无线选择题课堂交互系统的制作方法

本实用新型涉及一种课堂交互系统，尤其是针对选择题问答而设计的无线课堂交互系统。

背景技术：

目前，中小学和高校普遍实现了普通教室的多媒体教学，但其信息传递是单向的，通过在普通教室内设置教学一体机(或教学电脑加投影机)，教师可以高效地向学生传递信息，但学生向教师反馈信息却仍然很困难。在实际教学中，教师通常会在PPT中设计一些选择题，然后对学生进行提问，这种交互方式存在着以下缺点：1、为了节省宝贵的课堂时间，一般只能让个别学生来回答，但个别学生的掌握情况并不代表全体学生的掌握情况，同时选择哪几个学生回答又有很大的主观性和随机性，这就导致教师难以全面和准确地了解学生的接受情况。2、只有个别学生回答问题，师生互动的覆盖面小，学生参与感不强。

技术实现要素：

针对上述存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种成本低、课堂交互效率高、交互覆盖面广、可以方便地和现有多媒体教学设备配套使用的选择题课堂交互系统。

为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种无线选择题课堂交互系统，由若干个学生无线作答器、一个教师无线控制器、一个无线接收器和上位机软件组成，可以和普通教室中已有的教学一体机(或教学电脑加投影机) 构成一个完整的系统。

学生无线作答器正面有学号标贴和ABCD四个选项按键，内部由按键电路、单片机、无线传输单元(含天线)、电池组成，单片机中烧写有下位机程序。

教师无线控制器与学生无线作答器相比，其正面多了若干控制按键但无学号标贴，按键电路增加了按键数。

无线接收器内部由无线传输单元(含天线)、单片机、通信电路、供电电路组成，单片机中烧写有通讯处理程序，无线接收器通过其通信口与教学一体机(或教学电脑)进行数据传输，通信口可以是有线的(如串口、USB口等)，也可以是无线的(如WIFI、蓝牙等)。

学生无线作答器、教师无线控制器和无线接收器内部均具有唯一的识别地址，相互之间通过无线数据链路连接，并采用防止数据包冲突的发送接收模式。

上位机软件由数据接收模块、数据处理模块、显示模块组成，安装并运行在教学一体机 (或教学电脑)上。

无线选择题课堂交互系统的工作原理为：

当教师在教师无线控制器上或学生在各自的学生无线作答器上按下某个按键时，教师无线控制器或学生无线作答器会通过无线传输单元发送含有键值和本机地址的无线数据包至无线接收器，无线接收器接收后传送给安装并运行在教学一体机(或教学电脑)上的上位机软件，上位机软件接收后，经过数据处理后，在教学一体机(或投影机)屏幕显示出答题信息。

本实用新型的优点在于：本实用新型解决了传统多媒体课堂学生向教师反馈信息困难的问题，全班同学可在同一时间回答问题，反馈效率得到了极大的提高，同时反馈信息更加全面和科学，有利于教师准确了解学生的掌握情况，同时本实用新型还具有结构简单、成本低、易于实施的优点。

附图说明

图1为本实用新型系统组成图；

图2为本实用新型学生无线作答器外观图；

图3为本实用新型教师无线控制器外观图；

图4为本实用新型无线接收器外观图；

图5为本实用新型学生无线作答器电原理图；

图6为本实用新型无线接收器电原理图。

图中：1.教师无线控制器 2.学生无线作答器 3.无线接收器 4.教学一体机 5.收发指示灯 6.控制按键 7.选项按键 8.学号标贴 9.USB插头 U1.单片机 U2.2.4G模块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的描述。

实施例1：学生无线作答器(2)有一手持式塑料外壳，正面有学号标贴(8)和ABCD 四个选项按键(7)和一个收发指示灯(5)，4个独立按键(SW1-SW4)分别和单片机(U1) 的IO5-IO2脚连接，收发指示灯(LED1)串联有限流电阻(R1)和单片机(U1)的IO6脚连接，无线传输单元采用2.4G模块(U2),自带内置PCB天线，2.4G模块(U2)的IRQ、 MOSI、MISO、SCK、CSN、CE脚分别和单片机(U1)的INT、MOSI、MISO、SCK、IO0、 IO1脚连接，电路采用采用零功耗设计，因此不需要电源开关，电池(BT1)采用CR2032纽扣电池，正常情况下可以使用1-2年。学生无线作答器(2)内部唯一识别地址和学号标贴(8) 一致，从1开始顺序编号。

教师无线控制器(1)与学生无线作答器(2)相比，其正面多了若干控制按键(6)但无学号标贴(8)，控制按键(6)有“开始”、“结束”、“详情”、“位置”、“答案”、“隐藏”6个按键，由于按键数增多，需要占用单片机(U1)更多的IO资源。教师无线控制器(1)内部唯一识别地址固定为0。

