医院门诊排队叫号系统.docx
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医院门诊排队叫号系统
摘要
排队叫号管理系统是针对银行、工商、税务、通讯、政府机构等部门的大厅工作流程设计的，是利用电脑的科学管理客户排队的系统，很好地解决了客户在服务机构办理业务时所遇到的各种排队、拥挤和混乱现象，为客户办理业务带来莫大的方便和愉悦。
本课题研究的目的是研制一款无人排队的排队叫号机，它主要由主控制器、键盘、显示电路、蜂鸣器电路等部分构成。
系统利用单片机进行控制，通过串行通信方式传输处理数据；通过按键取号，在LCD1602上显示排队的号码以及当前正在等待的人数；通过按键叫号，在LCD1602上显示叫到的号码，由扬声器发出声音提示客户。
同时免除了令客户不舒服的站立式排队，这种现代化的高科技产品彻底解决了医院普遍存在的站立等候，服务无序的问题，深化并完善了服务的质量。
本系统采用单片机进行控制，利用LCD1602显示，蜂鸣器鸣叫提示的人机交互界面，模拟排队管理系统，科学地处理各种排队情况。
操作简便，控制灵活，显示清晰，制作成本低，性价比较高。
【关键词】STC89C52LCD1602蜂鸣器
ABSTRACT
ThequeuingmanagementsystemofthedesignisaimedatBanks,industryandcommerce,taxation,communication,governmentinstitutionsandotherdepartmentsoftheworkingprocess,Isusingascientificmanagementsystemofcustomerqueue,isverygoodsolutiontothecustomersintheserviceagenciesforbusinessencounterallsortsofqueuingcrowdedandchaoticphenomenon,forthecustomerhasbroughtgreatconveniencetotransactbusinesswithpleasure.ThepurposeofthisresearchistodevelopalineofNoqueuingmachine,anditmainlyconsistsofthemaincontroller,keyboard,displaycircuit,buzzercircuitpart.Systemcontrolledbymicrocontroller,throughserialcommunicationmodeprocessingdata;throughthekeytakenumber,LCD1602linedupindisplayonthenumberandthenumberofwaiting;throughbuttons,InLCD1602displayonthenumber,calledbythespeakersoundtipcustomers.Meanwhilefromcustomers'uncomfortablestandtype,themodernizationofqueuehigh-techproductsthoroughlysolvedthehospitalswidespreadstoodwaiting,servicedisorderandperfectedtheproblem,deepenthequalityoftheservice.Thesystemadoptssingle-chipmicrocomputercontrolling,showingbyLCD1602,man-machineinterfaceofBuzzerchirpinghinting,Simulatingqueuemanagementsystem,Scientificdealingwithvariouskindsofqueuing.Ithassimpleoperation,control,display,makingclearflexiblelowcost,highcostperformance.
【Keywords】STC89C52LCD1602buzzer
目录
前言1
第一章单片机的概述2
第一节单片机的定义和特点2
一、单片机的定义2
二、单片机的特点2
第二节单片机的发展现状和趋势3
一、单片机的发展现状3
二、单片机的发展趋势4
第三节编程语言的选择5
第二章系统方案论证6
第一节设计要求6
第二节单片机芯片的选择方案和论证6
第三节显示模块选择方案和论证6
