专利名称：考试答题器及答题数据采集装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种客观考试题中选择题和判断题的答题装置，选择题可以是单选题或多选题。同时在答题结束后，可将答题的结果采集到IC卡中，并上传到计算机中进行进一步的处理。
背景技术：
目前，公知的客观试题的主要答题方式是采用纸介质的答题卡，然后再用手工方式或用光标阅读机进行答题数据的采集。这种方式存在以下一些问题1、考生答题不方便。在用铅笔填涂卡片时需要定位，每填涂一题都要花费一定的时间，涂轻了或涂偏了都可能对考试成绩有影响，尤其是修改答题时既费事又容易弄脏答题卡，造成误判。而且每次答题都要填写准考证号和考生姓名等信息，有可能出错，对后续处理造成麻烦。2、当考试工作结束后，如果用手工方式采集答题数据，是相当费时费力的。当数据量很大时，几乎是不可能的。3、当用光标阅读机采集数据时受识别度和模糊范围等指标的限制，读卡的准确率不可能达到100％，而且受温度、湿度等环境因素的影响比较大。此外，光标阅读机可能出现机械故障，造成卡卡，而多次读卡后填涂部位受损则造成答题卡失效。
发明内容
为了解决目前客观试题答题方式不方便、数据采集效率低或准确率低的问题，本发明提出一种全新的答题装置。该装置彻底摈弃了笔和答题卡，也不使用光标阅读机，而是使用键盘来进行答题操作，使用液晶显示器来显示答题结果，考生可以从容答题，定位和修改都非常方便，节约宝贵考试时间。答题数据采集则使用非接触式IC卡，并将考生的基本信息写入卡中，不用考生在考试时填涂，即高效准确，又可方便的通过普通廉价的IC卡读卡器将数据传入计算机中进行处理。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是用单片机来对考生答题和数据采集的全过程进行管理和控制。装置主要由控制单元、显示屏、键盘、射频模块、IC卡、电源部分、蜂鸣器和指示灯等部分组成，装置上还预留出红外通讯的接口。电源部分提供3.3V及5V两种供电电压，并在不进行IC卡操作时关闭5V供电，以节省电力。装置通电后电源部分的3.3V单元开始工作，给除了射频模块的其他部分供电，装置开始工作，屏幕上显示题号等信息。首先应该用复合键或用M卡(M卡的说明见后面IC卡部分)进入初始化状态，此时电源部分的5V单元开始工作并给射频模块供电，等待读取考生卡(考生卡的说明见后面IC卡部分)信息。当读取到考生卡的信息后，将把此考生的准考证号传入装置中，并设定装置中的答题数，然后将装置中原有的数据全部清空，最后关闭5V电源和射频模块。初始化完成后用↑键退出，进入答题状态，考生控制键盘进行答题。为防止意外掉电丢失答题数据，每一答题结果都存入单片机的Flash中。答题结束后，按W键重新启动5V电源和射频模块，将答题结果写入考生卡中。写卡完成后，可以用↑或↓键回到答题状态，继续修改题答，并重新写卡。最后考生卡通过读卡器将答案传入计算机，存入数据库中。下面对各部分分别介绍1、控制单元，主要由TI公司的MSP430单片机、复位电路、JTAG接口、外接晶体等构成。MSP430单片机的主要特点是功耗低，可以较好的满足电池供电的要求，具体选用的型号为MSP430F135，片内具有16KB Flash和512B RAM。复位电路保证系统通电后进入稳定的工作状态。JTAG接口与计算机相连对单片机进行编程，开发工具可选用IAR Workbench。晶体采用外接而不采用片内的DCO的目的主要是为给串行通讯提供稳定的工作频率，外接晶体为4M，经4分频后得到1M的频率作为单片机的主频率。
