基于合泰單片機的家校聯(lián)系系統(tǒng)設(shè)計

摘要：對一個基于合泰單片機的家校聯(lián)系系統(tǒng)進行了設(shè)計，它主要由每位學(xué)生隨身攜帶的分機系統(tǒng)和與教室中的PC機連接的后臺系統(tǒng)兩部分組成。系統(tǒng)使用無線模塊進行多機通信，能夠?qū)崿F(xiàn)布置作業(yè)、留言、電子簽名等功能，教師和家長可以用它很方便地建立起日常聯(lián)系，具有很高的市場價值，推廣運作后一定會獲得高收益。
關(guān)鍵詞：合泰單片機；家校聯(lián)系；無線傳輸；LCD顯示

    目前，中小學(xué)生家長與教師間的常見聯(lián)系方式有開家長會、打電話、教師家訪、家長到校、家長簽字等，這些傳統(tǒng)方式都存在弊端，其效果都很不理想。現(xiàn)在已經(jīng)有不少學(xué)校使用愛貝通系統(tǒng)，不過這種系統(tǒng)的缺點也很明顯，其功能比較單一，只有學(xué)生到達學(xué)校和離開學(xué)校時
用短信通知家長的作用。加上采用的是IC卡的工作方式，刷卡前往往擠滿了學(xué)生互相爭搶，浪費時間且容易發(fā)生安全事故，學(xué)生很容易忘記刷卡而使家長著急，甚至一些不喜歡家長約束的高年級學(xué)生還會騙家長說學(xué)校的刷卡機壞了，所以這種系統(tǒng)在學(xué)校中的市場推廣也并不理想。
    針對以上問題，設(shè)計了一個基于HOLTEK單片機的家校聯(lián)系系統(tǒng)。任課教師與學(xué)生家長可以用它很方便地建立起日常的聯(lián)系，能夠?qū)W(xué)生在學(xué)校和家里的學(xué)習(xí)進行有效的督促，大大節(jié)省了教師與家長互相聯(lián)系的時間，家長還能用密碼進行電子簽名。該系統(tǒng)采用無線電收發(fā)方式，能實現(xiàn)自動記錄到校、離校時間，克服了愛貝通系統(tǒng)的缺點，完全可以取代愛貝通系統(tǒng)，市場前景光明，必將受到教師和家長的歡迎，推廣運作后一定會獲得高收益。

1 硬件設(shè)計
    系統(tǒng)的硬件主要由學(xué)生分機系統(tǒng)和教師后臺系統(tǒng)2部分構(gòu)成。如圖1所示，學(xué)生分機系統(tǒng)的硬件主要由HT46RU24單片機、顯示／鍵盤、串口電路、數(shù)據(jù)存儲器、電池電壓檢測模塊和無線模塊構(gòu)成。如圖2所示，教師后臺系統(tǒng)主要由HT46RU24單片機、PC機、串口電路和無線模塊構(gòu)成。

1．1 HT46RU24單片機
    家校通系統(tǒng)的核心構(gòu)成是HT46RU24單片機，它是HOLTEK公司研制的一種低功耗、高性能的8位單片機。它的ROM為8K×16 B，RAM為384 B，共有28個雙向I／O口。除此之外，它還具有8通道12位分辨率的A／D轉(zhuǎn)換。A／D轉(zhuǎn)換可用來監(jiān)測外部模擬信號，如偵測電池電壓、電流、溫度、濕度、壓力、明暗度等。提供2種模式的PWM輸出可應(yīng)用于控溫、調(diào)速、定電壓、定電流等。可控的PFD輸出用于發(fā)聲，或是紅外線
傳輸?shù)妮d波信號。HT46RU24的UART屬于全雙工異步通信，可由軟件設(shè)定波特率，并具有自動檢錯功能，利用UART與其他系統(tǒng)做數(shù)據(jù)傳輸時，可減少軟件的負(fù)擔(dān)，提高整個系統(tǒng)的使用效率。此外，HT46RU24單片機內(nèi)部有自帶ADC實現(xiàn)電池電壓的檢測功能，可以顯示電池的耗電情況，提醒及時更換電池，避免因電池電力不夠引起分機工作失靈。
1．2 鍵盤／顯示
    系統(tǒng)的鍵盤硬件電路主要由4×3的按鍵組成，其中包含數(shù)字鍵0～9、清零鍵、PC與MCU通信鍵、已知型號確認(rèn)鍵、自動測試鍵。為了節(jié)省I／O口，所以把LCD的數(shù)據(jù)總線與4×4鍵盤共用。顯示硬件電路由LCD構(gòu)成。LCD選用的是DM12232F，它是一種圖形點陣液晶顯示器，主要由行驅(qū)動器／列驅(qū)動器及122×32全點陣液晶顯示器組成，可完成16×2個(16×8點陣)ASCII碼顯示，也可以顯示7．5×2個(16×16點陣)漢字。與外部CPU接口可采用并行方式控制，采用5 V供電。漢字顯示占用一個字節(jié)，而數(shù)字、英文字母和四則運算符號可以利用半字節(jié)寬度顯示。安排屏幕顯示時，將80～82 h和90～92 h地址用作顯示型號和結(jié)果的固定漢字，第1行剩下的地址用作待顯示的型號數(shù)，第2行剩下的地址用作待顯示的結(jié)果。鍵盤／顯示模塊的主要功能是實現(xiàn)家長電子簽名，鍵盤模塊用來輸入密碼，顯示模塊用來顯示作業(yè)內(nèi)容、密碼正確和密碼錯誤的信息，鍵盤／顯示的硬件電路如圖3所示。

