一种带有手势控制功能的智能抢答器

1.本发明涉及电子抢答器技术领域，是一种多功能抢答器，具体可用于比赛抢答环节。


背景技术：

2.随着各类竞赛的出现，人们对于抢答器的功能要求逐渐变高。市面上的抢答器存在如下主要问题：1、抢答器所能实现的功能单一且不够便捷，用户体验感不佳；2、部分有线抢答器布线复杂，对场地要求高；3、抢答过程中无提示音，抢答氛围不浓。因此，设计一款易于使用、功能强大且成本低的抢答器，具有一定的经济和社会效益。因为目前单片机在很多领域应用广泛，其功耗小、智能化的优势显著，所以将单片机技术应用到抢答器装置的设计中，并融入手势控制、液晶显示及语音播报等功能，使抢答功能多样化。另一方面，通过无线控制的设计，简化布线，减小场地限制。


技术实现要素：

3.针对目前市场上抢答器存在的功能缺陷，本发明主要解决竞赛中的抢答问题，以实现四路无线抢答，并附有手势控制切换显示屏内容、实时显示信息、自动倒计时、自动语音播报、犯规提醒等一系列人性化的功能。
4.操作准确且无人犯规的情况下，当主持人在控制台按下“开始抢答”按键后，伴随语音自动播报“开始抢答”，显示器开始抢答倒计时，此时选手端方可开始按键抢答。在倒计时内抢答成功的选手由显示器显示其编号并进行语音播报。与此同时，开始答题倒计时。答题倒计时内，由选手进行作答。倒计时结束后由主持人判断答案正误，通过按键进行加减分操作。每轮评分结束后，主持人可通过在控制台手势模块的正上方做出“从左到右”的滑动手势，即可切换显示屏显示的内容，可以在显示屏上看到4位选手的分数汇总情况。主持人重新按下“开始抢答”按键后方可开始新一轮抢答。
5.本发明的抢答器设计系统包括电源模块、单片机、振荡电路、复位电路、无线收发模块、手势识别模块、液晶显示模块、语音模块、按键模块等。
6.优选地，本发明中的单片机采用stc89c52单片机。
7.优选地，本发明中的振荡电路采用晶体振荡电路。
8.优选地，本发明中的复位电路采用按键复位。
9.优选地，本发明中的无线收发模块采用nrf24l01无线收发模块。
10.优选地，本发明中的手势识别模块采用apds-9960红外手势传感器。
11.优选地，本发明中的液晶显示模块采用lcd12864液晶显示屏。
12.优选地，本发明中的语音模块采用wt588d-u语音模块。
13.优选地，本发明中的按键模块存在于主控端和抢答端，主控端的按键由主持人控制，用于控制抢答开始和分数加减；抢答端的按键分别由四位选手控制，用于选手抢答。
14.单片机的最小系统由stc89c52型号的单片机、晶振电路和复位电路三部分构成。
晶振电路接入单片机的第18、19引脚，包括两个30pf的瓷片电容(cjz1和cjz2)，晶振选用12mhz。按键复位电路由一个10μf的电解电容(c1)和一个10k的电阻(rst1)串联而成，并接入单片机的rst(第9引脚)端，同时在rst端和vcc之间接一个按键开关(s1)作为复位按键。
15.无线模块由nrf24l01芯片和ams1117/3.3v构成，通过ams1117/3.3v稳压电源芯片将单片机提供的5v电压转换得到稳定的3.3v电压，为无线模块供电。nrf24l01芯片的ce端接单片机的第6引脚(p1.5脚)，用于选择工作模式；csn端为片选信号输入端，与单片机第1引脚(p1.0脚)相连接；sck端为时钟输入端，接单片机的第5引脚(p1.4脚)；mosi端和miso端分别为数据输入和输出端，接单片机的第2引脚(p1.1脚)和第4引脚(p1.3脚)；irq端为中断请求端，与单片机的第3引脚(p1.2脚)相连接。
16.手势识别模块使用的apds-9960红外手势传感器，其运行电压为5v，与单片机的vcc端相连接，scl串行时钟输入端与单片机的第7引脚(p1.6脚)相连接，sda串行数据端与单片机的第8引脚(p1.7脚)相连接，中断输出端与单片机的第12引脚(p3.2脚)相连接。
17.液晶显示模块使用的lcd12864液晶显示屏，其电源端与单片机的vcc端相连接，由于采用串行模式，所以psb端接低电平。rs片选控制端与单片机的第26引脚(p2.5脚)相连接，rw数据输入端与单片机的第27引脚(p2.6脚)相连接，时钟信号输入端与单片机的第28引脚(p2.7脚)相连接。
