基于CC1101的無線評分系統設計

摘" 要： 為了解決各類競賽活動評分數據收集困難、比賽過程不夠公開透明、可能存在暗箱操作等問題，設計一種基于CC1101射頻模塊的無線評分系統。該系統以STC89C52單片機作為主控制器，將CC1101射頻模塊作為無線數據傳輸模塊。整個系統由界面端軟件、控制端軟件、主機和多個從機構成，界面端用于顯示評分結果，控制端用于設置和統計評分數據，主機用于轉發從機發送的評分數據，從機用于評委輸入評分數據。所設計系統電路結構簡單、可擴展性強、界面簡潔，具有制作成本低、操作便捷、維護難度低等特點，有廣闊的市場前景和較高的應用價值。

關鍵詞： 無線評分系統； CC1101射頻模塊； STC89C52單片機； 無線通信； 數據傳輸； 程序設計

中圖分類號： TN926+.2?34" " " " " " " " " " " " "文獻標識碼： A" " " " " " " " " " " "文章編號： 1004?373X（2025）04?0024?06

Design of wireless scoring system based on CC1101

WEI Ningyan1， WEI Honglang2

（1. Nanning College of Technology， Nanning 530105， China; 2. Guilin University of Technology at Nanning， Nanning 532100， China）

Abstract： In order to solve the problems such as difficulty in collecting scoring data of various competition activities， lack of openness and transparency in the competition process， and possible secret operation， a wireless scoring system based on the CC1101 RF （radio frequency） module is designed. In the system， the STC89C52 microcontroller is used as its main controller and the CC1101 RF module is used for the wireless data transmission module. The system is composed of interface edge software， control software， host computer and several slave computers. The interface edge is used to display the scoring results， the control software is used to set and tally scoring parameters， the host computer is used to forward scoring data sent by the slave computers， and the slave computers are used for the judges to input scoring data. With its simple circuit structure， strong scalability， and user?friendly interface， the designed system has the advantages of low production cost， ease of operation， and low maintenance difficulty. Therefore， this wireless scoring system has broad market prospect and high application value.

Keywords： wireless scoring system; CC1100 RF module; STC89C52 single chip microcomputer; wireless communication; data transmission; program design

0" 引" 言

隨著時代的發展，各類比賽活動更加頻繁地出現在人們的面前，但是在以往的比賽中，大多數都是通過紙制評分表來實現人為評分，而這需要大量的人力、物力來進行計算與核對，同時還可能存在計算失誤、人為修改評分數據等問題，導致比賽缺乏足夠的公開、公平、公正[1]。因此，設計一款成本低、操作便捷的無線評分系統尤其重要，這樣不僅可以有效地降低人工成本，而且能夠更加準確地計算評分結果，從而有效解決傳統紙制評分存在的問題。目前常用的無線數據傳輸技術有2G技術、4G技術、5G技術、WiFi技術、ZigBee技術、Bluetooth技術等[2?4]。2G、4G和5G技術是公共網絡上的無線數據傳輸技術，傳播距離遠，但是數據傳輸成本相對較高[5?6]。WiFi技術傳輸速率最高可達11 Mb/s，覆蓋范圍約為100 m，且可以應用于社會生活的方方面面，比如智能家居、家庭無線網絡、家庭監控攝像頭等[7?8]。Bluetooth技術工作頻段為2.4 GHz頻段，其數據傳輸速率為1 Mb/s，是一種低功耗、短距離的無線通信技術，一般通信距離為10 m左右，容易受到外界干擾[9?10]。ZigBee技術是一種近距離、低功耗、低速率的無線通信技術，最大通信距離可達幾百米，具有抗干擾能力強、組網結構靈活等優點，因而主要應用于公共場所監測、工業控制、農業控制、醫療數據采集等領域[10?13]。綜合考慮，本文選用CC1101射頻模塊作為無線數據傳輸模塊，該模塊在空曠地傳輸距離為300～500 m，最高傳輸速率可達500 Kb/s，完全符合無線評分對數據傳輸的要求。

1" 系統總體的設計

本文設計的無線評分系統主要由界面端計算機、控制端計算機、無線主機、N個無線從機組成，系統總體結構如圖1所示。

系統中的界面端計算機可以接顯示器或者投影儀，主要用于顯示比賽信息，通過控制端計算機的后臺軟件可以設置不同的顯示模式。控制端計算機主要負責后臺數據的初始化設置、保存和處理等，它是整個系統的中樞，所有的評分數據計算和控制界面的顯示都通過控制端后臺軟件來管理和設置。無線主機用于無線數據的轉發，控制端計算機可以通過無線主機把開始評分的命令發給無線從機，無線從機也可以通過無線主機把評分數據轉發給控制端計算機。無線從機是評委手持的評分器，它受到控制端計算機的控制，根據控制端計算機的命令要求評委輸入評分數據，或者自動重置評分數據，同時它也將評委輸入的評分數據發送給無線主機，然后通過無線主機傳輸到控制端計算機。

