校園財務中心自動排隊叫號系統的設計

遼寧大學信息學院 張涵婷

遼寧工業大學電子與信息工程學院 曹洪奎 徐志強 彭 沖

為了解決校園財務中心窗口服務自動排隊的問題，本文設計了一種校園財務中心自動排隊叫號系統。系統以STC12C5A60S2單片機為控制核心，包括主控制器模塊、無線通信模塊、語音叫號模塊、LCD顯示模塊、信息打印模塊、按鍵模塊和電源模塊。系統測試表明，主控制器協調其他模塊共同實現了自動排隊叫號系統的打印號票、語音叫號、排隊信息顯示和無線通信等功能。

隨著計算機技術與通信技術，電子技術等飛速發展，排隊機在現代社會的各行各業都有應用，如銀行、保險等金融行業營業大廳，移動、聯通、電信等通信行業營業大廳，醫院、工商、稅務、郵政、機場、餐飲等營業大廳。智能排隊系統的功能與結構也日益完善和豐富。目前，市場上的智能排隊系統除了已經實現最基本的功能。如自動根據客戶選擇的服務類型打印票號，通過計算機自動分流排隊呼叫與保留重呼的。智能排隊管理系統已在有線的方式基礎上發展到無線排隊系統。電子排隊技術將被更多用戶所接受，成為必備設施之一。本文設計的校園財務中心自動排隊叫號系統以51單片機為控制核心，結合微型熱敏打印機，完成校園財務中心自動排隊叫號系統硬件電路設計和單片機系統軟件編程，實現自動排號、叫號功能。設計系統的主機和呼叫器硬件電路，包括有單片機的最小系統電路、語音叫號電路、無線通信電路和電源等電路。編制系統軟件實現自動排隊發號、語音叫號、LCD屏幕顯示等功能。

1 自動排隊叫號系統的設計要求

以51單片機系統為控制核心，結合微型熱敏打印機，完成校園財務中心自動排隊叫號系統硬件電路設計和單片機系統軟件編程，實現自動排號、叫號功能。設計系統的主機和呼叫器硬件電路，包括單片機最小系統電路、語音叫號電路、無線通信電路、打印通信電路和電源等電路。編制系統軟件實現自動排隊發號、語音叫號、LCD屏幕顯示等功能。達到下列系統要求及指標：

（1）系統具有根據業務類型（3種：縱向科研、橫向科研、綜合業務）自動排隊發號、語音叫號、LCD屏顯示功能。

（2）系統具有呼叫、暫停、警報、重呼、等候等多種操作功能。

（3）系統主機與呼叫器之間采用短距離無線通信方式，通信距離≥20m。

（4）排隊號票打印信息：排隊序號、叫號時間、前面排隊人數。

2 自動排隊叫號系統的總體設計

本系統采用51單片機作為系統控制中心，分為無線通信模塊、顯示模塊、語音模塊、打印機通信模塊、時鐘模塊和電源模塊六部分。師生通過按下系統主機上的叫號按鍵，系統主機通過TTL串口通信微型熱敏打印機，熱敏打印機開始打印號票，師生進行不同業務的取號排隊，財務處工作人員通過呼叫器與主機進行通信，進而實現呼叫、重呼、暫停、警報、等候等功能。

以STC12C5A60S2單片機作為排隊叫號系統的主控制芯片，和其他模塊協同完成并實現任務要求。師生通過按下系統主機上的叫號按鍵，系統主機通過TTL串口通信微型熱敏打印機，熱敏打印機開始打印號票，師生進行不同業務的取號排隊，財務處工作人員通過呼叫器與主機進行通信。

圖1 系統總體框圖

當財務處工作人員按下呼叫鍵，呼叫器通過NRF24L01無線通信模塊與主機進行通信，主機接收到呼叫命令，主機向顯示模塊發送叫號信息并顯示在屏幕上，同時主機向WT588D語音叫號模塊發送叫號信息并語音播報。師生通過屏幕顯示及語音叫號提醒，及時到相關業務窗口辦理業務，當呼叫鍵按下一次后，師生沒能及時聽到語音播報信息的提示，沒有按時去相關窗口辦理業務，工作人員可以再次按下呼叫器上的重呼鍵，再次語音播報來提醒師生辦理業務，呼叫器上還設有暫停、警報、等候功能按鍵。系統供電由USB電源適配器輸出5V電直流電，給單片機、顯示模塊、語音叫號模塊和時鐘模塊供電。5V直流電經過電容濾波再經過穩壓管HT7133可輸出3.3V直流電，給無線通信模塊供電。總體框圖如圖1所示。

3 系統的硬件設計

以STC12C5A60S2單片機為核心的校園財務中心自動排隊叫號系統，系統硬件主要由51單片機作為系統控制模塊、NRF24L01無線通信模塊、LCD12864顯示模塊、WT588D語音模塊和時鐘模塊和電源模塊構成。該系統的工作方式為：師生通過按下系統主機上的叫號按鍵，系統主機通過TTL串口通信微型熱敏打印機，熱敏打印機開始打印號票，師生進行不同業務的取號排隊，財務處工作人員通過呼叫器與主機進行通信。當財務處工作人員按下呼叫鍵，呼叫器通過NRF24L01無線通信模塊與主機進行通信，主機接收到呼叫命令，主機向顯示模塊發送叫號信息并顯示在屏幕上，同時主機向WT588D語音叫號模塊發送叫號信息并語音播報。師生通過屏幕顯示及語音叫號提醒，及時到相關業務窗口辦理業務。系統由電源模塊供電。

