基于CC1101的無(wú)線評(píng)分系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘" 要： 為了解決各類競(jìng)賽活動(dòng)評(píng)分?jǐn)?shù)據(jù)收集困難、比賽過程不夠公開透明、可能存在暗箱操作等問題，設(shè)計(jì)一種基于CC1101射頻模塊的無(wú)線評(píng)分系統(tǒng)。該系統(tǒng)以STC89C52單片機(jī)作為主控制器，將CC1101射頻模塊作為無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊。整個(gè)系統(tǒng)由界面端軟件、控制端軟件、主機(jī)和多個(gè)從機(jī)構(gòu)成，界面端用于顯示評(píng)分結(jié)果，控制端用于設(shè)置和統(tǒng)計(jì)評(píng)分?jǐn)?shù)據(jù)，主機(jī)用于轉(zhuǎn)發(fā)從機(jī)發(fā)送的評(píng)分?jǐn)?shù)據(jù)，從機(jī)用于評(píng)委輸入評(píng)分?jǐn)?shù)據(jù)。所設(shè)計(jì)系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可擴(kuò)展性強(qiáng)、界面簡(jiǎn)潔，具有制作成本低、操作便捷、維護(hù)難度低等特點(diǎn)，有廣闊的市場(chǎng)前景和較高的應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞： 無(wú)線評(píng)分系統(tǒng)； CC1101射頻模塊； STC89C52單片機(jī)； 無(wú)線通信； 數(shù)據(jù)傳輸； 程序設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)： TN926+.2?34" " " " " " " " " " " " "文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A" " " " " " " " " " " "文章編號(hào)： 1004?373X（2025）04?0024?06

Design of wireless scoring system based on CC1101

WEI Ningyan1， WEI Honglang2

（1. Nanning College of Technology， Nanning 530105， China; 2. Guilin University of Technology at Nanning， Nanning 532100， China）

Abstract： In order to solve the problems such as difficulty in collecting scoring data of various competition activities， lack of openness and transparency in the competition process， and possible secret operation， a wireless scoring system based on the CC1101 RF （radio frequency） module is designed. In the system， the STC89C52 microcontroller is used as its main controller and the CC1101 RF module is used for the wireless data transmission module. The system is composed of interface edge software， control software， host computer and several slave computers. The interface edge is used to display the scoring results， the control software is used to set and tally scoring parameters， the host computer is used to forward scoring data sent by the slave computers， and the slave computers are used for the judges to input scoring data. With its simple circuit structure， strong scalability， and user?friendly interface， the designed system has the advantages of low production cost， ease of operation， and low maintenance difficulty. Therefore， this wireless scoring system has broad market prospect and high application value.

Keywords： wireless scoring system; CC1100 RF module; STC89C52 single chip microcomputer; wireless communication; data transmission; program design

0" 引" 言

隨著時(shí)代的發(fā)展，各類比賽活動(dòng)更加頻繁地出現(xiàn)在人們的面前，但是在以往的比賽中，大多數(shù)都是通過紙制評(píng)分表來(lái)實(shí)現(xiàn)人為評(píng)分，而這需要大量的人力、物力來(lái)進(jìn)行計(jì)算與核對(duì)，同時(shí)還可能存在計(jì)算失誤、人為修改評(píng)分?jǐn)?shù)據(jù)等問題，導(dǎo)致比賽缺乏足夠的公開、公平、公正[1]。因此，設(shè)計(jì)一款成本低、操作便捷的無(wú)線評(píng)分系統(tǒng)尤其重要，這樣不僅可以有效地降低人工成本，而且能夠更加準(zhǔn)確地計(jì)算評(píng)分結(jié)果，從而有效解決傳統(tǒng)紙制評(píng)分存在的問題。目前常用的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)有2G技術(shù)、4G技術(shù)、5G技術(shù)、WiFi技術(shù)、ZigBee技術(shù)、Bluetooth技術(shù)等[2?4]。2G、4G和5G技術(shù)是公共網(wǎng)絡(luò)上的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，傳播距離遠(yuǎn)，但是數(shù)據(jù)傳輸成本相對(duì)較高[5?6]。WiFi技術(shù)傳輸速率最高可達(dá)11 Mb/s，覆蓋范圍約為100 m，且可以應(yīng)用于社會(huì)生活的方方面面，比如智能家居、家庭無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、家庭監(jiān)控?cái)z像頭等[7?8]。Bluetooth技術(shù)工作頻段為2.4 GHz頻段，其數(shù)據(jù)傳輸速率為1 Mb/s，是一種低功耗、短距離的無(wú)線通信技術(shù)，一般通信距離為10 m左右，容易受到外界干擾[9?10]。ZigBee技術(shù)是一種近距離、低功耗、低速率的無(wú)線通信技術(shù)，最大通信距離可達(dá)幾百米，具有抗干擾能力強(qiáng)、組網(wǎng)結(jié)構(gòu)靈活等優(yōu)點(diǎn)，因而主要應(yīng)用于公共場(chǎng)所監(jiān)測(cè)、工業(yè)控制、農(nóng)業(yè)控制、醫(yī)療數(shù)據(jù)采集等領(lǐng)域[10?13]。綜合考慮，本文選用CC1101射頻模塊作為無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊，該模塊在空曠地傳輸距離為300～500 m，最高傳輸速率可達(dá)500 Kb/s，完全符合無(wú)線評(píng)分對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蟆?/p>

