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无线表决系统的设计.docx

发布时间：2022-06-08 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.80M 资料格式：docx 举报 版权申诉
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    1 前言
    2 方案论证
    2.1 控制器部分设计方案
    2.2 无线射频收发器件的选择
    2.3 表决信息处理的方案选择
    3 系统总体框图
    本系统是由多台便携式表决器、一台主控制器和一台PC机组成。系统组成框图由图1所示。
    图1 系统方框图
    PC机通过RS-232与主控制器相连，向主控制器发出各种指令，主控制器接收指令后，再根据各种指令通过
    该系统总体设计由两部分构成，一部分为无线发射系统（如图2所示）通过按键表决功能对0至200个选手进行
    4 硬件电路中各单元器件的选取及电路设计
    4.1 电源电路
    如图4所示，U2采用AMS1117芯片，将5伏左右的电压转换成3.3伏左右，来为NRF905芯片供电
    4.2 掉电存储模块
    24C02，串行E2PROM是基于I2C-BUS 的存储器件，遵循二线制协议，由于其具有接口方便，体
    在一般单片机系统中，24C02 数据受到干扰的情况是很少的，但是随着单片机抗干扰性能的变差，以及恶劣
    4.3 主控芯片89C52及其基本外围电路
    4.3.1 AT89C52的主要性能
    4.3.2 AT89C52功能概述
    4.4 NRF905无线收发模块电路
    4.4.1 NRF905 模块简介
    5 软件设计
    一个完整系统的实现，除了硬件电路之外，软件系统设计是十分重要的。通过软件编程使微处理器控制硬
    参考文献
    附录1 ： 表决器电路
    附录2： 主控器电路
    附录3： 表决器PCB
    摘要：目前，在机关、学校和企事业单位会议中，经常要对某些议案进行表决以 及对集体或者个人进行不记名民主测评。为此，需要研制一种无线会议表决系统， 该系统要具有无需安装布线，使用于任何会场而不改变会场原始装修风格，并具 有功耗低、功能强、可靠性高和使用方便等优点。为此，设计了一种基于 NRF905 的投票、表决系统。 该系统主要通过上位机将表决的人数和开始表决的状态传递给主控器，主控 器与表决器之间通过无线模块传递表决信息，最后将处理的信息传输给 PC 机显 示出来。 关键词：无线表决系统 表决器 主控器 射频收发模块
    Abstract: Nowadays, people often vote or evaluate a community and individual anonymously in a meeting which is held by a certain government, school , enterprise or public institution. Therefore, it is necessary to develop a wireless voting machine which is available for any meeting places without changing their original decorating style . What's more ,It is convenient to use and had low power consumption ,strong function and high reliability . To this end, we designed the voting system based on NRF905. The system is mainly through the PC will vote on the number and the start of voting in the state passed to the main controller system, the main controller system and voting system pass between the information through the wireless module, and finally the processing of information transmitted to the PC machine to display. Key words : wireless voting system voting system the main controller system RF module
    目录 1 前言............................................................................................................................ 1 2 方案论证.................................................................................................................... 1 2.1 控制器部分设计方案..................................................................................... 2 2.2 无线射频收发器件的选择............................................................................. 