基于無線通信技術的課堂互動教學系統設計

徐方明

【摘要】本文主要是通過將外無線通信技術應用到課堂互動教學設計中并進行研究，通過對無線通信技術進行有效研究，并根據整個系統的功能需求，以及其硬件組成部分進行有效研究，通過教學服務和Zigbee 網關和書籍訪問服務器來進行互動教學系統的設計，并構建完善的課堂互動教學系統設計的框架，這樣可以有效促進師生在線上進行溝通和交流，并幫助教師減輕一定的教學壓力，還可以有效地提高課堂互動教學的整體效果和質量，并有效推動其發展。

【關鍵詞】Zigbee? 無線通信技術? 課堂互動教學? 系統設計

【中圖分類號】TN92;G434 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2021）38-0056-02

本文主要是對無線通信技術進行有效研究，并以Zigbee 技術來進行針對性的研究。通過對無線通信技術在課堂教學中的整體組成部分、在使用中的整體流程以及在教學中的使用進行了深入的研究，并取得了較為明顯的效果。

一、系統的整體框架設計

如今科技的快速發展，在教學中進行課堂互動教學不再只是單一的提問和回答，并且不局限于特定的時空當中，從而為師生之間的互動營造了良好的網絡結構，教師在教學中可以通過手持終端設備來進行教學和考核的活動，學生可以在手機和電腦等多種智能終端機來進行線上的學習。并且本次進行研究主要是通過課堂互動教學系統中有效包含了在線教學和應答以及考核和考勤等多種教學功能，通過Zigbee無線通信技術和課堂互動軟件進行組成的，其中Zigbee無線通信網絡主要是通過手持的應答器以及遙控器和收發器等組成的，并且每一部分的組成都存在一定的應用層和網絡層和媒體介入控制層以及物理層的始終結構，并且每一層的結構主要是通過Zigbee無線通信網絡的協議標準來進行有效的執行。學生在終端進行手持應答器的使用，同時教師終端也通過遙控器，然后在Zigbee無線通信網絡的前提中，進行在線回答和教學活動，通過收發器可以對無線通信網絡進行更新，這樣可以更加有效地進行師生終端使用的請求，從而有效提高課堂進行互動教學的效果。整體的系統構架圖可以從圖1中看出。

二、系統的硬件選型及設計

從圖1中可以看出，在基于Zigbee無線通信技術的課堂互動系統主要是由Zigbee芯片以及接收器和應答器和收發器等硬件組成的，主要通過硬件的選型以及整體的設計為研究的重點，并進行有效分析。

1.Zig bee 芯片

TI公司生產出的CC2430型號的Zigbee芯片是真正的系統芯片（System on Chip， SoC）CMOS解決方案，其采用0.18μmCMOS制造工藝，在進行使用中所需要的電流損耗整體來說較低，在網絡信號收發模式下，整體的電流消耗主要是在25mA以下，并且可以從休眠和主動模式進行自由的轉換，相對來說，更適合在課堂互動教學中進行長時間的視同，并且還具備2.4 GHz ISM波段集成符合IEEE802. 15.4標準的射頻（Radio Frequency， RF）無線電收發機印，配置輕便、低功耗的8051微控制器核，無線整體在進行信息的接受中有著較為靈敏度和抗干擾的能力，適合在不同課堂互動教學環境下的無線網絡通信的需求。并且，在課堂互動系統中，需要選擇Coordinator來當做Zigbee 無線通信網絡主要的核心節點，主要是對互動的信息進行上傳和下達，在這一部分中主要使用的是收發器所實現的功能。在進行收發器使用之后，可以將適當的信道上初始化并建立有效的Zigbee無線通信網絡。并且，在進行系統節能設計中，師生可以通過手持的遙控器和應答器來充分的發揮出Zigbee無線通信網絡的End Device的功能。并且在沒有進行互動教學模式中主要是一種休眠的情況，在需要進行使用中才能進行運行。因此CC2430Zigbee芯片的End Device在休眠的情況下的電流需要在3A的控制范圍之內，這樣可以有效地進行長期低消耗遙控器和應答器的使用。

2.手持終端設備

手持端硬件部分主要包含三部分，分別是存儲、按鍵、CC2530核心板等。為了有效地起到省電和提高手持端電池的續航能力，手持端核心板控制器主要的是通過使用CC2530低功耗芯片，并且并不使用功率放大器。在充分滿足功能的需求下，可以有效減少按鍵的樹立以及信號指示燈。數據在進行存儲中主要是通過對EEPROM類型存儲器來進行使用，主要是用來保存學生本身的學號以及ID信息等，并且每一臺手持端的設備ID是不會出現改變的長度為32bits的整數。學生自己的學號可以通過教師的軟件來進行有效的更改。學生在通過手持端進行教師的問題回答中，手持端中存儲的學號以及設備ID以及學生對問題的回答，都通過一種方式來傳送到收發器當中，并保存自教師的數據庫當中，通過上位機軟件對學生進行答題的情況進行統計和分析。

