樂山師范學(xué)院物理與電子工程學(xué)院 房 彪 段小波 李小強(qiáng) 劉歡歡 蔣 強(qiáng)

1.預(yù)備知識

1.1 現(xiàn)景

現(xiàn)目前，在本學(xué)院內(nèi)尚未出現(xiàn)一套完整的智能搶答系統(tǒng)，且在現(xiàn)有的智能搶答系統(tǒng)解決方案上存在著適用范圍有限、工作穩(wěn)定性不理想不利于擴(kuò)展等缺點。

在本項目中，將利用現(xiàn)有成就的技術(shù)構(gòu)建一套完整的智能搶答系統(tǒng)，整合了虛擬儀器技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)、軟件算法設(shè)計技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù)，使之具備以下特性,見表1。

1.2 平臺，見表2

2.構(gòu)架與設(shè)計

2.1 系統(tǒng)構(gòu)架

上位機(jī)控制程序：負(fù)責(zé)對整個系統(tǒng)進(jìn)行控制，主語包括搶答的啟動與停止、題庫管理、終端設(shè)備配置以及計分等操作。

RS232：即RS232通信電纜，負(fù)責(zé)搭建上位機(jī)與下位機(jī)通信橋梁。

工作原理簡介：首先，由于用戶通過上位機(jī)用戶界面發(fā)送一條啟動搶答指令，然后再采集終端接收到指令后啟動搶答按鈕。如果在搶答時間內(nèi)采集到搶答信號，則發(fā)送選手編號至上位機(jī)，否則超過了搶答時間將關(guān)閉通信串口，阻止選手搶答。上位機(jī)在接收到編號后并進(jìn)行后期處理。例如分?jǐn)?shù)統(tǒng)計、報表生成等工作。系統(tǒng)構(gòu)架見圖1。

圖1 系統(tǒng)構(gòu)架

2.2 軟件構(gòu)架與設(shè)計

2.2.1 上位機(jī)程序結(jié)構(gòu)

在本系統(tǒng)中，頂層GUI負(fù)責(zé)與用戶交互功能，即用戶可直接參與交互的內(nèi)容：在模塊與功能層，則由各個子程序所構(gòu)建的功能模塊，系統(tǒng)會根據(jù)用戶的指令和采集到得數(shù)據(jù)區(qū)激活所對應(yīng)的功能模塊，該層主要包括設(shè)置、打印、幫助與統(tǒng)計、搶答和計分等模塊。在底層驅(qū)動層，即可直接參與硬件交互的軟件層，主要包括VISA驅(qū)動層和下位機(jī)驅(qū)動層。

圖2 上位機(jī)程序結(jié)構(gòu)

2.2.2 系統(tǒng)狀態(tài)圖，如圖3

圖3 系統(tǒng)狀態(tài)圖

2.3 下位機(jī)流程圖，如圖4

2.4 硬件架構(gòu)與設(shè)計

在本系統(tǒng)中，使用STC 89C52作為下位機(jī)核心控制器，硬件架構(gòu)如圖5所示。

首先，由電源、時鐘和復(fù)位構(gòu)成單片機(jī)應(yīng)用的最小系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上增加了串口通信單元、鍵盤和顯示單元；

串口通信單元：使用的是MAX 232串口電平接口芯片，將單片機(jī)的RXD和TXD電平信號轉(zhuǎn)換為符合標(biāo)準(zhǔn)的串口電平，方可與上位機(jī)進(jìn)行通信。

鍵盤：每一個對應(yīng)的是搶答按鈕。

顯示單元：用于下位機(jī)顯示是哪位選手按下的。

圖4 下位機(jī)流程圖

圖5 下位機(jī)硬件構(gòu)架

3.策略與特性

通信協(xié)議通信策略：即串口通信協(xié)議，在本系統(tǒng)中，串口通信的編碼方式是基于ANSICII通信標(biāo)準(zhǔn)的。每次通信時只發(fā)送或接收兩幀數(shù)據(jù)，上位機(jī)發(fā)送兩個“S”字符表示啟動指令，以啟動下位機(jī)采集選手的搶答信號；下位機(jī)首先發(fā)送一個“E”字符，表示已采集到選手搶答信號，采集結(jié)束，接著發(fā)送一個選手的編號字符，表示哪位選手按下的。目前支持256位選手同時搶答和采集。如圖6所示。

圖6 通信協(xié)議

4.范例

4.1 主界面，如圖7所示

圖7 主界面

表1

表2

圖8 電路圖

4.2 下位機(jī)源代碼

主程序

4.3 電路圖，如圖8所示

5.結(jié)語

經(jīng)過近半年的設(shè)計、開發(fā)、制作和調(diào)試，終于使其成為智能搶答系統(tǒng)。半年來，不僅鍛煉了我們的科研能力，創(chuàng)新能力，并且培養(yǎng)了我們的團(tuán)隊合作能力。該系統(tǒng)經(jīng)過長期試驗測試，該系統(tǒng)運行穩(wěn)定，操作方便，執(zhí)行效率高。達(dá)到了預(yù)期設(shè)計要求，使之成為可行的智能搶答系統(tǒng)解決方案。為今后做復(fù)雜的智能系統(tǒng)積累了經(jīng)驗。

[1]丁宇,范靈芝.基于單片機(jī)與PC智能搶答系統(tǒng)[J].兵工自動化,2008(6).

[2]薛頂柱,張洪陽.一種新型無線智能搶答器的研究和設(shè)計[J].長春師范學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版),2010(10).

[3]Jeffrey Travies & Jim Kring, labview for Everyone Graphical Programming Made Easy and Fun Third Edition.2005.

[4]阮奇珍.我和labvIEW,National Instruments R&D China.2009.