一種基于ZigBee協(xié)議的電子答題系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于ZigBee協(xié)議的電子答題系統(tǒng)，其包括至少一個路由器、至少一個手持終端以及一個用于認(rèn)證路由器和手持終端的協(xié)調(diào)器，其中，路由器之間或與協(xié)調(diào)器連接，手持終端與路由器或協(xié)調(diào)器連接；協(xié)調(diào)器接收并存儲由終端發(fā)送的或由路由器轉(zhuǎn)發(fā)的信息，并向手持終端發(fā)送信息，手持終端接收由協(xié)調(diào)器發(fā)送的或由路由器轉(zhuǎn)發(fā)的信息。本發(fā)明所提供的電子答題系統(tǒng)，整個系統(tǒng)基于ZigBee協(xié)議，信號傳輸穩(wěn)定可靠，由協(xié)調(diào)器和多個路由器組成的ZigBee網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)容量大，可擴(kuò)展性好，可以有效消除弱信號和死區(qū)，對手持終端要求較低，所匹配的手持終端體積小攜帶方便。
【專利說明】—種基于Z i gBee協(xié)議的電子答題系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域，特別涉及一種基于ZigBee協(xié)議的電子答題系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]將無線電子答題器應(yīng)用于教學(xué)活動，在國內(nèi)高校中尚未見報道，在課堂上使用無線答題裝置，可以取代原始的舉手表決并能快速統(tǒng)計出結(jié)果，以適應(yīng)課堂互動的教學(xué)要求，提高課堂教學(xué)效果。
[0003]此外，無線電子答題器在學(xué)生考勤、了解學(xué)生聽課情況、吸引學(xué)生的注意力方面起到積極的作用，并且能提高課堂效率。準(zhǔn)確的答案統(tǒng)計，有助于老師了解學(xué)生知識掌握情況。
[0004]目前市場上有同類產(chǎn)品，體積大、操作繁瑣，而且價格高昂，不適合用于學(xué)校課堂教學(xué)，不宜攜帶。數(shù)據(jù)通信不穩(wěn)定，有弱信號區(qū)或盲區(qū)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種基于ZigBee協(xié)議的電子答題系統(tǒng)，具有通信穩(wěn)定、易擴(kuò)展、手持終端體積較小攜帶方便等特點。
[0006]本發(fā)明提供了一種基于ZigBee協(xié)議的電子答題系統(tǒng)，其包括至少一個手持終端以及一個用于認(rèn)證路由器和手持終端的協(xié)調(diào)器，如果通信距離增加且節(jié)點數(shù)量超過240個以上，還包括一個或多個路由器，其中，路由器之間或與所述協(xié)調(diào)器連接，所述手持終端與路由器或協(xié)調(diào)器連接；所述協(xié)調(diào)器接收并存儲由所述終端發(fā)送的或由所述路由器轉(zhuǎn)發(fā)的信息，并向所述手持終端發(fā)送信息，所述手持終端接收由所述協(xié)調(diào)器發(fā)送的或由路由器轉(zhuǎn)發(fā)的信息。
[0007]進(jìn)一步地，本發(fā)明所提供的電子答題系統(tǒng)，所述協(xié)調(diào)器包括PCB天線和CC2530芯片，其中，所述PCB天線接收由所述手持終端發(fā)送的或由所述路由器轉(zhuǎn)發(fā)的信息，并直接向或通過所述路由器向所述手持終端發(fā)送信息；所述CC2530的串行接口與所述電子答題系統(tǒng)之外的PC機(jī)連接，將存儲在所述協(xié)調(diào)器上的信息傳輸給所述PC機(jī)。
[0008]進(jìn)一步地，本發(fā)明所提供的電子答題系統(tǒng)，所述手持終端包括PCB天線、鍵盤和CC2530芯片，當(dāng)所述手持終端接收到所述協(xié)調(diào)器發(fā)送的讀數(shù)據(jù)命令后，所述手持終端的CC2530中的控制器采集所述鍵盤信息，并將所采集的信息通過所述手持終端的PCB天線經(jīng)由所述路由器或直接傳輸給所述協(xié)調(diào)器。
[0009]進(jìn)一步地，本發(fā)明所提供的電子答題系統(tǒng)，相互直接連接的路由器之間備份對方的數(shù)據(jù)。
[0010]本發(fā)明所提供的電子答題系統(tǒng)，整個系統(tǒng)基于ZigBee協(xié)議，信號傳輸穩(wěn)定可靠，由協(xié)調(diào)器和多個路由器組成的ZigBee網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)容量大，可擴(kuò)展性好，可以有效消除弱信號和死區(qū)，對手持終端要求較低，所匹配的手持終端體積小攜帶方便。
