课程设计基于zigbee的无线抢答器设计与实现-毕业论文.doc

《无线传感器网络》
课程设计报告

学 院:_电气与信息工程学院_ 专业班级: 物联网1301
学生姓名: 学 号:
设计地点（单位）____ ______ __
设计题目:________基于Zigbee的无线抢答器设计与实现______
完成日期： 2015年 12月 25日

指导教师评语: ______________________ _________________
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成绩（五级记分制）:______ __________
指导教师（签字）:________ ________

课程设计任务书
设计题目：基于Zigbee的无线抢答器设计与实现
学生姓名

课程名称
无线传感器网络
专业班级
物联网2013级01、02
地 点
I323
起止时间
2015-12-21至2015-12-25
设计内容及要求

（1）实现多路（至少3路）无线抢答
（2）抢答成功后抢答器有明显指示（灯光）
（3）抢答成功后后台有显示（界面）
（4）开始抢答命令前任何抢答无效
（5）其他功能自由发挥

设计
参数

进度
要求
1、 第一天熟悉任务要求，完成任务分解
2、 第二天系统硬件设计
3、 第三天软件编程与测试
4、 第四天系统调试
5、 第五天撰写报告、答辩
参考资料
1、李文仲、段朝玉．《ZigBee 无线网络技术入门与实战》．北京：北京航空航天大学出版社，2007.1
2、高守玮．《ZIGBEE技术实践教程》．北京：北京航空航天大学出版社，2009.6
3、王小强、欧阳骏、黄宁淋.《ZigBee无线传感器网络设计与实现》.北京：化学工业出版社.2012.6。

其它

说明

１.本表应在每次实施前一周由负责教师填写二份，学院审批后交学院教务办备案，一份由负责教师留用。２.若填写内容较多可另纸附后。3.一题多名学生共用的，在设计内容、参数、要求等方面应有所区别。
系主任：金尚柱 指导教师： 周伟、易军 2015年 12 月 16 日

摘 要

进入二十一世纪，无线数据通讯技术在我国蓬勃发展，也得到了信息产业部以及各行各业的高度重视，因为任何有线数据传输网络只能是网状覆盖，而无线数据传输网可达到真正的面覆盖。目前主要的短距离无线数据传输技术主要有蓝牙、Zigbee、IEEE802.11x、微功率短距离无线通讯技术，与已具备相当规模的无线长距离通讯网络（比如蜂窝移动通讯网、卫星数据通讯）相比，短距离无线通讯系统在基本结构、服务范围、应用层次以及通讯业务（数据、话音）上，均有很大不同。下面分别介绍这几种无线传输技术。 
Zigbee是一种新型的短距离、低速度、低功耗无线网络技术，是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术，基于IEEE无线个人区域网标准，数据传输速率通常为10kb/s到250kb/s，有效覆盖范围10到75米，由于其协议简单、成本低、网络容量大等优点，使其在无线传感网络中得到广泛的应用。 
在未来，短距离无线数据传输将向着更高传输速率、更高传输精确度的方向发展，而且传输设备的成本也会进一步降低，传输协议也会进一步简单，从而是短距离无线通讯走入我们的生活，给我带来更多方便。 
本次设计的课题是无线抢答器的设计，基于Zigbee无线传感，利用协调器作为主持人，三块终端作为抢答者，然后在后台通过上位机显示和控制
关键词：Zigbee　上位机　无线传感　抢答器

目 录

第一章 系统需求分析 1
1.1 系统需求分析 1
1.1.1 研究无线抢答器的目的及意义  1
1.1.2  研究无线抢答器的内容  1
1.1.3  国内外的研究现状  2
1.2 系统功能 2
1.3 小组成员分工 2
第二章 系统设计及实现 3
2.1 系统设计 3
2.2 硬件设计及实现 3
2.2.1按键原理图 3
2.2.2 ZigBee原理图 3
2.2.3主持人（协调器） 3
2.2.4抢答者（终端节点） 4
2.3 软件设计及实现 4
2.3.1整体界面： 5
2.3.2整体流程图 5
2.3.3打开/关闭串口 6
2.3.4初始化 6
2.3.5开始按键 6
2.3.6时钟设置事件 7
2.3.7清空接收窗口 8
第三章 系统测试 9
3.1初始状态 9
3.2开始抢答 10
3.2复位 12
第四章 结论与展望 15
致谢 16
参考文献 17

II

第一章 系统需求分析

1.1 系统需求分析
使用抢答器可以快速、准确的显示出第一名抢答者，一个好的抢答器可以排除人为操作及判断误差，由电子逻辑代替人的主观，可以在很大的程度上保证了比赛的公平性。通过射频无线技术的应用，简单轻松的解决了实际比赛过程中布线的困扰和空间的限制，使得比赛可以更加便捷自由。