第三节系统方案选择和论证7
第三章系统硬件设计9
第一节protel99应用介绍9
第二节单片机处理部分设计10
一、时钟电路10
二、复位及复位电路11
三、引脚介绍13
第三节LCD1602介绍15
一、显示原理15
二、基本参数及引脚功能15
三、指令说明及时序16
第四节时钟振荡电路18
第五节复位电路19
第六节叫号电路19
第七节按键电路20
第四章系统软件设计21
第一节Keil介绍21
第二节程序流程图22
第三节部分程序代码23
第五章硬件调试25
结论28
致谢29
参考文献30
附录31
一、英文原文:
31
二、英文翻译：
36
三、工程设计图纸：
40
四、源程序：
41
五、详细器件清单：
46
前言
近年来，随着科学技术的迅猛发展和人们生活水平的日益提高，各行各业特别是服务行业的竞争也逐渐激烈。
服务质量作为体现企业的公众形象、服务理念、管理水平的标准已越来越受到服务和被服务双方所关注，而营业窗口正是代表银行、医院、电信、税务、工商等企业服务质量的重要场所[1]。
随着服务行业业务量的增长及业务种类的增加，排队等候已成为人们面临的实际问题。
长期以来，人们在银行、医院、电信、税务、工商等营业大厅里前拥后挤地站着排队等候，有时一站就是一个多小时。
这种员工坐着服务、客户站着等待的服务方式与“用户就是上帝”的服务宗旨完全背道而驰！
改善服务质量、树立良好形象，解决劳累的排队现象、创造人性化服务环境已成为急需解决的问题，排队系统应运而生[4][5]。
世界上所有的医疗机构都在力争减少运营成本、提高服务质量、简化病人的管理步骤。
随着中国整体的市场化进程的推进，国内医疗机构也将必须独自面对市场化的竞争，改变传统的管理与服务理念势在必行。
由于我国国情特殊，人口众多，长期以来，医院的门诊量大，病人排队秩序混乱、门诊工作琐碎繁多；就诊排队的人群“围医”现象，严重影响接诊的医生的工作环境，降低了工作效率，更不利于保护病人的隐私。
排队系统的应用从根本上解决了以上，为病人营造了一个公平、公正、公开的医疗环境。
既保护了病人在医院的隐身，又缩短了病人在医院的就诊时间；同时大大改善了医生的工作条件，降低了门诊护士的工作强度，提高了各方面的工作效率；而且为医院各级管理人员科学管理提供了依据，最大限度的发挥医院的现有资源，产生最好的社会效益与经济效益。
目前，国内已经有上海、北京、广东、浙江等地的多家大医院投入使用了医院排队叫号系统，并且有越来越多的医院认识到了排队叫号系统的使用必要性，医院排队叫号系统表现出了良好的发展势头。
第一章单片机的概述
目前单片机渗透到了我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。
导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及远程控制玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。
更不用说自动控制领域中的机器人、智能仪表、医疗器械了。
单片机具有结构简单、控制功能强、可靠性高、体积小、价格低等优点，因而在许多行业都得到了广泛应用，并且在诸多领域中都发挥了无可比拟的巨大作用。
第一节单片机的定义和特点[7][14]
一、单片机的定义
单片机即单片微型计算机，是把中央处理器、存储器、定时/计数器、输入输出接口都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。
与应用在个人电脑中的通用型微处理器相比，它更强调自供应（不用外接硬件）和节约成本。
单片机也被称为微控制器（Microcontroller），是因为它最早被用于工业控制领域。
单片机的芯片内仅由CPU的专用处理器发展而来。
最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。
二、单片机的特点
单片机以其卓越的性能，得到了广泛的应用，已深入到各个领域。
单片机应用在检测、控制领域中，具有如下特点：
1、体积小、控制功能强、成本低。
因而可以方便地组装各种智能式控制设备和仪器，做到机、电、仪一体化。
2、易扩展。
很容易构成各种规模的应用系统，为应用系统的设计和生产带来极大方便。
3、可靠性好、使用温度范围宽。
在各种恶劣的环境下都能可靠的工作，这是其他机种无法比拟的。
4、种类多，型号全。
很多单片机厂家逐年扩大适应各种需要，有针对性地推出一系列型号产品，使系统开发工程师有很大的选择余地。
大部分产品有较好的兼容性，保证了已开发产品能顺利移植，较容易地使产品进行升级换代。
5、低功耗。
