基于单片机的排队管理系统毕业设计Word下载.docx
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用智能的机器来模拟人群排队过程,通过取号，进队，排队等待，叫号服务等功能代替人们站队的辛苦,实现机器自动代替人排队的过程，从而解决了服务场所排队存在的拥挤、混乱等现象,同时还能利用排队系统存储的各种数据信息生成统计报表。
1.1.3排队管理系统的设计要求
当顾客按下排号机上办理业务的对应按键时，打印机可打印出相应的用户凭条，凭条上显示号码和所办理的业务类型，并提示客户注意显示屏上显示的内容；
对应银行工作人员工作台前的LED灯就会点亮，以提示工作人员有顾客在等候办理业务。
当工作人员按下工作台上的工作按键时，扬声器就会发出语音提示，同时LCD显示屏也显示相关内容，以提示顾客到相应窗口办理业务。
1.1.4排队管理系统的设计要求和功能分析
一个好用的排队管理系统，它的功能设计首先要符合用户的习惯，同时操作方便，易学，易用。
在用户机端，当顾客按下排号机上办理业务的对应按键时，打印机可打印出相应的用户凭条，凭条上显示号码和所办理的业务类型，并提示客户注意显示屏上显示的内容；
本系统由键盘输入系统、单片机系统、屏幕显示系统及叫号提示音系统组成，系统分为两个部分：
抽号部分和叫号部分，其控制核心为AT89C51单片机，选用此单片机编程简单，开发工具便于使用，能满足很好的满足排队抽号的控制数据处理。
抽号部分和叫号部分采用一块LCD液晶显示器，这样显示数据直观，便于客户理解，抽号部分输入只需使用一个抽号按键即可，便于客户操作，叫号部分包括叫两个号键，系统采用自动清零，无需人工操作
2系统的总体设计及功能原理
2.1系统总体设计方案
2.1.1主机控制模块
排队管理系统主要包括主机控制模块和窗口呼叫模块，主机是系统控制和管理的核心,完成号票的打印和号码的存储、管理、发送及语音播放等功能"
顾客来到后,在主机上按/取号0键,系统将排队人数和排队号码加l,同时打印该顾客的号码并存储,当有窗口工作人员按/下一位0键取号时,主机将最前的号码发往该呼叫器!
相应的窗口显示屏和主显示屏（即将同一号码发送三次）,并通过语音模块播放语音,同时将系统的排队人数减1;
当窗口工作人员按/重呼0键或/暂停0键时,从机向主机送出该窗口数据（号码或字符/一一一0）,主机收到后立即将该数据发往该呼叫器!
相应的窗口显示屏和主显示屏,并通过语音模块播放语音（对于表示暂停服务的/一一一0不播放,而且排队人数不变）"
系统次日加电重启自动复位清零,使号码从001开始"
主机通过RS一485总线与所有从机相连接,工作于查询状态,依次呼叫各呼叫器从机地址。
2.2.2窗口呼叫模块
每个窗口配备一个呼叫器,供窗口工作人员使用"
呼叫器通过RS一485总线与主机相连,完成号码的呼叫请求等,主要具有以下功能:
申请下一位顾客（下一位键）,重新呼叫当前顾客（重呼键）,暂停工作（暂停键）"
工作人员在每处理完一个顾客业务后,按呼叫器/下一位0键可呼叫下一位顾客（主显示屏将显示且语音系统会播放语音）,呼叫器的LCD显示屏上同时显示受理的顾客号,等待该顾客前来并核对号码后即可办理业务;
当呼叫的顾客没来到时,可按/重呼0键对该顾客多次呼叫（主显工程硕士学位论文智能排队管理系统示屏和语音系统会再次显示和播放）直到按/下一位0丢掉该顾客;
当工作人员有事离开时,按/暂停0键暂停工作,此时主显示屏和窗口显示屏显示/一一一0信息,直到按/下一位0键开始工作"
2.2系统各部分功能原理和组成
1、基于总体的考虑，首先对排队机进行分析。
排队系统可以分为两大部分。
票务打印系统及窗口操作系统，为此首先需要设置一个总控制系统对它们进行控制。
2、票务打印系统
（1）显示
