1 系統概述

　　1．1 系統組成

　　該無線答題統計系統由上位機、教師模塊(父節點)、學生模塊(子節點)3部分組成，如圖1所示。上位機是基于Windows的串口通信程序，它通過電腦串口和父節點連接，父節點和子節點都是無線通信模塊。各模塊功能如圖1所示。

　　上位機功能：(1)負責向父節點發送命令；(2)接受父節點發來的答題數據；(3)對收集的數據進行統計顯示。

　　父節點功能：(1)接受上位機發來的命令；(2)向子節點發送相應的命令；(3)收集子節點答題信息。

　　子節點功能：(1)接受父節點發來的命令；(2)將信息發給父節點。

　　硬件實物圖如圖2所示。圖2是父節點的硬件布局：(1)是程序下載口；(2)是電源開關；(3)是電池供電接口；(4)是跳針，戴上跳線帽時允許電池供電，摘下跳線帽時不允許電池供電；(5)是USB供電接口。(6)是RS232接口。

　　圖3是子節點的硬件布局：(1)是程序下載口；(2)是電源開關；(3)是電池供電接口；(4)是跳針，戴上跳線帽時允許電池供電，摘下跳線帽時不允許電池供電；(5)是USB供電接口；(6)是液晶顯示器；(7)是按鍵和LED燈。

　　1．2 系統基本流程

　　系統初始化后，上位機向父節點發送“在線查詢”命令，父節點接收命令，并向子節點廣播該“在線查詢”命令，子節點接收到命令后將自己的節點號和在線狀態回復給父節點，父節點接收到子節點的狀態回復后，也向子節點回復“收到確認”信號，同時父節點向上位機上傳各子節點的在線情況。這就完成了“在線查詢”命令。

　　上位機向父節點發送“開始答題”命令，父節點接受命令，并向子節點廣播該“開始答題”命令，子節點接收到命令后答題允許指示燈亮，這時子節點可以選擇答案“A，B，C，D”其中一個，然后按確認鍵將自己的節點號和答案發送給父節點，父節點收到后將收到的信號原封不動地作為確認信號回發給子節點，子節點收到確認信號后，對應的答案燈會亮，表示確認你選的是哪個答案。譬如，子節點選的是“A”，父節點確認后，A燈亮。

　　流程圖如圖4所示。

　　2 設計原理

　　系統的基本流程如上所述，下面具體闡述各模塊的設計原理。

　　2．1 上位機

　　上位機為一般的串口通信程序，它有3個功能：

　　(1)通過串口向父節點發送命令。上位機命令只有兩個：在線查詢命令和答題允許命令。這兩個命令均由3 Byte組成，本文定義在線查詢命令格式為，其中xx為任意數。答題允許命令格式為。

　　(2)接收父節點傳來的數據。當父節點收集了子節點發來的數據后，便會定時向上位機發送數據，數據格式如圖5所示。當上位機接收到以0xA0開頭的數據，便是節點在線情況回復數據，以0xEE結束；當接收到以0xA5開頭的數據，便是節點答題數據，以0xEE結束。

　　(3)統計接收到的數據。上位機將接受到的答案數據，以圓柱圖形統計顯示出來。

　　2．2 父節點

　　父節點是連接子節點和上位機的紐帶，其具有3個功能：

　　(1)接收上位機發來的命令；

　　(2)向子節點發送相應的命令和回復。當父節點接收到上位機的在線查詢命令時，首先判斷xx是廣播命令還是單播命令，如果是廣播命令，便將發送地址設為0xFFFF，載荷為0xA0；如果是單播命令，便將地址設為0xFFxx，載荷為0xA0。當子節點收到在線查詢命令后，便將自己設為在線，同時回復0xA0和節點號。父節點根據0xA0便知回復的是查詢命令，根據節點號便知道該節點在線。

　　同理，當父節點接收到上位機允許答題命令后，便廣播發送允許答題命令。子節點收到該命令后，即回復，父節點通過結構體Studen-t．ANSWER[i]存儲子節點的答案。并回復子節點表示數據已收到。

　　(3)收集子節點的在線情況與答題回復。父節點通過結構體Student[i]．NODE_NUMBER，存儲子節點號，Student[i]．LINE存儲在線情況，Student[i]．ANSWER存儲答案。

　　2．3 子節點

　　子節點模塊是直接與學生接觸的終端，與父節點相比，多了顯示屏、按鍵和對應的LED燈，子節點有兩種功能：

　　(1)接受父節點發來的命令。當子節點接收到在線查詢命令后，便回復信號，表示該節點在線。

　　(2)將答案信息發給父節點。當子節點接收到允許答題命令后，便回復信號。

　　3 硬件電路設計

　　本設計采用TI公司新推出支持IEEE 802．15．4標準的SOC—CC2530作為控制芯片，CC2530集成一個工業級的8051和一個無線射頻模塊。內含8 kBRAM，32 kB閃存，以及其他支持功能和外設。CC2530所集成的無線射頻模塊，提供101 dB的鏈路質量，優秀的接收器靈敏度和抗干擾性。

　　3．1 子節點電路圖

　　子節點電路圖如圖7所示。

　　3．2 父節點電路圖

　　父節點電路圖如圖8所示。

　　4 軟件設計

　　父子節點流程如圖9所示，其中結構體Smdem由ONMNE、ANSWER和NODE_NUMBER組成，分別代表在線信息，答案和節點號，其中ONLINE=1表示在線，ANSWER取值為“A，B，C，D”。注意此結構體只存在于父節點中。

　　子節點圖中ONUNE是子節點的在線標志，TX_ALLOW是子節點允許答題標志，置1有效。注意，為了防止子節點重啟后不被父節點識別，本文設計在每次答題前都發送在線查詢命令，接著再發送答題允許命令。

　　5 實驗結果

　　實驗結果如圖11所示，在線人數40人，第一題，選A的18人，B的12人，C的6人，D的4人。由實驗過程可知，無線答題器工作穩定，操作簡便。

　　6 結束語

　　本文介紹了教學用無線答題器，提出了具體的軟硬件設計方法，并開發出實物產品。該無線答題器，工作穩定、性能可靠、操作簡單、界面簡潔易懂、成本低廉、適合教學需求。