基于单片机WIFI抢答器的设计

摘 要：以AT89S52单片机为核心，结合WIFI模块，设计了一款WIFI抢答器。采用WIFI局域网网络技术作为无线通信，通过客户端手机APP连接局域网进行抢答；以Android系统为基础，采用APP Inventor作为开发工具，设计了手机APP控制的抢答软件。以WIFI网络传输技术代替传统有线技术的新型抢答器，具有成本低、体积小以及使用简单等特点。

关键词：无线抢答器；WIFI模块；手机APP；Android

1 概述

目前在各类知识竞赛中，抢答器是一种广受欢迎的设备。按抢答按键与主机显示器连接方式分类，现有的抢答器可分为有线和无线两种。有线抢答器是早期出现的产品，存在着布线繁琐、成本高、体积大等缺点[1]。目前大多数抢答器设备的抢答按键与主机是通过短距离无线通信完成的，无线模块通常采用NRF905等2.4G无线模块[2]；该无线传送方案由于需要开发无线按键设备，因为也同样有着设备成本高等缺点[3]。随着智能硬件的发展，本设计提出了采用WIFI网络作为通信，以手机APP作为抢答终端的新型抢答器方案，有效地解决了传统抢答器中存在的问题。

2 总体方案设计

本设计总体方案框图如图1所示，分为手机APP软件模块（上位机模块）和以AT89S52单片机为核心的主机显示器模块（下位机模块）两个部分。手机APP安装在抢答选手的手机上，选手通过手机APP上的抢答按钮进行抢答，抢答信号通过手机WIFI网络传送到下位机模块的WIFI串口模块进行接收，数据过单片机处理后显示抢答成功的选手编号。

3 下位机硬件电路设计

下位机硬件电路原理图如图2所示。

3.1 稳压电源模块

下位机电路原理图中，单片机系统采用电源为5V直流电压供电，WIFI串口模块电源为3.3V直流电压供电，大尺寸数码管第一段为5个发光二极管串联，因此采用电源为12V直流电压供电。稳压电源模块电路采用变压器将AC220V转换为AD12V，整流滤波后经过稳压芯片LM7812和LM7805稳压得到12V和5V直流电压。WIFI模块串口工作时需要100MA以上的电源，因此采用LM2596-3.3DCDC模块，将整流滤波后的电压直流转换为3.3V电压输出，以提高转换效率。

3.2 WIFI串口模块介绍

WIFI串口模块采用型号为ESP-01S模块，该模块核心处理器为ESP8266。ESP8266为32位微型超低功耗MCU，支持时钟频率为80MHz和160MHz，其主要参数有：

（1）无线参数：无线标准802.11b/g/n和频率范围2.4GHz-2.5GHz

（2400M-2483.5M）

（2）硬件参数：数据接 UART/HSPI/I2C/I2S/Ir Remote Control/GPIO/PWM；工作电压3.0-3.6V（建议3.3V）；工作电流平均值： 80mA、外部接口N/A。

（3）软件参数：无线网络模式station/softAP/SoftAP+station，软件开发支持客户自定义服务器和提供SDK给客户二次开发，网络协议IPv4，TCP/UDP/HTTP/FTP，用户配置AT+指令集，云端服务器，Android/iOS APP。

3.3 单片机最小系统

下位机以AT89S52单片机为核心，AT89S52单片机最小系统电路包括按键复位电路，晶振电路模块。单片机通过串行口与WIFI串口模块进行通信。单片机的P0口输出数码管段选数据，因此再接上拉电阻。单片机的P1口接4个独立按键，用来实现扩展功能。

3.4 大尺寸数码管显示器

显示器采用两位数码管显示，由于成品显示器尺寸较小，远距离观看不清，因此文章采用高亮发光二极管（LED）串联的方式，按数码管电路原理设计了大尺寸的数码管，使得距离显示器50米外也能看清显示数字。数码管的每一段采用6个LED以两并三串的电路结构组成，3个LED串联的导通电压为6V左右，本设计采用12V电源供电，因为采用在驱动电路中增加限流电阻。

显示器模块由ULN2003A驱动芯片进行驱动显示，该芯片为高压大电流达林顿晶体管阵列电路，具有7个独立的反相驱动器，每个驱动器的输出灌电流可达500mA，导通时输出电压约1V，截止时输出电压可达50V。如图2所示，大尺寸数码管采用共阳极接法，单片机P0口输出段选数据，经ULN2003驱动输出，低电平有效，J1接数码管的段选A-H。单片机P2口输出数码管位选数据，经ULN2003驱动和三极管8550输出，本设计采用了4位数码管，J2接数码管的位选端。

4 手机APP软件设计

4.1 APP开发工具介绍

AppInventor全称Google App Inventor，是一款专门开发基于Android操作系统的APP应用软件的设计工具，由谷歌公司最先设计推出，并于2012年交由麻省理工学院行动学习中心进行完善设计并推出[4]。AppInventor开发工具开发过程简

单，不需要学习JAVA等编程语言，主要采用搭积木式设计方式，对不是计算机专业的开发者来说入门简单[5]。

4.2 APP软件功能

APP软件分为主持人控制APP和选手抢答APP软件。主持人控制APP软件有开始抢答按钮、复位按钮，用于控制下位机主机开始抢答和结束本轮抢答功能。同时主持人控制APP软件能设置后台抢答时间和选手回答问题的时间，默认状态抢答时间为8秒，无人抢答说明全部选手弃权，回答问题时间为20秒。可以通过加、减键修改抢答和回答问题的时间，修改完成后按结束键，新设置的时间立即生效。主持人按开始键后，下位机倒计时5秒后选物才能开始抢答，选手抢答成功，数码管显示屏显示抢答成功的选手编号。当下位机倒计时5秒未完成而选手抢先按下抢答键视为犯规，数码管显示犯规选手编号，并通过声光警示。

5 结束语

本文介绍了一种新型的WIFI抢答器设计方案。自制的大尺寸数码管进行显示，并采用了APP Inventor安卓系统软件开发工具设计了选物抢答APP软件和主持人控制APP软件；通过对手机软件的开发对下位机进行控制和显示。该抢答器具有成本低，功能扩展方便等优点，为智能硬件发展提供了新的方案。

参考文献

[1]祁健.一种无线智能抢答器的研究和设计[J].无线互联科技，2012，

12：79.

[2]薛顶柱，张洪阳.一种新型无线智能抢答器的研究和设计[J].长春师范学院学报，2010，10：38-42.

[3]徐学君，阮承治.基于51单片机的无线抢答器设计[J].电子世界，2014，14：30-31.

[4]郭守超，周庆国，邓常梅，等.基于App Inventor的移动W习探究[J].现代教育技术，2014，09：121-125.

[5]孙秀婷，高迎霞，丘文辉.基于App Inventor的智能手表设计[J].内蒙古师范大学学报（自然科学汉文版），2016，01：39-42.