遼寧大學(xué)信息學(xué)院 張涵婷

遼寧工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院 曹洪奎 徐志強(qiáng) 彭 沖

為了解決校園財(cái)務(wù)中心窗口服務(wù)自動(dòng)排隊(duì)的問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了一種校園財(cái)務(wù)中心自動(dòng)排隊(duì)叫號(hào)系統(tǒng)。系統(tǒng)以STC12C5A60S2單片機(jī)為控制核心，包括主控制器模塊、無(wú)線通信模塊、語(yǔ)音叫號(hào)模塊、LCD顯示模塊、信息打印模塊、按鍵模塊和電源模塊。系統(tǒng)測(cè)試表明，主控制器協(xié)調(diào)其他模塊共同實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)排隊(duì)叫號(hào)系統(tǒng)的打印號(hào)票、語(yǔ)音叫號(hào)、排隊(duì)信息顯示和無(wú)線通信等功能。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)，電子技術(shù)等飛速發(fā)展，排隊(duì)機(jī)在現(xiàn)代社會(huì)的各行各業(yè)都有應(yīng)用，如銀行、保險(xiǎn)等金融行業(yè)營(yíng)業(yè)大廳，移動(dòng)、聯(lián)通、電信等通信行業(yè)營(yíng)業(yè)大廳，醫(yī)院、工商、稅務(wù)、郵政、機(jī)場(chǎng)、餐飲等營(yíng)業(yè)大廳。智能排隊(duì)系統(tǒng)的功能與結(jié)構(gòu)也日益完善和豐富。目前，市場(chǎng)上的智能排隊(duì)系統(tǒng)除了已經(jīng)實(shí)現(xiàn)最基本的功能。如自動(dòng)根據(jù)客戶(hù)選擇的服務(wù)類(lèi)型打印票號(hào)，通過(guò)計(jì)算機(jī)自動(dòng)分流排隊(duì)呼叫與保留重呼的。智能排隊(duì)管理系統(tǒng)已在有線的方式基礎(chǔ)上發(fā)展到無(wú)線排隊(duì)系統(tǒng)。電子排隊(duì)技術(shù)將被更多用戶(hù)所接受，成為必備設(shè)施之一。本文設(shè)計(jì)的校園財(cái)務(wù)中心自動(dòng)排隊(duì)叫號(hào)系統(tǒng)以51單片機(jī)為控制核心，結(jié)合微型熱敏打印機(jī)，完成校園財(cái)務(wù)中心自動(dòng)排隊(duì)叫號(hào)系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)和單片機(jī)系統(tǒng)軟件編程，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)排號(hào)、叫號(hào)功能。設(shè)計(jì)系統(tǒng)的主機(jī)和呼叫器硬件電路，包括有單片機(jī)的最小系統(tǒng)電路、語(yǔ)音叫號(hào)電路、無(wú)線通信電路和電源等電路。編制系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)排隊(duì)發(fā)號(hào)、語(yǔ)音叫號(hào)、LCD屏幕顯示等功能。

1 自動(dòng)排隊(duì)叫號(hào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求

以51單片機(jī)系統(tǒng)為控制核心，結(jié)合微型熱敏打印機(jī)，完成校園財(cái)務(wù)中心自動(dòng)排隊(duì)叫號(hào)系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)和單片機(jī)系統(tǒng)軟件編程，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)排號(hào)、叫號(hào)功能。設(shè)計(jì)系統(tǒng)的主機(jī)和呼叫器硬件電路，包括單片機(jī)最小系統(tǒng)電路、語(yǔ)音叫號(hào)電路、無(wú)線通信電路、打印通信電路和電源等電路。編制系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)排隊(duì)發(fā)號(hào)、語(yǔ)音叫號(hào)、LCD屏幕顯示等功能。達(dá)到下列系統(tǒng)要求及指標(biāo)：

（1）系統(tǒng)具有根據(jù)業(yè)務(wù)類(lèi)型（3種：縱向科研、橫向科研、綜合業(yè)務(wù)）自動(dòng)排隊(duì)發(fā)號(hào)、語(yǔ)音叫號(hào)、LCD屏顯示功能。