3.1 單片機控制模塊的設計

系統使用的單片機是宏晶科技公司生產的STC12C5A60S2芯片。具有處理速度快、功耗低、抗干擾能力強的特點，是新一代的8051兼容單片機，但是速度比傳統8051單片機快8-12倍。擁有2路PWM、2個串口、4個定時器，同時也支持ISP在線調試程序下載。

3.2 無線通信模塊設計

無線通信模塊設計中采用了2.4GHz頻段的單片射頻收發器件NRF24L01，NRF24L01置有頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調制器等功能。

3.3 顯示模塊設計

本系統使用LCD12864顯示屏作為顯示設備。該顯示屏配置LED背光，擁有屏幕大、電壓低、功耗低的特點。利用該模塊接口靈活和簡單的操作指令，可構成全中文人機交互圖形界面。顯示模塊采用串口通信與單片機連接，PSB接低電平，串口時DB0--DB7無需連接，在連接單片機時，僅需連接EN、RW、RS三個引腳，僅僅占用三個IO口。

3.4 語音模塊設計

該模塊的設計是為了實現自動排隊叫號系統排隊信息的語音叫號的功能，語音叫號模塊選用WT588D-16P語音模塊，它可以實現重復擦除和燒寫，根據需要實現不同的功能，能夠隨意的組合語音播放，功能特別強大。WT588D語音模塊有配套WT588D Voice Chip上位機操作軟件，能夠隨意變換語音模塊的控制模式，把需要的語音播放信息文件工程通過下載器下載到SPI-Flash上。軟件操作方法非常簡單，擁有隨意組合語音的功能，盡可能的降低了在語音編輯上花費的時間，該模塊還支持在線下載。擁有多種控制的方式。支持MP3控制、按鍵控制、3×8按鍵組合控制、并口控制、一線串口控制、三線串口控制，能添加WAV音頻格式的語音文件；能加載采樣率為6K～22KHz的音頻文件；還能夠對加載后語音進行播放試聽功能。語音模塊電路圖如圖2所示。

圖2 語音模塊電路

工作原理：首先通過WT588D Voice Chip上位機操作軟件新建一個工程，先設置SPI-Flash存儲容量的大小，然后選擇需要的語音文件進行裝載語音，再設置一下語音模塊控制的模式，并且設置音頻和BUSY的輸出模式，接著將音頻裝載區的語音文件添加到對應的地址語音編輯區，最后編譯工程，再通過語音模塊專用下載器下載到SPI-Flash。

3.5 實時時鐘模塊設計

DS1302時鐘模塊是由DALLAS公司生產，它是一個涓流充電時鐘芯片內含有一個實時時鐘日歷和31字節的靜態RAM。實時時鐘模塊采用DS1302時鐘日歷芯片，可以為系統提供年份、月份、日、時、分、秒等時間信息，以及每個月份的天數和閏年的天數能夠自動去調整，還可以對時鐘模塊進行設置12h或者是24h計時方式。單片機通過簡單的串行接口就可以與時鐘模塊進行連接與通信。

4 系統軟件設計

本系統采用C語言程序編寫，編程環境使用的是KEIL C51。本系統進行程序設計時，為了使程序調試簡單方便，將總體程序按照功能分成多個模塊，共分為主程序、無線通信程序、打印程序、語音叫號程序、顯示程序和實時時鐘程序六部分。系統工作時，由主程序循環調用其它模塊程序來共同實現系統的各個功能。

系統工作時，先進行硬件初始化，單片機通過DS1302實時時鐘模塊獲取到當前時間和日期，并把當前時間顯示到液晶屏幕上，進行按鍵檢測，當返回鍵按下時，進行當前時間設定，通過上翻和下翻按鍵控制時間數字的增加和減少。當取號鍵（確認鍵）按下時，主機向微型熱敏打印機通過串口發送打印信息的指令，微型熱敏打印機進行打印號票。

配置無線通信模塊接收模式，當主機通過無線通信模塊收到呼叫器的指令，主機向顯示模塊發送當前排隊信息，液晶屏幕進行顯示當前排隊信息，并向語音叫號模塊發送語音播報地址，語音叫號模塊驅動喇叭進行語音播報。隨后循環初始化之后的過程，若是系統不掉電或復位，系統會一直循環工作，保持正常的運行。主程序流程圖如圖3所示。

圖3 程序流程圖

結論：本文設計的校園財務中心自動排隊叫號系統以51單片機為控制核心，可實現自動排隊發號、語音叫號、顯示排隊信息、打印號票等功能，打印號票信息包含當前日期時間、排隊序號、前面等待人數和溫馨提示等。本系統的自動排隊叫號功能相比于傳統的人工站立式排隊提高了辦理業務的效率，提供安靜舒適的營業環境。可有效避免排隊插隊，排錯隊等現象發生，影響辦公環境。系統主機與呼叫器之間采用無線通信方式，更加簡便了安裝擺放本系統，使用靈活性大大提高。語音叫號實時提醒師生及時辦理業務，使師生服務變的更加人性化，彰顯出了客戶至上的服務宗旨。