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基于單片機WIFI搶答器的設計

2017-02-21 19:45王麗云肖景嶸宣澤潤馮靖鸞
科技創(chuàng)新與應用 2016年36期
關鍵詞:手機app

王麗云++肖景嶸++宣澤潤++馮靖鸞

摘 要:以AT89S52單片機為核心,結(jié)合WIFI模塊,設計了一款WIFI搶答器。采用WIFI局域網(wǎng)網(wǎng)絡技術(shù)作為無線通信,通過客戶端手機APP連接局域網(wǎng)進行搶答;以Android系統(tǒng)為基礎,采用APP Inventor作為開發(fā)工具,設計了手機APP控制的搶答軟件。以WIFI網(wǎng)絡傳輸技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)有線技術(shù)的新型搶答器,具有成本低、體積小以及使用簡單等特點。

關鍵詞:無線搶答器;WIFI模塊;手機APP;Android

1 概述

目前在各類知識競賽中,搶答器是一種廣受歡迎的設備。按搶答按鍵與主機顯示器連接方式分類,現(xiàn)有的搶答器可分為有線和無線兩種。有線搶答器是早期出現(xiàn)的產(chǎn)品,存在著布線繁瑣、成本高、體積大等缺點[1]。目前大多數(shù)搶答器設備的搶答按鍵與主機是通過短距離無線通信完成的,無線模塊通常采用NRF905等2.4G無線模塊[2];該無線傳送方案由于需要開發(fā)無線按鍵設備,因為也同樣有著設備成本高等缺點[3]。隨著智能硬件的發(fā)展,本設計提出了采用WIFI網(wǎng)絡作為通信,以手機APP作為搶答終端的新型搶答器方案,有效地解決了傳統(tǒng)搶答器中存在的問題。

2 總體方案設計

本設計總體方案框圖如圖1所示,分為手機APP軟件模塊(上位機模塊)和以AT89S52單片機為核心的主機顯示器模塊(下位機模塊)兩個部分。手機APP安裝在搶答選手的手機上,選手通過手機APP上的搶答按鈕進行搶答,搶答信號通過手機WIFI網(wǎng)絡傳送到下位機模塊的WIFI串口模塊進行接收,數(shù)據(jù)過單片機處理后顯示搶答成功的選手編號。

3 下位機硬件電路設計

下位機硬件電路原理圖如圖2所示。

3.1 穩(wěn)壓電源模塊

下位機電路原理圖中,單片機系統(tǒng)采用電源為5V直流電壓供電,WIFI串口模塊電源為3.3V直流電壓供電,大尺寸數(shù)碼管第一段為5個發(fā)光二極管串聯(lián),因此采用電源為12V直流電壓供電。穩(wěn)壓電源模塊電路采用變壓器將AC220V轉(zhuǎn)換為AD12V,整流濾波后經(jīng)過穩(wěn)壓芯片LM7812和LM7805穩(wěn)壓得到12V和5V直流電壓。WIFI模塊串口工作時需要100MA以上的電源,因此采用LM2596-3.3DCDC模塊,將整流濾波后的電壓直流轉(zhuǎn)換為3.3V電壓輸出,以提高轉(zhuǎn)換效率。

3.2 WIFI串口模塊介紹

WIFI串口模塊采用型號為ESP-01S模塊,該模塊核心處理器為ESP8266。ESP8266為32位微型超低功耗MCU,支持時鐘頻率為80MHz和160MHz,其主要參數(shù)有:

(1)無線參數(shù):無線標準802.11b/g/n和頻率范圍2.4GHz-2.5GHz

(2400M-2483.5M)

(2)硬件參數(shù):數(shù)據(jù)接 UART/HSPI/I2C/I2S/Ir Remote Control/GPIO/PWM;工作電壓3.0-3.6V(建議3.3V);工作電流平均值: 80mA、外部接口N/A。

(3)軟件參數(shù):無線網(wǎng)絡模式station/softAP/SoftAP+station,軟件開發(fā)支持客戶自定義服務器和提供SDK給客戶二次開發(fā),網(wǎng)絡協(xié)議IPv4,TCP/UDP/HTTP/FTP,用戶配置AT+指令集,云端服務器,Android/iOS APP。

3.3 單片機最小系統(tǒng)

