基于课堂教学的无线表决系统的通信设计

宋国杰

四平职业大学 吉林四平 136002

基于课堂教学的无线表决系统的通信设计

宋国杰

四平职业大学 吉林四平 136002

随着信息技术的发展，应用于教学的技术装备也在不断发展。技术装备的应用不仅活跃了课堂教学气氛，也为教学质量的提高提供了保证。根据多年的教学经验发现，师生间的良好互动是充分发挥装备作用的前提，而要实现这一目的，良好的通信必不可少。本文对无线表决系统的功能进行了分析,从通信模块程序设计方面入手,实现通信功能的设计。

无线表决系统；通信模块；波特率；程序设计

随着社会的高速发展，各种智能化、高效率的产品层出不穷，在教学中应用也日益广泛，正确地使用这些教学装备不仅可以活跃课堂气氛，更重要的是可以达到提高整个教学质量的目的。对于学校、学生和家长来说，最终的目的就是要有一个好的就业，好的就业依赖于好的学习质量，而教学装备的合理应用往往影响到学生的学习质量。基于AT89S52的无线表决系统就是其中的一种。课堂上同学们可以通过无线表决器终端完成教师提出的课堂测验、课堂竞赛等互动式教学，学生的回答，只要通过无线表决器做出选择，上位机就可以储存下来并显示结果，教师可以实时了解学生的听课理解情况，根据情况来调整教学内容和进度，从而提高学生学习的质量。

一、无线表决器的功能

无线表决的硬件系统是由AT89S52微处理器、键盘电路、无线通信模块和液晶显示电路构成的，其核心是微处理器、键盘电路和无线通信模块。答题结果的输入由键盘电路完成，无线表决器和上位机之间的通信由微处理器控制无线通信模块完成。组成框图如图1所示。表决系统实现的功能是：

1.实现题型选择

可以做选择题、计算题和抢答题。能够完成答案范围为0～9999的计算题，也能实现ABCDEFGHIJ等10个选项的选择题。

2.实现低功耗及休眠功能

系统设计过程中重点设计功耗及休眠功能，可以有效地节约电能，实现手持设备长时间待机。

3.主要针对于课堂教学

4.液晶显示功能，可以实时显示按键信息及提示语言，方便使用

5.传输速率快，可达19200kps，分辨率高可以精确至微妙级

6.使用一台无线采集器，信号可以绕过人体、桌椅等障碍物，且不需要对准接收器，没有发射角度限制

7.系统通信模块发射功率低，微功率发射，最大发射功率10mW，ISM频段，无需申请频点，载频频率433MHz(可选择其他载频400MHz～470MHz)

8.系统采取无线通信，实现高抗干扰能力和低误码率

9.远距离通信传输

视距情况下，天线放置位置＞2m，可靠传输距离可达1000m(BER=10-3/1200bps)。

由系统的功能可以看出，通信部分是整个设计的重点。

二、无线通信模块硬件的设计选择

表决器系统是无线设备，通过使用无线模块实现与上位机通信。本文选用的发射模块是深圳市华奥通信技术有限公司生产的微功率无线通信模块HAC-μM系列(如图2所示)。

图2 无线收发模块的外观示意图

该无线模块主要特点：

1.微功率发射，最大发射功率10mW

2.ISM频段，无需申请频点

载频频率433MHz(可提供其他载频400MHz～470MHz，868MHz～915MHz，型号为uN)。

3.抗干扰能力和低误码率

基于FSK的调制方式，采用高效前向纠错信道编码技术，提高了数据抗突发干扰和随机干扰的能力，在信道误码率为10-2时，可得实际误码率10-5～10-6。

4.传输距离远

视距情况下,天线位置＞2m,可靠传输距离可达1000m(BER=10-3/1200bps),可靠传输距离大于500m(BER=10-3/4800bps)，可靠传输距离大于300m(BER=10-3/9600bps)。