发号机上的显示屏使用液晶显示，显示对待办业务的选择；
（2）输入
输入过程即通过触摸屏对业务进行选择的过程；
（3）输出打印
号票打印内容应该包括业务名称、排队号码，打印机选用指针式打印机；
3、窗口操作系统基本包括显示屏、语言提示，叫号按钮
（1）显示屏
主显示屏用于向在休息区等待的顾客提示被呼叫的号码和相应的窗口号，它接收主机发来的号码信息,并用数码管显示,以提示顾客，一方面,它要与主机进行通信,是接收主机发来的数据,另一方面,又要完成自身的数据处理和显示工作，本论文显示模块采用的是使用点阵式LED显示。
（2）语音提示
语音播报时用语音的形式通过广播或者音箱给人一提示信息。
语音播报提示给人直观、亲切的感受特点，而且不需要用户一直盯着提示屏或者排队情况。
选择使用语音芯片，实现的功能应该是当操作员按下按钮后，语音播放下一个办理者的票号。
（3）叫号按钮
以便于操作员控制窗口模块的显示屏及语音提示。
4、各个模块的通信问题
考虑通信距离为几十米的范围内，而且需要高有效的抗噪能力，选用目前广为应用的RS—485总线相连，互相通信，传送数据。
根据设计要求和功能分析，将系统分为主控制器模块、语音模块、时钟模块、键盘及LED指示灯模块、液晶显示模块等几部分，如下图所示。
图2-1排队管理系统原理图
3各部分硬件电路的设计
3.1键盘及LED指示灯模块
系统采用独立键盘模拟用户案件及后台叫号按键，用发光二极管指示业务处理情况，由于按键和led灯数量较多，这里采用了两片74HC573来驱动，通过控制74HC573的OE脚来选择P1口.
3.2液晶显示模块
液晶显示器（LCD）具有功耗低、体积小、重量轻、超薄等许多优点，近几年来被广泛用于单片机控制的智能仪器、仪表和低功耗电子产品中。
系统采用控制器为ST7920的带字库的LCD1602用来显示用户机信息，该液晶显示器由两个64×
64点阵屏组成，可以显示字符、汉字、图形等。
1602通过一片74HC573与单片机连接，P2.4作为控制引脚，P1口传送数据。
用LCD1602来显示业务处理叫号信息，P2口传送数据。
在实际的使用中，可以采用大型点阵屏来显示。
3.3键盘显示模块
本系统显示模块采用段式LCD液晶显示模块LCD1602，它是一种8位多功能通用型8段式液晶显示，将液晶显示屏和核心电路集成一体，使用串行式控制，它只有11根引脚，与单片机连接十分方便。
引脚如所示：
表3.1LCD1602管脚图
LCD1602显示模块采用串行控制方式，全部的功能都通过编程对/CS、/RD、/WR、DATA几个引脚的控制完成，而其中所有的控制指令和数据都通过DATA数据传输读写。
LCD1602采用串行式的控制方法，键盘显示接口电路如下图
图3.2LCD1602接口电路
LCD1602的VLCD端经过一个50K的可调电阻接5V电源正极，可以通过调节这个电阻的阻值来调节LCD的显示对比度。
P1.0~P1.3分别与/CS、/RD、/WR、/DATA相连，P2口连接4×
4的矩阵键盘，其电路如下图所示：
图3.3按键接口电路
3.4语音播报模块
本系统选用以下芯片。
ISD2560是一种永久记忆型的语音录放集成芯片，具有抗断电，音质好，使用方便等优点。
它的最大特点在于片内E2PROM容量为480K，所以录放时间长，最长可达60秒，而且录音的采样值直接存放在E2PROM中，省去了A/D和D/A转换器。
有10个地址输入端，寻址能力可达1024位，最多能分600段。
设有OVF（溢出）端，便于多个器件级联。
内部还有前置放大器、内部时钟、定时器、采样时钟、滤波器、自动增益控制、逻辑控制、模拟收发器、解码器等。
ISD2560的引脚排列如图所示，各引脚的功能如表所示：
表3.4ISD2560管脚图
引线端
名称
功能
1-7
A0/M0~A6/M6
地址
8-10