1" 系統(tǒng)總體的設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的無(wú)線評(píng)分系統(tǒng)主要由界面端計(jì)算機(jī)、控制端計(jì)算機(jī)、無(wú)線主機(jī)、N個(gè)無(wú)線從機(jī)組成，系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

系統(tǒng)中的界面端計(jì)算機(jī)可以接顯示器或者投影儀，主要用于顯示比賽信息，通過控制端計(jì)算機(jī)的后臺(tái)軟件可以設(shè)置不同的顯示模式?？刂贫擞?jì)算機(jī)主要負(fù)責(zé)后臺(tái)數(shù)據(jù)的初始化設(shè)置、保存和處理等，它是整個(gè)系統(tǒng)的中樞，所有的評(píng)分?jǐn)?shù)據(jù)計(jì)算和控制界面的顯示都通過控制端后臺(tái)軟件來(lái)管理和設(shè)置。無(wú)線主機(jī)用于無(wú)線數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，控制端計(jì)算機(jī)可以通過無(wú)線主機(jī)把開始評(píng)分的命令發(fā)給無(wú)線從機(jī)，無(wú)線從機(jī)也可以通過無(wú)線主機(jī)把評(píng)分?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給控制端計(jì)算機(jī)。無(wú)線從機(jī)是評(píng)委手持的評(píng)分器，它受到控制端計(jì)算機(jī)的控制，根據(jù)控制端計(jì)算機(jī)的命令要求評(píng)委輸入評(píng)分?jǐn)?shù)據(jù)，或者自動(dòng)重置評(píng)分?jǐn)?shù)據(jù)，同時(shí)它也將評(píng)委輸入的評(píng)分?jǐn)?shù)據(jù)發(fā)送給無(wú)線主機(jī)，然后通過無(wú)線主機(jī)傳輸?shù)娇刂贫擞?jì)算機(jī)。

2" 硬件電路設(shè)計(jì)

2.1" 無(wú)線主機(jī)電路設(shè)計(jì)

無(wú)線主機(jī)主要完成數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)工作，電路連接如圖2所示。它主要包括CC1101模塊電路、電源供電電路、串口通信電路、單片機(jī)系統(tǒng)電路等部分。單片機(jī)STC89C52的P1.0～P1.5分別與CC1101無(wú)線模塊的CSN、MISO、MOSI、SCLK、GDO2、GDO0相連；單片機(jī)的串行通信口TXD（P3.0）、RXD（P3.1）分別與MAX232的11腳和12腳連接。

單片機(jī)的第9腳接到由K1、R7和C9構(gòu)成的復(fù)位電路；單片機(jī)的第18、19腳接到由C10、C12和Y1構(gòu)成的晶振電路；電源供電電路通過J1或P1輸入5 V的直流電源為單片機(jī)供電，然后經(jīng)過AMS117降壓到3.3 V為CC1101無(wú)線模塊供電。

2.2" 無(wú)線從機(jī)電路設(shè)計(jì)

