江蘇省無錫技師學(xué)院 孫慧 湯宇

本文介紹了使用串口觸摸屏用作教師端,以51單片機(jī)為主機(jī)控制器,與串口屏從機(jī)采用全雙工異步串口通信模式,完成信息交互。系統(tǒng)共組態(tài)有座次表、手動點名、自動點名、課堂互動和時鐘顯示五種工作模式。其中課堂互動模式采用無線傳輸技術(shù),教師端通過觸摸屏呼叫發(fā)射無線信號,學(xué)生端進(jìn)行接收[1]。不僅實現(xiàn)了活動式座次表,而且一屏多功能,可以更好地服務(wù)于教師的課堂教學(xué),為努力提高課堂效率和質(zhì)量提供了便利。

1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)硬件上教師端以STC15F2K60S2單片機(jī)為主機(jī)控制器,恒域威10寸串口電容觸摸屏(HYW10.2E03)為從機(jī)LCD顯示終端。主機(jī)連接有無線RF發(fā)射模塊,用于課堂互動環(huán)節(jié),發(fā)射教師端的呼叫信號。以上模塊均由5V電源模塊供電,教師端硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 教師端硬件結(jié)構(gòu)框圖Fig.1 The hardware structure block diagram of the teacher's end

學(xué)生端主要包括無線RF接收模塊、振動馬達(dá)模塊、LED指示燈和直流5V電源模塊等部分組成,如圖2所示。

圖2 學(xué)生終端硬件結(jié)構(gòu)框圖Fig.2 Block diagram of the hardware structure of the student terminal

2 觸摸屏組態(tài)設(shè)計

HYW10.2E02觸摸屏支持與STC15F2K60S2單片機(jī)之間進(jìn)行全雙工異步串口的通信[2]。為便于人機(jī)交互,觸摸屏共組態(tài)有2組畫面,即開機(jī)畫面、主目錄畫面,其中主目錄菜單中顯示有座次表、手動點名、自動點名、課堂互動和時鐘顯示四種不同工作模式的畫面鏈接,教師可以根據(jù)實際情況選擇其中一種工作模式,觸碰即可進(jìn)入相應(yīng)工作模式的畫面,如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)主目錄菜單Fig.3 System main directory menu

2.1 座次表

學(xué)生座次表目前共設(shè)有5行×4列、6行×5列和6行×6列三種座次模板,教師可以根據(jù)班級學(xué)生人數(shù)和座次排列方式選擇合適的座次模板。每一個模板均支持學(xué)生姓名在線編輯功能,觸碰學(xué)生姓名左側(cè)的“”圖標(biāo),進(jìn)入姓名編輯界面,通過軟鍵盤重新輸入學(xué)生姓名,方便又快捷。如圖4所示。

圖4 座次表工作模式Fig.4 Working mode of seating table

2.2 手動點名

如圖5所示,以5行×4列座次表為例,教師可以按順序或隨機(jī)觸碰任一學(xué)生姓名圖標(biāo),揚(yáng)聲器會播放對應(yīng)被點名同學(xué)的姓名語音,同時該同學(xué)的姓名圖標(biāo)也將會隨之變色,提醒老師該同學(xué)已被點名。

圖5 手動點名工作模式Fig.5 Manual roll call work mode

2.3 自動點名

如圖6所示,以5行×4列座次表為例,教師只需要觸碰畫面右下方的“開始”按鈕,系統(tǒng)揚(yáng)聲器將會按照預(yù)先設(shè)定的順序依次播報學(xué)生姓名,點名過程中,可以隨時觸碰“暫?！卑粹o,系統(tǒng)將暫停自動點名任務(wù),重新觸碰“開始”按鈕,自動點名系統(tǒng)繼續(xù)工作。

圖6 自動點名工作模式Fig.6 Working mode of automatic roll call

2.4 課堂互動

課堂互動模式主要用于教師上課過程中,對學(xué)生進(jìn)行提問或提醒環(huán)節(jié)。當(dāng)觸碰學(xué)生圖標(biāo)時,系統(tǒng)將會自動發(fā)射無線呼叫信號,對應(yīng)的學(xué)生端將會產(chǎn)生振動和LED閃亮提示,代表接收呼叫信號成功,如圖7所示。

