基于nRF24L01的无线抢答器设计
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摘要：该设计是一款无线抢答器，它在保证抢答器灵敏度的前提下解决了有线抢答器布置会场的复杂度。该次设计的无线抢答器由硬件部分和软件部分组成，硬件部分分为抢答主机和抢答分机。上位机界面的功能包括启动界面、试题选择功能、倒计时功能、分值选择功能、显示试题功能、显示答案功能、选手调试功能、选手犯规和忽略功能等。
关键词：抢答器；无线；上位机
中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）16-3817-04
Abstract： The design is a wireless Responder， Responder in ensuring that the sensitivity of the premise to solve the wired Responder venue layout complexity. It Solves the wired Responder venue layout complexity under the premise of sensitivity Responder. The Wireless Responder including hardware and software parts. The hardware part is divided into Responder and Responder host extension. PC interface functions included startup screen， test selection function， countdown function， scores selection， display item functioning， display answer feature， players debugging features， such as player fouls and ignore functions.
Key words： Responder； wireless； upper computer
现如今各种大型知识竞赛节目比较火热，为了保证竞赛的公平性，在知识竞赛中采用抢答器势在必行。常见的抢答器通常都为有线抢答器，有线抢答器对于大型的竞赛而言，会场安排布线和赛后设备清理就会给竞赛组织人员造成很大的困扰。因此，携带方便的无线抢答器就成了竞赛的首选。
本设计是一套6组的无线抢答器，它是有6个无线抢答按钮、一个抢答主控器和一套抢答软件组成。无线抢答按钮是通过有线抢答按钮里面添加无线发射模块改装而成的。抢答主控器是在抢答按钮里面添加一个无线接收模块，同时通过一条USB数据线连接到电脑上。无线抢答按钮和抢答主控器都是采用2节7号电池供电的方式，可以随身携带，方便拆卸，并且功耗低，可以长时间使用。软件采用VC++和数据库设计一个抢答器界面，其中可以增减抢答题库，可以设置抢答时间等。
1 总体结构设计
无线抢答器主要由硬件部分和软件部分组成。硬件部分主要有6个抢答器按钮和一个抢答器主机组成。抢答器按钮里面内嵌了nRF24L01无线收发模块。无线抢答器的总体结构图如图1所示。
上位机软件即为电脑里面的运行的抢答界面，主要包括抢答题库的增减显示、计分、抢答模式设置和抢答计时等功能，其中抢答计时包括正计时和倒计时两种计时方式。
无线抢答器的基本工作流程如下：6组无线抢答按钮由无线抢答器主机控制，6组抢答按钮的抢答信号通过内置的无线收发模块发送到无线抢答器的主机上，无线抢答器的主机识别每组抢答信号的先后顺序，通过USB数据线传输到电脑中的上位机软件上，并在上位机的界面上显示第一个抢答成功的组名。上位机中根据题库的设置可以显示必答题、抢答题、风险题、观众答题、附加题、快答题等多种题型，并且可以显示每组的实时得分情况。
2 硬件部分
无线抢答器硬件原理图如下图所示。该原理图主要由STC12LE5204AD单片机和无线收发模块NRF24L01组成。
3 软件部分