3 2.3 表决信息处理的方案选择............................................................................. 3 3 系统总体框图............................................................................................................ 3 4 硬件电路中各单元电路的选取及电路设计............................................................ 5 4.1 电源电路......................................................................................................... 5 4.2 掉电存储模块................................................................................................. 5 4.3 主控芯片 AT89C52 及其外围基本电路......................................................... 6 4.3.1 AT89C52 的主要性能......................................................................... 6 4.3.2 AT89C52 的功能概述......................................................................... 7 4.3.3 AT89C52 的外围基本电路................................................................. 7 4.4 NRF905 无线收发模块电路............................................................................ 8 4.4.1 NRF905 模块简介............................................................................... 8 4.4.2 NRF905 模块的工作方式................................................................... 9 4.4.3 配置 NRF905 模块............................................................................ 10 4.4.4 SPI 指令设置................................................................................... 11 4.4.5 SPI 时序........................................................................................... 11 4.5 显示模块 12864............................................................................................ 12 4.5.1 显示模块 12864 的概述.................................................................. 12 4.5.2 显示模块 12864 的指令描述.......................................................... 12 4.5.1 显示模块 12864 的读写时序.......................................................... 14 4.6 MAX232 电平转换电路.................................................................................. 15 4.7 蜂鸣器提示电路........................................................................................... 17 5 软件设计.................................................................................................................. 17 5.1 表决系统总体流程图................................................................................... 17 5.2 PC 机软件设计.............................................................................................. 