武一，高超

（河北工業(yè)大學(xué) 信息工程學(xué)院，天津 300401）

排隊(duì)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(jì)一款模擬人工叫號(hào)過程，通過取號(hào)、進(jìn)隊(duì)、等待、叫號(hào)服務(wù)等功能代替人們站隊(duì)辛苦的排隊(duì)管理系統(tǒng)一直以來都是公共服務(wù)部門的迫切需求[1]。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(jī)的，此傳統(tǒng)模式占用PC機(jī)僅用于實(shí)現(xiàn)觸摸屏觸摸取號(hào)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(diǎn)，文中系統(tǒng)采用性能強(qiáng)大、價(jià)格低廉的單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)綜合管理和控制，設(shè)計(jì)并研制出體積小、結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、維護(hù)操作方便、性價(jià)比較高的排隊(duì)管理系統(tǒng)，文中介紹了該排隊(duì)管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及控制原理，并重點(diǎn)闡述了該排隊(duì)系統(tǒng)的組成及軟、硬件設(shè)計(jì)方案。

1 排隊(duì)管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能

排隊(duì)管理系統(tǒng)由主顯示屏、語音單元、打印機(jī)及通信模塊組成[3-5]，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(jī)，由主機(jī)系統(tǒng)的P0口控制打印機(jī)和語音叫號(hào)功能的實(shí)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(hào)按鍵的不同對不同的業(yè)務(wù)類型分別進(jìn)行計(jì)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(jī)打印出相應(yīng)的票號(hào)，之后返回主界面，當(dāng)查詢到從機(jī)有叫號(hào)請求時(shí)，系統(tǒng)將控制語音播報(bào)單元播放相應(yīng)的語音提示信息。同時(shí)相應(yīng)從機(jī)的LED顯示屏顯示將要受理的顧客號(hào)。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Structure diagram of system

2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 顯示模塊設(shè)計(jì)

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。

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

在模塊初始化階段，需要進(jìn)行功能設(shè)定，本次設(shè)計(jì)將其設(shè)為8－bit控制界面，基本指令集動(dòng)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(shí)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(jī)模塊設(shè)計(jì)

打印機(jī)選用POS58行式熱敏微型打印機(jī)。它的打印速度快，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，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(diǎn)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(jì)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(jī)進(jìn)行打印工作，其中/STB端連接單片機(jī)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(shí)，若/BUSY為高電平時(shí)，表示打印機(jī)忙，此時(shí)不能接受數(shù)據(jù)，如果檢測到的信號(hào)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(jī)的數(shù)據(jù)口，然后軟件置/STB端為0，因?yàn)?STB端是下降沿時(shí)允許輸入數(shù)據(jù)，延時(shí)短暫的時(shí)間后，再置/STB為1，此時(shí)數(shù)據(jù)已被讀入打印機(jī)，這樣就可以打印出相應(yīng)的內(nèi)容了。同時(shí)，當(dāng)打印機(jī)出錯(cuò)時(shí)，/ERR將被電阻上拉為高電平，本設(shè)計(jì)中將/ERR端口引腳接地。同理，/ACK引腳為低電平時(shí)表示打印機(jī)準(zhǔn)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(jì)

ISD1420是由臺(tái)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(shí)鐘麥克前置放大器自動(dòng)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(jì)主要用STC89C52的P0口控制ISD1420語音芯片的A0～A7管腳來實(shí)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(bào)的語音分段錄至存儲(chǔ)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(shí)液晶顯示屏上可以顯示出此時(shí)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(shí)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(gè)地址，由此可見一個(gè)地址足以存放0.125 s的語音，又因?yàn)榇算y行叫號(hào)機(jī)的19段語音每段延時(shí)0.5 s，0.5/0.125=4，可見為每段延時(shí)0.5 s的語音分配4個(gè)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(dāng)查詢到從機(jī)的叫號(hào)請求時(shí)，將依次呼叫：“請****號(hào)顧客到*號(hào)窗口辦理”，呼叫完畢，等待下一次呼叫請求。這樣也就實(shí)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(hào)。驅(qū)動(dòng)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(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信，即在數(shù)個(gè)單片機(jī)中，有一個(gè)是主機(jī)，其余是從機(jī)，從機(jī)要服從主機(jī)的調(diào)度、支配。本設(shè)計(jì)采用RS－485串行標(biāo)準(zhǔn)總線進(jìn)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(jī)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(gè)驅(qū)動(dòng)器和接收器。RO和DI端分別為接收器的輸出和驅(qū)動(dòng)器的輸入端，與單片機(jī)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(shí)，器件處于接收狀態(tài)；當(dāng)DE為邏輯1時(shí)，器件處于發(fā)送狀態(tài)，因?yàn)镸AX485工作在半雙工狀態(tài)，所以只用單片機(jī)的P32管腳控制這兩個(gè)引腳即可；A端和B端分別為接收和發(fā)送的差分信號(hào)端，當(dāng)A引腳的電平高于B時(shí)，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為1；當(dāng)A的電平低于B端時(shí)，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為0。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件程序[6－7]主要包括兩部分內(nèi)容，首先，將需要播報(bào)的語音信息儲(chǔ)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(jìn)制的形式顯示出來，由單片機(jī)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(hào)功能按鍵按下時(shí)，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(shí)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(shí)，便可以用軟件控制P0口的地址加4，因?yàn)镻0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(shí)把地址轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)

在液晶屏上顯示。按照這個(gè)方法如果哪段音沒有錄好，則可以由按鍵控制單片機(jī)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(hào)部分和打印部分綜合起來了，這樣就構(gòu)成了一個(gè)簡單的排隊(duì)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(jié) 論

文中針對服務(wù)行業(yè)嘈雜、無序、低效的排隊(duì)問題，設(shè)計(jì)了基于STC89C52單片機(jī)的排隊(duì)管理系統(tǒng)，具有低成本、便攜化的特點(diǎn)。通過焊接電路板、調(diào)試及初步應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，表明此系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，可達(dá)到設(shè)計(jì)要求，具備一定的市場應(yīng)用潛力。

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