作者 / 許年豐、張紅風(fēng)、艾貽飛，鄭州大學(xué)信息工程學(xué)院

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基于WiFi無線遙控的球賽計(jì)分器設(shè)計(jì)

作者 / 許年豐、張紅風(fēng)、艾貽飛，鄭州大學(xué)信息工程學(xué)院

本文基于WiFi無線遙控技術(shù)，設(shè)計(jì)制作了一款籃球比賽計(jì)時(shí)計(jì)分器，并編寫了PC電腦端和安卓智能手機(jī)端的控制軟件。該計(jì)分器具有操作簡(jiǎn)單、亮度動(dòng)態(tài)范圍大的特點(diǎn)，可以滿足室內(nèi)或室外籃球比賽的計(jì)時(shí)計(jì)分需求。

WiFi；計(jì)分器；智能手機(jī)

1. 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

籃球比賽計(jì)分器包括主顯示面板、筆記本電腦控制端和智能手機(jī)控制端三部分組成，其中筆記本控制端和智能手機(jī)控制端可單獨(dú)控制顯示面板顯示比賽隊(duì)名、時(shí)間、比分等數(shù)據(jù)。主顯示面板包括STC89C58單片機(jī)控制板、ESP8266串口WIFI模塊、LED七段數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)板、LED七段數(shù)碼管、16×64點(diǎn)陣顯示模塊兩塊和電源模塊。筆記本電腦控制端或智能手機(jī)控制端運(yùn)行計(jì)時(shí)、計(jì)分、控制程序，并將數(shù)據(jù)通過無線WiFi實(shí)時(shí)傳輸至主顯示面板予以顯示?？傮w設(shè)計(jì)框圖如圖1。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2. 主顯示面板設(shè)計(jì)

■2.1 單片機(jī)控制板

單片機(jī)控制板主要包括STC89C58單片機(jī)、74HC245總線驅(qū)動(dòng)器、3.3V線性電源、ESP8266串口WiFi模塊組成和其他一些附屬元器件組成。

STC89C58單片機(jī)為控制核心，該單片機(jī)價(jià)格便宜，接口資源比較豐富，工作頻率高，運(yùn)行速度快，片內(nèi)RAM容量大，可以滿足16×128點(diǎn)陣數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和動(dòng)態(tài)掃描需求。

3.3 V線性電源把5V電壓變換為3.3V，供ESP8266串口WiFi模塊使用，該線性電源采用的是AMS117-3.3芯片，該芯片輸入電壓范圍寬，輸出電流最大可達(dá)1A。

ESP8266模塊是一個(gè)完整且自成體系的WiFi網(wǎng)絡(luò)解決方案，可以配置成station 、AP、station+AP三種模式，在本設(shè)計(jì)中，單片機(jī)與ESP8266模塊通過串口連接，單片機(jī)采用AT指令將ESP8266配置為AP模式，并開啟模塊內(nèi)部的TCP服務(wù)器，遠(yuǎn)端計(jì)算機(jī)或智能手機(jī)接入該AP，并與模塊內(nèi)部TCP服務(wù)器建立TCP連接收發(fā)數(shù)據(jù)，模塊接收的數(shù)據(jù)通過串口送至單片機(jī)進(jìn)一步處理。

單片機(jī)通過AT指令控制ESP8266模塊建立TCP服務(wù)器主要代碼如下：

UART_Send（AT+CIPMUX=1 ”）；//使能多連接

UART_Send（“AT+CIPSERVER=1，11000 ”）；//建立TCP服務(wù)器，端口號(hào)為11000

■2.2 數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)板

數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)板主要由74HC595和ULN2803組成。74HC595是8位串行輸入/輸出或者并行輸出移位寄存器，內(nèi)部還有一個(gè)8位存儲(chǔ)器，具有高阻關(guān)斷狀態(tài)。當(dāng)OE端為低電平時(shí)，存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)輸出到總線，OE為高電平時(shí)，總線為高阻態(tài)。ULN2803為8路NPN達(dá)林頓管驅(qū)動(dòng)器，具有高耐壓和大電流的特點(diǎn)。一組74HC595和ULN2803可以驅(qū)動(dòng)一位七段數(shù)碼管，顯示板需要16位七段數(shù)碼管同時(shí)顯示，為滿足亮度要求，本設(shè)計(jì)采用16組74HC595和ULN2803，靜態(tài)驅(qū)動(dòng)16位數(shù)碼管。單片機(jī)輸出PWM信號(hào)控制所有74HC595的OE端，這樣數(shù)碼管的亮度可以大范圍的調(diào)整，滿足不同光照強(qiáng)度環(huán)境使用。