18 6 总结.......................................................................................................................... 18 谢...................................................................................................................... 18 致 参考文献...................................................................................................................... 20 附录 1 表决器电路图................................................................................................. 21 附录 2 主控器电路图................................................................................................. 22 附录 3 表决器 PCB...................................................................................................... 23 附录 4 主控器 PCB...................................................................................................... 24 程序清单...................................................................................................................... 25
    1 前言 在传统的表决方式中，通常会以书面方式进行投票表决，最后汇总表决的 结果。这种表决方式繁琐且容易出错，在大型的表决现场会浪费很长时间。随 着社会民主化进程的不断发展，投票表决在会议中的应用越来越多，传统的投 票表决方式已不能满足现代会议快节奏、高效率、自动化的要求【1】。 数字投票表决系统有效地解决了这些问题：代表们在自己的座位上就能投 票表决，省却了以往排队投票的步骤；系统会即时统计并在会场投影显示出投 票表决结果，节省了收集统计的人工与时间、避免了人为错误的发生、节省了 与会代表等待结果的时间。 目前，表决器可分为有线表决器和无线表决器两大类，有线表决器通常使 用导线来传输信号。但有线传输方式存在如下的缺点：①扩展性能差，使用不 便，②存在信号衰减，③复杂的线路连接。随着射频技术和集成电路技术的高 速发展，人们对无线通信的要求越来越高。无线通信功能的实现更便捷，数据 传输速率更快，抗干扰能力更强。短程、便捷、廉价的无线通信技术正引起越 来越多的关注。因此，许多的应用领域采用了无线通信技术【2】。 据了解，英国的萨里大学为解决“大班型”教育问题上，萨里大学采用了 加拿大 SMART 公司生产的 Senteo 交互式投票表决系统，系统基本组合包括 1 台 PC 个人电脑、1 台控制主机及电源器，控制主机及电源器最多可连接 300 只有 线表决器，增加 1 台辅助电源器可多连接 400 只表决器。Senteo 软件在 Windows 视窗环境下运行【3】。 目前，我国的中学或者是大学在“大班问题”以及会议表决上，多数还采 用书面表决或者有线表决的方式，组网能力差，表决效果差，系统的稳定性还 有待提高 。 我们设计的投票、表决系统以 MCS-51 系列单片机中的具有 ISP 功能的 AT89C52 单片机为微控制器，采用挪威 Nordic 公司的 NRF905 芯片组成的无 线收发模块，给出了一种简单便捷的无线通信设计系统。 2 方案论证 2.1 控制器部分设计方案 微控制器的选择方面，主要要考虑：处理器的速度、要实现的功能、 I/O 端口类型和数量、内存容量以及功耗等。 方案一：基于 PIC 单片机的微控制器。该系列单片机不是单纯的功能堆积， 而是以多型号来满足不同层次的需要，并可提供低价的 OTP 芯片。另外，该系 1
    列单片机还具有低功耗睡眠功能、掉电复位锁定、上电复位电路、看门狗电路 等功能，而且外围器件少、占用空间小；成本低，保密技术也十分可靠，可最 大限度地保护开发者的利益。因此，在工业控制、仪器仪表、计算机、家电等 诸多领域具有极其广阔的发展前景。 方案二：采用 MSP430F123 单片机 16 位 RISC 混合信号处理器, 具有以下 特点:极低的工作电压, 在 1.8～3.6V 之间均可正常工作;极小的功耗, 在 活动模式时,工作电流仅需 200mA,在休眠模式下只需要 3mA, 在关闭状态仅仅 需要 0.1mA;内部具有 3 个时钟信号, 包括 1 个高频时钟,1 个低频时钟和 1 个 DCO, 灵活的时钟选择使得系统可以在最合理的时钟下进行工作,大大降低了 系统的功耗,方便了系统的设计;④丰富的外围接口,包括标准串口、SPI 接口和 I2C 接口，方便连接多种设备；⑤内部具有 256 bit 的 RAM 和 8 kbit 的 FLASH； ⑥具有中断唤醒功能，可以通过中断使单片机从休眠模式转为活动模式， 非常 适合于无线网络的设计要求。 方案三：采用常用的AT89C52单片机作为核心控制器，AT89C52是一个低电 压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程 序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司 的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通 用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的AT89C52单片机可为您提供 许多较复杂系统控制应用场合。 由于对AT89C52单片机比较熟悉，采用AT89C52单片机作为控制器也基本能 够满足要求，因此综合考虑选用方案三。 