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摘要:目前，學生擁有手機比較普遍，給課堂管理帶來一定的不便。而傳統的手機袋管理模式存在管理不便、效率低下的問題。基于“stm32控制器+上位機”的手機管理系統讓學生通過自帶的數據線將手機連接到STM32控制器的USB口，控制器實時監測并將數據傳送至上位機，上位機軟件直觀顯示學生手機上交情況，方便教師管理，提高了課堂手機管理水平。同時，系統設計有語音提示及一些教學功能，也能夠滿足課堂教學的基本需要。

關鍵詞:STM32;單片機;手機管理;課堂管理

隨著科學技術的發展、生活水平的提高，智能手機越來越普及，并越來越影響和改變著人們的生活方式和習慣。學生擁有手機帶來便利的同時，也產生了一些負面影響［1］。比如部分學生自律性較差，上課玩手機的現象屢禁不絕。目前普遍采用的管理方式是布質手機袋管理。上課前，學生將手機存放到手機袋指定編號位置，教師逐一查看手機是否交上來，時不時還要催促學生，費時費勁，效率太低，并且有部分學生以手機在充電為由，不予配合。為減少此類現象的發生，提高教師課堂手機管理的效率，設計了本系統。

一、整體設計

如圖1所示，整個系統包括控制器和上位機軟件。控制器由1塊STM32主控板和4塊手機連接板組成，每塊連接板有16個USB接口。控制器設計包括電源供電、液晶顯示、按鍵輸入、語音播報和時鐘等模塊。控制器是以STM32單片機為核心，通過USB接口電路檢測學生手機上交情況，將數據保存起來，并通過RS232數據線和上位機(教師機)通訊將數據傳送到上位機。使用時，學生按照學號將手機放在專門設計的標有學號的小方格子架上，用數據線插到USB接口。主控板不僅能夠監測手機上交情況，同時還可以對手機進行充電。上位機軟件通過Excel表格讀取班級名單，并顯示出來。通過與主控板通訊，讀取手機上繳數據，用不同顏色標示出已交手機和未交手機的人員名單，使人一目了然，方便管理。同時，軟件具有一些教學常用功能，如語音提示、時間顯示、考試計時及提示，方便教師課堂活動應用。手機接入檢測是系統設計的關鍵點。USB2.0設備的USB接口，其管腳有+V、GND、D+、D－等管腳。其中，+V、GND是設備供電管腳，D+、D－管腳是數據通信線。USB設備有高(全)速、低速設備之分，主要是通過D+、D－管腳的上拉電阻區分［2］。例如:低速設備的D－管腳接一個1.5KΩ的上拉電阻，D+不接;高速設備則相反。這樣，當USB終端設備插上HOST主機時(例如電腦)，如果是高速設備，則D+被拉高，D－不變;低速設備則與之相反［3］。插上設備之后，D+、D－管腳呈現不同的電平信號，可以通過此特性，判斷手機是否接入系統。

二、主要硬件電路設計

(一)STM32單片機

主控板采用STM32F103ZET6單片機作為核心設計芯片。STM32是意法半導體公司基于ARM公司32位Cortex－M3框架內核結構設計的中等容量MCU，其具有64KB－128KB的Flash存儲器，20KB的SRAM存儲器，多達80個IO口，片上外設資源豐富，如USB、CAN、Timer、I2C、USART等［4］。其運行頻率達到72MHz，運行速度快，完全滿足該系統設計要求，同時具有Serialwiredebug(SWD)＆JTAGinterfaces仿真接口，方便開發調試。

(二)手機接入檢測電路設計

手機接入檢測電路設計如圖2所示。USB接口是A型接口母座，其D+、D－數據線通過15K的下拉電阻接地。手機通過USB數據線插入到該接口時，在D+、D－管腳呈現一個高低電平信號，高電平約2.3V，低電平約0.3V。為了電平穩定檢測，提高抗干擾能力，使用電壓比較器設計整形電路，使輸出高電平為3.3V，低電平為0V。電壓比較器的輸出接至單片機的IO口，作為手機接入的檢測。

(三)RS232通訊電路設計

主控器和上位機軟件的通訊，主要采用串口協議，其電路設計如圖3所示。主芯片采用美信公司的MAX232ESE，其是RS232協議通訊芯片，采用雙通道收發，通訊波特率高達120kbps，具有外圍電路簡單、通訊速率高、傳輸距離遠、穩定可靠的特點［5］，滿足設計要求。

(四)液晶顯示電路設計

主控器上的液晶屏能夠顯示手機上交情況及其他一些信息。使用晶聯訊電子的JLX19296－770液晶屏作為人機交互界面，能夠顯示192×96點陣的單色圖片，具有LCD背光、功耗低、指令功能強、接口簡單、傳輸速率高、可靠性高等特點。配合字庫芯片，能夠顯示各種字形和圖案［6］。

三、軟件設計

(一)單片機程序設計

單片機程序設計包括按鍵檢測模塊、語音模塊、液晶屏顯示控制模塊、時間模塊、串口通訊模塊。主程序采用輪詢的處理方法，對手機接入情況進行檢測，將數據保存并顯示在顯示屏;同時，實時讀取時間芯片，更新液晶顯示。有按鍵按下時，進入相應的顯示界面，同時播報相應的語音提示。單片機和上位機通訊，按照自定義格式的協議通訊。其通訊幀格式如下:STX+Data［0］+Data［1］+…+Data［15］+SumH+SumL。其中，STX是幀開頭，固定為0X02;數據Data［0］～Data［15］等數據為手機接入檢測數據，將一個字節拆分為兩個字節后，轉為ASCII碼所得;Sum為校驗和，是將STX～Data［15］數據代數和累加之后所得數據，高低字節部分拆分為兩個字節轉ASCII所得。單片機發送數據，采用中斷的方式，即待發送的字節寫入發送緩沖區之后，發送數據長度減一。數據發送完產生中斷請求，單片機進入中斷服務函數，判斷發送數據長度是否為零，如果不為零，繼續發送下一個字節，同時數據長度減一［7］。重復此流程，直至數據長度為零，如圖4所示。

(二)上位機軟件設計

上位機軟件設計采用VisualBasic語言編寫，主要模塊有Excel讀寫模塊、語音播報模塊、顯示模塊和通訊模塊。為方便不同的班級使用，Excel表格存放各班學生的姓名和學號信息。軟件運行時點擊“打開班級”即可選擇班級的Excel表格，導入學生信息。語音播報模塊主要是播報語音，輸出到多媒體音箱，起到提醒作用，如請交手機、拿回手機等。顯示模塊主要是顯示已交手機和未交手機的學生名單。通訊模塊，軟件主要是通過SerialPort控件［8］，實現與STM32主控板的通訊。

四、小結

經過制作與驗證，本手機管理系統能夠兼容檢測安卓和蘋果手機。學生手機插上數據線連接USB口后，都能夠被主控板檢測出來，同時也能夠對手機進行充電。軟件界面友好，能夠實時監控手機上交情況，同時語音提示功能也方便了教學管理。不足之處是，手機充電電流偏小，沒有正確配置D+、D－電壓，導致充電時間過長。部分學生手機充電線只有VBus和GND兩根線，無D+、D－數據線，只能夠充電，無法監控。整體而言，手機管理的功能基本上達到了預期功能，滿足了課堂教學管理需要。

作者:郭興龍 單位:廣東省廣州市市政職業學校