1．3 串口電路
    串口電路是采用MAX232芯片來進行設(shè)計的，設(shè)計方案是MAX232與單片機通用異步接收／發(fā)送器引腳相連接。因為電腦串口RS 232電平是-10～10 V，而HT46RU24的信號電壓是TTL電平0～5 V，所以用MAX232來進行電平轉(zhuǎn)換，該器件包含兩驅(qū)動器、兩接收器和一個電壓發(fā)生器電路，提供TIA／EIA-232-F電平。串口電路的電路圖如圖4所示。

    串口電路主要用來完成HT46RU24單片機與PC機之間的通信。教師可以在PC機上采用VB，VC等設(shè)計串口通信界面，將已經(jīng)編輯完成的家庭作業(yè)通過串口電路輸入至后臺系統(tǒng)的HT46RU24單片機，同樣，家長也可以將PC機上完成留言的編輯后，通過串口將留言輸入到學(xué)生分機的HT46RU24單片機中。
1．4 E2PROM
    這里使用的芯片是AT24C256。AT24C256是I2C總線結(jié)構(gòu)的E2PROM，它具有結(jié)構(gòu)緊湊，存儲容量大等特點，而且使用I2C接口芯片可節(jié)省I／O口。AT24C256存儲芯片有256 KB的存儲容量，分頁存儲，每頁有64 B的容量，地址范圍為0000h～7FFFh。E2PROM的主要功能是完成家庭作業(yè)和家長留言等信息的存儲和讀寫，硬件電路如圖5所示。

1．5 無線模塊
    無線模塊采用的是nRF2401芯片，它的工作電壓為3．3 V，是單片射頻收發(fā)芯片，工作于2．4～2．5 GHz ISM頻段，內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)制器等功能模塊，輸出功率和通信頻道可通過程序進行配置。無線模塊提供了一路的無線發(fā)射和兩路的無線接收功能，通過一個10 PIN接口直接插接到單片機目標(biāo)板上，能夠很方便的使用。使用無線模塊進行多機通信，從而實現(xiàn)自動點名功能和布置
作業(yè)等功能。無線模塊的電路如圖6所示。

2 軟件設(shè)計
    整個系統(tǒng)由2片HT46RU24單片機和一臺PC機為核心組成的。根據(jù)硬件構(gòu)成，將軟件流程分為分機軟件流程、后臺機軟件流程和PC機軟件流程3大部分。

    分機軟件流程如圖7所示，是實現(xiàn)學(xué)生分機系統(tǒng)無線收發(fā)、按鍵顯示處理、串口通信等功能的基本流程。后臺機軟件流程如圖8所示，是實現(xiàn)后臺系統(tǒng)無線收發(fā)及與PC機串行通信等功能的基本流程。PC機流程如圖9所示，是實現(xiàn)PC機無線收發(fā)控制、串口通信及信息顯示等功能的基本流程。

3 調(diào)試結(jié)果
    將軟硬件調(diào)試成功后，該系統(tǒng)完全能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期功能。如圖10所示，家長可以通過此界面實現(xiàn)留言的功能；如圖11所示，教師可以通過教師后臺界面實現(xiàn)布置作業(yè)、電子點名和查看家長留言的功能；如圖12所示，顯示模塊可以實現(xiàn)在學(xué)生分機上查看教師布置的作業(yè)的功能；如圖13所示，可以在顯示／鍵盤模塊上實現(xiàn)家長電子簽名功能，并且家長也可以用鍵盤對密碼進行重新設(shè)置。

4 結(jié)語
    總之，該系統(tǒng)充分利用現(xiàn)代化的技術(shù)手段，解決了中小學(xué)家校聯(lián)系的難題，能夠完成編輯信息，雙向發(fā)送數(shù)據(jù)，顯示數(shù)據(jù)，保存數(shù)據(jù)等功能。這種方法的信息傳遞快速，便于攜帶，操作簡便，成本低廉，功能完善，大大方便了教師和家長的聯(lián)系溝通，并且不占用教師的業(yè)余時間，很有現(xiàn)實意義。