软件部分分为单片机软件部分和上位机软件部分。单片机软件部分为无线强大按钮和抢答主控器的控制程序。单片机采用STC公司的STC12LE5608芯片。上位机部分为电脑的显示界面。上位机中主要包括题库的删减与显示、计分、计时等功能。
3.1 单片机部分
单片机程序分为抢答器按钮程序和抢答器主机程序。
抢答器按钮部分：该程序的功能为当抢答主机向抢答按钮发送抢答命令后，通过按下抢答按钮向抢答器主机发送唯一的地址信号，抢答主机解析这个地址信号后通过USB连接线发送到上位机中，并在上位机中显示该组名称。程序流程图如图3所示。在单片机上电复位后，nRF24L01程序初始化。抢答器按钮进入准备状态，当接收到抢答器主机发送的可以抢答的指令后，按下抢答按钮，nRF24L01模块向抢答器主机发送抢答信号，如果是在允许抢答的指令之前按下抢答 按钮或者是超时按下抢答按钮则被抢答主机判为犯规，此次抢答无效，需要重复上面的步骤，直至抢答主机判定为有效抢答。
抢答器主机部分：抢答器主机程序流程图如图4所示。其工作过程：抢答器主机上电复位后，nRF24L01程序初始化，按下抢答主机按钮后，抢答主机通过nRF24L01模块向6组抢答器发送可以抢答的指令，在发送抢答指令的同时开始计时，在规定的时间内nRF24L01模块接收到第一个抢答信号，并判断该信号是否犯规，如果抢答信号没有犯规，则锁定抢答器阻止其他抢答信号进入并且将该地址信号发送到上位机中，如果该信号犯规，则重新开始抢答。
3.2 上位机部分
上位机结构图如图5所示。上位机部分是通过VC++6.0编写完成的。软件安装完成后双击启动软件，首先进入的是无线抢答器欢迎界面，然后点击进入无线抢答器正式界面，在正式界面的右半部分，有题库选择、选手调试等相关功能选项。在正式界面启动后，如果抢答主机没有连接到电脑或者连接异常时，这时会有“串口连接失败，是否要重试”的提示，反之，就不会出现该提示。在界面的右上角有选手调试的功能，该功能是在抢答开始时确定每组选手的组别，也就是每组选手唯一的身份识别。点击题库设置这一功能按钮，就会进入题库编辑的界面，在题库编辑的界面里有新建试卷、新建试题和删除试卷等选项。在字体设置的选项里可以根据个人喜好或实际需要设置不同的字体大小和颜色。试卷选择的功能就是选择前面题库设置功能里已经编辑完成的试卷。试卷选择完成后，就可以在题目类型的下拉菜单中选择不同的题目，里面包括必答题、抢答器、风险题和加赛题等。选择题目类型后就可以在题号选择的下拉菜单中选择不同题号，在选择题号的同时就会显示相应的试题，点击显示答案按钮就会在界面上显示相应的正确答案。在题目选择完成后就可以进行回答问题，回答问题时有个开始计时的按钮，点击该按钮就会开始倒计时，在抢答环节时还有个开始抢答按钮，在点击该按钮后选手才能开始抢答，否则视为犯规。选手回答问题完毕后根据答案判定选手回答是否正确，同时点击正确或者错误按钮，系统会自动的对该组进行加减分。
4 测试结果与分析
用串口调试小助手分别测试6组抢答按钮，在测试过程中，按下每组抢答按钮在串口调试小助手都会有相应的代码产生，说明每次按钮都是正常有效的。抢答按钮功能测试完成后，再对上位机进行测试，在上位机功能测试过程中，主要测试上位机和抢答主机的连接情况，还要测试上位机各个显示界面是否正常、上位机是否能正常使用数据库ACESS和是否能进行题库的增加和删减。
测试完成抢答按钮、抢答主机和上位机的功能后，最后进行的是无线抢答器的整体功能测试。将6组无线抢答按钮和抢答主机都装上电源，同时将抢答主机通过USB连接线连接至电脑，打开无线抢答器的上位机界面，逐一对无线抢答器各个功能进行测试。系统测试结果如表1所示。
5 结论
本设计以STC12LE5608单片机为核心控制系统，内嵌无线传输模块，实现了试题选择、倒计时、分值选择、显示试题、显示答案、选手调试、选手犯规和忽略等功能。通过VC++6.0编程完成了上位机界面的显示。经实际测试，所设计的无线抢答器抢答按钮、抢答主机和上位机之间的通讯正常。上位机能够正常调用数据库，上位机能够正常显示各种题型及相应的答案，抢答主机和上位机能够及时判断抢答是否有效，上位机计时和计分功能都正常。
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