基于虚拟技术的嵌入式无线教学互动系统.doc

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1、基于虚拟技术的嵌入式无线教学互动系统O引言在当今教学环节中，高效实用的教学互动模式显得很重要，师生的共同参与才是良好教学的最佳体现。虚拟技术结合通信技术以及无线组网技术对实现局域范围内的无线通信给予了技术支撑⋯，近年来，基于IEEE802．11标准¨3系列的无线局域网技术迅猛发展，对于小范围而言，2．4GHz无线技术工作于世界通用的ISM(IndustrialScientificMedical)频段，在组建无线网络中有着广泛应用。如何更好地进行互动，让更多的学生参与其中是教学互动的关键旧J。笔者组建了一个小范围的无线局域网，实现主控端与多个子终端的无线组网HJ，系统终端采

2、用STM32，基本符合系统各方面的要求，不仅处理速度快，而且便于开发者进一步深入研发。现在的智能终端无疑朝着触控忙1方向不断发展，笔者采用触摸屏为控制部件，省去了各种按键的繁琐，更加智能、便捷。20世纪80年代首先在美国兴起和蓬勃发展起来的虚拟仪器(VI：VirtualInstruments)是虚拟技术领域中的重要组成部分，已成为国际研究开发的热点技术之一。基于LabVIEW的外挂型虚拟仪器采用USB进行数据传输"J，具有明显的速度优势。LabVIEW采用图形化编程方式以及自身的优点，减少了科研与技术工作人员的工作量，在信号处理等方面的强大功能是其他组态软件不可比的，同时

3、可以设置漂亮的人机界面哺。目前教学系统大多为有线连接，移动性不强且缺少老师与学生间的互动。笔者针对这些问题，利用无线传输并结合触摸屏控制，实现无线教学活动。经试验证明，互动环节快速高效，达到了令人满意的效果。1互动系统设计‘笔者采用STM32系列处理器作为系统MCU(MicroprogrammedControlUnit)(见图1)。硬件由NRF24L01无线收发模块和触摸屏显示控制模块组成。系统分为上位机、下位机两部分。上位机是整个系统的最上层，负责对下位机的控制和管理，并对收集的各节点的数据用LabVIEW进行提取、处理及显示。下位机各终端与主控端通过无线方式传输数据包

4、，主控端负责与上位机进行通信，在LabVIEW编写的界面上显示终端或主控端的信息。1．1无线传输部分设计无线收发模块的数据传输‘91主要包括一下内容。1)数据包内容采用“x+坐标+y+坐标”。如，触摸屏上一点坐标为[x=100，Y=100]，则传输的内容为“XIOOYl00”。这样不仅可以减少数据的混淆，而且而且LabVIEW处理接收的数据时，非常便于处理，只需一个“matchpattern”既可提取x，y坐标值，便于以后进一步数据处理。2)无线通信¨叫速度可以达到2Mbit／s，由于空中传输时间较短，大大地降低了无线传输¨u中的碰撞现象。实验中，由软件设置lMbit／s

5、或2Mbit／s的空中传输速率。3)CRCO(CallRecordingCollector)为校验位，设置成CRC(CyclicRedundancyCheck)mode，当终端数较少时，可以设置为0—8位CRC校验。4)在IEEE802．11MAC层中，当目的节点收到发送节点的数据时，向发送节点回复一个ACK帧，以确认收到数据包。如图2所示，RC(RequestCode)和SR(SendResponse)若在规定的时间内，发送节点未收到来自目的节点的ACK帧，将会重新传送该数据帧，直到次数达到最大限制为止。除此之外，802．11又引入了RTS(RequestToSend)

6、／CTS(ClearToSend)机制”，以避免在网络拥塞时，数据包的不断碰撞”。1．2显示部件设计1)下位机——触摸屏控制端。电阻式触摸屏为终端的控制部件，当触笔(或手指)触摸屏幕时，产生x与l，方向的两组模拟信号。TSC2301对这两组信号进行A／D转换，输出对应的数字信号，而后从SPI接口传送给主控CPU，从而实现触控功能。经过测试，笔者设计的触摸屏界面，运行稳定快速。主要通过编程实现其智能化。2)上位机显示界面——IabVIEw。主控终端采集到无线数据，经USB送至Pc机。上位机界面采用LabVIEW编写，VISA读取USB传送来的“控制命令”或“x+坐标+y+坐

7、标”，如图3所示。将数据进行采集、运算、编辑，实现触控命令或触摸屏上坐标采集。同时，Pc机可通过串口随时向主终端发送控制命令。USB具有速度快、成本低、功耗低、支持即插即用和使用维护方便等优点，对于低成本的虚拟仪器来说，具有更大的优势。LabVIEW的相关设置如下。1)配置VISA串El：波特率设置为9600，无奇偶校验位。2)当有数据接收时，进入程序。3)当有控制命令传人时，进入相应的执行语句。当有数据传人时，提取“x+坐标+Y+坐标”，利用“matchpattern”将XY坐标提取出来，然后进行需要的数据处理和图形显示。采