基于NRF24L01的無線搶答器設計

南京科技職業學院 王 運 王賽帥 牛宗超 馮 薇

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基于NRF24L01的無線搶答器設計

南京科技職業學院 王 運 王賽帥 牛宗超 馮 薇

【摘要】設計了以NRF24L01無線傳輸模塊及單片機89C51為核心的無線搶答器系統。利用串行接口與上位機的通信功能，成本較低，豐富了顯示功能，可實現多種搶答場合。

【關鍵詞】STC89C51；NRF24L01；無線搶答

1　引言

目前，各學校、企業、電視臺及其他單位常舉辦的各種知識競賽多離不開搶答的環節。比賽要做到公正、準確、高效以及直觀的判斷選手的答題權，數字搶答器就必不可少了。在本次設計中，主要研究的是利用NRF24L01的無線搶答器的設計。采用單片機89C51來控制無線模塊的發送接收功能并且處理搶答器的邏輯，通過上位機來完成選手號碼顯示等效果。該方案的優點在于: 反應快、安裝簡單、覆蓋范圍廣、可擴展性強、使用效果更美觀等。

2　系統方案設計原理

本設計主要由單片機最小系統、無線收發模塊、按鍵模塊、顯示模塊、報警模塊、上位機顯示模塊、主持人控制模塊、選手終端組成。具體的系統總體結構圖如圖1所示。

圖1　系統框圖

3　功能設計

本系統在考慮搶答器形狀、布線、傳輸距離等因素的前提下，設計了如下功能：1)搶答器同時供8名選手或8個代表隊比賽，分別用8個按鈕S0 ～ S7表示。2)設置一個系統清除和搶答控制開關S，該開關由主持人控制。3)搶答器具有鎖存與顯示功能。4)搶答器具有定時搶答功能，且一次搶答的時間由主持人設定（如30秒）。5)參賽選手在設定的時間內進行搶答，搶答有效。6)如果定時時間已到，無人搶答，本次搶答無效。7)將搶答成功的選手號碼傳送給上位機顯示。

圖2　主持人控制電路

4　硬件電路設計

為完成競賽搶答任務，該系統分為兩大部分：主持人控制電路（見圖2）、選手電路，主持人控制電路和選手電路部分之間的聯系，采用NRF24L01無線通信。各部分都采用單片機作為控制核心；采用無線收發模塊，作為無線通信器件，具有電路簡潔可靠的優點。數據的傳輸，采用幀結構對要傳輸的數據進行打包。幀結構的起始位采用特殊實用的結構，既可包含發送對象的地址信息，又具有很強的抗干擾能力，使已傳送的數據顯示十分穩定可靠。搶答顯示部分的倒計時，可根據情況從0—99秒任意設定。

圖3　選手終端電路

圖4　系統程序流程圖

5　軟件設計

本設計的系統流程（見圖4）：主持人按下控制開關后，電路進入倒計時預設狀態，設置好后再按一下控制開關，則完成預設，數碼管顯示預設數。當主持人按下開始按鈕后，選手可以搶答，同時數碼管顯示倒計時讀秒，如有選手按下搶答鍵，數碼管顯示該選手的序號，同時封鎖其他的搶答信號，蜂鳴器鳴叫，以示有人搶答成功。如讀秒歸零時還無人搶答，則蜂鳴器鳴叫，數碼管顯示為不斷閃亮的“00”，以示搶答時間到。當搶答的選手回答完畢或讀秒歸零后，主持人按一下開始按鈕，電路即可恢復到開始搶答，倒計時讀秒狀態。

6　上位機　PC　端程序

本軟件是在C#環境下開發的，充分利用其串口通信功能，建立搶答通信界面。

圖5　系統上位機界面

7　結論

本文研制了基于nRF24L01 無線通信模塊的無線搶答器系統，并通過實驗實現和驗證了無線搶答過程。結合nRF24L01芯片的無線通信技術和基于C#開發的軟件可視化技術，提高了無線搶答器系統的工作性能。本系統克服了傳統有線搶答器布線復雜、體積較大、故障較高、界面不友好等缺點，實現低成本、小型化、直觀友好的人機交互功能，具有廣泛的應用前景。

參考文獻

[1]余發山,王福忠.單片機原理及應用技術[M].中國礦業大學出版社,2008.

[2]張偉娟.基于nRF24L01的無線搶答器設計[J].電腦知識與技術,2014,4.

[3]馬忠梅.單片機的C語言應用程序設計[M].航空航天大學出版社,2001.

[4]林桂娟,丁煥琪.基于nRF24L01無線搶答器的研制[J].廈門理工學院學報,2013,3.

[5]沈曉波,王留留,苗磊.基于NRF24L01的多路無線智能搶答器設計[J].數字技術與應用,2013.

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