校园财务中心自动排队叫号系统的设计

辽宁大学信息学院 张涵婷

辽宁工业大学电子与信息工程学院 曹洪奎 徐志强 彭 冲

为了解决校园财务中心窗口服务自动排队的问题，本文设计了一种校园财务中心自动排队叫号系统。系统以STC12C5A60S2单片机为控制核心，包括主控制器模块、无线通信模块、语音叫号模块、LCD显示模块、信息打印模块、按键模块和电源模块。系统测试表明，主控制器协调其他模块共同实现了自动排队叫号系统的打印号票、语音叫号、排队信息显示和无线通信等功能。

随着计算机技术与通信技术，电子技术等飞速发展，排队机在现代社会的各行各业都有应用，如银行、保险等金融行业营业大厅，移动、联通、电信等通信行业营业大厅，医院、工商、税务、邮政、机场、餐饮等营业大厅。智能排队系统的功能与结构也日益完善和丰富。目前，市场上的智能排队系统除了已经实现最基本的功能。如自动根据客户选择的服务类型打印票号，通过计算机自动分流排队呼叫与保留重呼的。智能排队管理系统已在有线的方式基础上发展到无线排队系统。电子排队技术将被更多用户所接受，成为必备设施之一。本文设计的校园财务中心自动排队叫号系统以51单片机为控制核心，结合微型热敏打印机，完成校园财务中心自动排队叫号系统硬件电路设计和单片机系统软件编程，实现自动排号、叫号功能。设计系统的主机和呼叫器硬件电路，包括有单片机的最小系统电路、语音叫号电路、无线通信电路和电源等电路。编制系统软件实现自动排队发号、语音叫号、LCD屏幕显示等功能。

1 自动排队叫号系统的设计要求

以51单片机系统为控制核心，结合微型热敏打印机，完成校园财务中心自动排队叫号系统硬件电路设计和单片机系统软件编程，实现自动排号、叫号功能。设计系统的主机和呼叫器硬件电路，包括单片机最小系统电路、语音叫号电路、无线通信电路、打印通信电路和电源等电路。编制系统软件实现自动排队发号、语音叫号、LCD屏幕显示等功能。达到下列系统要求及指标：

（1）系统具有根据业务类型（3种：纵向科研、横向科研、综合业务）自动排队发号、语音叫号、LCD屏显示功能。

（2）系统具有呼叫、暂停、警报、重呼、等候等多种操作功能。

（3）系统主机与呼叫器之间采用短距离无线通信方式，通信距离≥20m。

（4）排队号票打印信息：排队序号、叫号时间、前面排队人数。

2 自动排队叫号系统的总体设计

本系统采用51单片机作为系统控制中心，分为无线通信模块、显示模块、语音模块、打印机通信模块、时钟模块和电源模块六部分。师生通过按下系统主机上的叫号按键，系统主机通过TTL串口通信微型热敏打印机，热敏打印机开始打印号票，师生进行不同业务的取号排队，财务处工作人员通过呼叫器与主机进行通信，进而实现呼叫、重呼、暂停、警报、等候等功能。

以STC12C5A60S2单片机作为排队叫号系统的主控制芯片，和其他模块协同完成并实现任务要求。师生通过按下系统主机上的叫号按键，系统主机通过TTL串口通信微型热敏打印机，热敏打印机开始打印号票，师生进行不同业务的取号排队，财务处工作人员通过呼叫器与主机进行通信。

图1 系统总体框图

当财务处工作人员按下呼叫键，呼叫器通过NRF24L01无线通信模块与主机进行通信，主机接收到呼叫命令，主机向显示模块发送叫号信息并显示在屏幕上，同时主机向WT588D语音叫号模块发送叫号信息并语音播报。师生通过屏幕显示及语音叫号提醒，及时到相关业务窗口办理业务，当呼叫键按下一次后，师生没能及时听到语音播报信息的提示，没有按时去相关窗口办理业务，工作人员可以再次按下呼叫器上的重呼键，再次语音播报来提醒师生办理业务，呼叫器上还设有暂停、警报、等候功能按键。系统供电由USB电源适配器输出5V电直流电，给单片机、显示模块、语音叫号模块和时钟模块供电。5V直流电经过电容滤波再经过稳压管HT7133可输出3.3V直流电，给无线通信模块供电。总体框图如图1所示。

3 系统的硬件设计

以STC12C5A60S2单片机为核心的校园财务中心自动排队叫号系统，系统硬件主要由51单片机作为系统控制模块、NRF24L01无线通信模块、LCD12864显示模块、WT588D语音模块和时钟模块和电源模块构成。该系统的工作方式为：师生通过按下系统主机上的叫号按键，系统主机通过TTL串口通信微型热敏打印机，热敏打印机开始打印号票，师生进行不同业务的取号排队，财务处工作人员通过呼叫器与主机进行通信。当财务处工作人员按下呼叫键，呼叫器通过NRF24L01无线通信模块与主机进行通信，主机接收到呼叫命令，主机向显示模块发送叫号信息并显示在屏幕上，同时主机向WT588D语音叫号模块发送叫号信息并语音播报。师生通过屏幕显示及语音叫号提醒，及时到相关业务窗口办理业务。系统由电源模块供电。