2、键盘部分，与MSP430F135的P1端口连接，共有A、B、C、D、E、√x、S、W、↑、↓10个键。其中A、B、C、D、E等5个键用于选择题答题用，可以进行单选也可以进行多选。每个键都是双态，按一下为选中，再按一下为取消选中(表示该题未答)。√x键用于判断题答题，为三态键，如第一次按下为√，则第二次按下为x，第三次按下则为取消选中。判断题与选择题之间的答题是排他的，当使用√x键时，A、B、C、D、E键入的内容将被清空。同样，当使用A、B、C、D、E键时，√x键入的内容将被清空。S键用于搜索未答题，每次按下该键则从当前位置开始进行搜索并定位显示搜索到的未答题，如果所有题都答完时按此键则屏幕提示”Answer End”，从而加快检查速度防止答题过程中的疏漏。当出现”Answer End”提示时，用A～E或S键退出搜索状态。↑、↓两个键用于答题的选择，↑按下时向题号小的方向滚动(上滚)，↓按下时则向题号大的方向滚动(下滚)。当这两个键按下即松开时为点动，此时光标移动一行。若长按不放则为连击，此时屏幕持续滚动并逐渐加速，共分15级，每级加快12毫秒。W键用于IC卡操作，此键按下时射频模块打开，进入读卡状态，屏幕提示“寻卡…”，并根据读到的IC卡情况进行处理(具体处理见射频部分)。如果在15秒内没有读到有效的卡片，则射频模块关闭，装置回到答题状态。键盘部分除单键的功能外，还有两组复合键。一组是B+↑+↓，同时按下后进入IC卡初始化的功能，屏幕提示“寻卡…”。此时若无卡，则15秒后退出，若有卡且合法有效，则显示读出的准考证号(屏幕提示为“卡号…”)，此时装置被这张卡初始化，写入应答题数，清空原有数据，并将此卡在逻辑上与装置绑定，即答题数据只能用考生传入准考证号的考生卡读出。用↑键退出初始化状态。另一组是B+D+↓，同时按下时进入修改答题数的功能，↑和↓键改变答题数，用A、B、C、D、E任意键退出。修改答题数功能可以使装置灵活的应对多种题量的考试，题数的下限是显示屏的行数，题数的上限取决于装置内部RAM的大小，例如512B的RAM可以设为400道题。
3、射频部分，采用北京完美科技研究所的11T6模块，连接MSP430F135的P3.4、P3.5串行通讯接口。由于11T6的工作电平为5V，而MSP430的工作电平为3V，因此两部分之间需要有电平转换电路。11T6与MSP430之间的通讯波特率为9600bps。射频模块工作后，对IC卡进行读写操作，有三种工作状态①由键B+↑+↓触发的状态，触发后的工作流程见上面键盘部分。②按下W键后由M卡触发的状态，此时屏幕提示“Put Your Card”，蜂鸣器连续鸣响，指示灯闪烁。M卡移开后，屏幕提示“寻卡…”，此时的状态同①，装置要求给考生卡进行初始化。简言之，M卡的作用与B+↑+↓键的作用相同，都触发初始化状态，设计M卡的目的是为了简化考生操作。M卡只能在考试前初始化时使用，若已答题后不慎使用，应等待15秒钟，系统自动退到答题状态。此时若使用考生卡，则清空所有数据。③按下W键后读取的是考生卡，此时装置进行准考证号的比较，当读取的准考证号与装置初始化时存入的准考证号一致时，将题答数据写入考生卡中。当不一致时，屏幕显示“Put Your Card”，拒绝写卡。
4、显示屏，主要用来显示考生答题数据和装置运行过程中的各种提示，连接MSP430F135的P4和P5.0、P5.1、P5.2。采用16×2或16×4的显示格式，如南京国显的1602C或深圳拓普微的162A。在答题状态下第3列和第14列为定位光标，显示形式为左右箭头，光标所在行为当前处理行。第4、5、6列显示题号，显示范围为1-999。第7、8列为空格。第9至第13列为题答，分别对应A、B、C、D、E五种选择，并与相应的键对应，即当按下A键时在第9列显示‘A’，当按下B键时在第10列显示‘B’，依此类推。如果是判断题，则显示在第9列，第10至第13列不显示。
5、电源部分，可以使用外部6-20V电源或电池两种供电方式。电池使用普通1.5V碱性AA电池两节，3V供电。由于MSP430单片机要求其Flash的写入电压不得低于2.7V，因此采用升压电路先电压升到5V，再稳定到3.3V输出。升压芯片采用理光R1210N501D，可以在输入电压降到1.5V时仍保证50MA电流的正常输出。另外一个供电单元提供5V电压200MA以上电流的输出，供射频模块需要。这组供电采用理光R1210N502D进行升压，并由单片机进行控制。
