基于51单片机的排队机叫号系统设计Word下载.docx
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第二章排队机叫号系统的硬件电路设计4
取号机硬件电路设计4
取号输入装置电路设计4
MCU电路设计4
M-150II针式打印机电路设计6
LCD液晶显示电路设计8
窗口叫号系统硬件电路设计8
叫号输入装置电路的设计9
MCU电路的设计9
窗口LED显示屏电路10
主控电路硬件电路设计12
语音及大厅显示硬件电路设计13
语音部份电路设计13
LCD显示部份电路设计15
MCU电路设计15
无线通信部份硬件电路设计15
第三章排队机叫号系统的软件设计19
取号机软件设计19
设计流程图19
M-150II打印机部份19
LCD12864驱动部份24
窗口叫号系统软件设计30
设计流程图30
LED显示部份30
MCU主控部份32
大厅语音及LCD显示部份33
设计流程图33
语音系统部份34
主控系统软件设计39
第四章系统设计总结分析42
设计的有效性42
排队机叫号系统的应用前景43
参考文献44
致谢45
附录146
附录251
摘要
随着经济的迅速进展，业务数量也迅速增多扩展，以营业大厅为代表的窗口行业，大量客户的拥堵排队已成了这些网点改善效劳品质、提升自身形象的障碍，幸免一些没必要要的麻烦和冲突。
日常研究调查统计发觉，没有任何组织治理的排队是最能阻碍客户心情的因素。
有关统计发觉，客户等待10分钟以上，开始显现急躁；
大于20分钟后会显现烦感；
若是若是超出40分钟，专门大部份人会因为动气而离开。
但排队又是不可幸免的，若是让等待的时刻变成一段宝贵的休闲时刻，那么可在必然程度上有效地降低客户的焦虑情绪。
本文分析了国内外关于排队解决方案的利弊，通过总结最终提出自己的观点。
而后论述了基于51单片机的排队机叫号系统的实现原理，并针对整个系统的硬件结构和软件设计作出了现实可行的方案，并完成了实际模型的制作。
该系统的设计通过取号实现了公平的前后顺序排队，幸免了因插队、抢队引发的摩擦；
关键字：
单片机、打印机、无线通信、语音系统
QueuenumbercallingsystemdesignBasedon51MCU
Abstract
Withtherapiddevelopmentoftheeconomy,businessvolumealsoincreasedrapidlyextendedtothebusinesshall,astherepresentativeofthewindowindustry,alargenumberofcustomersqueuinghasbecomecrowdedtheseoutletstoimproveservicequality,enhancetheirimagebarriers,effectivelyreduceandavoidtheemployeesandcustomersoftheconflict.Behavioralscientistsfound,jumpingthequeueistheimpactofcustomerserviceisoneofthemainreasons.Theresultsshowthat,formorethan10minutes,emotionalimpatienttostart;
morethan20minutesthenbeginstoannoy;
morethan40minutes,oftenangryandleave.Butqueueingisinevitable,ifthewaitingtimeisarareleisuretime,areinacertainextentcaneffectivelyreducetheclient'
sanxiety.
Thispaperanalyzestheexternaladdressqueueontheissueofthestatusquo,analysisoftheadvantagesanddisadvantagesofvariousmethods,andproposesownopinion.Thendiscussesthe51basedonthequeuenumbercallingsystemfortherealizationoftheprinciple,andthehardwarestructureofthesystemandthedesignofsoftwaretomakefeasiblesolution,andcompletedtheactualmodelmaking.