无线接收器(3)外形类似一个U盘，一端有一个USB插头(9)，用于通讯和供电，外壳上还有一个收发指示灯(5)。收发指示灯(LED1)串联有限流电阻(R1)和单片机的IO2 脚连接，无线传输单元采用2.4G模块,自带内置PCB天线，2.4G模块(U2)的IRQ、MOSI、MISO、SCK、CSN、CE脚分别和单片机(U1)的INT、MOSI、MISO、SCK、IO0、IO1脚连接，USB插头(P1)的2、3脚和单片机的D-、D+脚连接，1、4脚为电源脚。无线接收器 (3)内部唯一识别地址为255。

上位机软件由VB或JAVA语言编写，事先安装在教学一体机(4)上，同时还需要安装 USB驱动程序。

为了避免多个学生同时按键导致的数据包冲突，本实施例采用的防止数据包冲突的发送接收模式，类似令牌环网，其具体实现为：学生无线作答器(2)和教师无线控制器(1)作为从机，无线接收器(3)作为主机，组成一主多从无线网络，主机依次给所有从机发送系统唯一的令牌，令牌的发送是快速循环的，从机有按键按下时，需要先查询本机是否拥有令牌，如有，则发送数据包，否则需要等待，直到获得令牌方可发送，令牌的循环周期设计得足够短，以保证系统的实时性。

整个系统的工作过程如下：

将无线接收器(3)插入到教学一体机(4)的USB口中，启动上位机软件，教学一体机 (4)屏幕出现启动欢迎界面、之后自动最小化，以避免对正常的多媒体教学产生影响。

在教学过程中，教师先通过PPT展示一道选择题，之后在教师无线控制器(1)上按下“开始”按键，此按键动作首先唤醒单片机，之后检查本机是否拥有令牌，如无则等待直到拥有令牌，当本机拥有令牌时，通过2.4G模块发送含有键值和本机地址的无线数据包至无线接收器(3)，无线接收器(3)接收后通过USB口(9)传送给上位机软件，上位机软件接收后，经过数据处理后，在屏幕上自动弹出上位机软件主界面，在该界面上显示答题状态为“开始答题”，并且显示已经流逝的时间，此时学生可以通过各自的学生无线作答器(2)进行答题，当学生按动ABCD四个选项按键(7)中的某个按键，含有键值和本机地址的无线数据包会以同样的方式传送到上位机软件，经过数据处理后，在已经弹出的主界面中显示已经有多少同学答题，多少同学修改了答案，多少同学还未答题；当教师无线控制器(1)上按下“结束”按键时，此时学生再按键，仍能发出数据包，但上位机软件作丢包处理，主界面中显示答题状态为“答题已结束”，同时增加显示内容，进一步显示ABCD各个选项的选择人数，当教师无线控制器(1)上按下“详情”按键时，还会弹出详情页，显示ABCD各个选项的选择者列表，列表信息按答题先后次序排列，每条信息包括学号、姓名、用时、修改次数等，便于教师点名，了解学生选择的理由，再次按“详情”按键，可以关闭详情页。当教师无线控制器(1)上按下“答案”按键，之后在按下ABCD四个按键中的一个时，主界面中红色勾选正确选项，同时显示正确率。

当教师无线控制器(1)上按下“隐藏”按键时，主界面窗口最小化。当教师无线控制器 (1)上不断按下“位置”按键时，主界面窗口位置在屏幕4个角落轮流变换。

当教师无线控制器(1)、学生无线作答器(2)和无线接收器(3)有数据收发时，收发指示灯(5)会短暂闪亮。当教师无线控制器(1)、学生无线作答器(2)空闲时，自动处于休眠状态。

实施例2：为了避免多个学生同时按键导致的数据包冲突，本实施例采用的防止数据包冲突的发送接收模式，类似以太网，具体实现为：学生无线作答器(2)和教师无线控制器(1) 作为从机，无线接收器(3)作为主机，组成一主多从无线网络，从机到主机的上传数据和主机到从机的下发数据采用2个不同频道，从机有按键按下时，立即发送数据包，发送完毕后等待主机返回“已经收到”的响应包，如果在规定时间内无响应，则延迟一段随机时间后，重复发送原数据包，直到获得主机响应。

无线接收器(3)的无线传输单元采用外置天线。其他同实施例1。

实施例3：无线传输单元采用含片上系统的ZIGBEE模块，无线接收器(3)被整合到教学一体机(4)中，去除无线接收器(3)中的单片机、通讯电路和通讯口，ZIGBEE模块直接和教学一体机内部接口连接。其他同实施例1。

需要说明的是，上述仅仅是本实用新型的几个较佳实施例，并非用来限定本实用新型的保护范围，在上述实施例的基础上所作出的等同变换均属于本实用新型的保护范围。