下位機以AT89S52單片機為核心,AT89S52單片機最小系統(tǒng)電路包括按鍵復位電路,晶振電路模塊。單片機通過串行口與WIFI串口模塊進行通信。單片機的P0口輸出數(shù)碼管段選數(shù)據(jù),因此再接上拉電阻。單片機的P1口接4個獨立按鍵,用來實現(xiàn)擴展功能。

3.4 大尺寸數(shù)碼管顯示器

顯示器采用兩位數(shù)碼管顯示,由于成品顯示器尺寸較小,遠距離觀看不清,因此文章采用高亮發(fā)光二極管(LED)串聯(lián)的方式,按數(shù)碼管電路原理設計了大尺寸的數(shù)碼管,使得距離顯示器50米外也能看清顯示數(shù)字。數(shù)碼管的每一段采用6個LED以兩并三串的電路結(jié)構(gòu)組成,3個LED串聯(lián)的導通電壓為6V左右,本設計采用12V電源供電,因為采用在驅(qū)動電路中增加限流電阻。

顯示器模塊由ULN2003A驅(qū)動芯片進行驅(qū)動顯示,該芯片為高壓大電流達林頓晶體管陣列電路,具有7個獨立的反相驅(qū)動器,每個驅(qū)動器的輸出灌電流可達500mA,導通時輸出電壓約1V,截止時輸出電壓可達50V。如圖2所示,大尺寸數(shù)碼管采用共陽極接法,單片機P0口輸出段選數(shù)據(jù),經(jīng)ULN2003驅(qū)動輸出,低電平有效,J1接數(shù)碼管的段選A-H。單片機P2口輸出數(shù)碼管位選數(shù)據(jù),經(jīng)ULN2003驅(qū)動和三極管8550輸出,本設計采用了4位數(shù)碼管,J2接數(shù)碼管的位選端。

4 手機APP軟件設計

4.1 APP開發(fā)工具介紹

AppInventor全稱Google App Inventor,是一款專門開發(fā)基于Android操作系統(tǒng)的APP應用軟件的設計工具,由谷歌公司最先設計推出,并于2012年交由麻省理工學院行動學習中心進行完善設計并推出[4]。AppInventor開發(fā)工具開發(fā)過程簡

單,不需要學習JAVA等編程語言,主要采用搭積木式設計方式,對不是計算機專業(yè)的開發(fā)者來說入門簡單[5]。

4.2 APP軟件功能

APP軟件分為主持人控制APP和選手搶答APP軟件。主持人控制APP軟件有開始搶答按鈕、復位按鈕,用于控制下位機主機開始搶答和結(jié)束本輪搶答功能。同時主持人控制APP軟件能設置后臺搶答時間和選手回答問題的時間,默認狀態(tài)搶答時間為8秒,無人搶答說明全部選手棄權(quán),回答問題時間為20秒。可以通過加、減鍵修改搶答和回答問題的時間,修改完成后按結(jié)束鍵,新設置的時間立即生效。主持人按開始鍵后,下位機倒計時5秒后選物才能開始搶答,選手搶答成功,數(shù)碼管顯示屏顯示搶答成功的選手編號。當下位機倒計時5秒未完成而選手搶先按下?lián)尨疰I視為犯規(guī),數(shù)碼管顯示犯規(guī)選手編號,并通過聲光警示。

5 結(jié)束語

本文介紹了一種新型的WIFI搶答器設計方案。自制的大尺寸數(shù)碼管進行顯示,并采用了APP Inventor安卓系統(tǒng)軟件開發(fā)工具設計了選物搶答APP軟件和主持人控制APP軟件;通過對手機軟件的開發(fā)對下位機進行控制和顯示。該搶答器具有成本低,功能擴展方便等優(yōu)點,為智能硬件發(fā)展提供了新的方案。

參考文獻

[1]祁健.一種無線智能搶答器的研究和設計[J].無線互聯(lián)科技,2012,

12:79.

[2]薛頂柱,張洪陽.一種新型無線智能搶答器的研究和設計[J].長春師范學院學報,2010,10:38-42.

[3]徐學君,阮承治.基于51單片機的無線搶答器設計[J].電子世界,2014,14:30-31.

[4]郭守超,周慶國,鄧常梅,等.基于App Inventor的移動學習探究[J].現(xiàn)代教育技術(shù),2014,09:121-125.

[5]孫秀婷,高迎霞,丘文輝.基于App Inventor的智能手表設計[J].內(nèi)蒙古師范大學學報(自然科學漢文版),2016,01:39-42.

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