Thedesignofthesystembytakingthenumberofthefairorderline,avoidsthequeue,grabtheteamcausedbyfriction;
Keywords:
singlechipmicrocomputer,printer,wirelesscommunication,voicesystem
第一章绪论
引言
近几年，伴随着科学技术的飞速发展和人们消费水平的提高，各行各业尤其是以企业的营业厅的效劳质量竞争愈来愈大。
愈来愈多的企业将营业厅的服务态度和效劳质量看成一个企业的整体的形象，而且这一做法也深受消费者的喜爱和认可，而营业厅的效劳窗口正是作为企业形象的要紧表现形式之一。
经济增加无疑会增加企业的效劳增加,营业厅的排队问题也加倍的突出。
长时刻以来，人们在医院、银行、移动、国企、个企等效劳窗口拥堵、混乱地排队等待，有时需要等候好几个小时，这似乎已经成为很常见的情形，极大地影响了消费者的心情。
关于营业厅的效劳质量差，愈来愈多的人感觉到不中意，因此提高营业厅的服务质量、解决因排队带来的疲劳、烦感、创造加倍高效、人性化服务环境已成为当前急需解决的现实问题。
设计智能轻松的排队服务系统，解决因排队引发的各类问题，显得尤其重要，因此本文针对以上问题设计了一套基于51单片机的排队机叫号系统。
本系统能够真正模拟人们的排队过程，通过叫号的顺序给出相应的业务号码，通过叫号的形式来一次同意效劳，而在这期间人们能够在等候室等候，等候室提供座椅和报纸期刊，舒缓顾客等待的急噪情绪，令人们人们能够舒适的等候排队，真正做到了高科技化效劳体系。
本文基于51单片机的排队叫号系统，由取号机、客户效劳窗口、大厅显示叫号和主机部份组成，有LCD大屏幕，能够显示客户被呼唤的信息，让客户明白何时被叫到去办理业务，另外还有语音提示客户，简单方便的实现了排队机叫号系统。
排队系统的功能简介
系统的流程图
以下图为排队叫号系统的整个流程如图1-2-1：
图1-2-1排队叫号系统的整个流程
整个进程井然有序，大大提高了工作的效率，真正的做到了科技的人性化。
取号
取票进程是指客户进入营业厅以后，从取号机上获取自己相应的排队小票的进程。
本系统中采纳按键输入信息，客户在确信自己的业务类型以后，通过按键输入自己的业务类型，MCU接收到输入的信息后，会在对应的业务类型所排队的人数上面自动加1，并将最终的号码、前面还有多少人在排队、日期、时刻等信息发送至M-150II打印机，进行小票的打印，最后打印完毕，客户拿到小票到等候室等候呼唤自己的号码。
在此期间取票机遇通过NRF24L01无线通信的方式将客户方才打印的小票信息发送到主机，主机收到数据后并作出应答，现在取票机预备下一次的取号。
因为此部份的MCU采纳1T的单片机作为核心，因此整个进程什么的迅速，加倍的提高了工作效率。
客户拿到的小票上面显示当前日期、时刻、排队号码、和前面有多少人在排对等信息。
排队
客户在领取自己的排队小票以后，进入等候室等候叫号。
为了加倍人性化的效劳于客户，企业能够在等候区设置座椅，提供报纸、书刊，放置公司的相关业务介绍，增加客户等候时的趣味性的同时，还能够让客户加倍的了解本公司的业务类型，可谓一箭双雕。
叫号
叫号是指通知客户到相应的窗口进行效劳的进程。
叫号有两种变现形式，一种通过语音呼唤客户到相应的窗口进行效劳；
另一种方式是通过大厅的LCD显示屏显示“请xxx号到xx窗口”，与此同时窗口也会显示相应客户“xxx”号码，客户能够直观的找到自己相应的办理窗口。
此进程有效地幸免了因拥堵带来的一系列问题。
第二章排队机叫号系统的硬件电路设计
取号机硬件电路设计
取号机硬件电路包括打印机、LCD液晶、无线通信、按键、MCU五部份组成。
取号输入装置电路设计
按键输入电路如图2-1-1：
图2-1-1按键电路
本文的设计中提供了3个按键，别离对应3中不同的业务类型，客户在选择效劳类型的时候，只需要按一下对应的按键即可完成取号进程的所有操作，简单易懂。
MCU电路设计
取号机部份采纳宏晶公司出款的STC12C5410AD1T单片机作为主控芯片，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，兼容传统的8051数据指令代码，但提高了8-10倍的速度。