18.语音模块wt588d-u的电源端与单片机的vcc端相连接，在三线串口控制模式下，data数据输入端与单片机的第15引脚(p3.5脚)相连接，cs片选输入端与单片机的第16引脚(p3.6脚)相连接，clk时钟输入端与单片机的第17引脚(p3.7脚)相连接，busy端为语音忙时信号的输出端与单片机的第14引脚(p3.4脚)相连接。该语音芯片的第9引脚、第10引脚作为音频输出端直接连接扬声器。
19.主控端的按键模块有三个按键，分别是开始抢答按键(s01)、加分按键(s02)、减分按键(s03)，开始抢答按键接单片机的第39引脚(p0.0脚)，加分按键接单片机的第38引脚(p0.1脚)，减分按键接单片机的第37引脚(p0.2脚)。每个选手抢答端都包括一个按键，分别供其位上的选手抢答。
20.本发明实现了预期的无线抢答、手势控制、自动语音播报、信息显示等各项功能，电路简单，使用方便，可靠性高，能满足当前比赛公正抢答的需要。
附图说明
21.下面结合附图和具体实施方法对本发明做进一步详细的说明。
22.图1为本发明的硬件结构框图。
23.图2为本发明的主控端整体电路原理图。
24.图3为本发明的选手端电路原理图(四路选手电路原理图相同)。
25.具体实施方法
26.本发明以单片机作为主控制模块，利用无线收发模块实现主机和从机的短距离指令收发，实现四人抢答，手势识别模块与液晶显示模块配合实现信息的切换及显示，搭配有自动倒计时、自动语音播报、信息公开可视等功能，构成了一个完整的抢答设备。
27.结合图1、2、3说明本发明实施方式，本发明中无线收发模块使用nrf24l01无线模块。该模块是一款2.4ghz单片高速无线收发芯片，可实现一对多的通信。它体积小巧，功耗
低，采用pcb天线，可实现短距离的无线通信。由于内置了一个调频技术，所以其抗干扰能力很强。通过nrf24l01的spi口与单片机的i/o口连接进行数据通信，完成指令的接收与发送控制。
28.结合图1、2、3说明本发明实施方式，本发明中手势模块使用apds-9960红外手势传感器。该芯片内带有四个内置的对不同方向敏感的光电二极管，检测范围在2-10厘米内。通过光电二极管对光反射率的测量，该芯片将捕捉到的手势运动信息转换成数字信息以采集手势指令，并将指令送入单片机进行数据处理，再由单片机传送指令给显示模块，从而实现通过手势来控制切换屏幕上显示内容这一功能。
29.结合图1、2、3说明本发明实施方式，本发明中显示模块使用lcd12864液晶显示屏。该显示屏显示质量较高，可视面积大，可显示种类丰富。通过单片机控制液晶显示模块，实时显示抢答过程与答题过程中的信息，如选手信息和答题倒计时等。
30.结合图1、2、3说明本发明实施方式，本发明中语音模块使用wt588d-u语音模块。该芯片存储量大，内嵌人声处理器，声音输出质量高，抗干扰能力强。使用其三线串口控制模式可直接通过单片机控制触发0-219地址位的任意语音，输出的pwm信号可直接推动0.5w/8ω的扬声器。在相应情况下，由单片机控制触发语音播报系统，实现语音实时播报功能。
31.结合图1、2、3说明本发明实施方式，本发明中选手抢答端的led模块使用发光二极管。其具有体积小，功率低，使用寿命长等优势。抢答开始后，抢答的第一名选手面前的发光二极管亮，其余选手的灯灭。
32.结合图1、2、3说明本发明实施方式，本发明中各电源模块使用三端固定式集成稳压电源。可将220v的交流电转换成5v的直流电。
33.操作准确的情况下，主持人未按下开始抢答按键时，若选手端有人抢答，则视为违规抢答。此时由主控端的显示屏显示犯规选手编号，并同时进行语音播报提醒。只要出现犯规抢答的情况，选手端所有选手的抢答按键均会被“锁定”，只能由主持人按下“开始抢答”按键后方可解锁进行正式抢答。当主持人在控制台按下“开始抢答”按键后，伴随语音自动播报“开始抢答”，显示器开始抢答倒计时，此时选手端方可开始按键抢答。如在倒计时内有人抢答，则显示屏显示该选手的编号，语音播报提醒该选手抢答成功。与此同时，启动答题倒计时。如在抢答倒计时读秒归零时还未有选手抢答，则回到初始化状态(未按下“开始抢答”按键前的状态)。答题倒计时结束后主持人判断答案正误，通过按键进行加减分操作。每轮评分结束后，主持人可通过在控制台手势模块的正上方做出“从左到右”的滑动手势，来切换显示屏显示的内容，可以在显示屏上看到4位选手的分数汇总情况。主持人重新按下“开始抢答”按键后方可开始新一轮抢答。