排队叫号机完整版.docx
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排队叫号机完整版
湖南人文科技学院
课程设计报告
课程名称:
单片机原理及应用课程设计
设计题目：
排队叫号机
学院：
湖南人文科技学院
专业：
电子信息工程
班级：
14级电信一班
学生姓名:
张兵、伍强、廖天运
学号:
144091491440914214409119
起止日期:
2016年12月19日~2016年12月30日
指导教师:
方智文
成绩评定
项目
权重
成绩
张兵
伍强
廖天运
1、设计过程中出勤、学习态度等方面
0.2
2、课程设计质量与答辩
0.5
3、设计报告书写及图纸规范程度
0.3
总成绩
指导教师评语：
指导教师签名：
年月日
摘要
排队叫号系统是针对银行、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，能够很好地解决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。
本课题研究的是一款无人排队的排队叫号系统，它主要由系统主从机、键盘、显示电路、蜂鸣器电路等部分构成。
系统利用STC89C52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LCD12864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LCD12864上显示叫到的号码，由蜂鸣器发出声音提示客户。
这种现代化的高科技产品彻底解决了银行、工商、税务、通讯、政府机构等部门的服务大厅普遍存在的站立等候、服务无序的问题，同时免除了令客户不舒服的站立式排队，深化完善了服务的质量。
本系统采用STC89C52单片机进行控制，利用LCD12864显示，蜂鸣器鸣叫提示的人机交互界面，模拟排队管理系统，科学的处理各种排队情况，具有操作简便、控制灵活、显示清晰、制作成本低、性价比较高等特点
关键词：
STC89C52；LCD12864；排队；取号；叫号
排队叫号机
设计要求
客户端：
通过按键完成取号，由LCD12864显示号码和当前需要等待的人数及最后等待的编号。
主机：
通过按键来完成报号，由LCD12864显示叫到的号码，并发出蜂鸣声
主机和客户端用串口通信
扩展部分：
串口通信通过用蓝牙，实现无线通信，运用串行通信原理通过按键给计数器脉冲，达到计数+1和销号-1的功能，并通过12864液晶显示，完成取号、叫号功能，同时叫号按键外接有源蜂鸣器实现提示客户的作用。
1概述
1.1研究背景
随着我国社会经济的持续快速发展，社会的进步推动者各行各业的竞争逐渐加剧，促使各行各业树立新的服务观念，以改变以往的工作方式，以适应时代的需求。
如今银行，海关，税务，医院等单位人来人往经常出现排队等候现象。
排队等候问题已经成为人们经常面临的实际问题。
如何解决长久以来枯燥无序的排队问题，如何加强窗口单位的服务质量，如何加强对客户及工作人员的管理，如何克服诸如顾客挑选自己熟悉的工作人员而引起的各种弊端，创造一个轻松而个性化的窗口环境，已成为公共服务部门急需解决的问题，它直接影响着企业公共形象及业务量，涉及企业根本利益。
另外，传统柜台服务存在不安全隐患，偷盗密码已经不再是个别案例，多窗口的服务往往让人无所适从，客户盼望只排一个队，只接受“一对一”的个性化服务已成趋势。
单片机技术是一门不可或缺的技术，对我们将来的工作以及生活和学习都有很密切的联系。
近年来，随着电子技术和微机计算机的迅速发展，单片机的档次不断提高，其应用领域也在不断的扩大，已在工业控制、尖端科学、智能仪器仪表、日用家电、汽车电子系统、办公自动化设备、个人信息终端及通信产品中得到了广泛的应用，成为现代电子系统中最重要的智能化的核心部件。
排队叫号系统是针对银行、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。
该系统基于51单片机的排队叫号系统，由取号机、客户服务窗口、大厅显示叫号和主机部分组成，有LCD大屏幕，可以显示客户被呼叫的信息，让客户知道什么时候被叫到去办理业务，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。