内部利用了MAX810专用复位电路。
程序存储空间10K，片上集成512字节RAM。
STC12C5410AD系列单片机的内部结构如图2-1-2所示，包括中央处置器（CPU）、程序存储器（Flash）、数据存储器（SRAM）、按时计数器、UART串口、I/O接口、高速AD转换、SPI接口、PCA、看门狗及片内R/C震荡器和外部晶振体振荡电路等模块。
图2-1-2STC12C5410AD系列单片机的内部结构图
STC12C5410AD数据存储器EEPROM。
单片机内集成了EEPROM是独立的，与程序空间是相互独立的，利用ISP/IAP技术可将内部Flash存储器用作EEPROM，能够重复读写10万次以上，EEPROM拥有很多独立的扇区，每一个有512字节，在利历时，放在同一个扇区内的数据必需一块擦写，能够不用满，整体是按一个扇区一个扇区的擦出的。
本设计顶用EEPROM来存储一些在应用进程中需要修改且掉电不丢失的参数数据，在程序中能够对EEPROM进行字节的读写操作。
MCU外围电路设计如图2-1-3：
图2-1-3单片机最小系统
M-150II针式打印机电路设计
本设计中利用EPSON的M-150II针式微型打印机。
针式微型打印机是市面上通用的微型打印机，我国很早之前就已经有效EPSON打印头研发生产产品。
微型打印机构造很简单简单、利用的历史也长、性价比高、能耗比较少。
最进几年经济快速的进展，也专门大的提高了微型打印机的性能，而且愈来愈专业化，此刻的很多工业等仪表均采纳微型打印机。
它扮演的角色也越发的重要。
微型打印机的利用，令人们能够很方便的保留要利用的数据，而不易于丢失。
凭借着价钱低廉的优势，微型打印机占据的市场也日趋扩大开来。
拥有专门好的前景。
EPSONM-150II微型打印机机芯要紧由直流电机（Motor）、测速感应线圈（TimingDetector）、干簧管复位开关（ResetDetector）、电磁打印针（PrintSolenoid）ABCD、色带、与电机连接的滑槽轮和蜗杆等部份组成。
终端分派如图2-1-4所示：
图2-1-4M-150II打印机终端分派
M-150II打印机一行可打印96个点，假设英文字符采纳5乘7点阵的话，那么一行可打印16个字符，打印速度为1行/秒，它采纳45MM宽的一般打印纸打印，日常保护和改换较方便。
它的靠得住利用寿命为500000行，体积很小，为乘乘，重量只有60g，超级适用于安装在取号机内部。
打印机驱动电路原理如图2-1-5所示：
图2-1-5打印机驱动电路
LCD液晶显示电路设计
为了加倍人性化的设计取号机，本设计中此部份加入了LCD12864液晶显示，要紧用于显示客户小票上的信息和一下必要的设置菜单。
具体的驱动电路如图2-1-6所示：
图2-1-612864液晶驱动电路
窗口叫号系统硬件电路设计
窗口叫号系统由输入装置、LED显示屏、无线通信、MCU部份。
本系统要紧负责完成由营业员操作，通过按键能够来选择呼唤下一名客户或重复呼唤当前的客户。
于此同时无线通信模块会将呼唤的客户信息及时的发送到主控端，进行数据处置。
客户听到语音呼唤或大屏幕上显示的号码以后就会前来办理业务。
十分的简单方便。
叫号输入装置电路的设计
按键输入装置电路为两个按键，一个负责呼唤下一名客户，一个负责重复呼唤，身份的简单靠得住。
电路如图2-2-1所示：
图2-2-1按键输入电路
MCU电路的设计
此部份电路的MCU采纳了和取号机部份相同的STC12C5410AD单片机，使得代码的编写和移植更为的方便。
具体的关于MCU单片机的详细内容请参考章节的内容，此处不作详细介绍，电路原理图如以下图2-2-2所示：
图2-2-2窗口叫号系统MCU电路
窗口LED显示屏电路
市面上已有的相关的产品的显示屏多采纳3英寸点阵显示屏或3英寸数码管显示屏，各有利弊，点阵式显示屏能够显示汉字、字幕、数字，比较随意灵活，可是亮度不是很高，关于亮度要求很高的场合不太适合；
数码管显示屏，只能显示数字或字幕，不能显示汉字，可是数码管亮度高，颜色饱满红润，看上去比较舒畅。
总之各有利弊。
本设计中采纳了数码管显示屏，应为其电路简单，易于操控，加倍的节约本钱。
采纳了英寸共阴极高亮红色4位8段数码管。
采纳动态扫描的方式显示客户的号码。
数码管的驱动电路采纳了74HC573来增加电流，驱动数码管的段。