[0011]本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過在所寫的說明書、權(quán)利要求書、以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。
[0012]下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中:
[0014]圖1為使用本發(fā)明的一個具體實施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2為本發(fā)明一個具體實施例的協(xié)調(diào)器、路由器和手持終端節(jié)點核心控制板的原理圖；
[0016]圖3為本發(fā)明一個具體實施例的協(xié)調(diào)器連接PC機(jī)的串行口電平轉(zhuǎn)換原理圖；
[0017]圖4為本發(fā)明一個具體實施例的協(xié)調(diào)器、路由器和手持終端電源單元原理圖；
[0018]圖5為本發(fā)明一個具體實施例的手持終端鍵盤原理圖；
[0019]圖6為本發(fā)明一個具體實施例手持終端鍵盤指示燈原理圖；
[0020]圖7為本發(fā)明一個具體實施例的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；
[0021]附圖標(biāo)記說明:1第一電容，2第二電容，3第三電容，4第四電容，5第五電容，6第六電容，7第七電容，8第一電感，9第二電感，10第三電感。
【具體實施方式】
[0022]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進(jìn)行說明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0023]本發(fā)明的一種基于ZigBee協(xié)議的電子答題系統(tǒng)，其包括至少一個手持終端以及一個用于認(rèn)證路由器和手持終端的協(xié)調(diào)器，如果通信距離增加且節(jié)點數(shù)量超過240個以上，還包括一個或多個路由器，其中，路由器之間或與協(xié)調(diào)器連接，手持終端與路由器或協(xié)調(diào)器連接；協(xié)調(diào)器接收并存儲由終端發(fā)送的或由路由器轉(zhuǎn)發(fā)的信息，并向手持終端發(fā)送信息，手持終端接收由協(xié)調(diào)器發(fā)送的或由路由器轉(zhuǎn)發(fā)的信息。
[0024]如圖1所示，本發(fā)明包括協(xié)調(diào)器、路由器和手持終端，其中，協(xié)調(diào)器主要包括加密解密單元、PCB天線單元、協(xié)調(diào)器主控單元、UART串行接口和電源單元，路由器包括加密解密單元、PCB天線單元、路由器控制單元和電源單元，手持終端包括加密解密單元、PCB天線單元、手持終端控制單元和電源單元，協(xié)調(diào)器、路由器以及手持終端相互之間通過PCB天線單元通信。協(xié)調(diào)器將讀取手持終端數(shù)據(jù)的命令經(jīng)過加密后轉(zhuǎn)化為無線信號通過自己的PCB天線向空間發(fā)射；路由器PCB天線收到信號后會將信號路由到更遠(yuǎn)的地方以便更多的手持終端能收到協(xié)調(diào)器的命令信號；手持終端的PCB天線收到協(xié)調(diào)器直接發(fā)送的命令信號或收到路由器轉(zhuǎn)發(fā)而來的協(xié)調(diào)器命令后便將采集到的鍵盤信息打包加密后經(jīng)過手持終端的PCB天線發(fā)送出去，信號會沿著命令的傳輸路線傳輸?shù)絽f(xié)調(diào)器。
[0025]協(xié)調(diào)器主要用于啟動和控制網(wǎng)絡(luò)，存儲關(guān)于網(wǎng)絡(luò)的信息，包括作為認(rèn)證中心和作為安全密鑰的貯藏所。路由器用于擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積，在障礙周圍動態(tài)路由，并且提供備份路由以防網(wǎng)絡(luò)擁擠和設(shè)備失敗，可以連接到協(xié)調(diào)器或其它路由器，并且支持手持終端。手持終端用于發(fā)送或接收信息，必須被連接到協(xié)調(diào)器或者一個路由器，并且不支持子設(shè)備擴(kuò)展。[0026]作為一個具體實施例，協(xié)調(diào)器包括PCB天線和CC2530芯片，其中，PCB天線接收由手持終端發(fā)送的或由路由器轉(zhuǎn)發(fā)的信息，并直接向或通過路由器向手持終端發(fā)送信息；CC2530的串行接口與電子答題系統(tǒng)之外的PC機(jī)連接，將存儲在協(xié)調(diào)器上的信息傳輸給PC機(jī)。手持終端包括PCB天線、鍵盤和CC2530芯片，當(dāng)手持終端接收到協(xié)調(diào)器發(fā)送的讀數(shù)據(jù)命令后，手持終端的CC2530中的控制器采集鍵盤信息，并將所采集的信息通過手持終端的PCB天線經(jīng)由路由器或直接傳輸給協(xié)調(diào)器。
