)行組成的，主要是因?yàn)闊o線通信網(wǎng)絡(luò)中所具備的數(shù)據(jù)相對來說都是自由的并不用進(jìn)行控制，其中的兵源節(jié)點(diǎn)主要是將應(yīng)用層所出現(xiàn)的數(shù)據(jù)來進(jìn)行有效的純屬，并且都是自上而下的，通過網(wǎng)絡(luò)層和MAC層來進(jìn)行傳輸?shù)轿锢韺?，從而有效的進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸工作的完成。在進(jìn)行這一工作中，主要是需要進(jìn)行不同的節(jié)點(diǎn)，但是進(jìn)行無線通信網(wǎng)的使用可以自主進(jìn)行多級路由的組織，并且在其中的輔助源節(jié)點(diǎn)中的應(yīng)用層需要在一定的路由器信息的引導(dǎo)下，可以自主、精準(zhǔn)地到達(dá)節(jié)點(diǎn)的物理層，并且可以有效地進(jìn)行數(shù)據(jù)的接受以及整理。

2.上位機(jī)軟件

上位機(jī)軟件在進(jìn)行安裝中主要是在進(jìn)行數(shù)學(xué)計算機(jī)的內(nèi)部使用中可以通過對互動數(shù)學(xué)軟件中來進(jìn)行安裝，通過對收發(fā)器以及串口來對無線通信網(wǎng)進(jìn)行的有效利用，在課堂互動數(shù)據(jù)的傳輸中進(jìn)行在線教育和問答解惑等多種教學(xué)互動功能。上位機(jī)軟件主要是通過接受和處理收發(fā)器傳輸過來的教學(xué)互動信息，并對這些信息進(jìn)行有效的保存。所以，本次研究主要是將其功能分為教學(xué)服務(wù)以及Zgee網(wǎng)管、數(shù)據(jù)訪問服務(wù)這三大功能模塊。教學(xué)服務(wù)板塊主要是通過調(diào)用Zigbeee網(wǎng)關(guān)模塊來進(jìn)行相關(guān)信息的收集和顯示傳輸過來的課程教學(xué)互動新型，并在無線通信過程中通過數(shù)據(jù)包的方式來有效的進(jìn)行純屬，但是Zigbee數(shù)據(jù)包的有效載荷僅為80個字節(jié)左右，所以，互動教學(xué)的數(shù)據(jù)最大的時段是60（Max DATALEN） 個字節(jié)，并且，在一個數(shù)據(jù)包中最大的長度是65個字節(jié)，并且控制在最大的承載負(fù)荷之內(nèi)。同時在進(jìn)行數(shù)據(jù)包的接受中，數(shù)據(jù)訪問服務(wù)模塊需要將接受到信息的序列碼，通過進(jìn)行CRC檢驗(yàn)來進(jìn)行計算并形成一個16位的檢驗(yàn)碼。這樣可以挺有效的對信息進(jìn)行丟包和漏包的問題進(jìn)行有效檢驗(yàn)，在保證沒有問題之后，在對數(shù)據(jù)包進(jìn)行處理和分析，并有效地進(jìn)行互動教學(xué)活動的實(shí)施。

四、結(jié)語

在傳統(tǒng)進(jìn)行課堂互動教學(xué)模式下，對該系統(tǒng)進(jìn)行有效研究和創(chuàng)新是社會進(jìn)行發(fā)展的基本條件。本文主要通過對線通信網(wǎng)在高實(shí)效和大容量以及低功耗等較多方面的優(yōu)點(diǎn)，來對系統(tǒng)進(jìn)行有效創(chuàng)新，從而有效保證師生互動信息的傳遞，并幫助師生可以及時進(jìn)行教學(xué)的反饋，并對現(xiàn)代信息化教學(xué)的改革進(jìn)行有效實(shí)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]呂鑫，劉芳芳，王麗麗.基于5G無線通信的高等院校立體課堂互動教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2021，44（12）：21-24.