关于位选直接用单片机的IO来驱动，达到稳固显示的目的下，几乎用了最简单的方式来驱动电路。
数码管大体参数如图2-2-3所示，数码管驱动电路如图2-2-4所示。
图2-2-3数码管大体参数
图2-2-4窗口LED显示驱动电路
主控电路硬件电路设计
主控MCU在整个的系统中充当着最重要的角色，他在整个系统中起到了系统宏观调剂的作用，第一主控电路要通过曲线通信接收来自取号机的数据，将客户的取号存入系统当中，同时主控电路还要实时接收来自效劳窗口的数据，本系统中设有3个效劳窗口，别离对应3种不同的业务。
关于来自窗口的请求数据，主控芯片接收后当即处置，判定以后将对应的客户号码发送到效劳窗口和大厅的显示屏及语音系统。
壮大的通信及数据处置就要求主控MCU要有壮大的处置能力，才能时刻维持整个系统的运行畅通，可不能显现数据丢失或发生错误等现象。
因此本系统中主控电路采纳的是STC公司出款的STC12C5A60S21T单片机。
STC12C5A60S21T单片机，是STC出款的单时钟/机械周期（1T）的单片机，是高速/低功耗/高抗干扰的新型8051单片机，兼容传统全数的8051的指令代码，但提高了8-10倍的速度。
内部拥有MAX810专用的复位电路，2路PWM。
程序存储空间60K；
片上集成1280字节RAM；
且具有双串口可同时通信。
STC12C5A60S2系列单片机的内部结构如图2-1-2所示，包括中央处置器（CPU）、程序存储器（Flash）、数据存储器（SRAM）、按时计数器、UART串口、I/O接口、高速AD转换、SPI接口、PCA、看门狗及片内R/C震荡器和外部晶振体振荡电路等模块。
内部结构图如图2-3-1所示。
系统时钟源采纳外部晶振，极大地提高了系统的数据处置速度，使得系统的处置速度加倍速速，能够快速收发无线通信，并能够快速处置数据信息。
是系统变得加倍敏捷迅速。
壮大的硬件支持，是系统的整个运行流畅完美。
图2-3-1STC12C5A60S2单片机内部结构图
STC12C5A60S2外围电路如图2-3-2所示：
图2-3-2STC12C5A60S2外围电路
语音及大厅显示硬件电路设计
语音模块采纳的是ISD公司的ISD4004芯片。
ISD4004语音芯片由美国ISD公司推出，芯片内部高度的集成化，振荡器、滤波器、除噪音、防大功率等均集于一体，仅仅需要几个外围电路就能够够组成一个很壮大的语音录制播放的系统。
通信方式采纳SPI串行接口输入。
采样频率可分为八、、、4KHZ，与所能录制的时刻成反比，与音质成正比。
芯片存储器内的数据更是能够保留100年在短点的情形下，而且能够录制10次左右而不损坏。
市场上很多的电子产品均在采纳此款芯片。
显示部份采纳的是LCD12864液晶显示，因为距离客户距离很进，如此能够加倍直观形象的将信息传递给每一个客户。
LCD12864液晶能够显示汉字、字母、数字符号等，如此就能够够利用液晶同时显示4个客户的信息，别离占据一行，这儿样客户就能够够提早看到自己被呼唤的相关信息。
语音部份电路设计
语音电路部份包括话筒输入部份、放音部份，还有语音芯片。
语音输入部份采纳的是咪头话筒，该话筒体积小便于调试安装，内部电路如图2-4-1所示：
图2-4-1咪头话筒内部电路
咪头话筒技术参数资料如以下图2-4-2所示：
图2-4-2咪头话筒技术参数
ISD4004系列语音芯片ISD4004-0八、ISD4004-10、ISD4004-1二、ISD4004-16共4款不同的芯片，每种芯片的具体参数如以下图2-4-3所示：
图2-4-3ISD4004系列芯片参数
本设计中采纳的是ISD4004-08芯片，8分钟即可知足设计的需求，ISD4004-08芯片能够分为2400段存储空间，即最多能够录制2400段录音，也能够持续的录音，读取每一段的其实地址即可放音。
驱动电路见以下图2-4-4所示电路：
图2-4-4ISD4004驱动电路
电路中关于ISD4004语音输入的MIC接口电路做了去耦滤波的处置，使得输入的声音信号加倍清新平稳，尽可能减噪音的阻碍。
放音电路采纳了LM386芯片放高声音信号，使得输出的电压信号能够驱动较大点的喇叭，省的声音更大更清楚，成效更好。
LCD显示部份电路设计
此部份的电路设计与取号机部份的显示电路相同，具体电路及内容请参考章节的内容。