圖7 課堂互動工作模式Fig.7 Classroom interactive work mode

2.5 時鐘顯示

時鐘顯示模式支持RTC時鐘,掉電后時鐘繼續(xù)運行,可現(xiàn)場對當(dāng)前的日期和時間進(jìn)行校準(zhǔn),保證系統(tǒng)走時精準(zhǔn)。在每個工作模式界面均設(shè)置有數(shù)字時鐘顯示,以便于教師可以做到對課堂時間的精準(zhǔn)把握,掌握好課堂節(jié)奏。

3 單片機(jī)控制程序的設(shè)計

單片機(jī)程序設(shè)計主要包括有主程序和中斷服務(wù)程序兩部分,主程序主要完成對觸摸屏從機(jī)發(fā)送過來的串行數(shù)據(jù)進(jìn)行解析。根據(jù)通信協(xié)議,通信數(shù)據(jù)格式主要分為兩類:一類是當(dāng)單片機(jī)主機(jī)接收到手動或自動點名的串口指令時,會向觸摸屏從機(jī)發(fā)送寫寄存器指令,從而控制語音播放功能;另一類是當(dāng)單片機(jī)主機(jī)接收到課堂互動的串口指令時,會向無線發(fā)射模塊發(fā)送數(shù)據(jù),從而去遠(yuǎn)程控制學(xué)生端。主程序設(shè)計流程圖如圖8所示。

圖8 主程序設(shè)計流程圖Fig.8 Flow chart of the main program design

中斷服務(wù)程序主要有定時器T0、定時器T1和串口中斷,其中定時器T0中斷用于自動點名模式時,每隔1.5s去觸發(fā)觸摸屏播報一位同學(xué)姓名的語音。定時器T1中斷用于課堂互動模式時,控制無線發(fā)射呼叫信號保持3s時間后自動關(guān)閉。串行口中斷用于實現(xiàn)觸摸屏和單片機(jī)之間的串口通信。各中斷服務(wù)程序設(shè)計流程圖如圖9所示。

圖9 中斷服務(wù)程序設(shè)計流程圖Fig.9 Interrupt service program design flow chart

4 呼叫信號的無線發(fā)射與接收

發(fā)射模塊與單片機(jī)相連接,用于發(fā)射教師端觸摸屏發(fā)送出來的呼叫信號。教室中每一位學(xué)生的座次上都將固定有一個無線RF接收模塊,用作學(xué)生端來接收教師端的呼叫信號。

單片機(jī)首先解析來自串口觸摸屏的課堂互動觸發(fā)命令,然后通過發(fā)射模塊發(fā)射呼叫信號。當(dāng)學(xué)生端的無線RF接收模塊接收到呼叫信號時,將會觸發(fā)振動模塊和發(fā)光模塊發(fā)出報警信號。單片機(jī)與發(fā)射模塊之間及接收模塊的連接電路原理圖如圖10所示。

圖10 發(fā)射、接收模塊連接電路原理圖Fig.10 The schematic diagram of the connection circuit of the transmitting and receiving modules

5 結(jié)語

本設(shè)計打破了一直以來經(jīng)常要制作紙質(zhì)座次表的傳統(tǒng)方式,結(jié)合單片機(jī)和觸摸屏技術(shù)實現(xiàn)了一屏多用。它不僅可以用作一張普通的座次表,而且還可以實現(xiàn)集點名、問答為一體的課堂互動。同時系統(tǒng)可擴(kuò)展性強(qiáng),很容易與智慧教室的建設(shè)相融合,讓課堂變得簡單、高效、智能。

引用

[1] 鄭州單點科技軟件有限公司.一種教室用電子點名座次表:CN201420461884.6[P].2014-12-31.

[2] 白林鋒,朱軍,雷浩博,等.HMI串口觸摸屏在單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)中的應(yīng)用[J].河南工學(xué)院學(xué)報,2021(02):64-67.