5.低功耗及休眠功能

+5V供电情况下，接收电流＜30mA，发射电流＜40mA，休眠电流＜20uA。

+3.3V供电情况下，接收电流＜22mA，发射电流＜33mA，休眠电流＜5uA。

由无线模块的特点可以看出，该模块完全可以满足系统传输功能的要求。与终端设备的连接示意图如图3所示。

图3 与终端设备连接示意图

三、系统通信波特率的设置

在串行通讯中，收发双方对发送或接受的波特率必须保持一致。通过软件可对MCS-51系列微处理器串行口的工作设定4种工作方式。其中方式0和方式2的波特率是固定的；方式1和方式3的波特率是可变的，由定时器T1的溢出率来确定(定时器T1的溢出率就是T1每秒溢出的次数)。

1.串行口工作在方式0时

2.串行口工作在方式2时

波特率与SMOD值有关。

3.串行口工作在方式1或方式3时

常用定时器T1作为波特率发生器。T1的溢出率和SMOD的值共同决定波特率：

在实际设定波特率时，T1通常设为方式2定时(自动装初值)，TL1作一个8位计数器，TH1用来存放备用初值。这种方式操作方便，还可以避免因软件重装初值而带来的定时误差。设定时器T1初值为X，则有：

四、系统通信协议

为了避免同频干扰的问题，并尽量使得系统简单，本系统在设计时采用时分技术，将系统中央控制设备(上位机)与任一台手持无线表决终端之间的通信采用时分的方式分开，中央控制设备通过扫描的方式依次与各台手持无线表决终端器通信。通信协议示意图如图4所示。

图4 通信协议示意图

上位机每次出题前，先发停止码(FFH)，将手持器的按键信息清零，避免抢答情况的发生，上位机系统屏幕出现题目时，按键才是有效的。系统在出题后开始发截止码(FEH)即收卷信息，再依次向下位机发手持器地址码(00H～F0H)，如果有人按下确认键，上位机即将其答案收缴并储存。在答题期间会多次重复发截止码和地址码。

为了更快地分辨出答题顺序，本文设计采取多次收卷的方式，这样可以及时处理先答完题目的同学的答题信息。手持器1最先答完题目，在上位机第一次发收卷信息时，它的答案即被收缴到上位机进行储存处理，可以最先显示到上位机屏幕上；手持器2是最后答完题目的，它的信息是最后被收走的，也是最后显示到屏幕上的。

手持器发送数据包格式见表1,其中每一格代表一个字节，数据包有7位，本机地址码可以选择00～FF，由于FE为截至码，FD为清零码，FA回答正确返回码，FB回答错误返回码，此外还预留2个代码，所以1个字节的地址码可以表示成250个不同地址的表决器。

表1 手持器发送数据包格式

在设计中上位机计时时间减去手持器计时时间即为答题时间(如图5所示)。

五、无线通信模块程序设计

无线表决系统的程序设计主要是完成发送和接受数据的功能，程序流程图如图6所示。本文设计的通信部分程序易于扩展，目前最大发送数据为9999，如果需要可以扩展为任意大的数值。

六、结束语

通过本文软硬件的设计，基本实现了无线表决系统对通信功能的要求，同时经过对系统的软硬件的测试，无线表决系统完全可以在教学过程中进行使用，从而实现对教学质量提高的辅助作用。

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Classroom-based wireless voting system communication design

Song Guojie
Siping professional college, Siping, 136002, China

With the development of information technology, technical equipment used in teaching is also growing. The application of technical equipment not only active in the classroom teaching atmosphere, but also for improving the quality of teaching provided a guarantee. Based on years of teaching experience, good interaction between teachers and students is the premise of fully equipped function. In order to achieve this objective, good communication is essential. In this paper, the functions of the wireless voting system is analyzed, from the communication module programming aspects, realize the design of communication.

wireless voting systems; communication module; baud rate; programming

2010-05-12

宋国杰，硕士，讲师。