基于NRF24L01的无线抢答器设计

南京科技职业学院 王 运 王赛帅 牛宗超 冯 薇



基于NRF24L01的无线抢答器设计

南京科技职业学院 王 运 王赛帅 牛宗超 冯 薇

【摘要】设计了以NRF24L01无线传输模块及单片机89C51为核心的无线抢答器系统。利用串行接口与上位机的通信功能，成本较低，丰富了显示功能，可实现多种抢答场合。

【关键词】STC89C51；NRF24L01；无线抢答

1　引言

目前，各学校、企业、电视台及其他单位常举办的各种知识竞赛多离不开抢答的环节。比赛要做到公正、准确、高效以及直观的判断选手的答题权，数字抢答器就必不可少了。在本次设计中，主要研究的是利用NRF24L01的无线抢答器的设计。采用单片机89C51来控制无线模块的发送接收功能并且处理抢答器的逻辑，通过上位机来完成选手号码显示等效果。该方案的优点在于: 反应快、安装简单、覆盖范围广、可扩展性强、使用效果更美观等。

2　系统方案设计原理

本设计主要由单片机最小系统、无线收发模块、按键模块、显示模块、报警模块、上位机显示模块、主持人控制模块、选手终端组成。具体的系统总体结构图如图1所示。

图1　系统框图

3　功能设计

本系统在考虑抢答器形状、布线、传输距离等因素的前提下，设计了如下功能：1)抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛，分别用8个按钮S0 ～ S7表示。2)设置一个系统清除和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。3)抢答器具有锁存与显示功能。4)抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如30秒）。5)参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效。6)如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效。7)将抢答成功的选手号码传送给上位机显示。

图2　主持人控制电路

4　硬件电路设计

为完成竞赛抢答任务，该系统分为两大部分：主持人控制电路（见图2）、选手电路，主持人控制电路和选手电路部分之间的联系，采用NRF24L01无线通信。各部分都采用单片机作为控制核心；采用无线收发模块，作为无线通信器件，具有电路简洁可靠的优点。数据的传输，采用帧结构对要传输的数据进行打包。帧结构的起始位采用特殊实用的结构，既可包含发送对象的地址信息，又具有很强的抗干扰能力，使已传送的数据显示十分稳定可靠。抢答显示部分的倒计时，可根据情况从0—99秒任意设定。

图3　选手终端电路

图4　系统程序流程图

5　软件设计

本设计的系统流程（见图4）：主持人按下控制开关后，电路进入倒计时预设状态，设置好后再按一下控制开关，则完成预设，数码管显示预设数。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，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，数码管显示为不断闪亮的“00”，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。

6　上位机　PC　端程序

本软件是在C#环境下开发的，充分利用其串口通信功能，建立抢答通信界面。

图5　系统上位机界面

7　结论

本文研制了基于nRF24L01 无线通信模块的无线抢答器系统，并通过实验实现和验证了无线抢答过程。结合nRF24L01芯片的无线通信技术和基于C#开发的软件可视化技术，提高了无线抢答器系统的工作性能。本系统克服了传统有线抢答器布线复杂、体积较大、故障较高、界面不友好等缺点，实现低成本、小型化、直观友好的人机交互功能，具有广泛的应用前景。

参考文献

[1]余发山,王福忠.单片机原理及应用技术[M].中国矿业大学出版社,2008.

[2]张伟娟.基于nRF24L01的无线抢答器设计[J].电脑知识与技术,2014,4.

[3]马忠梅.单片机的C语言应用程序设计[M].航空航天大学出版社,2001.

[4]林桂娟,丁焕琪.基于nRF24L01无线抢答器的研制[J].厦门理工学院学报,2013,3.

[5]沈晓波,王留留,苗磊.基于NRF24L01的多路无线智能抢答器设计[J].数字技术与应用,2013.

基金项目：江苏省高等学校大学生创新创业训练计划项目（201512920003Y）；江苏高校品牌专业建设工程资助项目，英文标志简称：TAPP 。