基于STC單片機的排隊管理系統(tǒng)的設計

武一，高超

（河北工業(yè)大學 信息工程學院，天津 300401）

排隊問題是銀行、醫(yī)院、工商、稅務、電信等行業(yè)普遍存在的問題，設計一款模擬人工叫號過程，通過取號、進隊、等待、叫號服務等功能代替人們站隊辛苦的排隊管理系統(tǒng)一直以來都是公共服務部門的迫切需求[1]。然而，現(xiàn)在市場上主流產品的結構形式大都是基于PC機的，此傳統(tǒng)模式占用PC機僅用于實現(xiàn)觸摸屏觸摸取號的功能及使用頻率較少的系統(tǒng)管理功能，其制造成本和開發(fā)成本很高，使得許多中小行業(yè)都望而怯步[2]，為了克服這一缺點，文中系統(tǒng)采用性能強大、價格低廉的單片機來實現(xiàn)綜合管理和控制，設計并研制出體積小、結構簡單、可靠性高、維護操作方便、性價比較高的排隊管理系統(tǒng)，文中介紹了該排隊管理系統(tǒng)的結構及控制原理，并重點闡述了該排隊系統(tǒng)的組成及軟、硬件設計方案。

1 排隊管理系統(tǒng)結構和功能

排隊管理系統(tǒng)由主顯示屏、語音單元、打印機及通信模塊組成[3-5]，具體結構如圖1所示。

控制系統(tǒng)的核心是微控制器STC89C52單片機，由主機系統(tǒng)的P0口控制打印機和語音叫號功能的實現(xiàn)，部分P1口控制顯示屏及按鍵操作，系統(tǒng)上電后，液晶顯示屏處于“您好歡迎光臨”的界面，系統(tǒng)根據(jù)取號按鍵的不同對不同的業(yè)務類型分別進行計數(shù)，在顧客按取按鍵后，液晶顯示屏將顯示業(yè)務類型供顧客選擇，待顧客選擇完畢，系統(tǒng)便控制微型打印機打印出相應的票號，之后返回主界面，當查詢到從機有叫號請求時，系統(tǒng)將控制語音播報單元播放相應的語音提示信息。同時相應從機的LED顯示屏顯示將要受理的顧客號。

圖1 系統(tǒng)結構示意圖Fig.1 Structure diagram of system

2 系統(tǒng)硬件電路設計

2.1 顯示模塊設計

液晶顯示器選用北京青云公司生產的的帶中文字庫的LCM128645ZK液晶顯示屏，采用串行接口的方式傳輸數(shù)據(jù)，以減少I/O口的使用，連接電路如圖2所示。P1_0、P1_1、P1_2引腳分別與 LCM128645ZK的 E （SCLK）、R/W （SID）和 RS（CS）引腳相連。 另外，引腳“VR”和“V0”之間接有可變電阻（0～10 kΩ），用來調節(jié)顯示區(qū)域的底色。

圖2 128645ZK原理圖Fig.2 Schematic diagram of 128645ZK

在模塊初始化階段，需要進行功能設定，本次設計將其設為8－bit控制界面，基本指令集動作，設置其為整體顯示，清 DDRAM 添滿“20H”，并設定 DDRAM 的位址 AC=0，最后位址清零，延時0.5 s以保證模塊初始化功能完成后就可以輸入數(shù)據(jù)了。

2.2 打印機模塊設計

打印機選用POS58行式熱敏微型打印機。它的打印速度快，環(huán)境適應性強，支持ANK字符、自定義字符和漢字字符的倍寬、倍高打印以及不同密度點圖及下裝圖形的打印，還可以調整字符的行間距。本設計采用并行接口的形式傳輸數(shù)據(jù)，支持BUSY握手協(xié)議，其接口插座為DB25針型插座。通過P0口傳輸數(shù)據(jù)來控制微型打印機進行打印工作，其中/STB端連接單片機的/RD端，/BUSY連接其INT1端。當打印功能鍵按下，并用業(yè)務選擇功能鍵選擇了需要打印的業(yè)務類型時，若/BUSY為高電平時，表示打印機忙，此時不能接受數(shù)據(jù)，如果檢測到的信號為低電平，則將數(shù)據(jù)送到P0口，即將數(shù)據(jù)送到了打印機的數(shù)據(jù)口，然后軟件置/STB端為0，因為/STB端是下降沿時允許輸入數(shù)據(jù)，延時短暫的時間后，再置/STB為1，此時數(shù)據(jù)已被讀入打印機，這樣就可以打印出相應的內容了。同時，當打印機出錯時，/ERR將被電阻上拉為高電平，本設計中將/ERR端口引腳接地。同理，/ACK引腳為低電平時表示打印機準備好，可以接收數(shù)據(jù)，這里也將該端口引腳接地。