無(wú)線從機(jī)主要負(fù)責(zé)響應(yīng)主機(jī)命令和進(jìn)行評(píng)分?jǐn)?shù)據(jù)采集的工作，電路連接圖如圖3所示。它主要包括CC1101模塊電路、電源供電電路、LCD1602顯示電路、單片機(jī)系統(tǒng)電路、按鍵輸入電路等，其中CC1101模塊電路和電源供電電路與無(wú)線主機(jī)這部分的電路完成相同。單片機(jī)STC89C52的P1.0～P1.5分別與CC1101無(wú)線模塊的CSN、MISO、MOSI、SCLK、GDO2、GDO0相連；P0.0～P0.7分別連到LCD1602的數(shù)據(jù)端口，P3.0、P3.1、P3.2分別與LCD1602的控制端口RS、RW、EN連接；單片機(jī)的P2.0～P2.7分別連到矩陣鍵盤的8個(gè)端口；單片機(jī)的P3.5連接到蜂鳴器，通過三極管9012控制蜂鳴器的工作；單片機(jī)的第9腳接到由K17、R10和C5構(gòu)成的復(fù)位電路；單片機(jī)的第18、19腳接到由C6、C7和Y1構(gòu)成的時(shí)鐘電路；電源供電電路通過J1或P1輸入5 V的直流電源為單片機(jī)供電，然后經(jīng)過AMS117降壓到3.3 V為CC1101無(wú)線模塊供電。

3" 下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

下位機(jī)程序使用Keil 5集成開發(fā)環(huán)境開發(fā)，主要包括無(wú)線主機(jī)程序設(shè)計(jì)和無(wú)線從機(jī)程序設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)使用C語(yǔ)言進(jìn)行開發(fā)，相比于其他程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，C語(yǔ)言程序結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、表達(dá)簡(jiǎn)練、使用靈活，編寫的程序可讀性強(qiáng)、編譯效率高，非常適用于單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)[14?15]。

3.1" 無(wú)線主機(jī)程序流程

無(wú)線主機(jī)模塊主要是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)功能，它是控制端計(jì)算機(jī)與無(wú)線從機(jī)數(shù)據(jù)交互的橋梁。程序主要有兩個(gè)功能。

功能一是監(jiān)聽CC1101無(wú)線模塊是否接收到無(wú)線從機(jī)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)，如果接收到數(shù)據(jù)，則把數(shù)據(jù)拆分成從機(jī)地址和評(píng)分?jǐn)?shù)據(jù)，然后分別通過串口發(fā)送給控制端計(jì)算機(jī)；

功能二是監(jiān)聽串口是否產(chǎn)生接收數(shù)據(jù)中斷，如果產(chǎn)生中斷，則把串口數(shù)據(jù)接收下來(lái)，然后通過CC1101無(wú)線模塊發(fā)送給所有的無(wú)線從機(jī)。

無(wú)線主機(jī)程序流程如圖4所示。

3.2" 無(wú)線從機(jī)程序流程

無(wú)線從機(jī)的主要功能是實(shí)現(xiàn)控制評(píng)分?jǐn)?shù)據(jù)的輸入與發(fā)送、響應(yīng)控制端的命令等。在程序中首先判斷是否接收到主機(jī)發(fā)來(lái)的無(wú)線數(shù)據(jù)，如果有數(shù)據(jù)發(fā)送，則把數(shù)據(jù)中的從機(jī)地址取出與本機(jī)地址比較，地址相符則為本機(jī)呼叫。然后判斷是輸入評(píng)分?jǐn)?shù)據(jù)請(qǐng)求還是重新評(píng)分命令，如果是輸入評(píng)分?jǐn)?shù)據(jù)請(qǐng)求，則控制LCD1602顯示請(qǐng)求，輸入評(píng)分?jǐn)?shù)據(jù)指示，評(píng)委通過4×4鍵盤輸入評(píng)分?jǐn)?shù)據(jù)后，再通過CC1101無(wú)線模塊把本機(jī)地址和評(píng)分?jǐn)?shù)據(jù)一起發(fā)送出去；如果收到的是重新評(píng)分命令，則把之前評(píng)委輸入的評(píng)分?jǐn)?shù)據(jù)清除，并等待輸入請(qǐng)求。無(wú)線從機(jī)程序流程如圖5所示。