现在新型单片机的功耗越来越小，供电电压从5V降低到了3.2V，甚至1V，工作电流从mA降到µA级，工作频率从十几兆可编程到几十千赫兹。
特别是很多单片机都设置了多种工作方式，这些工作方式包括等待、暂停、睡眠、空闲、节电等。
6、可以采用C语言开发环境，具有友好的人机互交环境。
大多数单片机都提供基于C语言开发平台，并提供大量的函数供使用，这使产品的开发周期、代码可读性、可移植性都大为提高。
第二节单片机的发展现状和趋势
一、单片机的发展现状
单片机技术在不断的发展，它反映在内部结构、功率消耗、外部电压等级以及制造工艺上。
在这几方面，较为典型地说明了数字单片机的技术水平。
在目前，用户对单片机的需要越来越多，但是，要求也越来越高。
下面分别就这三个方面说明单片机的技术进步状况。
1、内部结构的进步
单片机在内部已集成了越来越多的部件，这些部件包括一般常用的电路，例如：
定时器，比较器，A/D转换器，D/A转换器，串行通信接口，Watchdog电路，LCD控制器等。
有的单片机为了构成控制网络或形成局部网，内部含有局部网络控制模块CAN。
例如，Infineon公司的C505C，C515C，C167CR，C167CS-32FM，81C90。
因此，这类单片机十分容易构成网络。
特别是在控制，系统较为复杂时，构成一个控制网络十分有用。
为了能在变频控制中方便使用单片机，形成最具经济效益的嵌入式控制系统。
有的单片机内部设置了专门用于变频控制的脉宽调制控制电路，这些单片机有Fujitsu公司的MB89850系列、MB89860系列；Motorola公司的MC68HC08MR16、MR24等。
在这些单片机中，脉宽调制电路有6个通道输出，可产生三相脉宽调制交流电压，并内部含死区控制等功能。
特别引人注目的是：
现在有的单片机已采用所谓的三核（TrCore）结构。
这是一种建立在系统级芯片（Systemonachip）概念上的结构。
这种单片机由三个核组成：
一个是微控制器和DSP核，一个是数据和程序存储器核，最后一个是外围专用集成电路（ASIC）。
这种单片机的最大特点在于把DSP和微控制器同时做在一个片上。
这是目前单片机最大的进步之一。
这些单片机都是高档单片机，MCU都是32位的，而DSP采用16或32位结构，工作频率一般在60MHz以上。
2、功耗、封装及电源电压的进步
现在新的单片机的功耗越来越小，特别是很多单片机都设置了多种工作方式，这些工作方式包括等待，暂停，睡眠，空闲，节电等工作方式。
而单片机的封装水平也大大提高，随着贴片工艺的出现，单片机也大量采用了各种合符贴片工艺的封装方式出现，以大量减少体积。
在这种形势中，Microchip公司推出的8引脚的单片机特别引人注目。
这是PIC12CXXX系列。
它含有0.5～2K程序存储器，25～128字节数据存储器，6个I/O端口以及一个定时器，有的还含4道A/D，完全可以满足一些低档系统的应用。
扩大电源电压范围以及在较低电压下仍然能工作是今天单片机发展的目标之一。
目前，一般单片机都可以在3.3～5.5V的条件下工作。
而一些厂家，则可以生产出在2.2～6V的条件下工作的单片机。
3、工艺上的进步
现在的单片机基本上采用CMOS技术，但已经大多数采用了0.6um以上的光刻工艺，有个别的公司，如Motorola公司则已采用0.35um甚至是0.25um技术。
这些技术的进步大大地提高了单片机的内部密度和可靠性。
二、单片机的发展趋势
单片机在目前的发展形势下，表现出几大趋势：
1、可靠性及应用越来越水平高，和互联网连接已是一种明显的走向；2、所集成的部件越来越多，NS（美国国家半导体）公司的单片机已把语音、图像部件也集成到单片机中，也就是说，单片机的意义只是在于单片集成电路，而不在于其功能了。
如果从功能上讲它可以讲是万用机。
原因是其内部已集成上各种应用电路；3、功耗越来越低和模拟电路结合越来越多。
随着半导体工艺技术的发展及系统设计水平的提高，单片机还会不断产生新的变化和进步，最终人们可能发现：
单片机与微机系统之间的距离越来越小，甚至难以辨认。
第三节编程语言的选择
在1972年，美国贝尔实验室的D.M.Ritchie在B语言的基础上最终设计出了一种新的语言，他取了BCPL的第二个字母作为这种语言的名字，这就是C语言。
在众多的程序设计语言中，C语言简洁紧凑，语言表达能力强，其结构化的流程控制有助于编制结构良好的程序。
C语言程序经编译后生成的目标程序代码效率高，几乎可以与汇编语言媲美。
C语言既具备高级语言使用方便、接近自然语言和数学语言的特性，同时也具备对计算机硬件系统的良好操纵和控制能力。
