基于合泰单片机的家校联系系统设计

摘要：对一个基于合泰单片机的家校联系系统进行了设计，它主要由每位学生随身携带的分机系统和与教室中的PC机连接的后台系统两部分组成。系统使用无线模块进行多机通信，能够实现布置作业、留言、电子签名等功能，教师和家长可以用它很方便地建立起日常联系，具有很高的市场价值，推广运作后一定会获得高收益。
关键词：合泰单片机；家校联系；无线传输；LCD显示

    目前，中小学生家长与教师间的常见联系方式有开家长会、打电话、教师家访、家长到校、家长签字等，这些传统方式都存在弊端，其效果都很不理想。现在已经有不少学校使用爱贝通系统，不过这种系统的缺点也很明显，其功能比较单一，只有学生到达学校和离开学校时
用短信通知家长的作用。加上采用的是IC卡的工作方式，刷卡前往往挤满了学生互相争抢，浪费时间且容易发生安全事故，学生很容易忘记刷卡而使家长着急，甚至一些不喜欢家长约束的高年级学生还会骗家长说学校的刷卡机坏了，所以这种系统在学校中的市场推广也并不理想。
    针对以上问题，设计了一个基于HOLTEK单片机的家校联系系统。任课教师与学生家长可以用它很方便地建立起日常的联系，能够对学生在学校和家里的学习进行有效的督促，大大节省了教师与家长互相联系的时间，家长还能用密码进行电子签名。该系统采用无线电收发方式，能实现自动记录到校、离校时间，克服了爱贝通系统的缺点，完全可以取代爱贝通系统，市场前景光明，必将受到教师和家长的欢迎，推广运作后一定会获得高收益。

1 硬件设计
    系统的硬件主要由学生分机系统和教师后台系统2部分构成。如图1所示，学生分机系统的硬件主要由HT46RU24单片机、显示／键盘、串口电路、数据存储器、电池电压检测模块和无线模块构成。如图2所示，教师后台系统主要由HT46RU24单片机、PC机、串口电路和无线模块构成。

1．1 HT46RU24单片机
    家校通系统的核心构成是HT46RU24单片机，它是HOLTEK公司研制的一种低功耗、高性能的8位单片机。它的ROM为8K×16 B，RAM为384 B，共有28个双向I／O口。除此之外，它还具有8通道12位分辨率的A／D转换。A／D转换可用来监测外部模拟信号，如侦测电池电压、电流、温度、湿度、压力、明暗度等。提供2种模式的PWM输出可应用于控温、调速、定电压、定电流等。可控的PFD输出用于发声，或是红外线
传输的载波信号。HT46RU24的UART属于全双工异步通信，可由软件设定波特率，并具有自动检错功能，利用UART与其他系统做数据传输时，可减少软件的负担，提高整个系统的使用效率。此外，HT46RU24单片机内部有自带ADC实现电池电压的检测功能，可以显示电池的耗电情况，提醒及时更换电池，避免因电池电力不够引起分机工作失灵。
1．2 键盘／显示
    系统的键盘硬件电路主要由4×3的按键组成，其中包含数字键0～9、清零键、PC与MCU通信键、已知型号确认键、自动测试键。为了节省I／O口，所以把LCD的数据总线与4×4键盘共用。显示硬件电路由LCD构成。LCD选用的是DM12232F，它是一种图形点阵液晶显示器，主要由行驱动器／列驱动器及122×32全点阵液晶显示器组成，可完成16×2个(16×8点阵)ASCII码显示，也可以显示7．5×2个(16×16点阵)汉字。与外部CPU接口可采用并行方式控制，采用5 V供电。汉字显示占用一个字节，而数字、英文字母和四则运算符号可以利用半字节宽度显示。安排屏幕显示时，将80～82 h和90～92 h地址用作显示型号和结果的固定汉字，第1行剩下的地址用作待显示的型号数，第2行剩下的地址用作待显示的结果。键盘／显示模块的主要功能是实现家长电子签名，键盘模块用来输入密码，显示模块用来显示作业内容、密码正确和密码错误的信息，键盘／显示的硬件电路如图3所示。

1．3 串口电路
    串口电路是采用MAX232芯片来进行设计的，设计方案是MAX232与单片机通用异步接收／发送器引脚相连接。因为电脑串口RS 232电平是-10～10 V，而HT46RU24的信号电压是TTL电平0～5 V，所以用MAX232来进行电平转换，该器件包含两驱动器、两接收器和一个电压发生器电路，提供TIA／EIA-232-F电平。串口电路的电路图如图4所示。

    串口电路主要用来完成HT46RU24单片机与PC机之间的通信。教师可以在PC机上采用VB，VC等设计串口通信界面，将已经编辑完成的家庭作业通过串口电路输入至后台系统的HT46RU24单片机，同样，家长也可以将PC机上完成留言的编辑后，通过串口将留言输入到学生分机的HT46RU24单片机中。
1．4 E2PROM
    这里使用的芯片是AT24C256。AT24C256是I2C总线结构的E2PROM，它具有结构紧凑，存储容量大等特点，而且使用I2C接口芯片可节省I／O口。AT24C256存储芯片有256 KB的存储容量，分页存储，每页有64 B的容量，地址范围为0000h～7FFFh。E2PROM的主要功能是完成家庭作业和家长留言等信息的存储和读写，硬件电路如图5所示。

1．5 无线模块
    无线模块采用的是nRF2401芯片，它的工作电压为3．3 V，是单片射频收发芯片，工作于2．4～2．5 GHz ISM频段，内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制器等功能模块，输出功率和通信频道可通过程序进行配置。无线模块提供了一路的无线发射和两路的无线接收功能，通过一个10 PIN接口直接插接到单片机目标板上，能够很方便的使用。使用无线模块进行多机通信，从而实现自动点名功能和布置
作业等功能。无线模块的电路如图6所示。

2 软件设计
    整个系统由2片HT46RU24单片机和一台PC机为核心组成的。根据硬件构成，将软件流程分为分机软件流程、后台机软件流程和PC机软件流程3大部分。

    分机软件流程如图7所示，是实现学生分机系统无线收发、按键显示处理、串口通信等功能的基本流程。后台机软件流程如图8所示，是实现后台系统无线收发及与PC机串行通信等功能的基本流程。PC机流程如图9所示，是实现PC机无线收发控制、串口通信及信息显示等功能的基本流程。

3 调试结果
    将软硬件调试成功后，该系统完全能够实现预期功能。如图10所示，家长可以通过此界面实现留言的功能；如图11所示，教师可以通过教师后台界面实现布置作业、电子点名和查看家长留言的功能；如图12所示，显示模块可以实现在学生分机上查看教师布置的作业的功能；如图13所示，可以在显示／键盘模块上实现家长电子签名功能，并且家长也可以用键盘对密码进行重新设置。

4 结语
    总之，该系统充分利用现代化的技术手段，解决了中小学家校联系的难题，能够完成编辑信息，双向发送数据，显示数据，保存数据等功能。这种方法的信息传递快速，便于携带，操作简便，成本低廉，功能完善，大大方便了教师和家长的联系沟通，并且不占用教师的业余时间，很有现实意义。