4" 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

本文系統(tǒng)的上位機(jī)軟件包括控制端軟件和界面端軟件，均采用Delphi開發(fā)，數(shù)據(jù)庫(kù)采用SQL Server 2000進(jìn)行管理。開始評(píng)分時(shí)，控制端先通過廣播的方式把開始評(píng)分命令發(fā)給無(wú)線從機(jī)，無(wú)線從機(jī)收到開始評(píng)分命令之后轉(zhuǎn)入評(píng)分?jǐn)?shù)據(jù)輸入狀態(tài)，評(píng)委輸入數(shù)據(jù)并按“確認(rèn)”鍵后，即可把數(shù)據(jù)發(fā)到控制端。控制端通過輪詢的方式把每一個(gè)無(wú)線從機(jī)的數(shù)據(jù)讀入上位機(jī)控制端，控制端軟件經(jīng)過數(shù)據(jù)解析，把數(shù)據(jù)放到相應(yīng)的位置顯示。

4.1" 控制端軟件設(shè)計(jì)

控制端軟件的工作流程如下。

1） 控制端計(jì)算機(jī)通過后臺(tái)軟件設(shè)置比賽名稱、評(píng)委人數(shù)、分制（十分制/百分制）、參賽單位、節(jié)目名稱、加減項(xiàng)目等相關(guān)信息。

2） 某項(xiàng)比賽結(jié)束之后，工作人員通過后臺(tái)軟件發(fā)送“開始評(píng)分”命令到無(wú)線從機(jī)，從機(jī)收到命令后蜂鳴器發(fā)出3次響聲，并在LCD1602顯示要求評(píng)委輸入得分?jǐn)?shù)據(jù)的指令。

3） 評(píng)委通過無(wú)線從機(jī)的鍵盤輸入評(píng)分?jǐn)?shù)據(jù)后，按鍵盤上的“確認(rèn)”鍵即可把數(shù)據(jù)發(fā)給無(wú)線主機(jī)。

4） 無(wú)線主機(jī)收到無(wú)線從機(jī)發(fā)來(lái)的評(píng)分?jǐn)?shù)據(jù)后，通過串口轉(zhuǎn)發(fā)給控制端計(jì)算機(jī)的后臺(tái)軟件。

5） 控制端計(jì)算機(jī)的后臺(tái)軟件收到評(píng)委的評(píng)分?jǐn)?shù)據(jù)后，會(huì)顯示接收成功的標(biāo)志，當(dāng)所有評(píng)委的評(píng)分?jǐn)?shù)據(jù)都接收成功，此時(shí)工作人員可根據(jù)比賽的要求選擇評(píng)分規(guī)則，然后點(diǎn)擊“計(jì)算得分”即可得到評(píng)委的評(píng)分成績(jī)。如果評(píng)委操作失誤，工作人員可點(diǎn)擊“重新評(píng)分”按鈕清除之前的評(píng)分?jǐn)?shù)據(jù)，讓評(píng)委重新評(píng)分。

6） 計(jì)算最終得分。這功能是針對(duì)一些有特殊要求的場(chǎng)合，如可能存在加分和扣分的情況，可通過軟件選擇加分或扣分的項(xiàng)目，最終得分=評(píng)委評(píng)分+加減分。

7） 計(jì)算完最終得分，工作人員點(diǎn)擊“排行榜”按鈕，后臺(tái)程序就會(huì)把比賽的實(shí)時(shí)分?jǐn)?shù)和排名情況通過串口發(fā)送到界面端軟件，顯示給觀眾；同時(shí)也可以通過軟件查詢歷史數(shù)據(jù)，并把排行榜打印出來(lái)。

4.2" 界面端軟件設(shè)計(jì)

界面端軟件主要用于在大屏幕上將比賽得分信息呈現(xiàn)給觀眾。界面端有4種顯示界面，分別是顯示主界面、評(píng)分界面、加減分界面、最終得分界面，這4個(gè)界面都是由控制端軟件來(lái)選擇，然后控制端通過串口把相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)給界面端。

顯示主界面是評(píng)委正在評(píng)分時(shí)顯示的界面，會(huì)顯示“評(píng)委正在評(píng)分”，并顯示之前比賽的排行榜。

評(píng)分界面是評(píng)委已經(jīng)評(píng)分結(jié)束，并把評(píng)分?jǐn)?shù)據(jù)發(fā)給上位機(jī)后的顯示界面，該界面能夠顯示每個(gè)評(píng)委給的具體分?jǐn)?shù)。

