低成本课堂个人应答系统的设计与开发

摘要

个人应答系统(Personal Response System)，简称为PRS，是一种新兴的课堂教学信息化手段。通过该系统，教师可以在课堂教学过程中及时地获取学生学习的实时反馈信息，并做出快速、有效、科学的分析，为课堂教学提供实时的参考，有效提高课堂教学的互动性和时效性。目前，个人应答系统在国外已经得到了广泛应用，但是目前在国内还未普及，其主要原因是价格高昂、使用复杂。本课题的主要目标是设计开发一种简单易用、价廉物美的课堂个人应答系统来满足国内的教学需求。 本课题的主要工作包括： 1)以软件工程思想为指导，从一线教师课堂教学的实际需求出发，对本系统的应用背景、功能要求、成本、功耗、使用限制等做了详细的需求分析，确定了课堂个人应答系统应具有的功能要求和主要技术指标。 2)根据需求分析的要求，确定了基于多个应答器、信息收集器和PC端的系统总体设计，确定了各个模块的组成结构和功能需求，着重评估了应答器和信息收集器之间各种无线通讯机制，并最终选择红外作为无线通信的基本方法。 3)根据需求分析的要求，本文介绍了系统中应答器和信息收集器的硬件结构设计方案，从性能、功耗、成本等方面评估了三种典型MCU，并着重介绍了与功耗控制相关的硬件电路设计原理。 4)红外通讯协议的设计是本课题的研究核心。本文首先研究了红外传输的特性和当前典型的数据传输编码机制，然后结合一体化红外接收头的技术特性和需求分析的要求，自主设计了一套红外编码机制和通讯协议，并在降低功耗、提高传输效率和可靠性等方面进行了优化。 5)本文还根据STC单片机硬件特性设计并开发了应答器和信息收集器的软件系统。该软件采用中断驱动结构，包括红外载波、数据编解码、协议控制、键盘扫描、低功耗控制等模块。 6)本文还介绍了PC端软件的功能和作用，包括与信息收集器的交互、数据的处理与分析等。 7)本文最后叙述了系统的测试情况，并对红外通信的可靠性、功耗等关键问题进行了比较全面的测试。测试结果表明，此设计结构简单、功耗低、可靠性较高、价格低廉，完全满足需求分析中提出的主要技术和成本指标。 本文所述的研究成果可以广泛应用于中小学课堂教学，能够有效地促进课堂教学中学生反应信息处理的科学化和标准化，应用前景广阔。研究过程中设计和实现了一套基于红外的数据编码和通讯协议，对遥控、安防、遥测等低速率数据通讯应用具有一定的参考价值。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1个人应答系统(PRS)概述

1.1.1 PRS的发展背景与现状

1.1.2 PRS基本构成及其教育特性

1.2本课题的研究目标和意义

1.3本文安排

第二章需求分析

2.1应用背景

2.2功能需求

2.2.1应答器

2.2.2信息收集器

2.2.3 PC端软件

2.2.4显示终端

2.3本章小结

第三章系统总体设计

3.1系统总体设计概况

3.2无线通信方案的选择

3.2.1当前主流无线互联标准评估

3.2.2通用无线遥控技术方案评估

3.2.3红外通讯方案评估

3.2.4信息收集器与PC端通信方案选择

3.3系统组成模块总体设计

3.3.1应答器总体设计

3.3.2信息收集器(教师端)总体设计

3.3.3 PC端软件体系结构设计

3.4本章小结

第四章硬件结构设计

4.1本系统硬件设计概述

4.2单片机的选择

4.3硬件结构设计

4.3.1硬件系统总体结构

4.3.2 PRS硬件电路

4.4本章小结

第五章红外通讯协议设计

5.1红外通讯概况

5.2常用遥控芯片编码格式研究

5.2.1 uPD6121G编码格式

5.2.2 PT2262编码格式

5.3通用遥控通讯协议用于PRS的评估

5.4发射接收模块设计

5.4.1发射模块设计

5.4.2接收模块设计

5.5 PRS红外通讯协议设计

5.5.1基本单位定义

5.5.2编码设计

5.5.3通讯协议设计

5.6本章小结

第六章单片机软件设计

6.1单片机软件结构设计

6.1.1软件设计概况

6.1.2应答器软件总体架构

6.1.3信息收集器软件总体架构

6.1.4中断驱动结构设计

6.1.5系统时钟频率

6.2关键软件模块的详细设计

6.2.1红外信号编码模块设计

6.2.2红外信号检测与解码模块设计

6.3本章小结

第七章PC端软件设计

7.1 PC端软件设计概况

7.2 PC端软件的程序结构图

7.3本章小结

第八章系统测试

8.1测试环境概述

8.2红外通信测试

8.3功耗测试简述

8.4应答器硬件成本估算

8.5本章小结

第九章课题总结

9.1课题研究综述

9.2研究成果

9.3改进方向

参考文献

致谢