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 彭 沖

為了解決校園財務(wù)中心窗口服務(wù)自動排隊的問題，本文設(shè)計了一種校園財務(wù)中心自動排隊叫號系統(tǒng)。系統(tǒng)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(tǒng)測試表明，主控制器協(xié)調(diào)其他模塊共同實現(xiàn)了自動排隊叫號系統(tǒng)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(shù)與通信技術(shù)，電子技術(shù)等飛速發(fā)展，排隊機在現(xiàn)代社會的各行各業(yè)都有應(yīng)用，如銀行、保險等金融行業(yè)營業(yè)大廳，移動、聯(lián)通、電信等通信行業(yè)營業(yè)大廳，醫(yī)院、工商、稅務(wù)、郵政、機場、餐飲等營業(yè)大廳。智能排隊系統(tǒng)的功能與結(jié)構(gòu)也日益完善和豐富。目前，市場上的智能排隊系統(tǒng)除了已經(jīng)實現(xiàn)最基本的功能。如自動根據(jù)客戶選擇的服務(wù)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(tǒng)已在有線的方式基礎(chǔ)上發(fā)展到無線排隊系統(tǒng)。電子排隊技術(shù)將被更多用戶所接受，成為必備設(shè)施之一。本文設(shè)計的校園財務(wù)中心自動排隊叫號系統(tǒng)以51單片機為控制核心，結(jié)合微型熱敏打印機，完成校園財務(wù)中心自動排隊叫號系統(tǒng)硬件電路設(shè)計和單片機系統(tǒng)軟件編程，實現(xiàn)自動排號、叫號功能。設(shè)計系統(tǒng)的主機和呼叫器硬件電路，包括有單片機的最小系統(tǒng)電路、語音叫號電路、無線通信電路和電源等電路。編制系統(tǒng)軟件實現(xiàn)自動排隊發(fā)號、語音叫號、LCD屏幕顯示等功能。

1 自動排隊叫號系統(tǒng)的設(shè)計要求

以51單片機系統(tǒng)為控制核心，結(jié)合微型熱敏打印機，完成校園財務(wù)中心自動排隊叫號系統(tǒng)硬件電路設(shè)計和單片機系統(tǒng)軟件編程，實現(xiàn)自動排號、叫號功能。設(shè)計系統(tǒng)的主機和呼叫器硬件電路，包括單片機最小系統(tǒng)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(tǒng)軟件實現(xiàn)自動排隊發(fā)號、語音叫號、LCD屏幕顯示等功能。達到下列系統(tǒng)要求及指標：

（1）系統(tǒng)具有根據(jù)業(yè)務(wù)類型（3種：縱向科研、橫向科研、綜合業(yè)務(wù)）自動排隊發(fā)號、語音叫號、LCD屏顯示功能。

（2）系統(tǒng)具有呼叫、暫停、警報、重呼、等候等多種操作功能。

（3）系統(tǒng)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(shù)。

2 自動排隊叫號系統(tǒng)的總體設(shè)計

本系統(tǒng)采用51單片機作為系統(tǒng)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(tǒng)主機上的叫號按鍵，系統(tǒng)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(yè)務(wù)的取號排隊，財務(wù)處工作人員通過呼叫器與主機進行通信，進而實現(xiàn)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(tǒng)的主控制芯片，和其他模塊協(xié)同完成并實現(xiàn)任務(wù)要求。師生通過按下系統(tǒng)主機上的叫號按鍵，系統(tǒng)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(yè)務(wù)的取號排隊，財務(wù)處工作人員通過呼叫器與主機進行通信。

圖1 系統(tǒng)總體框圖

當財務(wù)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(fā)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(fā)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(guān)業(yè)務(wù)窗口辦理業(yè)務(wù)，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(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，再次語音播報來提醒師生辦理業(yè)務(wù)，呼叫器上還設(shè)有暫停、警報、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、顯示模塊、語音叫號模塊和時鐘模塊供電。5V直流電經(jīng)過電容濾波再經(jīng)過穩(wěn)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(tǒng)的硬件設(shè)計

以STC12C5A60S2單片機為核心的校園財務(wù)中心自動排隊叫號系統(tǒng)，系統(tǒng)硬件主要由51單片機作為系統(tǒng)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(gòu)成。該系統(tǒng)的工作方式為：師生通過按下系統(tǒng)主機上的叫號按鍵，系統(tǒng)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(yè)務(wù)的取號排隊，財務(wù)處工作人員通過呼叫器與主機進行通信。當財務(wù)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(fā)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(fā)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(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 單片機控制模塊的設(shè)計

系統(tǒng)使用的單片機是宏晶科技公司生產(chǎn)的STC12C5A60S2芯片。具有處理速度快、功耗低、抗干擾能力強的特點，是新一代的8051兼容單片機，但是速度比傳統(tǒng)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(diào)試程序下載。

3.2 無線通信模塊設(shè)計

無線通信模塊設(shè)計中采用了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

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。利用該模塊接口靈活和簡單的操作指令，可構(gòu)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(shè)計

該模塊的設(shè)計是為了實現(xiàn)自動排隊叫號系統(tǒng)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(xiàn)重復(fù)擦除和燒寫，根據(jù)需要實現(xiàn)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?qū)虞d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(shè)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(shè)置一下語音模塊控制的模式，并且設(shè)置音頻和BUSY的輸出模式，接著將音頻裝載區(qū)的語音文件添加到對應(yīng)的地址語音編輯區(qū)，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(shè)計

DS1302時鐘模塊是由DALLAS公司生產(chǎn)，它是一個涓流充電時鐘芯片內(nèi)含有一個實時時鐘日歷和31字節(jié)的靜態(tài)RAM。實時時鐘模塊采用DS1302時鐘日歷芯片，可以為系統(tǒng)提供年份、月份、日、時、分、秒等時間信息，以及每個月份的天數(shù)和閏年的天數(shù)能夠自動去調(diào)整，還可以對時鐘模塊進行設(shè)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(tǒng)軟件設(shè)計

本系統(tǒng)采用C語言程序編寫，編程環(huán)境使用的是KEIL C51。本系統(tǒng)進行程序設(shè)計時，為了使程序調(diào)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(tǒng)工作時，由主程序循環(huán)調(diào)用其它模塊程序來共同實現(xiàn)系統(tǒng)的各個功能。

系統(tǒng)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(shè)定，通過上翻和下翻按鍵控制時間數(shù)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(fā)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(fā)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(fā)送語音播報地址，語音叫號模塊驅(qū)動喇叭進行語音播報。隨后循環(huán)初始化之后的過程，若是系統(tǒng)不掉電或復(fù)位，系統(tǒng)會一直循環(huán)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(jié)論：本文設(shè)計的校園財務(wù)中心自動排隊叫號系統(tǒng)以51單片機為控制核心，可實現(xiàn)自動排隊發(fā)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(shù)和溫馨提示等。本系統(tǒng)的自動排隊叫號功能相比于傳統(tǒng)的人工站立式排隊提高了辦理業(yè)務(wù)的效率，提供安靜舒適的營業(yè)環(huán)境?？捎行П苊馀抨牪尻?，排錯隊等現(xiàn)象發(fā)生，影響辦公環(huán)境。系統(tǒng)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(tǒng)，使用靈活性大大提高。語音叫號實時提醒師生及時辦理業(yè)務(wù)，使師生服務(wù)變的更加人性化，彰顯出了客戶至上的服務(wù)宗旨。