1.1.1 研究无线抢答器的目的及意义 
在以往的知识竞赛中，当选手进行抢答问题时，如果举办方采用让选手举手来抢答，会因为主持人的主观误判导致比赛的不公平性，所以必须要设计一个系统完成这个目的。毕竟只靠主持人的视觉，很难分清楚是哪一位选手先举手。通过单片机设计抢答器，便可以解决。而传统普通抢答器仍然存在以下缺陷： 
（1） 在抢答过程中，如果出现超前抢答时，即违反了规定。必须处理违规抢答的信号，然而那些有效抢答信号（没有违反规定）不能被处理，就会使这次抢答无效。 
（2） 当有多名选手违规抢答，传统的抢答器只能处理其中一名选手。 
所以针对这类现象设计了无线抢答器

1.1.2  研究无线抢答器的内容 
无线抢答器系统由两大部分组成，分别为选手电路、主持人控制电路。选手电路和主持人控制电路这两部分之间的联系，采用的是无线通信。主持人控制电路采用交流供电，选手电路采用蓄电池供电，基本做到自由移动无线通行。各部分都采用单片机作为控制核心，采用无线收发模块。每个选手的手中有一个抢答按钮，主持人手中的是抢答开始按键。当主持人按下开始按钮后，选手可以抢答，同时数码管显示倒计时读秒，如有选手按下抢答键，数码管显示该选手的序号，同时封锁其他的抢答信号，且蜂鸣器鸣叫，以示有人抢答成功。如读秒归零时还无人抢答，则蜂鸣器鸣叫,以示抢答时间到。当抢答的选手回答完毕或读秒归零后，主持人按一下开始按钮，电路即可恢复到开始抢答，倒计时读秒状态。 

1.1.3  国内外的研究现状 
抢答器这类电子产品，在知识竞赛活动中，比较常见。不过，目前使用的抢答器电路较为复杂，无法做到推广使用，还存在布线问题。比如有线抢答器，使用的时候，需要进行现场布线，往往由于选手位置不同，每个选手和主持人之间距离较远，导致布线很复杂，要拉很长的线，这样就会影响活动现场的美观。线一旦长了就会乱，会降低抢答器的可靠性，影响现场相关人员的走动。有的抢答器采用集成块，但是集成块比较难购买到。为了解决这些问题，设计了一类抢答器，无线抢答器。这种抢答器功能多，电路也比较简单，成本低，元器件都是常见的，可以购买到。这类抢答器，在国内外已经被推广使用。

1.2 系统功能
（1）实现3路无线抢答
（2）抢答成功后抢答器有明显指示（灯光）
（3）抢答成功后后台上位机显示
（4）开始抢答命令前任何抢答无效

1.3 小组成员分工
明航、张文：上位机程序
李院华：Zigbee程序

17

第二章 系统设计及实现

2.1 系统设计
（1）实现3路无线抢答
（2）抢答成功后抢答器有明显指示（灯光）
（3）抢答成功后后台上位机显示
（4）开始抢答命令前任何抢答无效

2.2 硬件设计及实现
2.2.1按键原理图

2.2.2 ZigBee原理图

2.2.3主持人（协调器）

2.2.4抢答者（终端节点）

2.3 软件设计及实现
2.3.1整体界面：

2.3.2整体流程图

按下开始键
窗口显示Readygo等待抢答

终端LED2亮表示准备就绪
发送给协调器，协调器发送到缓冲区。Timer从缓冲区读取到数据
Case语句选择是哪个终端，然后调用相应的图片

复位

下发Readygo指令 接收到指令

某个终端 抢答成功

2.3.3打开/关闭串口
关闭串口：
Private Sub close_Click()
Timer1.Enabled = False
MSComm1.PortOpen = False '关闭串口
End Sub
---------------------------------------------------------------------------
打开串口：
Private Sub open_Click()
MSComm1.CommPort = 5 '使用串行端口5
MSComm1.Settings = "115200,N,8,1" '设置波特率等
MSComm1.InputLen = 0 '清空从接收缓存器中读到的字符
MSComm1.PortOpen = True '打开端口
End Sub
2.3.4初始化
Private Sub Form_Load()
Timer1.Enabled = False
MSComm1.CommPort = 5 '使用串行端口1
MSComm1.Settings = "115200,N,8,1" '设置波特率等
MSComm1.InputLen = 0 '清空从接收缓存器中读到的字符
MSComm1.PortOpen = True '打开端口
'这是整个的初始化过程
End Sub
2.3.5开始按键
Private Sub Command1_Click()
If Command1.Caption = "开始" Then
Timer1.Enabled = True
Command1.Caption = "复位"
MSComm1.Output = "Readygo"
receivetext.Text = ""
Else
Timer1.Enabled = False
Command1.Caption = "开始"
MSComm1.Output = "ReStart"
Image1.Picture = LoadPicture("C:\Users\Administrator\Desktop\Product2\新建文件夹\picture4.jpg")
Image2.Picture = LoadPicture("C:\Users\Administrator\Desktop\Product2\新建文件夹\picture4.jpg")
Image3.Picture = LoadPicture("C:\Users\Administrator\Desktop\Product2\新建文件夹\picture4.jpg")
receivetext.Text = ""
End If
End Sub
2.3.6时钟设置事件
Private Sub Timer1_Timer()
Dim buf
buf = MSComm1.Input
'将缓冲区内的数据读入buf变量中

