基于STC單片機的排隊管理系統的設計

武一，高超

（河北工業大學 信息工程學院，天津 300401）

排隊問題是銀行、醫院、工商、稅務、電信等行業普遍存在的問題，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一直以來都是公共服務部門的迫切需求[1]。然而，現在市場上主流產品的結構形式大都是基于PC機的，此傳統模式占用PC機僅用于實現觸摸屏觸摸取號的功能及使用頻率較少的系統管理功能，其制造成本和開發成本很高，使得許多中小行業都望而怯步[2]，為了克服這一缺點，文中系統采用性能強大、價格低廉的單片機來實現綜合管理和控制，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，文中介紹了該排隊管理系統的結構及控制原理，并重點闡述了該排隊系統的組成及軟、硬件設計方案。

1 排隊管理系統結構和功能

排隊管理系統由主顯示屏、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。

控制系統的核心是微控制器STC89C52單片機，由主機系統的P0口控制打印機和語音叫號功能的實現，部分P1口控制顯示屏及按鍵操作，系統上電后，液晶顯示屏處于“您好歡迎光臨”的界面，系統根據取號按鍵的不同對不同的業務類型分別進行計數，在顧客按取按鍵后，液晶顯示屏將顯示業務類型供顧客選擇，待顧客選擇完畢，系統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 系統結構示意圖Fig.1 Structure diagram of system

2 系統硬件電路設計

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據，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），用來調節顯示區域的底色。

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據了。

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據，支持BUSY握手協議，其接口插座為DB25針型插座。通過P0口傳輸數據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，并用業務選擇功能鍵選擇了需要打印的業務類型時，若/BUSY為高電平時，表示打印機忙，此時不能接受數據，如果檢測到的信號為低電平，則將數據送到P0口，即將數據送到了打印機的數據口，然后軟件置/STB端為0，因為/STB端是下降沿時允許輸入數據，延時短暫的時間后，再置/STB為1，此時數據已被讀入打印機，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，可以接收數據，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

系統采用總線型主從式結構來實現多機通信，即在數個單片機中，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據傳輸。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端分別為接收和發送的使能端，當/RE為邏輯0時，器件處于接收狀態；當DE為邏輯1時，器件處于發送狀態，因為MAX485工作在半雙工狀態，所以只用單片機的P32管腳控制這兩個引腳即可；A端和B端分別為接收和發送的差分信號端，當A引腳的電平高于B時，代表發送的數據為1；當A的電平低于B端時，代表發送的數據為0。

3 系統軟件設計

系統軟件程序[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

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，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，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，表明此系統工作穩定可靠，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[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的設計與實現[D].湖北:華中師范大學，2009.

[3]王永忠.銀行自動叫號系統的設計[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.

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[6]丁元杰.單片微機原理及應用[M].北京:機械工業出版社，2005.

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