■2.3 點(diǎn)陣模塊

點(diǎn)陣模塊由4塊戶外P10單元板組成，P10單元板模組點(diǎn)數(shù)16×32，可顯示兩個(gè)16×16點(diǎn)陣漢字，4塊單元板串接組成16×128點(diǎn)陣，這樣可以同時(shí)顯示8個(gè)漢字，基本達(dá)到了任意顯示比賽隊(duì)名的目的。

■2.4 七段數(shù)碼管

普通成品LED七段數(shù)碼管尺寸較小、亮度暗，無法滿足室外顯示需要。因此本設(shè)計(jì)中使用的七段數(shù)碼管由高亮紅光LED組成，其中每段由10串6并或10串2并組成，每個(gè)數(shù)碼管用420個(gè)或120個(gè)高亮紅光LED組成，在亮度和尺寸上完全滿足了室外顯示要求。七段數(shù)碼管采用24V電源供電。

■2.5 電源模塊

電源模塊采用兩塊成品開關(guān)電源組成，一塊為24V輸出，主要供七段數(shù)碼管和ULN2803，一塊為5V輸出，主要供單片機(jī)控制板、七段數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)板和點(diǎn)陣模塊。

圖2 主顯示正面

圖3 主顯示背面

■2.6 主顯示面板效果

最終制作完成的主顯示面板實(shí)物如圖2、圖3。

3. PC端軟件設(shè)計(jì)

PC端軟件設(shè)計(jì)所采用的開發(fā)環(huán)境為Visual Sdudio 集成開發(fā)環(huán)境，利用C#語言完成。PC端軟件主要分為計(jì)時(shí)、計(jì)分模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、點(diǎn)陣提取模塊。

計(jì)時(shí)計(jì)分模塊利用Timer控件，每10ms產(chǎn)生一次中斷進(jìn)行精確計(jì)時(shí)。

數(shù)據(jù)傳輸模塊主要功能是建立與主顯示面板的TCP連接，并從TCP連接中獲取輸入輸出流，建立與主顯示面板的數(shù)據(jù)通路，其主要代碼程序如下：

mytcp=new TcpClient（）；

mytcp.Connect（“192.168.4.1”， 11000）；

sWrite = mytcp.GetStream（）；

點(diǎn)陣提取模塊可以方便的提取所需顯示漢字或字符的點(diǎn)陣數(shù)據(jù)，點(diǎn)陣提取程序的基本思想是利用GDI+在Bitmap上繪制所需顯示的漢字或字符，然后利用.GetPixel（x， y）函數(shù)獲取位圖中每個(gè)點(diǎn)的色彩并用0或1表示，最后將每八位0和1序列轉(zhuǎn)換為Byte字節(jié)流傳輸至主顯示面板顯示，其主要代碼如下：

Bitmap bmp = new Bitmap（64， 16）；

Graphics g = Graphics.FromImage（bmp）；

g.FillRectangle（Brushes.White， new Rectangle（） ｛ X = 0， Y = 0， Height = 16， Width = 64 ｝）；

g.DrawString（txtb.Text， txtb.Font， Brushes.Black， new PointF（） ｛ X = Convert.ToSingle（-3）， Y = Convert.ToSingle（0） ｝）；

string dot = “”；

for （int count = 0； count < 1024； count++）

｛

int y = count / 64；

int x = count % 64；

if （bmp.GetPixel（x， y）.GetBrightness（） > 0.5f）

｛

dot = dot + “0”；

｝

else

｛

dot = dot + “1”；

｝

｝

PC端最終軟件效果如圖4所示，通過PC端軟件可方便的設(shè)置比賽隊(duì)名、隊(duì)名字體，并能對(duì)記分牌的亮度進(jìn)行控制。

圖4 PC端軟件界面

4. 智能手機(jī)端控制軟件設(shè)計(jì)

將PC端控制程序移植到安卓智能手機(jī)終端，實(shí)現(xiàn)了與PC端相同的控制功能，與PC端相比，利用安卓智能手機(jī)控制記分牌的顯示可以更加方便。智能手機(jī)端控制程序效果如圖5所示。

圖5 手機(jī)端效果

5. 結(jié)束語

經(jīng)過實(shí)際測(cè)試，本設(shè)計(jì)中的籃球比賽計(jì)分器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定可靠、操作簡(jiǎn)單、亮度高且可調(diào)范圍大，室內(nèi)或室外比賽均可使用。

＊ ［1］ 孫進(jìn)平，張大鵬，丁金濱.51系列單片機(jī)原理、開發(fā)與應(yīng)用實(shí)例.北京 中國(guó)電力出版社 2009.01

＊ ［2］鄭萌，趙常松. Android 應(yīng)用程序開發(fā)與典型案例. 北京： 電子工業(yè)出版社 2012.10

＊ ［3］邵順增，李琳.C#程序設(shè)計(jì)：Windows項(xiàng)目開發(fā) . 北京 清華

大學(xué)出版社 2012.10