2.2 无线射频收发器件的选择 在选择无线射频收发器件的时候，主要考虑：无线芯片的功耗，器件的收 发距离，收发的灵敏度，信号的衰减和电磁干扰等。 方案一：采用 PT2262/2272 红外收发器件，是一对带地址、数据编码功能 的红外遥控发射/接收芯片。其中发射芯片 PT2262-IR 将载波振荡器、编码器和 发射单元集成于一身，使发射电路变得非常简洁。接收芯片 PT2272 的数据输出 位根据其后缀不同而不同，数据输出具有“暂存”和“锁存”两种方式，方便 用户使用。PT2262 具有 19 位二进制编码功能；PT2272 的解码只有 4～6 位，这 就限制了数据。 方案二：采用 NRF905 无线收发器件，NRF905 由频率合成器、 接收解调器、 功率放大器、 晶体振荡器和调制器组成,不需外加声表滤波器, 天线可采用 PBC 环形天线或单端鞭状天线 ,发射功率最大为 10 dB,接收灵敏度为 460 dB, 在开阔地带传输距离最远可达 600 m 以上。nRF905 采用 SP I (串行外设接口 ) 2
    与微控制器连接 ,可自动处理字头和 CRC (循环冗余码校验 ) ,使用极为方 便 ,只需将要发送的数据和接收机地址送给 NRF905, NRF905 自动完成数据打 包 (加字头和 CRC 校验码 )、 发送 ,在接收中有载波检测和地址应配引脚 , 接收到正确的数据包时 ,自动移去字头、 地址和 CRC 校验码 ,然后通知微处 理器取数据。 基于 NRF905 的传送距离、接受灵敏度、发射功率等因素的考虑，决定采用 NRF905 芯片来完成无线数据传输。 2.3 表决信息处理的方案选择 主控器接收到表决器的表决信息后，需要将表决信息处理后在 PC 机上显示 出来，在信息处理过程的问题我们给出了两种方案。 方案一：采用主控芯片作为信息处理的核心。通过主控器的主控芯片来处 理无线接受过来的表决信息，将每个选手的表决信息汇总处理，再通过串口通 信 RS-232 来传送给 PC 机显示每个选手的表决信息。 方案二：采用 PC 机来作为信息处理的核心。这样就将主控器作为一个数据 接受的过程，并将接受的表决信息直接传送给 PC 机，让 PC 机来直接处理表决 的信息，并将处理后表决信息的汇总在 PC 机上显示出来。 基于对单片机的理解和认识，决定采用方案一的方法，通过主控芯片来处 理表决信息。 3 系统总体框图 本系统是由多台便携式表决器、一台主控制器和一台 PC 机组成。系统组 成框图由图 1 所示。 图 1 系统方框图 3
    PC 机通过 RS-232 与主控制器相连，向主控制器发出各种指令，主控制器 接收指令后，再根据各种指令通过无线数据传输电路向表决器发出相应命令， 当表决器执行相应指令之后，通过无线数据传输电路向主控制器发送表决信息， 然后再由主控制器将接收到的表决信息上传给 PC 机，由 PC 机显示表决结果， 至此完成无线表决的结果。 该系统总体设计由两部分构成，一部分为无线发射系统（如图 2 所示）通 过按键表决功能对 0 至 200 个选手进行“赞同”，“反对”，或“弃权”操作，确 认表决的信息后将每个选手的信息存储在 24C02 当中，并在显示模块 12864 中 显示表决信息，单片机 AT89C52 将信息通过 NRF905 发射出去；另一部分为无线 接收系统（如图 3 所示），接收 A 机发送的数据，如果单片机 B 机在一定时间内 收不到数据信息或收到的信息出错的话，那么单片机 A 机会重新发送数据，重 新等待 B 机的接收，直到接收数据正确为止，然后将数据送至单片机 B 机，通 过 12864 显示模块将 0 至 200 个选手的投票信息显示出来，并通过串行通信 RS-232 将表决信息传送给电脑，有 VB 软件编程将表决信息以表格形式在电脑 上显示出来。 NRF905 无线发 射模块 12864 显示电路 按键电路 复位电路 PC 通信显示 蜂鸣器提示电路 复位电路 AT24C02 掉 电 存 储 模块 蜂鸣器提示电路 MAX232 电平转换 电路 NRF905 无 线 接 收模块 AT24C02 存 储 模块 MAX232 电 平 转 换电路 AT89C52 单片机 A 机 图 2 无线发射系统 AT89C52 单片机 B 机 图 3 无线接收系统 4
    4 硬件电路中各单元器件的选取及电路设计 4.1 电源电路 如图 4 所示，U2 采用 AMS1117 芯片，将 5 伏左右的电压转换成 3.3 伏 左右，来为 NRF905 芯片供电已满足无线收发芯片的正常工作。 +5V 3 V IN U2 V OUT 2 ADJ 1 LM1117 C9 10uf +3V C10 100uf 图 4 电源转换电路 4.2 掉电存储模块 24C02，串行 E2PROM 是基于 I2C-BUS 的存储器件，遵循二线制协议， 由于其具有接口方便，体积小，数据掉电不丢失等特点，在仪器仪表及工 业自动化控制中得到大量的应用。它与单片机的接口非常简单，如下图 5 所示。 E0，E1，E2 为器件地址线，WP 为写保护引脚，SCL，SDA 为二线串 行接口，符合 I2C 总线协议。 在一般单片机系统中，24C02 数据受到干扰的情况是很少的，但是随 着单片机抗干扰性能的变差，以及恶劣工业环境中单片机系统的应用，一 些智能单片机控制系统相继出现 24C02 数据被冲掉的问题，而且随着单片 机的牌号以及 24C02 的牌号不同而出现不同程度的干扰现象。以前通过简 单的器件之间替换比较，发现不同牌号的 24C02 其抗干扰性能是不一样的， 于是就认定 24C02 器件存在"质量"好坏的问题。后来在一次偶然的机会里， 发现有些 24C02 的 WP 引脚并不起到保护作用，也就是说将 WP 引脚与 CPU 输出引脚断开并保持高电平的情况下，CPU 仍然能够对 24C02 中的数据进 行修改写入！ C8 104 4 PRE E1 E2 GND VDD WC SCL SDA 1 2 3 4 +5V 8 7 6 5 scl sda 图 5 掉电存储电路 5
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