C语言可移植性好，一个C语言源程序可以不做改动，或者稍加改动，就可以从一种型号的计算机移转到另外一种型号的计算机上编译运行。
因此，C语言被广泛应用于各类系统软件和应用软件的开发。
所以本系统以C语言进行软件设计，增加了程序的可读性和可移植性，便于扩展和更改，软件的设计采用模块化结构，使程序设计的逻辑关系更加简洁了。
第二章系统方案论证
第一节设计要求
利用单片机完成一个科学管理各种复杂排队情况的排队叫号系统。
具体要求如下：
医生：
通过按键来完成报号，由LCD1602显示叫到的号码，并发出蜂鸣声。
病人：
通过按键完成取号，由LCD1602显示号码。
第二节单片机芯片的选择方案和论证
方案一:
采用AT89S51芯片作为硬件核心，内部具有4KBROM存储空间,而且与MCS-51系列单片机完全兼容,但是运用于电路设计中时由于不具备ISP在线编程技术，所以在对电路进行调试时，由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时，对芯片的多次拔插会对芯片造成一定的损坏。
方案二:
采用STC89C52芯片,STC89C52是一种低功耗、高性能的8位CMOS微控制器，具有8K的可编程Flash存储器。
同样具有AT89S51的功能，且具有在线编程可擦除技术，当对电路进行调试时，由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时，不需要对芯片多次拔插，所以不会对芯片造成损坏。
综上所述，选择采用STC89C52作为主控制系统核心。
第三节显示模块选择方案和论证
方案一：
采用LED数码管动态扫描,LED数码管价格适中,对于显示数字合适,采用动态扫描法与单片机连接时,虽然占用的单片机口线少，但连线还需要花费一点时间，所以也不用此种作为显示。
方案二：
采用点阵式数码管显示，点阵式数码管是由八行八列的发光二极管组成，对于显示文字比较适合,若采用在显示数字显得太浪费,且价格也相对较高,所以在此也不用此种作为显示。
方案三：
采用1602液晶显示屏,该液晶显示屏的显示功能强大,内置192种字符，可显示大量符号、数字,清晰可见,而且功率消耗小寿命长抗干扰能力强。
综上所述，在设计中采用1602液晶显示屏。
第三节系统方案选择和论证
方案一：
系统采用如图2.1所示的电路，通过STC89C52的I/O口的扩展一块NECD8255AC-2构成的矩阵键盘，完成排队取号的流程，单片机控制数码管显示排队等待情况，控制蜂鸣器发声完成叫号功能。
图2.1采用矩阵键盘实现功能
方案二：
系统采用如图2.2所示的电路，通过STC89C52单片机直接扩展的独立键盘，完成排队取号流程（本系统直接利用系统的中断0按键控制），单片机控制LCD1602显示排队等待情况，控制蜂鸣器发声完成叫号功能。
图2.2采用独立键盘实现功能
因为采用矩阵键盘完成排队取号流程，但客户较多的时候要实现排队取号的功能，就要占去过多的I/O端口，操作起来也比较复杂，而方案二的独立键盘操作控制简单，占用主机资源少，所以选择方案二，采用独立键盘控制排队取号，通过串行通信的方式，模拟排队取号管理系统的流程显得更加方便、科学。
第三章系统硬件设计
第一节protel99应用介绍
一、新建设计数据库文件
在WINDOWS95/98或NT界面下双击Protel99图标，点击File（文件）中new项，新建设计数据库。
在Browse选项中选取需要存储的文件夹，然后点击OK即可建立自己的设计数据库。
二、打开和管理设计数据库
Protel99包括许多设计例子，我们下面可以举例说明。
选择文件打开菜单＼DesignExplorer99\Example\folder，点击photoplotter.ddb文件，左侧窗口呈现树状结构。
点“＋”呈现下一层子目录或文件，点“－”将关闭此文件夹．点Photohead.pcb文件，PCB版图将出现，点Photohead.prj，原理图管理文件将被打开。
关闭文件，可以用鼠标右键，选择Close，也可以用CTRL+F4来关闭。
三、多图纸设计
一个原理图设计有多种组织图纸方案的方法。
可以由单一图纸组成或由多张关联的图纸组成，不必考虑图纸号，SCH99将每一个设计当作一个独立的方案。
设计可以包括模块化元件，这些模块化元件可以建立在独立的图纸上，然后与主图连接。
作为独立的维护模块允许几个工程师同时在同一方案中工作，模块也可被不同的方案重复使用。
便于设计者利用小尺寸的打印设备（如激光打印机）。
下面举例说明：
打开LCDController.ddb设计文件，打开LCDController.prj原理图设计窗口。
