基于Zigbee的比賽信息顯示終端系統設計

張洪明+沙祥+魏洲

摘要：針對室內外中小型籃球比賽信息顯示，采用Zigbee無線傳輸技術開發了一套顯示系統。介紹了比賽信息顯示的內容，對籃球比賽信息顯示系統分別進行了基于CC2530芯片的硬件和軟件設計，通過實踐可以達到比賽的信息顯示要求。

關鍵詞：Zigbee；比賽；信息顯示

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2017）35-0249-02

目前國內外大型的籃球場館裝備的籃球比賽信息顯示系統，顯示內容豐富，集信息顯示、視頻播放等功能于一體，功能強大；但是其電路結構部件多，安裝調試復雜，售價昂貴，維護成本高昂，只能在大型室內場館使用，適用范圍窄；而在小規模的比賽中，由于缺乏適宜的比賽信息顯示系統，多采用簡易的人工操作方式，人工操作多有不便，且顯示信息內容單一而簡陋。根據以上分析，針對中小型比賽需要，設計一套成本適中、便于攜帶、操作簡明、維護方便，顯示內容較豐富比賽信息顯示系統。

1 比賽信息顯示終端介紹

如圖1，圖2所示，比賽信息顯示終端主要可以顯示比賽的剩余時間、比分球權等信息。系統包含模塊：無線接收模塊、顯示數據傳輸模塊、串并轉換模塊、數碼管驅動模塊。

2 系統硬件設計

2.1 信息顯示終端硬件設計

考慮到該系統使用的場合，有時并沒有外部電源，因此需要自帶電源。為了降低功耗，使用TI公司的CC2530芯片。該芯片具有一個IEEE 802.15.4 兼容無線收發器。RF 內核控制模擬無線模塊。另外，它提供了MCU 和無線設備之間的一個接口，這使得可以發出命令，讀取狀態，自動操作和確定無線設備事件的順序。具有低功耗、低成本、低速率、時延短、高容量、高安全等特點，其傳輸距離在10～100 m，完全可以滿足比賽的信息傳輸需求。

信息顯示終端系統分為5大部分：電源模塊、處理器（終端節點）模塊、顯示數據傳輸模塊、串并轉換模塊、數碼管驅動模塊。該系統的框圖如圖3所示。

1） 核心處理器（終端節點）：CC2530芯片，它是核心組成部分，主要負責ZigBee組網，通過無線網絡從上位機接受指令并處理數據，控制數據的串行傳輸。

2） 電源：采用12V鋰電池。12V給數碼管供電，利用電源管理芯片將12V電轉換為3.3V電壓，給核心處理器CC2530芯片供電。

3） 顯示數據傳輸模塊：將CC2530的顯示數據通過74HC245逐級串行傳輸。74HC245是方向可控的八路緩沖器，主要用于實現數據總線的雙向異步通信。為了保護脆弱的主控芯片，通常在主控芯片的并行接口與外部受控設備的并行接口間添加緩沖器。

4） 串并轉換模塊：利用74HC595將串行數據轉換成并行數據，轉換后的數據為一位數碼管的字符代碼。74HC595具有8位移位寄存器和一個存儲器，三態輸出功能。移位寄存器和存儲器有相互獨立的時鐘。

5） 數碼管驅動模塊：采用ULN2003提高數碼管的顯示驅動電壓，增強室外的顯示效果。

2.2 協調器節點硬件設計

PC端分為PC上位機部分和ZigBee協調器模塊部分，這兩部分的通信利用串口傳輸。協調器節點負責ZigBee網絡的建立，將上位機和顯示終端組網連接，實現比賽數據的發送和控制。協調器節點主要包括：電源模塊、RS—232通信模塊。如圖4所示。

3 系統軟件設計

3.1 信息顯示終端Zigbee節點軟件設計

因為Zigbee的協議棧是半開源的，在協議棧的體系結構中，其物理層和媒體介質訪問層及網絡層的底層代碼已寫好，用戶只要調用相關的功能模塊就可達到預期的功能要求。終端Zigbee節點CC2530首先進行初始化操作，初始化Zigbee模塊，向主節點發出組網請求，在成功組網后，將開始接收主節點的數據。在檢測到主節點的命令數據后，解析命令并執行，程序流程如圖5所示。

3.2 Zigbee協調器軟件設計

在Zigbee模塊上電復位后，首先是硬件的初始化，然后將協議棧初始化，建立起網絡。發送初始的顯示數據，并查詢數據是否傳輸成功，若不成功再重發一次；主節點接收到PC的發送數據或者指令，主節點將指令或者數據發送給下位機的子節點。協調器的軟件設計流程圖如圖6所示。

3.3 PC機程序設計

PC機控制端程序的功能分為兩部分，實時的顯示比賽信息和控制功能，開發環境是JAVA，在PC的界面顯示信息包括比分、時間、球權、犯規次數等，還包括對比賽信息進行設定的虛擬按鍵。上位機軟件與協調節點通過串口進行通信，實現數據的傳輸。軟件的界面如圖7所示。

4 結束語

本文借助Zigbee模塊組建短距離的無線網絡，功耗低，組網可靠便捷，使比賽信息顯示系統布線少，成本低廉，安裝方便。采用CC2530作為無線通信模塊，利用PC端的模擬操作界面可以便捷的操作比賽信息，通過實踐操控，完全可以滿足室內外比賽的信息顯示要求。

參考文獻：

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