3.1 单片机控制模块的设计

系统使用的单片机是宏晶科技公司生产的STC12C5A60S2芯片。具有处理速度快、功耗低、抗干扰能力强的特点，是新一代的8051兼容单片机，但是速度比传统8051单片机快8-12倍。拥有2路PWM、2个串口、4个定时器，同时也支持ISP在线调试程序下载。

3.2 无线通信模块设计

无线通信模块设计中采用了2.4GHz频段的单片射频收发器件NRF24L01，NRF24L01置有频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制器等功能。

3.3 显示模块设计

本系统使用LCD12864显示屏作为显示设备。该显示屏配置LED背光，拥有屏幕大、电压低、功耗低的特点。利用该模块接口灵活和简单的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。显示模块采用串口通信与单片机连接，PSB接低电平，串口时DB0--DB7无需连接，在连接单片机时，仅需连接EN、RW、RS三个引脚，仅仅占用三个IO口。

3.4 语音模块设计

该模块的设计是为了实现自动排队叫号系统排队信息的语音叫号的功能，语音叫号模块选用WT588D-16P语音模块，它可以实现重复擦除和烧写，根据需要实现不同的功能，能够随意的组合语音播放，功能特别强大。WT588D语音模块有配套WT588D Voice Chip上位机操作软件，能够随意变换语音模块的控制模式，把需要的语音播放信息文件工程通过下载器下载到SPI-Flash上。软件操作方法非常简单，拥有随意组合语音的功能，尽可能的降低了在语音编辑上花费的时间，该模块还支持在线下载。拥有多种控制的方式。支持MP3控制、按键控制、3×8按键组合控制、并口控制、一线串口控制、三线串口控制，能添加WAV音频格式的语音文件；能加载采样率为6K～22KHz的音频文件；还能够对加载后语音进行播放试听功能。语音模块电路图如图2所示。

图2 语音模块电路

工作原理：首先通过WT588D Voice Chip上位机操作软件新建一个工程，先设置SPI-Flash存储容量的大小，然后选择需要的语音文件进行装载语音，再设置一下语音模块控制的模式，并且设置音频和BUSY的输出模式，接着将音频装载区的语音文件添加到对应的地址语音编辑区，最后编译工程，再通过语音模块专用下载器下载到SPI-Flash。

3.5 实时时钟模块设计

DS1302时钟模块是由DALLAS公司生产，它是一个涓流充电时钟芯片内含有一个实时时钟日历和31字节的静态RAM。实时时钟模块采用DS1302时钟日历芯片，可以为系统提供年份、月份、日、时、分、秒等时间信息，以及每个月份的天数和闰年的天数能够自动去调整，还可以对时钟模块进行设置12h或者是24h计时方式。单片机通过简单的串行接口就可以与时钟模块进行连接与通信。

4 系统软件设计

本系统采用C语言程序编写，编程环境使用的是KEIL C51。本系统进行程序设计时，为了使程序调试简单方便，将总体程序按照功能分成多个模块，共分为主程序、无线通信程序、打印程序、语音叫号程序、显示程序和实时时钟程序六部分。系统工作时，由主程序循环调用其它模块程序来共同实现系统的各个功能。

系统工作时，先进行硬件初始化，单片机通过DS1302实时时钟模块获取到当前时间和日期，并把当前时间显示到液晶屏幕上，进行按键检测，当返回键按下时，进行当前时间设定，通过上翻和下翻按键控制时间数字的增加和减少。当取号键（确认键）按下时，主机向微型热敏打印机通过串口发送打印信息的指令，微型热敏打印机进行打印号票。

配置无线通信模块接收模式，当主机通过无线通信模块收到呼叫器的指令，主机向显示模块发送当前排队信息，液晶屏幕进行显示当前排队信息，并向语音叫号模块发送语音播报地址，语音叫号模块驱动喇叭进行语音播报。随后循环初始化之后的过程，若是系统不掉电或复位，系统会一直循环工作，保持正常的运行。主程序流程图如图3所示。

图3 程序流程图

结论：本文设计的校园财务中心自动排队叫号系统以51单片机为控制核心，可实现自动排队发号、语音叫号、显示排队信息、打印号票等功能，打印号票信息包含当前日期时间、排队序号、前面等待人数和温馨提示等。本系统的自动排队叫号功能相比于传统的人工站立式排队提高了办理业务的效率，提供安静舒适的营业环境。可有效避免排队插队，排错队等现象发生，影响办公环境。系统主机与呼叫器之间采用无线通信方式，更加简便了安装摆放本系统，使用灵活性大大提高。语音叫号实时提醒师生及时办理业务，使师生服务变的更加人性化，彰显出了客户至上的服务宗旨。