導(dǎo)語(yǔ)：聽(tīng)障學(xué)生教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

一、系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案

（一）ZigBee通信協(xié)議棧及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在無(wú)線通信過(guò)程中，為了確保通信數(shù)據(jù)能夠有效的發(fā)送和接收，各個(gè)通信設(shè)備必須按照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行通信，這個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)通常就稱之為協(xié)議，協(xié)議往往通過(guò)協(xié)議棧來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以認(rèn)為協(xié)議棧是協(xié)議和用戶之間的一個(gè)接口，開(kāi)發(fā)人員就是通過(guò)協(xié)議棧來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)協(xié)議的。ZigBee的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用領(lǐng)域的不同，主要包括兩種：一種是星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，另一種是網(wǎng)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)[3]。最小的組成單元可以由一個(gè)設(shè)備構(gòu)成，這個(gè)設(shè)備既可以是具有完整功能的設(shè)備，也可以是精簡(jiǎn)功能設(shè)備。在星型拓?fù)浜途W(wǎng)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，由PAN主協(xié)調(diào)器的中央控制器和若干個(gè)終端設(shè)備組成。（二）系統(tǒng)組成。本系統(tǒng)是基于網(wǎng)蜂CC2530嵌入式開(kāi)發(fā)板，運(yùn)行于Z-stack操作系統(tǒng)下，并利用基于ZigBee無(wú)線技術(shù)的CC2530芯片作為數(shù)據(jù)傳輸方式的一套軟、硬件應(yīng)用的設(shè)備。此系統(tǒng)主要分為三個(gè)模塊：教師終端（無(wú)線發(fā)送模塊）、無(wú)線通信模塊和學(xué)生顯示終端（無(wú)線接收模塊）。教師終端可以向?qū)W生終端發(fā)送“上課”“下課”“提問(wèn)”等基本信息，ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)可以保證數(shù)據(jù)可靠、安全、穩(wěn)定的傳輸。設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)主要目的是為了加強(qiáng)和提高聽(tīng)障學(xué)生課堂教學(xué)的師生互動(dòng)效果，主要包含6個(gè)功能模塊，分別是教師考勤模塊、教師提問(wèn)模塊、課堂管理模塊、學(xué)生提問(wèn)模塊、學(xué)生搶答模塊和時(shí)鐘顯示模塊。教師端為RS-232觸屏外觀，無(wú)發(fā)送信號(hào)時(shí)學(xué)生終端顯示當(dāng)前時(shí)間，發(fā)送信號(hào)時(shí)，教師既可以通過(guò)觸屏向?qū)W生終端上廣播發(fā)送“上課”“下課”“考勤”等群發(fā)指令，也可以一對(duì)一向?qū)W生發(fā)送“提問(wèn)”信息等，此時(shí)學(xué)生終端顯示相關(guān)指令的同時(shí)還會(huì)發(fā)生震動(dòng)；同時(shí)學(xué)生也可以通過(guò)手表按鍵向老師觸屏上發(fā)送“答疑”信息，以示向老師提問(wèn)。

二、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

（一）教師終端。其整體框架為Stemwin中對(duì)話框，它與Windows中的對(duì)話框基本相同，此處使用的是非阻塞式對(duì)話框，也就是說(shuō)，對(duì)話框的狀態(tài)不會(huì)影響進(jìn)程向下執(zhí)行，對(duì)話框上的一切控件都是它的子窗口。界面的標(biāo)題欄采用Framewin框架來(lái)完成，與windows下的標(biāo)題欄相同，主要是顯示該窗口的屬性。界面中的相關(guān)文字顯示分別由不同的進(jìn)程所管理，如時(shí)間由讀取時(shí)間的進(jìn)程管理，信息欄由信息顯示進(jìn)程進(jìn)行管理，通過(guò)操作系統(tǒng)進(jìn)行分時(shí)復(fù)用。界面中的按鍵由Button控件實(shí)現(xiàn)，在Stemwin中，Button的檢測(cè)由觸摸檢測(cè)任務(wù)來(lái)提供信息，當(dāng)響應(yīng)位置的屏幕按下的時(shí)候，Stemwin自動(dòng)調(diào)用用戶設(shè)定的回調(diào)函數(shù)來(lái)進(jìn)行相關(guān)的處理。（二）無(wú)線通信模塊。其主要任務(wù)是將教師在終端發(fā)出的命令信號(hào)通過(guò)協(xié)調(diào)器傳給學(xué)生。在ZigBee協(xié)議棧中進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送可以借助于函數(shù)來(lái)完成，此函數(shù)可以調(diào)用函數(shù)庫(kù)中與硬件相關(guān)聯(lián)的一些數(shù)據(jù)信號(hào)通過(guò)天線發(fā)送出去[4]。本系統(tǒng)的無(wú)線發(fā)送模塊是采用TI公司生產(chǎn)的CC2530芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)的，此芯片只需很少的外圍設(shè)備就能將信號(hào)進(jìn)行接收和發(fā)送。教師可以通過(guò)教師按下“上課”“下課”“提問(wèn)”“點(diǎn)名”等按鍵傳送相應(yīng)信息，學(xué)生終端通過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)進(jìn)行接收，此時(shí)全體同學(xué)手表震動(dòng)的同時(shí)顯示“上課”“下課”等字樣。此系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)點(diǎn)名功能時(shí)，教師可以通過(guò)終端的矩陣鍵盤來(lái)實(shí)現(xiàn)，可以提前給學(xué)生進(jìn)行編號(hào)，存入單片機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)中，上課時(shí)教師在矩陣鍵盤上按下相應(yīng)的學(xué)生編號(hào)，此時(shí)和此編號(hào)一致的同學(xué)的手表就會(huì)發(fā)生震動(dòng)并顯示相應(yīng)的編號(hào)信息，通過(guò)舉手示意老師。（三）學(xué)生顯示終端。學(xué)生終端的輸出設(shè)備選擇0.96寸的OLED屏幕，采用I2C總線驅(qū)動(dòng)，解決了CC2530芯片I/O口數(shù)量較少的問(wèn)題。OLED顯示文字的原理：OLED中是沒(méi)有字庫(kù)的，想要顯示文字，那么我們要自己制作字庫(kù)，這里使用專用的軟件制作了16*16的ASCIII碼及常用漢字字庫(kù)，得益于CC2530的大容量ROM，可以將字庫(kù)存儲(chǔ)在ROM中。