我们看到许多绿色矩形框，叫做原理图模块，每一个原理图模块里包含一张图纸，一个总的原理图可以包含多个子原理图。
选择“Design”下的“CreateSheetFromSymbols”由符号生成图纸，如果已经画好原理图，选“Design”下的“CreateSymbolFormSheet”由图纸生成符号。
利用工具条上的↑↓点取输入端口，可以在总的原理图与子原理图之间切换。
四、原理图连线设计
确定起始点和终止点，Protel99就会自动地在原理图上连线，从菜单上选择“Place/Wire”后，按空格键切换连线方式，自动连线、任意角度、45°连线、90°连线，使得设计者在设计时更加轻松自如。
只要简单地定义AutoWire方式。
自动连线可以从原理图的任何一点进行，不一定要从管脚到管脚。
第二节单片机处理部分设计
设计的思想是简单实用，中心处理部分采用STC89C52单片机。
STC89C52单片机完全可以满足本系统的设计要求，相对于其他具有相当功能的器件来说，具有价格便宜，对环境要求不高，工作稳定等优点。
STC98C52是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能COMS8位单片机，片内含4KBytes的可反复擦写的只读程序存储器（ROM）和128Bytes的随机存取数据存储器（RAM）。
器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准的MCS-51指令系统，内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大，可灵活应用于各种控制领域，下面介绍介绍STC98C52。
一、时钟电路
STC89C52内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚RXD和TXD分别是此放大器的输入端和输出端。
时钟可以由内部方式产生或外部方式产生。
内部方式的时钟电路如图3.1（a）所示，在RXD和TXD引脚上外接定时元件，内部振荡器就产生自激振荡。
定时元件通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振回路。
晶体振荡频率可以在1.2～12MHz之间选择，电容值在5～30pF之间选择，电容值的大小可对频率起微调的作用。
外部方式的时钟电路如图3.1（b）所示，RXD接地，TXD接外部振荡器。
对外部振荡信号无特殊要求，只要求保证脉冲宽度，一般采用频率低于12MHz的方波信号。
片内时钟发生器把振荡频率两分频，产生一个两相时钟P1和P2，供单片机使用。
RXD接地，TXD接外部振荡器。
对外部振荡信号无特殊要求，只要求保证脉冲宽度，一般采用频率低于12MHz的方波信号。
片内时钟发生器把振荡频率两分频，产生一个两相时钟P1和P2，供单片机使用。
RXD接地，TXD接外部振荡器。
对外部振荡信号无特殊要求，只要求保证脉冲宽度，一般采用频率低于12MHz的方波信号。
片内时钟发生器把振荡频率两分频，产生一个两相时钟P1和P2，供单片机使用。
3.1（a）内部方式时钟电路3.1（b）外部方式时钟电路
二、复位及复位电路
1、复位操作
复位是单片机的初始化操作。
其主要功能是把PC初始化为0000H，使单片机从0000H单元开始执行程序。
除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需按复位键重新启动。
除PC之外，复位操作还对其他一些寄存器有影响，它们的复位状态如表3.1所示。
表3.1一些寄存器的复位状态
寄存器
复位状态
寄存器
复位状态
PC
0000H
TCON
00H
ACC
00H
TL0
00H
PSW
00H
TH0
00H
SP
07H
TL1
00H
DPTR
0000H
TH1
00H
P0-P3
FFH
SCON
00H
IP
XX000000B
SBUF
不定
IE
0X000000B
PCON
0XXX0000B
TMOD
00H
2、复位信号及其产生
RST引脚是复位信号的输入端。
复位信号是高电平有效，其有效时间应持续24个振荡周期（即二个机器周期）以上。
若使用颇率为6MHz的晶振，则复位信号持续时间应超过4us才能完成复位操作。
产生复位信号的电路逻辑如图3.2所示：
图3.2复位信号的电路逻辑图
整个复位电路包括芯片内、外两部分。
外部电路产生的复位信号（RST）送至施密特触发器，再由片内复位电路在每个机器周期的S5P2时刻
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