2.3 語音模塊設計

ISD1420是由臺灣華邦（winbond）公司開出發(fā)的典型的單片高質量短周期語音錄放集成電路，采用CMOS工藝、內部包含片上時鐘麥克前置放大器自動增益控制、帶通濾波器平滑濾波器和功率放大器。本次設計主要用STC89C52的P0口控制ISD1420語音芯片的A0～A7管腳來實現(xiàn)語音的分段錄放工作，其連接電路如圖3所示，首先，將需要播報的語音分段錄至存儲地址，按錄音鍵即可開始錄音，軟件控制它0.5 s后結束錄音。按放音鍵可檢查音質的好壞，如果按下加地址鍵，可使地址加4，同時液晶顯示屏上可以顯示出此時錄音的地址。這樣就可以從該地址開始控制語音的錄入。這里，由于ISD1420語音芯片的最長錄音時間為20 s，而其最小分辨率為0.125 s，即它最多可以錄制20/0.125=160段音。而其可存放語音的地址單元為00H～7FH，共128個地址，由此可見一個地址足以存放0.125 s的語音，又因為此銀行叫號機的19段語音每段延時0.5 s，0.5/0.125=4，可見為每段延時0.5 s的語音分配4個地址就足夠了。

圖3 語音模塊原理圖Fig.3 Schematic diagram of voice module

在主程序中，當查詢到從機的叫號請求時，將依次呼叫：“請****號顧客到*號窗口辦理”，呼叫完畢，等待下一次呼叫請求。這樣也就實現(xiàn)了選段放音，其中，各按鍵的定義如表1所示。

在ISD1420語音芯片的音頻輸出端即SP+端口接有LM386放大器，用來放大聲音信號。驅動8 Ω、0.5 W的喇叭放音。需要注意的是LM386的旁路端口必須接電容再接地或者懸空，不可以直接接地，否則喇叭不能發(fā)出聲音，如圖4所示。

表1 按鍵功能定義Tab.1 Define of key functions

圖4 音頻放大電路原理圖Fig.4 Schematic diagram of audio amplifier circuit

2.4 串口通信

系統(tǒng)采用總線型主從式結構來實現(xiàn)多機通信，即在數(shù)個單片機中，有一個是主機，其余是從機，從機要服從主機的調度、支配。本設計采用RS－485串行標準總線進行數(shù)據(jù)傳輸。并采用半雙工通信的MAX485接口芯片將單片機的TTL電平轉換為RS－485電平。

MAX485芯片的結構和引腳都非常簡單，內部含有一個驅動器和接收器。RO和DI端分別為接收器的輸出和驅動器的輸入端，與單片機的RXD和TXD相連接；/RE和DE端分別為接收和發(fā)送的使能端，當/RE為邏輯0時，器件處于接收狀態(tài)；當DE為邏輯1時，器件處于發(fā)送狀態(tài)，因為MAX485工作在半雙工狀態(tài)，所以只用單片機的P32管腳控制這兩個引腳即可；A端和B端分別為接收和發(fā)送的差分信號端，當A引腳的電平高于B時，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為1；當A的電平低于B端時，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為0。

3 系統(tǒng)軟件設計

系統(tǒng)軟件程序[6－7]主要包括兩部分內容，首先，將需要播報的語音信息儲存到ISD1420語音芯片中，為了保證每一段錄音的質量，我們結合液晶顯示屏來編寫這部分的程序，將每一段錄音的存放地址以十進制的形式顯示出來，由單片機的引腳P2_7引腳控制語音芯片的/REC引腳，P2_5控制/PLAYL鍵，當叫號功能按鍵按下時，軟件將語音芯片的/REC管腳置成低電平，即開始錄音，同理，當放音功能按鍵按下時置語音芯片的/PLAYL引腳為低電平，開始放音。另外當加地址功能鍵按下時，便可以用軟件控制P0口的地址加4，因為P0口連接著語音芯片的A0～A7引腳，故使得錄音的地址也相應的加4，同時把地址轉換成十進制數(shù)

在液晶屏上顯示。按照這個方法如果哪段音沒有錄好，則可以由按鍵控制單片機回到這一地址再重新錄制。

將需要播放的語音分段存放到語音芯片中之后，在主程序中，就可以把顯示部分，叫號部分和打印部分綜合起來了，這樣就構成了一個簡單的排隊管理系統(tǒng)，程序流程圖如圖5所示。

圖5 主程序流程圖Fig.5 Main flow chart

4 結 論

文中針對服務行業(yè)嘈雜、無序、低效的排隊問題，設計了基于STC89C52單片機的排隊管理系統(tǒng)，具有低成本、便攜化的特點。通過焊接電路板、調試及初步應用實驗，表明此系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，可達到設計要求，具備一定的市場應用潛力。

[1]黃璟，張重雄，吳仁朋.智能排隊管理系統(tǒng)[D].南京:南京理工大學，2007.

[2]曲豪，瞿少成.嵌入式智能排隊叫號系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D].湖北:華中師范大學，2009.

[3]王永忠.銀行自動叫號系統(tǒng)的設計[J].北京服裝學院學報，2006，26（2）:13－18.WANG Yong-zhong.Design of the auto-queued system for Banks[J].Journal of Beijing Institute of Clothing Technology，2006，26（2）:13－18.

[4]侯靖波，馬廣富.基于單片機的排隊管理系統(tǒng)設計[J].計算機工程與設計，2008，28（11）:2614－2616.HOU Jing-bo，MA Guang-fu.Design of queuing management system based on MCU[J].Computer Engineering and Design，2008，28（11）:2614－2616.

[5]宋鴻濤，唐寧九.排隊系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[D].四川:四川大學，2005.

[6]丁元杰.單片微機原理及應用[M].北京:機械工業(yè)出版社，2005.

[7]郭天祥.新概念51單片機C語言教程[M].北京:電子工業(yè)出版社，2009.