（2）系統(tǒng)具有呼叫、暫停、警報(bào)、重呼、等候等多種操作功能。

（3）系統(tǒng)主機(jī)與呼叫器之間采用短距離無(wú)線通信方式，通信距離≥20m。

（4）排隊(duì)號(hào)票打印信息：排隊(duì)序號(hào)、叫號(hào)時(shí)間、前面排隊(duì)人數(shù)。

2 自動(dòng)排隊(duì)叫號(hào)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用51單片機(jī)作為系統(tǒng)控制中心，分為無(wú)線通信模塊、顯示模塊、語(yǔ)音模塊、打印機(jī)通信模塊、時(shí)鐘模塊和電源模塊六部分。師生通過(guò)按下系統(tǒng)主機(jī)上的叫號(hào)按鍵，系統(tǒng)主機(jī)通過(guò)TTL串口通信微型熱敏打印機(jī)，熱敏打印機(jī)開(kāi)始打印號(hào)票，師生進(jìn)行不同業(yè)務(wù)的取號(hào)排隊(duì)，財(cái)務(wù)處工作人員通過(guò)呼叫器與主機(jī)進(jìn)行通信，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)呼叫、重呼、暫停、警報(bào)、等候等功能。

以STC12C5A60S2單片機(jī)作為排隊(duì)叫號(hào)系統(tǒng)的主控制芯片，和其他模塊協(xié)同完成并實(shí)現(xiàn)任務(wù)要求。師生通過(guò)按下系統(tǒng)主機(jī)上的叫號(hào)按鍵，系統(tǒng)主機(jī)通過(guò)TTL串口通信微型熱敏打印機(jī)，熱敏打印機(jī)開(kāi)始打印號(hào)票，師生進(jìn)行不同業(yè)務(wù)的取號(hào)排隊(duì)，財(cái)務(wù)處工作人員通過(guò)呼叫器與主機(jī)進(jìn)行通信。

圖1 系統(tǒng)總體框圖

當(dāng)財(cái)務(wù)處工作人員按下呼叫鍵，呼叫器通過(guò)NRF24L01無(wú)線通信模塊與主機(jī)進(jìn)行通信，主機(jī)接收到呼叫命令，主機(jī)向顯示模塊發(fā)送叫號(hào)信息并顯示在屏幕上，同時(shí)主機(jī)向WT588D語(yǔ)音叫號(hào)模塊發(fā)送叫號(hào)信息并語(yǔ)音播報(bào)。師生通過(guò)屏幕顯示及語(yǔ)音叫號(hào)提醒，及時(shí)到相關(guān)業(yè)務(wù)窗口辦理業(yè)務(wù)，當(dāng)呼叫鍵按下一次后，師生沒(méi)能及時(shí)聽(tīng)到語(yǔ)音播報(bào)信息的提示，沒(méi)有按時(shí)去相關(guān)窗口辦理業(yè)務(wù)，工作人員可以再次按下呼叫器上的重呼鍵，再次語(yǔ)音播報(bào)來(lái)提醒師生辦理業(yè)務(wù)，呼叫器上還設(shè)有暫停、警報(bào)、等候功能按鍵。系統(tǒng)供電由USB電源適配器輸出5V電直流電，給單片機(jī)、顯示模塊、語(yǔ)音叫號(hào)模塊和時(shí)鐘模塊供電。5V直流電經(jīng)過(guò)電容濾波再經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓管HT7133可輸出3.3V直流電，給無(wú)線通信模塊供電?？傮w框圖如圖1所示。

3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

以STC12C5A60S2單片機(jī)為核心的校園財(cái)務(wù)中心自動(dòng)排隊(duì)叫號(hào)系統(tǒng)，系統(tǒng)硬件主要由51單片機(jī)作為系統(tǒng)控制模塊、NRF24L01無(wú)線通信模塊、LCD12864顯示模塊、WT588D語(yǔ)音模塊和時(shí)鐘模塊和電源模塊構(gòu)成。該系統(tǒng)的工作方式為：師生通過(guò)按下系統(tǒng)主機(jī)上的叫號(hào)按鍵，系統(tǒng)主機(jī)通過(guò)TTL串口通信微型熱敏打印機(jī)，熱敏打印機(jī)開(kāi)始打印號(hào)票，師生進(jìn)行不同業(yè)務(wù)的取號(hào)排隊(duì)，財(cái)務(wù)處工作人員通過(guò)呼叫器與主機(jī)進(jìn)行通信。當(dāng)財(cái)務(wù)處工作人員按下呼叫鍵，呼叫器通過(guò)NRF24L01無(wú)線通信模塊與主機(jī)進(jìn)行通信，主機(jī)接收到呼叫命令，主機(jī)向顯示模塊發(fā)送叫號(hào)信息并顯示在屏幕上，同時(shí)主機(jī)向WT588D語(yǔ)音叫號(hào)模塊發(fā)送叫號(hào)信息并語(yǔ)音播報(bào)。師生通過(guò)屏幕顯示及語(yǔ)音叫號(hào)提醒，及時(shí)到相關(guān)業(yè)務(wù)窗口辦理業(yè)務(wù)。系統(tǒng)由電源模塊供電。

