基于STC單片機的排隊管理系統(tǒng)的設(shè)計

摘要：為改善營業(yè)窗口的服務(wù)質(zhì)量和工作效率，解決枯燥無序的排隊問題，采用STC89C52單片機控制語音芯片、打印機、LCD顯示屏來模擬人工叫號過程，完成號碼的打印、存儲、顯示及播報工作；采用MAX485擴展RS-485總線接口，實現(xiàn)分布式串行通信。該系統(tǒng)能滿足簡單的排隊需求，具有開發(fā)成本低，占用空間小等優(yōu)點，有較好的市場應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞：排隊管理系統(tǒng)；STC單片機；語音芯片；串行通信

    排隊問題是銀行、醫(yī)院、工商、稅務(wù)、電信等行業(yè)普遍存在的問題、設(shè)計一款模擬人工叫號過程，通過取號、進隊、等待、叫號服務(wù)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(wù)部門的迫切需求。然而，現(xiàn)在市場上主流產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)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，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(shè)計并研制出體積小、結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(shè)計方案。

1 排隊管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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，具體結(jié)構(gòu)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(wù)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(wù)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(yīng)的票號，之后返回主界面，當(dāng)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(yīng)的語音提示信息。同時相應(yīng)從機的LED顯示屏顯示將要受理的顧客號。

2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計
2．1 顯示模塊設(shè)計
    液晶顯示器選用北京青云公司生產(chǎn)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(diào)節(jié)顯示區(qū)域的底色。

    在模塊初始化階段，需要進行功能設(shè)定，本次設(shè)計將其設(shè)為8-bit控制界面，基本指令集動作，設(shè)置其為整體顯示，清DDRAM添滿“20H”并設(shè)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(shè)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(yīng)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(diào)整字符的行間距。本設(shè)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(dāng)打印功能鍵按下，并用業(yè)務(wù)選擇功能鍵選擇了需要打印的業(yè)務(wù)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(yīng)的內(nèi)容了。同時，當(dāng)打印機出錯時，／ERR將被電阻上拉為高電乎，本設(shè)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(shè)計
    ISD1420是由臺灣華邦(winbond)公司開出發(fā)的典型的單片高質(zhì)量短周期語音錄放集成電路，采用CMOS工藝、內(nèi)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(shè)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(jié)束錄音。按放音鍵可檢查音質(zhì)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，義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。

    在主程序中．當(dāng)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(qū)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。
2．4 串口通信
    系統(tǒng)采用總線型主從式結(jié)構(gòu)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(diào)度、支配。本設(shè)計采用RS-485串行標(biāo)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(zhuǎn)換為RS-485電平。
    MAX485芯片的結(jié)構(gòu)和引腳都非常簡單，內(nèi)部含有一個驅(qū)動器和接收器。RO和D1端分別為接收器的輸出和驅(qū)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(dāng)／RE為邏輯0時，器件處于接收狀態(tài)：當(dāng)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(dāng)A引腳的電平高于B時，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為1；當(dāng)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(shè)計
    系統(tǒng)軟件程序主要包括兩部分內(nèi)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(zhì)量，我們結(jié)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(dāng)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(dāng)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(dāng)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(yīng)的加4，同時把地址轉(zhuǎn)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(gòu)成了一個簡單的排隊管理系統(tǒng)，程序流程圖如圖5所示。

4 結(jié)論
    文中針對服務(wù)行業(yè)嘈雜、無序、低效的排隊問題，設(shè)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(diào)試及初步應(yīng)用實驗，表明此系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，可達到設(shè)計要求，具備一定的市場應(yīng)用潛力。