If Len(buf) <> 0 Then
'判断缓冲区内是否存在数据
receivetext.Text = ""
receivetext.Text = receivetext.Text + Chr(13) + Chr(10) + buf
End If

Select Case buf
Case 1
Image1.Picture = LoadPicture("C:\Users\Administrator\Desktop\Product2\新建文件夹\picture3.jpg")
Case 2
Image2.Picture = LoadPicture("C:\Users\Administrator\Desktop\Product2\新建文件夹\picture3.jpg")
Case 3
Image3.Picture = LoadPicture("C:\Users\Administrator\Desktop\Product2\新建文件夹\picture3.jpg")
End Select
buf = ""

End Sub
2.3.7清空接收窗口
Private Sub clear_receivetext_Click()
receivetext.Text = ""
End Sub
第三章 系统测试

3.1初始状态

3.2开始抢答
按下开始按钮

三个终端节点亮LED2表示准备就绪

2号节点抢到，然后闪烁

后台显示2号抢到

3.2复位
按下复位，终端节点还原，后台恢复

再次按下开始后的界面，这时等待终端节点的抢答

分别为3号抢到，和复位、开始后2号抢到

第四章 结论与展望

经过一周的努力,在老师和同学的商讨和帮助下,我完成了设计任务，通过此次课程设计，我重新认识到了自学的重要性，以及学以致用的道理。我在图书馆查阅了大量的资料，同时也认识到了图书馆的重要作用。通过此次的抢答器的设计，我自学了VB编程，我觉得此次设计让我更加巩固了所学的知识并在设计的过程中学会了与时俱进，克服了编程的枯燥感，让我受益匪浅。在今后的学习过程中，应该多到图书馆看一些专业方面的书籍，以丰富自己的知识。由于知识水平的局限，设计中可能会存在着一些不足，我真诚的接受老师和同学的批评和指正。
我深刻明白了理论知识与社会实践相结合的道理，也得到了以前书本知识所不曾得到的知识，更加明白了如今信息时代电子技能知识的重要性。本设计增强了我对实际通信技术、电子信息等方面的认识，掌握了分析、处理问题的方法、逻辑思维能力等基本技能的训练，具有了一定程度的实际工作能力。
本次课程设计用Zigbee无线传输技术应用于抢答器的设计和制作，制作成功了无线抢答器并用VB在后台制作了上位机。该无线抢答器可满足不同赛事活动的不同需求，适用于学校、教育部门、企事业工会组织、俱乐部等单位组织举办各种知识、技术竞赛及文娱活动时作抢答之用。能提高活动档次，简化工作流程，减轻工作量、减少人工失误、节约竞赛成本。
致谢

经过一周的艰苦奋战，我的课程设计已接近尾声。我衷心感谢我的周老师和易老师，在课题选定、理论指导和方案的论证上，对我精心的指导和耐心的鼓励，使我能够坚持到底，课程设计有了圆满的结果。他们渊博的知识，深邃的思想，严谨的治学风格、平易近人的处事态度和幽默风趣的话语，让我在学习知识和解决问题时感到无比的轻松和愉快。至此论报告定稿之际，对老师表示衷心的感谢! 感谢老师能在繁忙之中抽出时间为我提供耐心的指导，帮我们解决在设计过程中遇到的种种问题。 
在做课程设计期间，我还得到同学们的大力帮助，正因为有了他们，我才能克服各种困难，顺利完成课程设计和报告。在这里一并向他们表示感谢！最后，再次向各位领导、各位老师致以崇高的敬意和最衷心的感谢！
签名 明航
日期 2015/12/25

参考文献

[1]康华光，邹寿彬.电子技术基础（数字部分）（第五版）.高等教育出版社，2005 
[2]康华光，邹寿彬.电子技术基础（模拟部分）（第五版）.高等教育出版社，2005 
[3]李朝青．单片机原理及接口技术[M]．北京：北京航空航天大学出版社，2005 
[4]朱勇．单片机原理与应用技术．清华大学出版社，2006 
[5]张毅刚，彭喜元等．新编MCS-51单片机应用设计(第二版) ．哈尔滨工业大学出版社，2006