2" 硬件電路設計

2.1" 無線主機電路設計

無線主機主要完成數據的轉發工作，電路連接如圖2所示。它主要包括CC1101模塊電路、電源供電電路、串口通信電路、單片機系統電路等部分。單片機STC89C52的P1.0～P1.5分別與CC1101無線模塊的CSN、MISO、MOSI、SCLK、GDO2、GDO0相連；單片機的串行通信口TXD（P3.0）、RXD（P3.1）分別與MAX232的11腳和12腳連接。

單片機的第9腳接到由K1、R7和C9構成的復位電路；單片機的第18、19腳接到由C10、C12和Y1構成的晶振電路；電源供電電路通過J1或P1輸入5 V的直流電源為單片機供電，然后經過AMS117降壓到3.3 V為CC1101無線模塊供電。

2.2" 無線從機電路設計

無線從機主要負責響應主機命令和進行評分數據采集的工作，電路連接圖如圖3所示。它主要包括CC1101模塊電路、電源供電電路、LCD1602顯示電路、單片機系統電路、按鍵輸入電路等，其中CC1101模塊電路和電源供電電路與無線主機這部分的電路完成相同。單片機STC89C52的P1.0～P1.5分別與CC1101無線模塊的CSN、MISO、MOSI、SCLK、GDO2、GDO0相連；P0.0～P0.7分別連到LCD1602的數據端口，P3.0、P3.1、P3.2分別與LCD1602的控制端口RS、RW、EN連接；單片機的P2.0～P2.7分別連到矩陣鍵盤的8個端口；單片機的P3.5連接到蜂鳴器，通過三極管9012控制蜂鳴器的工作；單片機的第9腳接到由K17、R10和C5構成的復位電路；單片機的第18、19腳接到由C6、C7和Y1構成的時鐘電路；電源供電電路通過J1或P1輸入5 V的直流電源為單片機供電，然后經過AMS117降壓到3.3 V為CC1101無線模塊供電。

3" 下位機軟件設計

下位機程序使用Keil 5集成開發環境開發，主要包括無線主機程序設計和無線從機程序設計。本系統使用C語言進行開發，相比于其他程序設計語言，C語言程序結構簡潔、表達簡練、使用靈活，編寫的程序可讀性強、編譯效率高，非常適用于單片機系統開發[14?15]。

3.1" 無線主機程序流程

無線主機模塊主要是實現數據的存儲轉發功能，它是控制端計算機與無線從機數據交互的橋梁。程序主要有兩個功能。

功能一是監聽CC1101無線模塊是否接收到無線從機發來的數據，如果接收到數據，則把數據拆分成從機地址和評分數據，然后分別通過串口發送給控制端計算機；

功能二是監聽串口是否產生接收數據中斷，如果產生中斷，則把串口數據接收下來，然后通過CC1101無線模塊發送給所有的無線從機。

無線主機程序流程如圖4所示。

3.2" 無線從機程序流程

無線從機的主要功能是實現控制評分數據的輸入與發送、響應控制端的命令等。在程序中首先判斷是否接收到主機發來的無線數據，如果有數據發送，則把數據中的從機地址取出與本機地址比較，地址相符則為本機呼叫。然后判斷是輸入評分數據請求還是重新評分命令，如果是輸入評分數據請求，則控制LCD1602顯示請求，輸入評分數據指示，評委通過4×4鍵盤輸入評分數據后，再通過CC1101無線模塊把本機地址和評分數據一起發送出去；如果收到的是重新評分命令，則把之前評委輸入的評分數據清除，并等待輸入請求。無線從機程序流程如圖5所示。

4" 上位機軟件設計

本文系統的上位機軟件包括控制端軟件和界面端軟件，均采用Delphi開發，數據庫采用SQL Server 2000進行管理。開始評分時，控制端先通過廣播的方式把開始評分命令發給無線從機，無線從機收到開始評分命令之后轉入評分數據輸入狀態，評委輸入數據并按“確認”鍵后，即可把數據發到控制端。控制端通過輪詢的方式把每一個無線從機的數據讀入上位機控制端，控制端軟件經過數據解析，把數據放到相應的位置顯示。