3.1 單片機(jī)控制模塊的設(shè)計(jì)

系統(tǒng)使用的單片機(jī)是宏晶科技公司生產(chǎn)的STC12C5A60S2芯片。具有處理速度快、功耗低、抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，是新一代的8051兼容單片機(jī)，但是速度比傳統(tǒng)8051單片機(jī)快8-12倍。擁有2路PWM、2個(gè)串口、4個(gè)定時(shí)器，同時(shí)也支持ISP在線調(diào)試程序下載。

3.2 無(wú)線通信模塊設(shè)計(jì)

無(wú)線通信模塊設(shè)計(jì)中采用了2.4GHz頻段的單片射頻收發(fā)器件NRF24L01，NRF24L01置有頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)制器等功能。

3.3 顯示模塊設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)使用LCD12864顯示屏作為顯示設(shè)備。該顯示屏配置LED背光，擁有屏幕大、電壓低、功耗低的特點(diǎn)。利用該模塊接口靈活和簡(jiǎn)單的操作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面。顯示模塊采用串口通信與單片機(jī)連接，PSB接低電平，串口時(shí)DB0--DB7無(wú)需連接，在連接單片機(jī)時(shí)，僅需連接EN、RW、RS三個(gè)引腳，僅僅占用三個(gè)IO口。

3.4 語(yǔ)音模塊設(shè)計(jì)

該模塊的設(shè)計(jì)是為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)排隊(duì)叫號(hào)系統(tǒng)排隊(duì)信息的語(yǔ)音叫號(hào)的功能，語(yǔ)音叫號(hào)模塊選用WT588D-16P語(yǔ)音模塊，它可以實(shí)現(xiàn)重復(fù)擦除和燒寫(xiě)，根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)不同的功能，能夠隨意的組合語(yǔ)音播放，功能特別強(qiáng)大。WT588D語(yǔ)音模塊有配套WT588D Voice Chip上位機(jī)操作軟件，能夠隨意變換語(yǔ)音模塊的控制模式，把需要的語(yǔ)音播放信息文件工程通過(guò)下載器下載到SPI-Flash上。軟件操作方法非常簡(jiǎn)單，擁有隨意組合語(yǔ)音的功能，盡可能的降低了在語(yǔ)音編輯上花費(fèi)的時(shí)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(yǔ)音文件；能加載采樣率為6K～22KHz的音頻文件；還能夠?qū)虞d后語(yǔ)音進(jìn)行播放試聽(tīng)功能。語(yǔ)音模塊電路圖如圖2所示。

圖2 語(yǔ)音模塊電路

工作原理：首先通過(guò)WT588D Voice Chip上位機(jī)操作軟件新建一個(gè)工程，先設(shè)置SPI-Flash存儲(chǔ)容量的大小，然后選擇需要的語(yǔ)音文件進(jìn)行裝載語(yǔ)音，再設(shè)置一下語(yǔ)音模塊控制的模式，并且設(shè)置音頻和BUSY的輸出模式，接著將音頻裝載區(qū)的語(yǔ)音文件添加到對(duì)應(yīng)的地址語(yǔ)音編輯區(qū)，最后編譯工程，再通過(guò)語(yǔ)音模塊專(zhuān)用下載器下載到SPI-Flash。

3.5 實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊設(shè)計(jì)

