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429IGT6是意法半导体公司的一种单片机芯片,它的内部数据总线为32位,主时钟频率为72Hz,芯片内置的Flash程序存储器容量为256KB,内置RA容量是48K,对于本作品拟应用的场所来说,计算规模限制在64KB范围之内,对响应速度的要求通常在毫秒到秒之间,因而这样的芯片选择是足够的,而且还为系统软件的进一步扩展提供了足够的余量,便于后期维护与更新。
该芯片有内置的多种片内外设,有5个串行通信接口,其中USART三个,UART两个,可以通过外部的USB转串口连接IFI部件,实现无线数据传输。芯片内置的I2C总线接口,能够工作与多主模式或从机模式,支持标准模式和快速模式,对系统中数据的采集与传输提供了极高的优势。但是,作者在实际开发应用程序时听取了其他资深工程师的意见,使用自行编写的I2C总线软件仿真程序实现了接口通信。该主控制器具体实物如图3.1所示。
图3.1搭载ST32F429IGT6芯片的阿波罗开发板实物图
本系统使用5V稳压电源适配器供电,满足USB转串口芯片、外接存储芯片、传感器等部件的供电需求。5V电压经过开发板上的电压变换模块输出3.3V电压,为单片机芯片提供稳定的电压支持。
ST32F429IGT6内置的USART接口与ATK-ESP@精华书阁66模块连接,实现连网的无线数据传输。由于进入课堂的每位学生均有手机随身携带,而手机总是试图与本地基站BTS保持联系,使移动网络交换中心(SC)将手机用户信息保存在当地访问位置寄存器(VLR)中,在手机通信时,手机用户在通信帧中向SC传送自己的AC地址,而这个AC地址是全球唯一的,能准确代表手机用户的身份。本作品正是利用了手机的这一特色,利用连接到单片机的ATK-ESP@精华书阁66模块获取手机用户AC地址,并与系统中预存的学生数据进行比对。如果在运行期间系统能够定时匹配每位同学的固定AC地址,则视为正常。当出现学生上课状态异常时,系统会及时地将报警或预警信息实时反馈,提醒用户。采集到的学生信息通过逻辑处理,将数据进行分析处理,把分析后的信息显示到本地的TFTLCD液晶显示屏上,以直观的格式显示出来,还可以通过ATK-ESP@精华书阁66模块实时上传云端保存,供老师查看历史数据。
3.2信息数据采集
本智慧课堂考勤系统中信息数据采集主要通过ATK-ESP@精华书阁66IFI模块来实现,下面我会具体介绍ATK-ESP@精华书阁66IFI模块代表的硬件的功能、性能以及具体实物图。
本设计中最大的特色便是实现了学生考勤数据的自动采集,可以对进入课堂的每个学生进行无感知的数据采集。
根据移动通信的协议,学生手机总是不断地获取本地基站(BTS)发射的导频信号,以感知自己所处的小区位置,并且通过BTS向SC发送自己的AC地址,以表明身份,SC会将表示手机用户身份的编码保存到VLR中。由于手机向SC发送信息是全方向的,因而信号覆盖区内的所有设备都可以接收到,因而可以利用ATK-ESP@精华书阁66IFI模块来主动截取手机发射的AC地址,以判断手机用户所在的位置。由于IFI模块的覆盖区域有效半径仅在10米以内,恰好可以覆盖一个教室,但不会使相邻教室造成错误识别。
ATK-ESP@精华书阁66IFI模块的具体实物图如图3.2所示,它支持LVTTL串口,工作电源电压3.3V,但工作端口可以承受5V的信号电压,与本系统所采用的主控芯片供电范围相符合,可以直接从单片机开发板供电。如果错接了5V电源,工作电流超过额定值,ESP@精华书阁66模块很快就会发
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