此处不作重复声明。
MCU电路设计
此部份的MCU为主控电路的MCU所操纵，详情见主控电路MCU的具体参数说明及其电路。
无线通信部份硬件电路设计
此节的无线通信部份为取号机、窗口、主控电路部份一起所有。
本文设计的无线通信系统采纳的是NRF24L01无线通信模块。
极低的电流消耗：
若是工作在正常模式下，发射的功率会为-6dBm的时候，电流会为9mA，接收的时候有。
工作在掉电模式与待机模式的时候会更低。
大体参考数据如图2-4-5所示：
图2-4-5NRF24L01大体参数
NRF24L01模块拥有6个独立的通道，在接收状态下，NRF24L01能够收到6个通道的信号，见图2-4-6所示，每一个信号通道必需利用互不相同的地址，能够公用相同的数据频道，相当于6个发送的模块对应一个接收的模块能够实现。
只有通道0拥有能够设置为40位自身地址通道。
1~5信号通道仅仅拥有8位自身和32位公用地址，但所有的数据通道都能够通过软件设置为增强型。
NRF24L01在收到某个通道的数据后会记录地址，紧接着会以此地址为应答地址发送应答信号。
发送数据端，信号通道0会被用作接收应答信号，因此，同意不发生错误，通道0要与发送端的地址相同，如此才能保证正常的运行。
图2-4-6NRF24L01接收发送对应关系
NRF24L01的外围驱动电路如以下图2-4-7所示：
图2-4-7NRF24L01电路
NRF24L01芯片的工作电压为，IO能够直接输入5V电压，因此IO口能够直接与单片机的IO口相连，关于工作电压，本文设计中利用的是通用的工作电压，采纳的是稳压芯片，具体的稳压转换电路如以下图2-4-8所示：
图2-4-8AMS1117稳压电路
最后整个系统的5V电源均由5V开关电源提供，电流为2A，方便利用和移动。
第三章排队机叫号系统的软件设计
软件部份的代码编写本设计中采纳了C语言，简单明了，而且移植很方便，采纳的编程软件为keil4，一共分为4个大的部份：
取号机部份代码、窗口叫号部份代码、主控+语音液晶显示部份代码、无线通信部份代码。
取号机软件设计
取号机代码的编写能够分为三个部份：
打印机驱动部份、液晶显示驱动部份、无线通信部份，无线通信部份详情见附录1。
设计流程图
本文在设计之前，对此部份做了流程图计划，具体内容如以下图3-1-1：
图3-1-1取号机软件设及流程
M-150II打印机部份
打印5×
7点阵字符的时序图如图3-1-2所示，第一由脉冲宽度为按时信号Tn—Tn+1的打印脉冲Pn鼓励打印针A工作，然后由脉冲宽度为按时信号Tn+1—Tn+2的打印脉冲Pn+1鼓励打印针B工作，一样的打印针C被打印脉冲Pn+2鼓励工作，打印针D被打印脉冲Pn+3鼓励工作，接着打印针A再次被打印脉冲Pn+4所鼓励。
依照如此的规律，打印针A、B、C、D依次被持续的打印脉冲所鼓励，直到完成打印任务。
图3-1-2打印机时序图
驱动程序及注释如下：
#include<
>
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
#defineASCSTART0X20
#defineHEAD4
#defineLET_PER_HEAD4
#defineVOL_PER_LET6
#defineLINE9
ucharprint_at_0x7fff;
ucharLetBuf[HEAD][LET_PER_HEAD];
ucharPrtBuf[HEAD][LET_PER_HEAD];
/*-------------------------------------------------------------------------
源文件/文字:
!
\"
#$%&
\'
（）*+,-./09:
;
<
=>
?
@ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ[\\]
^_`abcdefghijklmnopqrstuvwxyz{|}u
宽×
高（像素）:
570×
8
字模格式/大小:
单色点阵液晶字模，纵向取模，字节倒序/570字节
数据转换日期:
02-8-139:
44:
55
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