DS1302時(shí)鐘模塊是由DALLAS公司生產(chǎn)，它是一個(gè)涓流充電時(shí)鐘芯片內(nèi)含有一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘日歷和31字節(jié)的靜態(tài)RAM。實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊采用DS1302時(shí)鐘日歷芯片，可以為系統(tǒng)提供年份、月份、日、時(shí)、分、秒等時(shí)間信息，以及每個(gè)月份的天數(shù)和閏年的天數(shù)能夠自動(dòng)去調(diào)整，還可以對(duì)時(shí)鐘模塊進(jìn)行設(shè)置12h或者是24h計(jì)時(shí)方式。單片機(jī)通過(guò)簡(jiǎn)單的串行接口就可以與時(shí)鐘模塊進(jìn)行連接與通信。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用C語(yǔ)言程序編寫(xiě)，編程環(huán)境使用的是KEIL C51。本系統(tǒng)進(jìn)行程序設(shè)計(jì)時(shí)，為了使程序調(diào)試簡(jiǎn)單方便，將總體程序按照功能分成多個(gè)模塊，共分為主程序、無(wú)線通信程序、打印程序、語(yǔ)音叫號(hào)程序、顯示程序和實(shí)時(shí)時(shí)鐘程序六部分。系統(tǒng)工作時(shí)，由主程序循環(huán)調(diào)用其它模塊程序來(lái)共同實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的各個(gè)功能。

系統(tǒng)工作時(shí)，先進(jìn)行硬件初始化，單片機(jī)通過(guò)DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊獲取到當(dāng)前時(shí)間和日期，并把當(dāng)前時(shí)間顯示到液晶屏幕上，進(jìn)行按鍵檢測(cè)，當(dāng)返回鍵按下時(shí)，進(jìn)行當(dāng)前時(shí)間設(shè)定，通過(guò)上翻和下翻按鍵控制時(shí)間數(shù)字的增加和減少。當(dāng)取號(hào)鍵（確認(rèn)鍵）按下時(shí)，主機(jī)向微型熱敏打印機(jī)通過(guò)串口發(fā)送打印信息的指令，微型熱敏打印機(jī)進(jìn)行打印號(hào)票。

配置無(wú)線通信模塊接收模式，當(dāng)主機(jī)通過(guò)無(wú)線通信模塊收到呼叫器的指令，主機(jī)向顯示模塊發(fā)送當(dāng)前排隊(duì)信息，液晶屏幕進(jìn)行顯示當(dāng)前排隊(duì)信息，并向語(yǔ)音叫號(hào)模塊發(fā)送語(yǔ)音播報(bào)地址，語(yǔ)音叫號(hào)模塊驅(qū)動(dòng)喇叭進(jìn)行語(yǔ)音播報(bào)。隨后循環(huán)初始化之后的過(guò)程，若是系統(tǒng)不掉電或復(fù)位，系統(tǒng)會(huì)一直循環(huán)工作，保持正常的運(yùn)行。主程序流程圖如圖3所示。

圖3 程序流程圖

結(jié)論：本文設(shè)計(jì)的校園財(cái)務(wù)中心自動(dòng)排隊(duì)叫號(hào)系統(tǒng)以51單片機(jī)為控制核心，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)排隊(duì)發(fā)號(hào)、語(yǔ)音叫號(hào)、顯示排隊(duì)信息、打印號(hào)票等功能，打印號(hào)票信息包含當(dāng)前日期時(shí)間、排隊(duì)序號(hào)、前面等待人數(shù)和溫馨提示等。本系統(tǒng)的自動(dòng)排隊(duì)叫號(hào)功能相比于傳統(tǒng)的人工站立式排隊(duì)提高了辦理業(yè)務(wù)的效率，提供安靜舒適的營(yíng)業(yè)環(huán)境?？捎行П苊馀抨?duì)插隊(duì)，排錯(cuò)隊(duì)等現(xiàn)象發(fā)生，影響辦公環(huán)境。系統(tǒng)主機(jī)與呼叫器之間采用無(wú)線通信方式，更加簡(jiǎn)便了安裝擺放本系統(tǒng)，使用靈活性大大提高。語(yǔ)音叫號(hào)實(shí)時(shí)提醒師生及時(shí)辦理業(yè)務(wù)，使師生服務(wù)變的更加人性化，彰顯出了客戶(hù)至上的服務(wù)宗旨。