[0027]對于運(yùn)行在協(xié)調(diào)器、路由器和手持終端上的程序，作為一種具體實現(xiàn)方式，可以使用ZigBee協(xié)議棧軟件-Z-Stack，并將它移植到CC2530射頻芯片上最終形成本發(fā)明的技術(shù)方案，其中，Z-Stack可以使用瑞典公司IAR開發(fā)的IAREmbeddedWorkbench for MCS.51作為它的集成開發(fā)環(huán)境。Z-Stack由main O函數(shù)開始執(zhí)行，main O函數(shù)共做了 2件事:一是系統(tǒng)初始化，另外一件是開始執(zhí)行輪轉(zhuǎn)查詢式操作系統(tǒng)。
[0028]協(xié)調(diào)器、路由器和手持終端都是使用同一套輪轉(zhuǎn)查詢式操作系統(tǒng)。協(xié)調(diào)器和路由器沒有執(zhí)行按鍵檢測功能，只有手持終端在執(zhí)行這個函數(shù)采集按鍵數(shù)據(jù)。首先，圍繞協(xié)調(diào)器建立一個無線網(wǎng)絡(luò)，協(xié)調(diào)器檢查網(wǎng)絡(luò)中是否有新的路由器和/或手持終端節(jié)點，若有，則將其加入到網(wǎng)絡(luò)中，協(xié)調(diào)器直接向或經(jīng)由路由器向手持終端發(fā)送命令，或接收手持終端發(fā)出或經(jīng)由路由器轉(zhuǎn)發(fā)的信息；若沒有，則不斷檢查網(wǎng)絡(luò)中是否有新的路由器和/或手持終端節(jié)點。對于待加入的路由器，查詢周圍是否有相同ID的網(wǎng)絡(luò)，若是，則申請加入網(wǎng)絡(luò)，并從協(xié)調(diào)器獲取自身地址，然后判斷是否有相同ID的路由器和手持終端，若有，則向下面路由器或手持終端節(jié)點分配或傳輸數(shù)據(jù)，若沒有，則不斷檢查是否有相同ID的路由器和手持終端；若否，則待加入的路由器不斷查詢周圍是否有相同ID的網(wǎng)絡(luò)。對于待加入的手持終端，查詢周圍是否有相同ID的網(wǎng)絡(luò)，若有，則申請加入網(wǎng)絡(luò)啟動主程序，啟動按鍵掃描檢測，若有按鍵中斷產(chǎn)生，則進(jìn)入終端記錄調(diào)用按鍵處理函數(shù)，若協(xié)調(diào)器發(fā)來讀取數(shù)據(jù)指令，則向協(xié)調(diào)器或路由器發(fā)送數(shù)據(jù)，否則，啟動按鍵掃描檢測；若沒有協(xié)調(diào)器發(fā)來讀書數(shù)據(jù)的指令，則啟動按鍵掃描檢測；若按鍵掃描檢測沒有按鍵中斷產(chǎn)生，則啟動按鍵掃描檢測。
[0029]在手持端成功加入?yún)f(xié)調(diào)器組建的無線網(wǎng)絡(luò)后，便開始采集手持端鍵盤信息，協(xié)調(diào)器通過自己的PCB天線直接發(fā)送到或經(jīng)由路由器轉(zhuǎn)發(fā)到手持端，當(dāng)手持端PCB天線接收到協(xié)調(diào)器的讀數(shù)據(jù)命令后，將命令傳送到手持終端的CC2530控制器，接收端控制器將采集好的按鍵信息再通過手持終端PCB天線直接傳送或經(jīng)由路由器轉(zhuǎn)發(fā)到協(xié)調(diào)器。協(xié)調(diào)器再通過自己的CC2530上的同步串行接口將所接收到的手持終端的信息上傳到PC機(jī)上。
[0030]本發(fā)明的所有具體實施例所應(yīng)用的ZigBee協(xié)議是基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議，它是為無線傳感網(wǎng)絡(luò)提供所需網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施，IEEE802.15.4 定義了物理層(PortPhysical Layer, PHY)和媒體訪問控制(Media Access Control, MAC)層，ZigBee 定義了網(wǎng)絡(luò)層(Network layer, NWK)和應(yīng)用層(applicat1n layer, APL)。