4.1" 控制端軟件設計

控制端軟件的工作流程如下。

1） 控制端計算機通過后臺軟件設置比賽名稱、評委人數、分制（十分制/百分制）、參賽單位、節目名稱、加減項目等相關信息。

2） 某項比賽結束之后，工作人員通過后臺軟件發送“開始評分”命令到無線從機，從機收到命令后蜂鳴器發出3次響聲，并在LCD1602顯示要求評委輸入得分數據的指令。

3） 評委通過無線從機的鍵盤輸入評分數據后，按鍵盤上的“確認”鍵即可把數據發給無線主機。

4） 無線主機收到無線從機發來的評分數據后，通過串口轉發給控制端計算機的后臺軟件。

5） 控制端計算機的后臺軟件收到評委的評分數據后，會顯示接收成功的標志，當所有評委的評分數據都接收成功，此時工作人員可根據比賽的要求選擇評分規則，然后點擊“計算得分”即可得到評委的評分成績。如果評委操作失誤，工作人員可點擊“重新評分”按鈕清除之前的評分數據，讓評委重新評分。

6） 計算最終得分。這功能是針對一些有特殊要求的場合，如可能存在加分和扣分的情況，可通過軟件選擇加分或扣分的項目，最終得分=評委評分+加減分。

7） 計算完最終得分，工作人員點擊“排行榜”按鈕，后臺程序就會把比賽的實時分數和排名情況通過串口發送到界面端軟件，顯示給觀眾；同時也可以通過軟件查詢歷史數據，并把排行榜打印出來。

4.2" 界面端軟件設計

界面端軟件主要用于在大屏幕上將比賽得分信息呈現給觀眾。界面端有4種顯示界面，分別是顯示主界面、評分界面、加減分界面、最終得分界面，這4個界面都是由控制端軟件來選擇，然后控制端通過串口把相關數據發給界面端。

顯示主界面是評委正在評分時顯示的界面，會顯示“評委正在評分”，并顯示之前比賽的排行榜。

評分界面是評委已經評分結束，并把評分數據發給上位機后的顯示界面，該界面能夠顯示每個評委給的具體分數。

加減分界面是顯示該比賽作品是否有加減分項目，確認之后可以計算最終得分。

最終得分界面是顯示該比賽作品的最終得分與當前的排名情況。

每個比賽作品的評分都經過以上4個過程，這樣就可以清晰地把評分的整個過程展示給觀眾，不會存在虛假操作，保證了比賽的公平公正。

5" 系統調試與功能演示

5.1" 系統調試

首先進行硬件調試，主要涉及到無線主機和無線從機。需要根據電路的原理圖認真檢查電路的連接情況，使用萬用表排查電路的短路、斷路、虛焊、漏焊等問題[16]。確認電路連接沒有問題之后，就可以通電調試，主要是檢查電路的電壓和電流是否正常，特別要注意檢查芯片的供電電壓是否正常。硬件調試完成之后就可以進行軟件調試，主要涉及無線主機、無線從機、上位機程序等內容。由于無線主機和無線從機都是采用Keil 5集成開發環境開發，可以使用軟件自帶的仿真調試功能對代碼的編譯錯誤、邏輯錯誤、功能錯誤等進行修改，直到代碼編譯沒有問題[16]。然后將代碼下載到單片機進行聯調，直到單片機能夠實現預期的運行結果。上位機程序調試也是先使用開發軟件進行仿真調試，然后再與單片機通信，直到單片機與上位機能夠進行正常的數據傳輸。

5.2" 功能演示

圖6為無線評分系統的主機和從機實物圖，從機通過4×4鍵盤輸入評分數據，然后經過CC1101無線通信模塊將數據發送給主機。主機收到數據之后在LCD1602上顯示出來，同時將所接收到的數據通過串口發送到控制端軟件。圖7為某次大學生歌唱比賽的控制端界面，通過現場實測，該無線評分系統工作穩定，響應速度快，評分結果準確，而且操作簡單、方便擴展，滿足了比賽的實時性、高效性、公平性要求。

6" 結" 語

本文以STC89C52單片機為核心，以CC1101射頻模塊作為無線數據傳輸模塊，并利用Delphi開發上位機程序設計了一種無線評分系統。該系統不僅能夠實現遠距離收集評委的評分數據，而且能夠實現數據統計、顯示、查詢、打印等功能。使用該系統對比賽數據進行收集可以減少評委的工作量，同時避免數據統計的錯誤，使比賽過程更加公開透明。

本文系統體積小、成本低、便于攜帶、操作簡單，現場測試結果表明，該系統滿足了比賽的實時性、高效性、公平性要求，具有廣闊的市場前景和應用價值。

注：本文通訊作者為韋洪浪。

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作者簡介：韋寧燕（1987—），女，廣西河池人，碩士研究生，副教授，研究方向為人工智能及圖像處理。

韋洪浪（1985—），男，廣西河池人，在讀博士研究生，講師，研究方向為嵌入式系統及信號處理。