一種無線教學網絡系統的設計與實現

“藍牙”技術采用短距離無線電技術,在30英尺的范圍內傳輸語音和數據。經由所謂的″個人局域網絡″(personal-area network),藍芽可使設備上互聯網絡以及連接移動電話、PC和其他設備。采用“藍牙”技術設計實現的芯片內置了VCO、功率放大器、信號收發的切換開關、IF濾波器等電路,具有高集成度、低價格、低功耗的特點。本文介紹的無線網絡教學系統采用了“藍牙”技術設計的芯片TR3001,并通過嵌入式控制器對芯片TR3001的工作狀態進行控制,系統采用時分多址工作方式,保證了各學生終端之間互不干擾,模塊化設計使得系統具有很強的靈活性,增加學生終端,對系統不需要作任何改動,本系統可供64個學生終端同時使用。

隨著計算機技術、多媒體技術以及通訊技術的不斷發展,各種教學網絡系統相繼涌現,但大多為有線組網方式,面向大專院校。小學教學要求教師與學生之間互動性很強,采用情景式、會話式教學。本文介紹的無線網絡教學系統采用了無線組網方式,教師與學生的終端可隨意移動,很適合小學教學的要求。

1 系統設計

系統采用模塊化設計方法,由學生終端、教師終端、一臺多媒體PC機、一塊PC機接口板、投影設備等幾個模塊組成,如圖1所示。學生終端和教師終端均配有一塊手寫板,可在上面進行寫字、畫圖等操作。教師終端為無線發射單工方式,工作頻率為433.92MHz,可對PC機實現無線鼠標操作。教師書寫的內容不需要進行存儲處理,實時顯示于PC機屏幕上。學生終端為無線發射/接收雙工方式,工作頻率為315MHz,學生書寫的內容首先要進行存儲處理,再進行調制發射。PC機接口板內有兩塊芯片,一塊為無線接收單工方式,工作頻率為433.92MHz,接收教師終端的數據。另一塊為無線發射/接收雙工方式,工作頻率為315MHz,可與學生終端實現雙向數據傳送。系統無線發射功率小于1mW。

為克服單純采用頻分多址技術所帶來的頻點分配、管理困難、交調干擾嚴重的難題,系統結合了時分多址、頻分多址兩種技術。具體工作過程是:通過軟件設計,在PC機上顯示1、2、……63、64個學生的終端號,PC機接口板給每個學生終端分配一個唯一的地址,教師通過手寫板點擊學生終端號, PC機接口板對應地址進行編碼、調制、發射;此時,所有學生終端均處于接收狀態,將接收信號進行解調、解碼處理,得到地址數據,并和終端內置地址進行比較,若相同,則該學生終端的工作狀態轉為發送,將存儲數據發射;若不同,則終端仍保持為接收地址狀態。PC機接口板一次只發一個地址,同一時間只有一個學生終端被選中,學生終端互不干擾。從而解決了單純采用頻分復用技術所帶來的頻點分配困難、交叉干擾嚴重的問題。

2 學生終端設計

學生終端采用了模塊化設計,由電源控制電路、地址編碼/解碼電路、無線收發電路等幾大部分組成。學生終端功能模塊劃分如圖2所示。其中,無線收發電路采用了基于“藍牙”技術設計的無線收發一體芯片TR30013。

2.1 電源控制電路