A7~A9
11
AUXIN
辅助输出
12、13
ASSD、VSSA
数字地模拟地
14、15
SP+、SP-
扬声器输出
16、28
VCCAVCCD
模拟、数字信号电源正极
17、18
MICMICREF
麦克风输入输出参考端
19
AGC
自动增益控制
22
OVF\
溢出
23
CE\
片选（低电平允许芯片工作）
24
PD
芯片低功耗状态控制
25
EOM\
录放音结束信号输出
26
XCLK
外部时钟
27
P/R\
录放控制选择
21、22
ANAINOUT
模拟信号输入输出
3.5语音播报模块硬件电路设计
AT89s51的P2接口连接ISD2560DEA0~A7、P1.1脚接A8地址线、A9接地，始终使用地址模式，可以寻址000h~1Efh。
P1.2接CE\、P1.3接P/R\，可以用这两个引脚来控制ISD2560播放\录音的开始与停止。
P1.4连接EOM\端，用来检测每一段语音的结束。
XCLD接地，表示不使用外部时钟。
作为一个单独的CPU控制板，除了一个CPU以外，还需要一个RS-485通信模块用来与其他CPU通信，图中连接了MAX487芯片与RS-485总线相连。
图3.5语音模块接口电路
在按钮模式下，ISD2560可以通过在A0~A7上接不同高低电平的组合来设定录/放地址，CE\、PD、P\R\和地之间介入按钮，通过按钮来控制语音录放的开始和停止。
3.6系统时钟模块
系统时钟是整个排队序列的重要指针，不仅要把排队时间信息显示在每张排队号上，而且要记录不同时间发生的时间，以时间有关的功能。
DSI2C887芯片具有微功耗，外围接口简单，精度高，工作稳定可靠等优点，可广泛用于各种需要较高精度的时时鈡场合其管脚排列如图所示
MOT：
计算机总线选择端；
SQW：
方波输出，速率和是否输出有专用寄存器A，B的预制参数决定；
AD0-AD7：
地址数据（双向）总线，由AS的下降沿锁存8位地址；
R/W：
读/写数据；
AS：
地址锁存信号端；
DS：
数据信号端；
CS：
选通信号端，低电平有效；
IRQ：
申请中断，由专用寄存器决定；
RESET：
复位器；
DS12C887内部存储器的功能
CPU通过读DS122C887的内部时钟寄存器得到当前的时间和日历，也可通过选择二进制码或BCD码初始化芯片的11个时钟寄存器。
其113Byte非易失性静态RAM可供用户使用，对于没有RAM的单片机应用系统，可在主机掉电时保存一些重要的数据。
接口电路
如图中所示，片选地址CS=80XXH。
DS12C887的IRQ接W77E58的INT1，用来处理每天凌晨时的中短信息
图3.7系统时钟接口电路
3.7票号打印模块
本系统选用上海博施BS热敏打印机，提供了打印驱动电路和标准25针打印接口。
下图为排队票号打印模块的电路。
单片机的P1.0口提供数据选通信号，它与打印机STB端连接，将打印数据送打印机的选通控制。
单片机的P1.1口接打印机的BUSY端，以BUSY信号作为打印机“忙”或“闲”状态查询信号。
扩展的8255的PA口与打印机的八位数据线相连，传送打印数据。
单片机的P1.7口与8225的CS端相连，P0.0、P0.1经过74LS373锁存后分别与8255的A0、A1相连。
因此单片机向打印机传送的口地址为7000H。
图3.8单片机打印模块电路
3.8地址设置模块
本系统网络中，各CPU控制器均有各自的地址以相互区别。
在子机中增加一个地址设置模块，通过从硬件上手动设置不同的地址来区别，其电路如下图所示：
3.9RS-485通信模块
分布式控制系统的主要特征之一就是采用了多处理器的结构,这就使各处理器之间的数据传送变得很重要，考虑到从机的个数可能比较多，而且系统对可靠性要求比较高,因此要从简单可靠和实时性方面考虑和定义通信协议,以保证各机之间数据正常传输,这是设计中要解决的关键问题[6]。