6、IC卡采用M1S50卡，共有1K Byte，分为16个扇区，每个扇区由4块，其中3个为数据块，0块不能使用，因此用户可以使用的空间为752个字节。本装置使用的卡分两种，一种为考生卡，每个参加考试的人员都需要。考生卡的数据结构为块1和块2的前14个字节存放准考证号，共30个字节，结束符为‘2E’。块2的最后2字节存放预设答题数，在用考生卡初始化装置时用此值设定考试的答题数。设定的答题数可以用键盘进行修改，详见2、键盘部分。块4存放考生姓名，块5预留。上面这些块内的内容是由上位计算机写入的。从块6开始为从装置中读出的数据。块6前两个字节存放读出的答题数，其余字节未使用。块7未使用。块8开始存放答题，存放的上限为672道题，实际上还要受到装置内存的制约。另一种为管理卡，简称M卡(Management)，其作用为触发装置的初始化状态，可以每个考场配一张。在IC卡的第62块的前两个字节写入‘2953’即成为M卡。
本发明的有益效果是，简化考生答题过程，提高答题效率，减少答题失误；数据采集准确快速，可以最大程度的减少数据丢失和误判情况的发生。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的功能框图。
图2是装置简单外观效果图。
图3是装置的软件工作主流程。
图4是装置的样机成品图。
图5是装置的电路原理图。
图6是答题编码表。
图中1.液晶显示屏，2.红外孔，3.电源开关，4.键盘，5.外接电源，6.射频采集区，A.初始化处理，清除数据，接收准考证信息；B.答题处理，写Flash；C.屏幕滚动处理，＜0.5s滚一行，＞0.5s加速滚；D.红外请求中断处理，与上位机交换数据；E.射频请求中断处理，开5V电源，与IC卡交换数据；F.修改答题数；G.查找未答题。
具体实施例方式
在图5中，二极管D1、D2、电容C1、C2、C3、电阻R1、R2、插座J1、稳压集成电路IC1构成外接电源供电电路。图中R1、R2的阻值使得IC1的3脚输出为3.9V，经D2降压后得到3.2V左右的电压，基本上与电池BT1等电位，可以在不取出电池的情况下使用外接电源。D2的作用是防止电池的电流流向IC1，D1的作用是在输入电源极性接反时起保护作用。当开关S1合上后，由电感L2、肖特基二极管D4、升压集成电路U2、稳压集成电路IC2、电容C7、C8、C9构成的3.3V供电单元开始工作，给单片机U3、液晶显示屏J2供电，进入答题状态。电阻R8、R9、电容C13和二极管D5构成单片机的复位电路，晶体XTAL2、电容C14、C15构成震荡电路，插座J4作为JTAG与计算机相连进行编程工作。单片机U3的端口P5.0、P5.1、P5.2作为液晶显示屏J2的控制线，端口P4为数据线。电位器W1调节液晶显示屏J2的对比度。电阻R16、R17、R18、R19、按键A、B、C、D、E、√x、S、W、↑、↓构成装置的键盘电路。
当按下W键或组合键B+↑+↓，单片机U3的端口P3.6产生高电平控制升压电路U1的CE端，由电感L1、肖特基二极管D3、升压集成电路U1、电容C4、C5、C6、电阻R3和三极管Q1构成的5V供电单元开始工作，并给射频模块11T6供电。R4、LED1指示供电的状态。电阻R5、R6、R7、R12、R13、R14、R15、二极管D6、D7、三极管Q2、Q3、Q4构成电平转换电路，连接到单片机U3的端口P3.4、P3.5。插座J5连接射频天线，此时当有卡接近天线时，读卡或写卡程序开始工作。若操作成功，由单片机U3的端口P3.7控制蜂鸣器B1鸣响，发光管LED2闪烁。电路中C10、C11、C12为滤波电容，起稳定供电的作用。
权利要求
1.一种考试答题及答题数据采集装置，使用单片机进行控制，其特征是客观试题的答题不用笔和答题卡，而是使用键盘来进行答题操作，用液晶显示器来显示答题结果，用非接触式IC卡采集答题数据。IC卡与装置是绑定的，即只有考生的答题卡才能读出装置中的数据。
2.根据权利要求1所述的考试答题及答题数据采集装置，其特征是装置由单片机、显示屏、键盘、射频模块、IC卡、电源部分、蜂鸣器和指示灯等部分组成，装置上还预留出红外通讯的接口。电源部分提供3.3V及5V两种供电电压，并在不进行IC卡操作时关闭5V供电。装置通电后电源部分的3.3V单元开始工作，给除了射频模块的其他部分供电，装置启动，屏幕上显示题号等信息。用复合键或用M卡进入初始化状态，电源部分的5V单元开始工作并给射频模块供电，等待读取考生卡信息。当读取到考生卡的信息后，把考生的准考证号传入装置中，并设定装置中的答题数，最后将装置中原有的数据清空，关闭5V电源和射频模块。初始化完成后用↑键退出，进入答题状态，考生控制键盘进行答题，答题结果都存入单片机的Flash中。答题结束后，按W键启动5V电源和射频模块，将答题结果写入卡中。写卡完成后，可以用↑或↓键回到答题状态，继续修改题答，并重新写卡。最后考生卡通过读卡器将答案传入计算机，存入数据库中。
