智能電子座次表的設計

江蘇省無錫技師學院 孫慧 湯宇

本文介紹了使用串口觸摸屏用作教師端,以51單片機為主機控制器,與串口屏從機采用全雙工異步串口通信模式,完成信息交互。系統共組態有座次表、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,教師端通過觸摸屏呼叫發射無線信號,學生端進行接收[1]。不僅實現了活動式座次表,而且一屏多功能,可以更好地服務于教師的課堂教學,為努力提高課堂效率和質量提供了便利。

1 系統硬件結構

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

圖1 教師端硬件結構框圖Fig.1 The hardware structure block diagram of the teacher's end

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

圖2 學生終端硬件結構框圖Fig.2 Block diagram of the hardware structure of the student terminal

2 觸摸屏組態設計

HYW10.2E02觸摸屏支持與STC15F2K60S2單片機之間進行全雙工異步串口的通信[2]。為便于人機交互,觸摸屏共組態有2組畫面,即開機畫面、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,教師可以根據實際情況選擇其中一種工作模式,觸碰即可進入相應工作模式的畫面,如圖3所示。

圖3 系統主目錄菜單Fig.3 System main directory menu

2.1 座次表

學生座次表目前共設有5行×4列、6行×5列和6行×6列三種座次模板,教師可以根據班級學生人數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生姓名在線編輯功能,觸碰學生姓名左側的“”圖標,進入姓名編輯界面,通過軟鍵盤重新輸入學生姓名,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觸碰任一學生姓名圖標,揚聲器會播放對應被點名同學的姓名語音,同時該同學的姓名圖標也將會隨之變色,提醒老師該同學已被點名。

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,系統揚聲器將會按照預先設定的順序依次播報學生姓名,點名過程中,可以隨時觸碰“暫停”按鈕,系統將暫停自動點名任務,重新觸碰“開始”按鈕,自動點名系統繼續工作。

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,對學生進行提問或提醒環節。當觸碰學生圖標時,系統將會自動發射無線呼叫信號,對應的學生端將會產生振動和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,掉電后時鐘繼續運行,可現場對當前的日期和時間進行校準,保證系統走時精準。在每個工作模式界面均設置有數字時鐘顯示,以便于教師可以做到對課堂時間的精準把握,掌握好課堂節奏。

3 單片機控制程序的設計

單片機程序設計主要包括有主程序和中斷服務程序兩部分,主程序主要完成對觸摸屏從機發送過來的串行數據進行解析。根據通信協議,通信數據格式主要分為兩類:一類是當單片機主機接收到手動或自動點名的串口指令時,會向觸摸屏從機發送寫寄存器指令,從而控制語音播放功能;另一類是當單片機主機接收到課堂互動的串口指令時,會向無線發射模塊發送數據,從而去遠程控制學生端。主程序設計流程圖如圖8所示。

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

中斷服務程序主要有定時器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去觸發觸摸屏播報一位同學姓名的語音。定時器T1中斷用于課堂互動模式時,控制無線發射呼叫信號保持3s時間后自動關閉。串行口中斷用于實現觸摸屏和單片機之間的串口通信。各中斷服務程序設計流程圖如圖9所示。

圖9 中斷服務程序設計流程圖Fig.9 Interrupt service program design flow chart

4 呼叫信號的無線發射與接收

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

單片機首先解析來自串口觸摸屏的課堂互動觸發命令,然后通過發射模塊發射呼叫信號。當學生端的無線RF接收模塊接收到呼叫信號時,將會觸發振動模塊和發光模塊發出報警信號。單片機與發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 結語

本設計打破了一直以來經常要制作紙質座次表的傳統方式,結合單片機和觸摸屏技術實現了一屏多用。它不僅可以用作一張普通的座次表,而且還可以實現集點名、問答為一體的課堂互動。同時系統可擴展性強,很容易與智慧教室的建設相融合,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系統開發中的應用[J].河南工學院學報,2021(02):64-67.