本系统采用主从式通信方式,主机采用查询工作方式,从机采用中断工作方式"
通信总是由主机开始,循环地给各个从机发送查询命令,从机返回相应的应答信息"
因此除非主机呼叫从机,从机在任何情况下,不能主动向通信总线上送出信息"
为实现可靠的数据通信,本系统约定I6]:
89C51单片机定时器Tl作为波特率发生器,设为工作方式2,串行口设置为工作方式3,通信传输波特率为9600bps"
数据传送格式为:
第1位为起始位（O）,第2一9位为数据位,第10位为地址/数据标志位,第n位为停止位（l）;
数据校验方式为累加和校验"
RS-485通信模块是整个派对系统中各CPU控制器相互通信的关键，每个CPU控制器上都应该设置这样的通信模块，接收主机传来的消息或者发送子机处理好的消息。
各个CPU控制器上的通信模块电路是一样的，而且通信程序遵守统一的通信协议。
RO、DI分别接单片机的串口RXD、TXD，RE\、DE是接收发送是能端，RE\低电平时接收、DE高电平时发送。
用P1.0来控制485的发送和接收。
A、B接入RS-485总线，要注意所有的485芯片A接A、B接B,不能反接。
由于各从机与主机距离较远,系统采用RS一485通信方式,主机通过RS一485总线与各从机相连,构成一个主从式RS一485通信应用系统，RS一485通信收发器芯片采用TI公司的SN75LBC184"
该芯片与普通的RS一485收发器相比,其显著的特点是片内A!
B引脚接有高能量瞬变干扰保护装置,可以承受峰值为400V（典型值）的过压瞬变，对一些环境比较恶劣的现场，可直接与传输线相接而不需要任何外加保护元件，该芯片还有一个独特的设计:
当输入端开路时,其输出为高电平,这样可保证接收器输入端电缆有开路故障时，不影响系统的正常工作，设计时,为了预防工业现场噪声的干扰,使用了光电隔离电路，具体电路设计原则是:
（1）输出和输入数据同相位,即:
输出端为高电平（输出端二I）时,输入端也
应为高电平;
反之亦然
（2）使系统的功耗最低,即:
系统在不工作或处于监听状态时,光电祸合器的
发光二极管处于不发光状态,整个系统能量消耗最低
（3）提高芯片的驱动能力,为了使芯片SN75LBC184的输出端R驱动能力增强,
使其能可靠地工作,用三极管进行放大处理
整个硬件接口电路如图3.7所示,在设计中考虑到设计原则（均和
（2）之间的
矛盾,优先满足了设计原则
（1），用89C51单片机的一个工/0口（PI.5）控制通信收发器SN75LBCIS4的工作状态,当Pl.5为高电平时,收发器处于发送状态;
当Pl.5为低电平时,收发器处于接收状
4软件设计
4.1系统总体软件运行流程图
如图所示，排队系统的总体，可以分为两大部分。
票务打印系统及窗口操作系统，输入过程即通过按键对业务进行选择的过程，当客户按下按键时，系统将产生取票信号，系统进入中断，当电路启动时，系统首先检测是否取票信号，如果没有取票信号，系统将处于初始状态，当收到取票信号时，系统立即进入中断，通过调用计数子程序产生一个排队票号，并把票号信息送至窗口操作系统，同时，票务打印系统调用显示子程序，在发号机上的显示屏上使用液晶显示等待当前人数，之后票务打印系统等待窗口系统发出的信号，当收到窗口操作系统的下一个信号时，系统主机发送信号给票务操作系统使其更新排队显示人数，并通过语音芯片播报下一个排队客户，即实现当操作员按下按钮后，语音播放下一个办理者的票号的功能。
4.2键盘显示模块
图4.2键盘设计流程图
本设计所采用的菜单是多步显示内容主要有如下几个：
菜单提示符：
根据菜单的特性，我们用“1—1”、“1—2”、等来表示不同的菜单如图3-5中的a所示。
输入提示符：