它主要由主控制器、键盘、LCD12864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LCD12864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LCD12864上显示叫到的号码，由蜂鸣器发出声音提示客户。
排队有序，也是社会主义和谐社会的一小部分，在排队的同时，相对机构会有休息处，也可方便顾客自行了解本机构的其他服务信息，也从另一方面使得企业机构得到了潜移默化的推进发展。
1.2设计思想及基本功能
这种现代化的高科技产品彻底解决了银行、医院等服务性企业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，利用数码管显示，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。
排队叫号系统具有以下几个基本功能：
（1）取号控制：
该功能是在客户进入营业厅之后，通过按键从取号机上获取自己相应的排队小票；
（2）叫号控制：
系统可以根据服务人员按下相应的按键，通过语音呼叫提示客户到相应的窗口进行服务；
（3）显示控制：
该功能是通过大厅的LCD显示屏显示，客户可以直观的找到自己相应的办理窗口。
2方案论证与对比
2.1方案一
排队技术在国内外都已经达到相当智能的水平。
单片机在此类电子产品中得到了广泛的应用。
为完成一个取号、叫号、显示分别管理排队和叫号的系统，排队叫号系统有我了解的以下两种方案：
方案一系统的窗口显示结构使用数码管，客户可以通过数码管显示数字和语音提示，找到相应的办理窗口。
方案一的排队叫号系统通过按键给计数器脉冲，并通过译码器驱动数码管显示，完成取号、叫号功能，同时叫号按键外接有源蜂鸣器实现提示客户的作用。
总体电路比较简单，采用普通的数码管显示即可。
发送原理框图如图1与图2所示：
图1发送原理框图
图2接收原理框图
2.2方案二
方案二系统有窗口液晶LCD12864显示和大厅液晶LCD12864显示，客户通过两种显示方式和蜂鸣器提示，找到相应的办理窗口。
方案二的排队叫号系统以STC89C52RC单片机为核心，利用取号机输入排队相应信息，经单片机处理后，将信息分别输出到总屏幕LCD12864上和窗口屏幕显示，同时进行语音提示，完成排队取号流程。
发送原理框图如图3所示：
图3发送原理框图
接收原理框图如图4所示：
图4接收原理框图
该方案缺点主要是：
此方案由于未使用到数码管，还需外接LCD12864液晶显示屏，会增加一些制作实物板的步骤，此外，还需自己支付一部分小费用。
2.3方案对比与选择
方案一通过综合使用计数器、译码器、数码管为一体的数码显示管。
电路相对简单，可以较好的实现排队叫号的基本功能，但是显示内容较少。
方案二通过综合使用数码管和总屏幕LCD12864显示，可以更好的实现排队叫号的基本功能，而且在客户端和服务机构两方面都能很方便的使用和控制，利用串行通信原理，由简单的51单片机芯片实现，达到复杂问题简单化的目的，是设计理论的趋势；综合各条件从简单实现与个人感观上考虑，我选择方案二。
3单元电路设计与计算
图5整体方案流程图
当有人要来办理业务的时候，从取号机上取号，LCD显示所取得号数，比较办理号和所取号的大小判断是否报警，然后回到主界面显示最后等待的编号，并把取的号发送给主机，系统主机对数据进行显示和报警处理。
3.1主控电路硬件的设计
主控电路在整个的系统中充当着最重要的角色，它在整个系统中起到了系统宏观调节的作用，首先主控电路要通过通信接收来自取号机的数据，将客户的取号存入系统之中，同时主控电路还要实时接收来自服务窗口的数据。
对于来自窗口的请求数据，主控芯片接收后立即处理，判断之后将对应的客户号码发送到服务窗口和大厅的显示屏及语音系统。
强大的通信及数据处理就要求主控电路要有强大的处理能力，才能时刻保持整个系统的运行畅通，不会出现数据丢失或发生错误等现象。
完成本次课程设计所需主控芯片有多种多样。
说明如下：
（1）STC89C52RC：
该芯片是采用8051核的ISP在系统可编程芯片，最高工作时钟频率为80MHz，片内含8KBytes的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元，具有在系统可编程特性，配合PC端的控制程序即可将用户的程序代码下载进单片机内部，省去了购买通用编程器，而且速度更快。