三、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

（一）教師終端應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)。教師控制器作為終端，只需裝載一些簡(jiǎn)單協(xié)議棧即可實(shí)現(xiàn)，教師終端長(zhǎng)時(shí)間處于低功耗的待機(jī)狀態(tài)，上課時(shí)，教師只需按下相應(yīng)按鍵，即可隨時(shí)向?qū)W生發(fā)送提示信息。（二）協(xié)調(diào)器應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)。協(xié)調(diào)器的無(wú)線收發(fā)模塊采用的是TI公司生產(chǎn)的CC2530，它是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的核心，集成了51單片機(jī)的內(nèi)核，它是真正的片上系統(tǒng)解決方案[5]，其主要功能是既可以將教師終端發(fā)送的信號(hào)發(fā)送給學(xué)生終端，也能實(shí)現(xiàn)將學(xué)生終端發(fā)來(lái)的信號(hào)發(fā)送給教師控制器。其工作過(guò)程如下：首先，系統(tǒng)開(kāi)始后進(jìn)入中斷，完成后進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，當(dāng)教師端按下按鍵時(shí)，將會(huì)觸發(fā)系統(tǒng)的串口中斷激活系統(tǒng)，然后中斷服務(wù)程序?qū)⑾到y(tǒng)置為工作模式，先對(duì)命令進(jìn)行識(shí)別，然后將命令以打包的形式進(jìn)行發(fā)送，發(fā)送完畢后繼續(xù)進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。

四、系統(tǒng)特點(diǎn)

（一）便捷性：教師和學(xué)生都只需按下按鍵即可發(fā)送信息至協(xié)調(diào)器。（二）可靠性：具有良好的無(wú)線傳輸性能和較為完善的通信協(xié)議的ZigBee技術(shù)，可以保證數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠的傳輸；上位機(jī)也是穩(wěn)定而且可靠的，完全可以使系統(tǒng)安全可靠。（三）可擴(kuò)展性：當(dāng)學(xué)生人數(shù)發(fā)生改變（增加或減少）或者教師命令發(fā)生刪減時(shí)，只需修改幾條指令即可實(shí)現(xiàn)。（四）智能化：系統(tǒng)簡(jiǎn)單，界面友好且直觀，使課堂管理實(shí)現(xiàn)智能化和信息化。系統(tǒng)硬件調(diào)試已經(jīng)完成，在聽(tīng)障學(xué)生課堂進(jìn)行測(cè)試應(yīng)用，可以有效提高課堂教學(xué)質(zhì)量，并可提高師生互動(dòng)多少百分比達(dá)20%左右。結(jié)語(yǔ)實(shí)踐證明，ZigBee技術(shù)的使用能夠達(dá)到預(yù)期效果，有效提高聽(tīng)障學(xué)生課堂教學(xué)效率，尤其在師生互動(dòng)環(huán)節(jié)效果更加顯著。但該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能還應(yīng)繼續(xù)完善，使其能更好地服務(wù)于聽(tīng)障學(xué)生的課堂教學(xué)，并嘗試將其應(yīng)用于聽(tīng)障學(xué)生的日常生活等領(lǐng)域。

作者:王雪飛 孫強(qiáng) 單位:牡丹江師范學(xué)院物理與電子工程學(xué)院 綏化學(xué)院電氣工程學(xué)院

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