可以把要输入的内容统一采用四个数字的形式输入，采用4个8字中间的短横来表示，例如图3-5中的b所示，此时“PS”代表“password”即提示用户输入密码。
错误提示符：
当用户输入数字不合理时，LCD上需要显示错误提示这里可以显示“Error”，如图3-5中的c所示
图4.2.1按键软件示意
虽然8段字符能显示的字符十分有限但是仍能够用不同的段组合来表示大多数字母，只是有的是大写。
根据段的地址可以定义一个段码表，以便编程时直接调用，如：
4.3系统时钟模块
（1）DS122C887内部RAM和各专用寄存器地址分布如表所示：
（2）软件设计
DS12C887状态寄存器的参数设置如下;
状态寄存器，它表示采用的时钟频率为32.678KHz状态寄存器B设置为22H，它表示允许报警中断，禁止其他中断，置24小时模式，时标寄存器内容用BCD码表示
初始化
初始化时，首先应禁止芯片内部的更新周期操作，所以先将寄存器B中的SET位置1，然后初始化，状态寄存器A，此后再通过读状态寄存器C，清除寄存器C中的中断标志位PF，报警中断标志位AF，更新周期结束标志UF，最后将状态寄存器B中的SET位置0，芯片开始工作。
时间中断共有三个闹钟单元，分别为时、分、秒，在其中写入闹钟时间并且在时钟中断允许下每天到此刻产生中断，但控制系统要求的定时间隔，不是整数时，则通过软件调整来实现
读取时间处于正常工作时，每秒将产生一个时标更新周期。
4.4语音播报模块软件设计
语音段表
对于本系统所用的语音片段有一大部分是0、1、2、3等这样的数字，所以可以将表码与语音的内容对应起来如表
表4.2.2语音端对应表
主控制器将处理好的语音播报信息及排队号和窗口号，按照设定的协议通过485网络传送给语音播报控制器，语音播报控制器接收这些数据，还原处可以处理的播报信息，然后ISD2560寻址读取录好的一个个语音片段，组合成一句完整的提示信息，播报出来
先将从主控制器接受到并转换好的排队号呵窗口组合成完整的叫号提示信息，把他们的语音段地址码存入缓冲区LEN，然后按着特定的顺序一一播报，程序流程如图所示：
图4.3语音播报程序流程图
用计数器n来指示语音段被一一播报完毕，播报每一段时让CE\端产生一个低电平脉冲，然后循环等待P1.4变化，当他变低时，及播报完每一段语音段，这样循环LEN，直至包含LEN语音段的一句完整的提示语音播报完毕。
5系统测试仿真
本次论文的仿真是在软件Proteus7.8上进行的，用C语言编写的程序，通过keil生成了hex文件，经过调试，仿真实现了排队叫号系统的功能。
系统语音播报模块，液晶显示模块，单片机控制模块以及通信模块的电路连接如下
图5.1系统总体电路图
当客户按下客户端取号按键时，票务打印系统将打印客户排队票号，统计当前排队人数，并在屏幕显示“YourNo.is03！
”，提示当前排队人数
图5.2票务打印仿真图
窗口叫号系统的仿真，当业务人员按下窗口服务叫号按键一，窗口呼叫系统的液晶显示屏显示顾客办理业务的窗口号，并通过语音播报提示顾客要办理的业务的窗口号，仿真如下图显示“No.03GoToWin1”，提示顾客到三号窗口办理业务。
图5.3窗口叫号仿真图
结束语
本论文涉及的系统是一个模拟系统，实际应用中需要远距离传输，可采用RS485协议标准传输，显示用户叫号屏可采用大屏幕的LED显示器。
由于条件的有限和时间的仓促，电路中的ISD2560原件并未能在protues里面仿真出来，为了能够观察和测试仿真结果，在原来ISD2560的位置上用示波器取代ISD2560的位置通过观察示波器的波形从而检验实验结果。
本系统可以应用于人员比较多的银行、电信、航空、医院等窗口服务场所。
这种现代化的高科技产品彻底解决了银行、医院等服务性场所普遍存在的站立
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