STC89C52RC系列单片机是单时钟/机器周期（1T）的兼容8051内核单片机，是高速/低功耗的新一代8051单片机，全新的流水线/精简指令集结构,内部集成MAX810专用复位电路。
（2）STC12C5410AD：
宏晶公司出款的STC12C5410AD单片机，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。
内部使用了MAX810专用复位电路。
程序存储空间10K，片上集成512字节RAM。
包含中央处理器（CPU）、程序存储器（Flash）、数据存储器（SRAM）、定时计数器、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。
STC89C52系列单片机具有完整的功能模块，对89C52系列单片机有学习基础，理解使用方便，且能够完成基本的实验操作，STC89C52系列内含三个定时器中断，两个外部中断，一个串口中断，比STC89C51多一个定时器2，定时器数量更能满足要求，所以本系统中主控电路采用的是STC公司出款的STC89C52RC单片机。
根据设计要求STC89C52RC单片机最小系统如图6所示：
图6单片机最小系统
3.2LCD12864的设计
大厅LCD显示为客户提供相应的服务信息。
主控电路通过通信接收来自取号的数据，将客户的取号存入系统之中，同时主控电路还要实时接收来自服务窗口的数据。
对于来自窗口的请求数据，主控芯片接收后立即处理，判断之后将对应的客户号码发送到大厅LCD的显示屏和服务窗口及语音系统。
显示功能所需芯片有LCD12864和LCD1602。
说明如下：
（1）LCD1602：
它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。
1602LCD是指显示的内容为16X2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。
它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以它不能很好地显示图形（用自定义CGRAM，显示效果也不好）。
LCD12864：
带中文字库的128X64是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为128×64,内置8192个16*16点汉字，和128个16*8点ASCII字符集.利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。
可以显示8×4行16×16点阵的汉字.也可完成图形显示.低电压低功耗是其又一显著特点。
由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。
芯片的具体参数如错误!
未找到引用源。
所示：
表格1LCD12864芯片的具体参数
LCD12864液晶显示的并行接口引脚图如图7:
图712864并行接口
显示部分采用的是LCD12864液晶显示，因为距离客户距离很进，这样可以更加直观形象的将信息传递给每一个客户。
为了更加的适应大厅显示的效果，本设计中此部分加入了LCD12864液晶显示，主要用于显示客户小票上的信息和一下必要的设置菜单。
在项目里，采用LCD12864也便于仿照现实生活里的叫号显示，也很形象的展示出一种不一样的风格。
具体的串行驱动电路如图8所示：
图812864液晶串行驱动电路
3.3蜂鸣器电路的设计
蜂鸣器电路如图9：
图9蜂鸣器电路
此部分采用了蜂鸣器作为发声通知装置，所用蜂鸣器为有源蜂鸣器，其中有源蜂鸣器内部有一个振荡源，也就是因为这个，它比无源的价格要贵一些，一开始是想使用无源蜂鸣器，想让其有种特殊的音乐来作为通知顾客音，但因为有源蜂鸣器只需给一个低电平便可驱动，而无源蜂鸣器则需提供500HZ~4.5KHZ之间的脉冲频率信号来驱动它，为了制作简单，我们便选择了有源蜂鸣器。
另外我们本想设计一个续流二极管（蜂鸣器为感性元件）来保护下三极管（驱动蜂鸣器的电流要求比较大，故用三极管提高驱动能力。
此外用了一个100欧姆的限流电阻），但由于这样会导致很多的电路连接问题，我们便舍去了这里。
3.4时钟电路的设计
图10时钟电路
时钟电路如图10主要是为单片机产生时序脉冲。
