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基于Zigbee的比赛信息显示终端系统设计

范文

张洪明+沙祥+魏洲

摘要：针对室内外中小型篮球比赛信息显示，采用Zigbee无线传输技术开发了一套显示系统。介绍了比赛信息显示的内容，对篮球比赛信息显示系统分别进行了基于CC2530芯片的硬件和软件设计，通过实践可以达到比赛的信息显示要求。

关键词：Zigbee；比赛；信息显示

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）35-0249-02

目前国内外大型的篮球场馆装备的篮球比赛信息显示系统，显示内容丰富，集信息显示、视频播放等功能于一体，功能强大；但是其电路结构部件多，安装调试复杂，售价昂贵，维护成本高昂，只能在大型室内场馆使用，适用范围窄；而在小规模的比赛中，由于缺乏适宜的比赛信息显示系统，多采用简易的人工操作方式，人工操作多有不便，且显示信息内容单一而简陋。根据以上分析，针对中小型比赛需要，设计一套成本适中、便于携带、操作简明、维护方便，显示内容较丰富比赛信息显示系统。

1 比赛信息显示终端介绍

如图1，图2所示，比赛信息显示终端主要可以显示比赛的剩余时间、比分球权等信息。系统包含模块：无线接收模块、显示数据传输模块、串并转换模块、数码管驱动模块。

2 系统硬件设计

2.1 信息显示终端硬件设计

考虑到该系统使用的场合，有时并没有外部电源，因此需要自带电源。为了降低功耗，使用TI公司的CC2530芯片。该芯片具有一个IEEE 802.15.4 兼容无线收发器。RF 内核控制模拟无线模块。另外，它提供了MCU 和无线设备之间的一个接口，这使得可以发出命令，读取状态，自动操作和确定无线设备事件的顺序。具有低功耗、低成本、低速率、时延短、高容量、高安全等特点，其传输距离在10～100 m，完全可以满足比赛的信息传输需求。

信息显示终端系统分为5大部分：电源模块、处理器（终端节点）模块、显示数据传输模块、串并转换模块、数码管驱动模块。该系统的框图如图3所示。

1）核心处理器（终端节点）：CC2530芯片，它是核心组成部分，主要负责ZigBee组网，通过无线网络从上位机接受指令并处理数据，控制數据的串行传输。

2）电源：采用12V锂电池。12V给数码管供电，利用电源管理芯片将12V电转换为3.3V电压，给核心处理器CC2530芯片供电。

3）显示数据传输模块：将CC2530的显示数据通过74HC245逐级串行传输。74HC245是方向可控的八路缓冲器，主要用于实现数据总线的双向异步通信。为了保护脆弱的主控芯片，通常在主控芯片的并行接口与外部受控设备的并行接口间添加缓冲器。

4）串并转换模块：利用74HC595将串行数据转换成并行数据，转换后的数据为一位数码管的字符代码。74HC595具有8位移位寄存器和一个存储器，三态输出功能。移位寄存器和存储器有相互独立的时钟。

5）数码管驱动模块：采用ULN2003提高数码管的显示驱动电压，增强室外的显示效果。

2.2 协调器节点硬件设计

PC端分为PC上位机部分和ZigBee协调器模块部分，这两部分的通信利用串口传输。协调器节点负责ZigBee网络的建立，将上位机和显示终端组网连接，实现比赛数据的发送和控制。协调器节点主要包括：电源模块、RS—232通信模块。如图4所示。

3 系统软件设计

3.1 信息显示终端Zigbee节点软件设计

因为Zigbee的协议栈是半开源的，在协议栈的体系结构中，其物理层和媒体介质访问层及网络层的底层代码已写好，用户只要调用相关的功能模块就可达到预期的功能要求。终端Zigbee节点CC2530首先进行初始化操作，初始化Zigbee模块，向主节点发出组网请求，在成功组网后，将开始接收主节点的数据。在检测到主节点的命令数据后，解析命令并执行，程序流程如图5所示。

3.2 Zigbee协调器软件设计

在Zigbee模块上电复位后，首先是硬件的初始化，然后将协议栈初始化，建立起网络。发送初始的显示数据，并查询数据是否传输成功，若不成功再重发一次；主节点接收到PC的发送数据或者指令，主节点将指令或者数据发送给下位机的子节点。协调器的软件设计流程图如图6所示。

3.3 PC机程序设计

PC机控制端程序的功能分为两部分，实时的显示比赛信息和控制功能，开发环境是JAVA，在PC的界面显示信息包括比分、时间、球权、犯规次数等，还包括对比赛信息进行设定的虚拟按键。上位机软件与协调节点通过串口进行通信，实现数据的传输。软件的界面如图7所示。

4 结束语

本文借助Zigbee模块组建短距离的无线网络，功耗低，组网可靠便捷，使比赛信息显示系统布线少，成本低廉，安装方便。采用CC2530作为无线通信模块，利用PC端的模拟操作界面可以便捷的操作比赛信息，通过实践操控，完全可以满足室内外比赛的信息显示要求。

参考文献：

[1] 李毅，刘永.基于Zigbee技术的飞行吸附机器人无线监控系统[J].电气与自动化，2017（1）.

[2] 金春嫣.基于Zigbee和红外检测的停车位监控系统的研究[D].中南大学，2010.

[3] 张宁，王越，王东.基于精简协议栈的Zigbee网络节点研究[J].单片机与嵌入式系统应用，2009（2）.

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