智能电子座次表的设计

江苏省无锡技师学院 孙慧 汤宇

本文介绍了使用串口触摸屏用作教师端,以51单片机为主机控制器,与串口屏从机采用全双工异步串口通信模式,完成信息交互。系统共组态有座次表、手动点名、自动点名、课堂互动和时钟显示五种工作模式。其中课堂互动模式采用无线传输技术,教师端通过触摸屏呼叫发射无线信号,学生端进行接收[1]。不仅实现了活动式座次表,而且一屏多功能,可以更好地服务于教师的课堂教学,为努力提高课堂效率和质量提供了便利。

1 系统硬件结构

该系统硬件上教师端以STC15F2K60S2单片机为主机控制器,恒域威10寸串口电容触摸屏(HYW10.2E03)为从机LCD显示终端。主机连接有无线RF发射模块,用于课堂互动环节,发射教师端的呼叫信号。以上模块均由5V电源模块供电,教师端硬件结构框图如图1所示。

图1 教师端硬件结构框图Fig.1 The hardware structure block diagram of the teacher's end

学生端主要包括无线RF接收模块、振动马达模块、LED指示灯和直流5V电源模块等部分组成,如图2所示。

图2 学生终端硬件结构框图Fig.2 Block diagram of the hardware structure of the student terminal

2 触摸屏组态设计

HYW10.2E02触摸屏支持与STC15F2K60S2单片机之间进行全双工异步串口的通信[2]。为便于人机交互,触摸屏共组态有2组画面,即开机画面、主目录画面,其中主目录菜单中显示有座次表、手动点名、自动点名、课堂互动和时钟显示四种不同工作模式的画面链接,教师可以根据实际情况选择其中一种工作模式,触碰即可进入相应工作模式的画面,如图3所示。

图3 系统主目录菜单Fig.3 System main directory menu

2.1 座次表

学生座次表目前共设有5行×4列、6行×5列和6行×6列三种座次模板,教师可以根据班级学生人数和座次排列方式选择合适的座次模板。每一个模板均支持学生姓名在线编辑功能,触碰学生姓名左侧的“”图标,进入姓名编辑界面,通过软键盘重新输入学生姓名,方便又快捷。如图4所示。

图4 座次表工作模式Fig.4 Working mode of seating table

2.2 手动点名

如图5所示,以5行×4列座次表为例,教师可以按顺序或随机触碰任一学生姓名图标,扬声器会播放对应被点名同学的姓名语音,同时该同学的姓名图标也将会随之变色,提醒老师该同学已被点名。

图5 手动点名工作模式Fig.5 Manual roll call work mode

2.3 自动点名

如图6所示,以5行×4列座次表为例,教师只需要触碰画面右下方的“开始”按钮,系统扬声器将会按照预先设定的顺序依次播报学生姓名,点名过程中,可以随时触碰“暂停”按钮,系统将暂停自动点名任务,重新触碰“开始”按钮,自动点名系统继续工作。

图6 自动点名工作模式Fig.6 Working mode of automatic roll call

2.4 课堂互动

课堂互动模式主要用于教师上课过程中,对学生进行提问或提醒环节。当触碰学生图标时,系统将会自动发射无线呼叫信号,对应的学生端将会产生振动和LED闪亮提示,代表接收呼叫信号成功,如图7所示。

图7 课堂互动工作模式Fig.7 Classroom interactive work mode

2.5 时钟显示

时钟显示模式支持RTC时钟,掉电后时钟继续运行,可现场对当前的日期和时间进行校准,保证系统走时精准。在每个工作模式界面均设置有数字时钟显示,以便于教师可以做到对课堂时间的精准把握,掌握好课堂节奏。

3 单片机控制程序的设计

单片机程序设计主要包括有主程序和中断服务程序两部分,主程序主要完成对触摸屏从机发送过来的串行数据进行解析。根据通信协议,通信数据格式主要分为两类:一类是当单片机主机接收到手动或自动点名的串口指令时,会向触摸屏从机发送写寄存器指令,从而控制语音播放功能;另一类是当单片机主机接收到课堂互动的串口指令时,会向无线发射模块发送数据,从而去远程控制学生端。主程序设计流程图如图8所示。

图8 主程序设计流程图Fig.8 Flow chart of the main program design

中断服务程序主要有定时器T0、定时器T1和串口中断,其中定时器T0中断用于自动点名模式时,每隔1.5s去触发触摸屏播报一位同学姓名的语音。定时器T1中断用于课堂互动模式时,控制无线发射呼叫信号保持3s时间后自动关闭。串行口中断用于实现触摸屏和单片机之间的串口通信。各中断服务程序设计流程图如图9所示。

图9 中断服务程序设计流程图Fig.9 Interrupt service program design flow chart

4 呼叫信号的无线发射与接收

发射模块与单片机相连接,用于发射教师端触摸屏发送出来的呼叫信号。教室中每一位学生的座次上都将固定有一个无线RF接收模块,用作学生端来接收教师端的呼叫信号。

单片机首先解析来自串口触摸屏的课堂互动触发命令,然后通过发射模块发射呼叫信号。当学生端的无线RF接收模块接收到呼叫信号时,将会触发振动模块和发光模块发出报警信号。单片机与发射模块之间及接收模块的连接电路原理图如图10所示。

图10 发射、接收模块连接电路原理图Fig.10 The schematic diagram of the connection circuit of the transmitting and receiving modules

5 结语

本设计打破了一直以来经常要制作纸质座次表的传统方式,结合单片机和触摸屏技术实现了一屏多用。它不仅可以用作一张普通的座次表,而且还可以实现集点名、问答为一体的课堂互动。同时系统可扩展性强,很容易与智慧教室的建设相融合,让课堂变得简单、高效、智能。

引用

[1] 郑州单点科技软件有限公司.一种教室用电子点名座次表:CN201420461884.6[P].2014-12-31.

[2] 白林锋,朱军,雷浩博,等.HMI串口触摸屏在单片机系统开发中的应用[J].河南工学院学报,2021(02):64-67.