師生通過視同手持的遙控器和應答器以及收發器等多種的終端設備來進行線上考核的完成，還可以更加高效地進行教學互動的溝通和交流。并且學生應答器主要是學生在進行問題回答以及簽到時的有效硬件支撐，并且在整體的框架設計中可以通過將Zigbee網絡嵌入到其中，學生在無線通信網絡中可以將學生的應答信息傳輸到收發器當中，并使學生通過按鍵來進行有效的操作，這樣可以比普通的電池更長時間地進行使用。在遙控器中附帶按鍵功能嵌入Zigbee無線通信網絡的教師終端設備，可以對教師進行課堂教學進行一定的輔助，從而來幫助教師進行課堂教學和在線問答以及師生之間的互動等多種教學活動，并充分改變了傳統鍵盤和鼠標限制的課堂互動教學方式。教師在教學中基于Zigbee無線通信技術可以有效地在教室內的任意位置進行有效互動教學，并可以實時地進行監管，從而有效地對學生進行學習的反饋進行有效判斷;收發器是在每一個教學計算機中進行配置，是教師進行課堂互動的重要設備，其中重要使用的是Zigbee模塊，主要是通過硬件接口與教學計算機的連接。可以及時對接收師生應答和遙控信息，并對這些信息進行有效的傳輸到上位機當中。一般情況下，硬件接口存在通用串行總線（Universal Senial Bus， USB）接口、串口兩類，但CC2430Zigbee芯片并未配置USB接口印，所以，需要在系統中進行USB驅動部分的增加，并且需要選擇串口來作為收發器和教學計算機的硬件接口，這樣可以有效節省USB驅動的設計，且CC2430芯片自帶兩個通用異步收發口（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter， UART）和驅動代碼，讓串口連接設計更簡單。

三、軟件的結構及設計

1.下位機軟件

下位機軟件主要是師生手持應答器和控制器以及無線通信網絡在進行收發器傳輸整體機構設計中，并且都可以分為應用層以及網絡層和物理層以及MAC層來進行組成的，主要是因為無線通信網絡中所具備的數據相對來說都是自由的并不用進行控制，其中的兵源節點主要是將應用層所出現的數據來進行有效的純屬，并且都是自上而下的，通過網絡層和MAC層來進行傳輸到物理層，從而有效的進行數據傳輸工作的完成。在進行這一工作中，主要是需要進行不同的節點，但是進行無線通信網的使用可以自主進行多級路由的組織，并且在其中的輔助源節點中的應用層需要在一定的路由器信息的引導下，可以自主、精準地到達節點的物理層，并且可以有效地進行數據的接受以及整理。

2.上位機軟件

上位機軟件在進行安裝中主要是在進行數學計算機的內部使用中可以通過對互動數學軟件中來進行安裝，通過對收發器以及串口來對無線通信網進行的有效利用，在課堂互動數據的傳輸中進行在線教育和問答解惑等多種教學互動功能。上位機軟件主要是通過接受和處理收發器傳輸過來的教學互動信息，并對這些信息進行有效的保存。所以，本次研究主要是將其功能分為教學服務以及Zgee網管、數據訪問服務這三大功能模塊。教學服務板塊主要是通過調用Zigbeee網關模塊來進行相關信息的收集和顯示傳輸過來的課程教學互動新型，并在無線通信過程中通過數據包的方式來有效的進行純屬，但是Zigbee數據包的有效載荷僅為80個字節左右，所以，互動教學的數據最大的時段是60（Max DATALEN） 個字節，并且，在一個數據包中最大的長度是65個字節，并且控制在最大的承載負荷之內。同時在進行數據包的接受中，數據訪問服務模塊需要將接受到信息的序列碼，通過進行CRC檢驗來進行計算并形成一個16位的檢驗碼。這樣可以挺有效的對信息進行丟包和漏包的問題進行有效檢驗，在保證沒有問題之后，在對數據包進行處理和分析，并有效地進行互動教學活動的實施。

四、結語

在傳統進行課堂互動教學模式下，對該系統進行有效研究和創新是社會進行發展的基本條件。本文主要通過對線通信網在高實效和大容量以及低功耗等較多方面的優點，來對系統進行有效創新，從而有效保證師生互動信息的傳遞，并幫助師生可以及時進行教學的反饋，并對現代信息化教學的改革進行有效實行。

參考文獻：

[1]呂鑫，劉芳芳，王麗麗.基于5G無線通信的高等院校立體課堂互動教學系統設計[J].現代電子技術，2021，44（12）：21-24.