加減分界面是顯示該比賽作品是否有加減分項(xiàng)目，確認(rèn)之后可以計(jì)算最終得分。

最終得分界面是顯示該比賽作品的最終得分與當(dāng)前的排名情況。

每個(gè)比賽作品的評(píng)分都經(jīng)過以上4個(gè)過程，這樣就可以清晰地把評(píng)分的整個(gè)過程展示給觀眾，不會(huì)存在虛假操作，保證了比賽的公平公正。

5" 系統(tǒng)調(diào)試與功能演示

5.1" 系統(tǒng)調(diào)試

首先進(jìn)行硬件調(diào)試，主要涉及到無(wú)線主機(jī)和無(wú)線從機(jī)。需要根據(jù)電路的原理圖認(rèn)真檢查電路的連接情況，使用萬(wàn)用表排查電路的短路、斷路、虛焊、漏焊等問題[16]。確認(rèn)電路連接沒有問題之后，就可以通電調(diào)試，主要是檢查電路的電壓和電流是否正常，特別要注意檢查芯片的供電電壓是否正常。硬件調(diào)試完成之后就可以進(jìn)行軟件調(diào)試，主要涉及無(wú)線主機(jī)、無(wú)線從機(jī)、上位機(jī)程序等內(nèi)容。由于無(wú)線主機(jī)和無(wú)線從機(jī)都是采用Keil 5集成開發(fā)環(huán)境開發(fā)，可以使用軟件自帶的仿真調(diào)試功能對(duì)代碼的編譯錯(cuò)誤、邏輯錯(cuò)誤、功能錯(cuò)誤等進(jìn)行修改，直到代碼編譯沒有問題[16]。然后將代碼下載到單片機(jī)進(jìn)行聯(lián)調(diào)，直到單片機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期的運(yùn)行結(jié)果。上位機(jī)程序調(diào)試也是先使用開發(fā)軟件進(jìn)行仿真調(diào)試，然后再與單片機(jī)通信，直到單片機(jī)與上位機(jī)能夠進(jìn)行正常的數(shù)據(jù)傳輸。

5.2" 功能演示

圖6為無(wú)線評(píng)分系統(tǒng)的主機(jī)和從機(jī)實(shí)物圖，從機(jī)通過4×4鍵盤輸入評(píng)分?jǐn)?shù)據(jù)，然后經(jīng)過CC1101無(wú)線通信模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送給主機(jī)。主機(jī)收到數(shù)據(jù)之后在LCD1602上顯示出來(lái)，同時(shí)將所接收到的數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送到控制端軟件。圖7為某次大學(xué)生歌唱比賽的控制端界面，通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，該無(wú)線評(píng)分系統(tǒng)工作穩(wěn)定，響應(yīng)速度快，評(píng)分結(jié)果準(zhǔn)確，而且操作簡(jiǎn)單、方便擴(kuò)展，滿足了比賽的實(shí)時(shí)性、高效性、公平性要求。

6" 結(jié)" 語(yǔ)

本文以STC89C52單片機(jī)為核心，以CC1101射頻模塊作為無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊，并利用Delphi開發(fā)上位機(jī)程序設(shè)計(jì)了一種無(wú)線評(píng)分系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離收集評(píng)委的評(píng)分?jǐn)?shù)據(jù)，而且能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、顯示、查詢、打印等功能。使用該系統(tǒng)對(duì)比賽數(shù)據(jù)進(jìn)行收集可以減少評(píng)委的工作量，同時(shí)避免數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的錯(cuò)誤，使比賽過程更加公開透明。

本文系統(tǒng)體積小、成本低、便于攜帶、操作簡(jiǎn)單，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果表明，該系統(tǒng)滿足了比賽的實(shí)時(shí)性、高效性、公平性要求，具有廣闊的市場(chǎng)前景和應(yīng)用價(jià)值。

注：本文通訊作者為韋洪浪。

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作者簡(jiǎn)介：韋寧燕（1987—），女，廣西河池人，碩士研究生，副教授，研究方向?yàn)槿斯ぶ悄芗皥D像處理。

韋洪浪（1985—），男，廣西河池人，在讀博士研究生，講師，研究方向?yàn)榍度胧较到y(tǒng)及信號(hào)處理。