基于无线通信技术的课堂互动教学系统设计

徐方明

【摘要】本文主要是通过将外无线通信技术应用到课堂互动教学设计中并进行研究，通过对无线通信技术进行有效研究，并根据整个系统的功能需求，以及其硬件组成部分进行有效研究，通过教学服务和Zigbee 网关和书籍访问服务器来进行互动教学系统的设计，并构建完善的课堂互动教学系统设计的框架，这样可以有效促进师生在线上进行沟通和交流，并帮助教师减轻一定的教学压力，还可以有效地提高课堂互动教学的整体效果和质量，并有效推动其发展。

【关键词】Zigbee  无线通信技术  课堂互动教学  系统设计

【中图分类号】TN92;G434 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2021）38-0056-02

本文主要是对无线通信技术进行有效研究，并以Zigbee 技术来进行针对性的研究。通过对无线通信技术在课堂教学中的整体组成部分、在使用中的整体流程以及在教学中的使用进行了深入的研究，并取得了较为明显的效果。

一、系统的整体框架设计

如今科技的快速发展，在教学中进行课堂互动教学不再只是单一的提问和回答，并且不局限于特定的时空当中，从而为师生之间的互动营造了良好的网络结构，教师在教学中可以通过手持终端设备来进行教学和考核的活动，学生可以在手机和电脑等多种智能终端机来进行线上的学习。并且本次进行研究主要是通过课堂互动教学系统中有效包含了在线教学和应答以及考核和考勤等多种教学功能，通过Zigbee无线通信技术和课堂互动软件进行组成的，其中Zigbee无线通信网络主要是通过手持的应答器以及遥控器和收发器等组成的，并且每一部分的组成都存在一定的应用层和网络层和媒体介入控制层以及物理层的始终结构，并且每一层的结构主要是通过Zigbee无线通信网络的协议标准来进行有效的执行。学生在终端进行手持应答器的使用，同时教师终端也通过遥控器，然后在Zigbee无线通信网络的前提中，进行在线回答和教学活动，通过收发器可以对无线通信网络进行更新，这样可以更加有效地进行师生终端使用的请求，从而有效提高课堂进行互动教学的效果。整体的系统构架图可以从图1中看出。

二、系统的硬件选型及设计

从图1中可以看出，在基于Zigbee无线通信技术的课堂互动系统主要是由Zigbee芯片以及接收器和应答器和收发器等硬件组成的，主要通过硬件的选型以及整体的设计为研究的重点，并进行有效分析。

1.Zig bee 芯片

TI公司生产出的CC2430型号的Zigbee芯片是真正的系统芯片（System on Chip， SoC）CMOS解决方案，其采用0.18μmCMOS制造工艺，在进行使用中所需要的电流损耗整体来说较低，在网络信号收发模式下，整体的电流消耗主要是在25mA以下，并且可以从休眠和主动模式进行自由的转换，相对来说，更适合在课堂互动教学中进行长时间的视同，并且还具备2.4 GHz ISM波段集成符合IEEE802. 15.4标准的射频（Radio Frequency， RF）无线电收发机印，配置轻便、低功耗的8051微控制器核，无线整体在进行信息的接受中有着较为灵敏度和抗干扰的能力，适合在不同课堂互动教学环境下的无线网络通信的需求。并且，在课堂互动系统中，需要选择Coordinator来当做Zigbee 无线通信网络主要的核心节点，主要是对互动的信息进行上传和下达，在这一部分中主要使用的是收发器所实现的功能。在进行收发器使用之后，可以将适当的信道上初始化并建立有效的Zigbee无线通信网络。并且，在进行系统节能设计中，師生可以通过手持的遥控器和应答器来充分的发挥出Zigbee无线通信网络的End Device的功能。并且在没有进行互动教学模式中主要是一种休眠的情况，在需要进行使用中才能进行运行。因此CC2430Zigbee芯片的End Device在休眠的情况下的电流需要在3A的控制范围之内，这样可以有效地进行长期低消耗遥控器和应答器的使用。

2.手持终端设备

手持端硬件部分主要包含三部分，分别是存储、按键、CC2530核心板等。为了有效地起到省电和提高手持端电池的续航能力，手持端核心板控制器主要的是通过使用CC2530低功耗芯片，并且并不使用功率放大器。在充分满足功能的需求下，可以有效减少按键的树立以及信号指示灯。数据在进行存储中主要是通过对EEPROM类型存储器来进行使用，主要是用来保存学生本身的学号以及ID信息等，并且每一台手持端的设备ID是不会出现改变的长度为32bits的整数。学生自己的学号可以通过教师的软件来进行有效的更改。学生在通过手持端进行教师的问题回答中，手持端中存储的学号以及设备ID以及学生对问题的回答，都通过一种方式来传送到收发器当中，并保存自教师的数据库当中，通过上位机软件对学生进行答题的情况进行统计和分析。