[0031]本發(fā)明所提供的電子答題系統(tǒng)，整個系統(tǒng)基于ZigBee協(xié)議，信號傳輸穩(wěn)定可靠，由協(xié)調(diào)器和多個路由器組成的ZigBee網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)容量大，可擴(kuò)展性好，可以有效消除弱信號和死區(qū)，對手持終端要求較低，所匹配的手持終端體積小攜帶方便。
[0032]此外，本發(fā)明所使用的基于ZigBee協(xié)議的手持終端在無通信任務(wù)時，便可以進(jìn)入低功耗休眠狀態(tài)，用戶只需普通的2節(jié)5號干電池就可維持手持終端至少6個月的工作時間，其續(xù)航能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于基于W1-Fi技術(shù)的通信設(shè)備。[0033]還有，本發(fā)明所使用的基于ZigBee協(xié)議的協(xié)調(diào)器、路由器和手持終端入網(wǎng)時間非常短，只需30ms，而W1-Fi和藍(lán)牙技術(shù)分別需要3S和1S的時間。
[0034]在一個具體的實施方式中，如圖2所示，協(xié)調(diào)器、路由器和手持終端節(jié)點的核心控制板所使用的控制器是CC2530芯片，采用的天線是PCB天線，該天線的工作頻率為2.4GHz，采用的IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議進(jìn)行無線通信。CC2530芯片射頻輸出引腳RF_P和RF_N連接第一電容1、第二電容2、第三電容3、第四電容4、第五電容5、第六電容6、第七電容7、第一電感8、第二電感9和第三電感10，經(jīng)第七電容連接PCB天線。構(gòu)成一個完整的射頻收發(fā)系統(tǒng)。
[0035]如圖3所示，協(xié)調(diào)器串口電平轉(zhuǎn)換模塊，采用的是MAX232芯片，外加三個電容構(gòu)成電壓變化電路，將協(xié)調(diào)器串口的電平信號和PC機(jī)串口的電平信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換，實行兩個不同電平系統(tǒng)能夠進(jìn)行通信。它的主要用途是連接PC機(jī)和協(xié)調(diào)器，使雙方能夠進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)。
[0036]如圖4所示，電源單元，協(xié)調(diào)器供電方式有2種，可以通過USB供電，也可以通過電池供電。如果通過USB供電需要經(jīng)過AMSl 117-3.3進(jìn)行電壓變換，將5V電壓轉(zhuǎn)換成3.3V電壓給系統(tǒng)供電，如果是經(jīng)過電池供電則可以直接連接到系統(tǒng)中，不必經(jīng)過AMS1117-3.3芯片。路由器和手持終端主要使用電池供電。
[0037]如圖5所示，鍵盤模塊是使用在手持終端上的。使用SN74HC32D進(jìn)行消除按鍵抖動和提供中斷觸發(fā)，中斷觸發(fā)后，CC2530芯片AD轉(zhuǎn)換引腳啟動模擬量轉(zhuǎn)換功能，這個引腳采集的是經(jīng)過TLV272將按鍵按下時電壓記錄下來并傳送來的。主要是用于采集用戶的輸入信息，使用的是中斷方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，確保數(shù)據(jù)不會丟失。
[0038]如圖6所示，主要用于提示用戶輸入的信息。當(dāng)相應(yīng)的按鍵按下后經(jīng)過CC2530芯片處理后確認(rèn)已經(jīng)采集到該信息后，就將對應(yīng)的信號燈點亮。直到協(xié)調(diào)器將其數(shù)據(jù)通過無線采集走后，才將其對應(yīng)的燈熄滅。
[0039]如圖7所示，五角星代表協(xié)調(diào)器，四邊形代表路由器，圓圈代理手持終端，它們相互連接構(gòu)成了本發(fā)明的基于ZigBee通信的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，該類網(wǎng)絡(luò)允許所有具有路由功能的節(jié)點直接互聯(lián)，由路由器中的路由表實現(xiàn)消息的網(wǎng)狀路由，采用這樣的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)減小了消息延時，增強(qiáng)了通信的可靠性，使得整個通信網(wǎng)絡(luò)更加健壯。此外，ZigBee支持具有自愈功能的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如果一條路徑連接失敗，它允許節(jié)點通過網(wǎng)絡(luò)找到新的路徑，這使得該網(wǎng)絡(luò)更加健壯。