3.根据权利要求1所述的考试答题及答题数据采集装置，其特征是有A、B、C、D、E、√x、S、W、↑、↓10个键。其中A、B、C、D、E等5个键用于选择题答题用，可以进行单选也可以进行多选。每个键都是双态，按一下为选中，再按一下为取消选中。√x键用于判断题答题，为三态键，如第一次按下为√，则第二次按下为x，第三次按下则为取消选中。判断题与选择题之间的答题是排他的，当使用√x键时，A、B、C、D、E键入的内容将被清空。同样，当使用A、B、C、D、E键时，√x键入的内容将被清空。S键用于搜索未答题，每次按下该键则从当前位置开始进行搜索并定位显示搜索到的未答题。当出现”Answer End”提示时，表示答题完毕，用A～E或S键退出搜索状态。↑、↓两个键用于答题的选择，↑按下时向题号小的方向滚动(上滚)，↓按下时则向题号大的方向滚动(下滚)。当这两个键按下即松开时为点动，此时光标移动一行。若长按不放则为连击，此时屏幕持续滚动并逐渐加速，共分15级，每级加快12毫秒。W键用于IC卡操作，键按下时射频模块打开，进入读卡状态，屏幕提示“寻卡…”，并根据读到的IC 卡情况进行处理。如果在15秒内没有读到有效的卡片，则射频模块关闭，装置回到答题状态。复合键B+↑+↓按下后进入IC卡初始化的功能，屏幕提示“寻卡…”。此时若无卡，则15秒后退出，若有卡则显示读出的准考证号，装置被这张卡初始化，写入应答题数，清空原有数据，并将此卡在逻辑上与装置绑定，即答题数据只能用考生传入准考证号的卡读出。用↑键退出初始化状态。复合键B+D+↓按下时进入修改答题数的功能，↑和↓键改变答题数，用A、B、C、D、E任意键退出。
4.根据权利要求1所述的考试答题及答题数据采集装置，其特征是在答题状态下第3列和第14列为定位光标，显示形式为左右箭头，光标所在行为当前处理行。第4、5、6列显示题号，显示范围为1-999。第7、8列为空格。第9至第13列为题答，分别对应A、B、C、D、E五种选择，并与相应的键对应，即当按下A键时在第9列显示‘A’，当按下B键时在第10列显示‘B’，依此类推。如果是判断题，则显示在第9列，第10至第13列不显示。
5.根据权利要求1所述的考试答题及答题数据采集装置，其特征是可以使用外部6-20V电源或两节普通1.5V碱性电池供电。有两路供电单元，一路升压到5V再稳压到3.3V给单片机和液晶显示屏供电。一路升压到5V并由单片机控制给射频模块供电。
6.根据权利要求1所述的考试答题及答题数据采集装置，其特征是装置使用两种IC卡，一种为考生卡，数据结构为块1和块2的前14个字节存放准考证号，共30个字节，结束符为‘2E’。块2的最后2字节存放预设答题数。块4存放考生姓名，块5预留。块6开始为从装置中读出的数据。块6前两个字节存放读出的答题数。块7未使用。块8开始存放答题，存放的上限为672道题。另一种为管理卡，简称M卡(Management)，其作用为触发装置的初始化状态。在IC卡的第62块的前两个字节写入‘2953’即成为M卡。
全文摘要
一种用于客观题答题的考试答题器及答题数据采集装置。装置答题时不用笔和答题卡，而是用键盘进行答题操作，用液晶显示屏显示答题结果，用非接触式IC卡采集答题数据。装置由控制单元、显示屏、键盘、射频模块、IC卡、电源部分、蜂鸣器和指示灯等部分组成，共有10个键，其中6个为答题键，4个为控制键，使用外部电源或3V电池两种方式供电。答题数可根据需要设定，当使用单片机MSP430F135时最大答题数为400题。在使用时，IC卡与装置是绑定的，即只有考生的答题卡才能读出装置中的数据。摘要附图中1.液晶显示屏，2.红外孔，3.电源开关，4.键盘，5.外接电源，6.射频采集区。
文档编号G09B7/06GK1838195SQ200510055
公开日2006年9月27日 申请日期2005年3月22日 优先权日2005年3月22日
发明者姜燕生, 柴勇, 陈征洪, 黎夏, 伍林 申请人:北京金地鑫软件技术有限公司