师生通过视同手持的遥控器和应答器以及收发器等多种的终端设备来进行线上考核的完成，还可以更加高效地进行教学互动的沟通和交流。并且学生应答器主要是学生在进行问题回答以及签到时的有效硬件支撑，并且在整体的框架设计中可以通过将Zigbee网络嵌入到其中，学生在无线通信网络中可以将学生的应答信息传输到收发器当中，并使学生通过按键来进行有效的操作，这样可以比普通的电池更长时间地进行使用。在遥控器中附带按键功能嵌入Zigbee无线通信网络的教师终端设备，可以对教师进行课堂教学进行一定的辅助，从而来帮助教师进行课堂教学和在线问答以及师生之间的互动等多种教学活动，并充分改变了传统键盘和鼠标限制的课堂互动教学方式。教师在教学中基于Zigbee无线通信技术可以有效地在教室内的任意位置进行有效互动教学，并可以实时地进行监管，从而有效地对学生进行学习的反馈进行有效判断;收发器是在每一个教学计算机中进行配置，是教师进行课堂互动的重要设备，其中重要使用的是Zigbee模块，主要是通过硬件接口与教学计算机的连接。可以及时对接收师生应答和遥控信息，并对这些信息进行有效的传输到上位机当中。一般情况下，硬件接口存在通用串行总线（Universal Senial Bus， USB）接口、串口两类，但CC2430Zigbee芯片并未配置USB接口印，所以，需要在系统中进行USB驱动部分的增加，并且需要选择串口来作为收发器和教学计算机的硬件接口，这样可以有效节省USB驱动的设计，且CC2430芯片自带两个通用异步收发口（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter， UART）和驱动代码，让串口连接设计更简单。

三、软件的结构及设计

1.下位机软件

下位机软件主要是师生手持应答器和控制器以及无线通信网络在进行收发器传输整体机构设计中，并且都可以分为应用层以及网络层和物理层以及MAC层来进行组成的，主要是因为无线通信网络中所具备的数据相对来说都是自由的并不用进行控制，其中的兵源节点主要是将应用层所出现的数据来进行有效的纯属，并且都是自上而下的，通过网络层和MAC层来进行传输到物理层，从而有效的进行数据传输工作的完成。在进行这一工作中，主要是需要进行不同的节点，但是进行无线通信网的使用可以自主进行多级路由的组织，并且在其中的辅助源节点中的应用层需要在一定的路由器信息的引导下，可以自主、精准地到达节点的物理层，并且可以有效地进行数据的接受以及整理。

2.上位机软件

上位机软件在进行安装中主要是在进行数学计算机的内部使用中可以通过对互动数学软件中来进行安装，通过对收发器以及串口来对无线通信网进行的有效利用，在课堂互动数据的传输中进行在线教育和问答解惑等多种教学互动功能。上位机软件主要是通过接受和处理收发器传输过来的教学互动信息，并对这些信息进行有效的保存。所以，本次研究主要是将其功能分为教学服务以及Zgee网管、数据访问服务这三大功能模块。教学服务板块主要是通过调用Zigbeee网关模块来进行相关信息的收集和显示传输过来的课程教学互动新型，并在无线通信过程中通过数据包的方式来有效的进行纯属，但是Zigbee数据包的有效载荷仅为80个字节左右，所以，互动教学的数据最大的时段是60（Max DATALEN） 个字节，并且，在一个数据包中最大的长度是65个字节，并且控制在最大的承载负荷之内。同时在进行数据包的接受中，数据访问服务模块需要将接受到信息的序列码，通过进行CRC检验来进行计算并形成一个16位的检验码。这样可以挺有效的对信息进行丢包和漏包的问题进行有效检验，在保证没有问题之后，在对数据包进行处理和分析，并有效地进行互动教学活动的实施。

四、结语

在传统进行课堂互动教学模式下，对该系统进行有效研究和创新是社会进行发展的基本条件。本文主要通过对线通信网在高实效和大容量以及低功耗等较多方面的优点，来对系统进行有效创新，从而有效保证师生互动信息的传递，并帮助师生可以及时进行教学的反馈，并对现代信息化教学的改革进行有效實行。

参考文献：

[1]吕鑫，刘芳芳，王丽丽.基于5G无线通信的高等院校立体课堂互动教学系统设计[J].现代电子技术，2021，44（12）：21-24.