[0040]圖7所示的網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)支持多跳通信，這些數(shù)據(jù)通過從一個設(shè)備到另一個設(shè)備，使用做可靠的通信聯(lián)系和最符合成本效益的路徑，直到到達(dá)它的目的地。這種多跳能力也幫助提供容錯功能，如果一臺設(shè)備失敗或經(jīng)歷沖突，該網(wǎng)絡(luò)可以使用剩下的設(shè)備重新路由它自己。
[0041]當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備允許加入一個新設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)時，這兩個設(shè)備就構(gòu)成了父子關(guān)系。新加入的設(shè)備是子設(shè)備，而第一個設(shè)備是父設(shè)備。一個子設(shè)備可以通過兩種方式加入網(wǎng)絡(luò):通過MAC層關(guān)聯(lián)過程加入網(wǎng)絡(luò)或由先前指定的父設(shè)備直接加入網(wǎng)絡(luò)。只有協(xié)調(diào)器或路由器能夠允許設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)，而手持終端設(shè)備則不能。
[0042]綜上所述，本發(fā)明所提供的電子答題系統(tǒng)，整個系統(tǒng)基于ZigBee協(xié)議，信號傳輸穩(wěn)定可靠，由協(xié)調(diào)器和多個路由器組成的ZigBee網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)容量大，可擴(kuò)展性好，可以有效消除弱信號和死區(qū)，對手持終端要求較低，所匹配的手持終端體積小攜帶方便。[0043]以上結(jié)合實施例對本發(fā)明做了具體的描述，但不作為本發(fā)明的限定，一切在本發(fā)明權(quán)利要求范圍內(nèi)的所有修改和變化，都落在受到本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于ZigBee協(xié)議的電子答題系統(tǒng)，其特征在于，其包括至少一個手持終端以及一個協(xié)調(diào)器，如果通信距離增加且節(jié)點數(shù)量超過240個以上，還包括一個或多個路由器，其中，路由器之間或與所述協(xié)調(diào)器連接，所述手持終端與路由器或協(xié)調(diào)器連接；所述協(xié)調(diào)器接收并存儲由所述終端發(fā)送的或由所述路由器轉(zhuǎn)發(fā)的信息，并向所述手持終端發(fā)送信息，所述手持終端接收由所述協(xié)調(diào)器發(fā)送的或由路由器轉(zhuǎn)發(fā)的信息。
2.如權(quán)利要求1所述的電子答題系統(tǒng)，其特征在于，所述協(xié)調(diào)器包括PCB天線和CC2530芯片，其中，所述PCB天線接收由所述手持終端發(fā)送的或由所述路由器轉(zhuǎn)發(fā)的信息，并直接向或通過所述路由器向所述手持終端發(fā)送信息；所述CC2530的串行接口與所述電子答題系統(tǒng)之外的PC機(jī)連接，將存儲在所述協(xié)調(diào)器上的信息傳輸給所述PC機(jī)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的電子答題系統(tǒng)，其特征在于，所述手持終端包括PCB天線、鍵盤和CC2530芯片，當(dāng)所述手持終端接收到所述協(xié)調(diào)器發(fā)送的讀數(shù)據(jù)命令后，所述手持終端的CC2530中的控制器采集所述鍵盤信息，并將所采集的信息通過所述手持終端的PCB天線經(jīng)由所述路由器或直接傳輸給所述協(xié)調(diào)器。
4.如權(quán)利要求1或2所述的電子答題系統(tǒng)，其特征在于，相互直接連接的路由器之間備份對方的數(shù)據(jù)。
【文檔編號】H04L29/08GK104036666SQ201410257578
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月9日
【發(fā)明者】陳爭光, 王雪, 孫金剛 申請人:黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)