两个引脚风别对应STC89C52单片机的18脚与19脚，图中的X1为11.0592MHZ晶振（它每秒振荡11059200次），另外加了两个30pf的电容（帮助晶振起振，并维持振荡那个信号的稳定）。
3.5按键电路设计
图11单片机独立按键电路
如图11所示：
我们的按键电路采用的是独立式键盘，此设计方便设计，K1，K2，K3，K4,一边端口右接GND，另外一边分别连接单片机的I/O端口。
独立键盘判键速度快，便于顾客叫号时等待时间短，硬软件结构简单，利于我们设计者设计。
当一个按键按下时，对应I/O的口就得到了一个低电平。
3.6各电路图样
单片机整体电路如图12所示：
图12整体电路图
此为单片机整体电路，从原理图上看，布局比较简洁，而且本来电路比较简单，主要电路为蜂鸣器电路，时钟电路等等，此外左边上方连接LCD12864液晶显示屏。
所用到元器件由图而知也不是很多，整个设计思路设计的较为完美。
图13无敷铜单面PCB板
图14无敷铜双面PCB板
图15敷铜PCB板
3.7实物
图16正面
从实物图正面观看可知，外观设计的很合理，虽然外接了一个LCD12864的显示屏，看起来有点笨拙，但是实际运用中肯定是有个很好的固定的，这不影响本设计最初思路。
实物板中所有元器件摆放有序，如4位按键排列一跳线，板上多个螺丝口，是为了让整个实物可以正常摆放于桌子上，此处有一温馨提示，晶振最好放在单片机底座外面，因为晶振运行过程时，其晶振振荡会对单片机造成一定的影响，姑在不影响外观设计的情况下，尽量将其放在离单片机稍微远点的地方。
图17反面
结合之前的实物正面图与上图的反面图，看起来反面图稍微有点密集，但布线其实也差不多这样，布的线清晰明了，黑色部分为一排阻，集中了所要用到的电阻，为了让布线更加的简单，不存在交叉，我们便选用了排阻，也可使正面图看起来美观，外加一个板子上设计了三个设计者的名字，体现了项目的个性团队风采。
3.8系统软件工作流程图
图18系统软件工作流程图
首先系统开机后，开启LCD12864的显示，通过定时器对按键进行不断的扫描，判断是否有按键按下，如果没有按键按下，LCD显示，当有按键按下，比较编号判断是否报警，然后编号和等待号加1，通过蓝牙串口发送。
4排队系统主从机软件设计
4.1系统从机（取号终端）软件设计
取号终端的事件发生概率服从随机按先来先排的公平排队，由于只有一台专门的从机来负责，可以简单其流程，而在逻辑上服从队列的先入先出算法。
通过单片机按键，当系统检测到按下时完成取号功能。
队列末尾等候编号加1。
4.2系统主机（叫号终端）软件设计
主机初始化后，主机通过单片机的按键，当系统检测到按下时完成相应功能。
（1）接收副机发送来的信息，若队列为空显示“0”；若处理队列未满，则在队列取号按键的时候调用叫号程序等候末尾标号加1；若处理队列已满，则接收副机的有号提取的提醒，方便管理人员叫号。
（2）如有窗口应答并命令时，运用延时程序控制蜂鸣器的运作，4个独立的按键代表4个窗口实现显示叫号两用功能。
（3）可以根据统计程序来统计当前处理的编号是多少。
总的流程是副机将最前顾客号码发送到该主机，主机接收后可以窗口显示并提示音呼叫、统计剩余人数。
4.3LCD显示子程序
LCD显示子程序的主要通过控制12864液晶使其对排队系统的各种提示信息进行显示图显示流程图所示。
5排队系统主从机硬件需求
5.1系统的硬件实现
主要利用STC89C52单片机芯片在Proteus仿真平台上绘制原理图。
其用到的元器件其中有：
AND、AND-5、STC89C52、BUTTON、CAP、CRYSTAL、LM016L、RES、RESPACK-8、SOUNER。
5.2系统的软件实现
原理图绘制完成后是程序的加载和编译。
本设计在Keiluvision4编译器中来实现程序的编译。
使用汇编语言或C语言要使用编译器，以便把写好的程序编译为机器码，才能把HEX可执行文件写入单片机内。
KEILuVISION是众多单片机应用开发软件中最优秀的软件之一，它支持众多不同公司的MCS51架构的芯片，甚至ARM，它集编辑，编译，仿真等于一体，它的界面和常用的微软VC++的界面相似，界面友好，易学易用，在调试程序，软件仿真方面也有很强大的功能。
（1）程序编译
①启动KEIL，选择Project->NewProject，在弹出的对话框中输入工程的名字，点击保存；选择STC89C52单片机。
②点击FILE，在打开列表选项中选择新建，在打开的窗口内，按照设计的要求，根据程序流程图，编写程序，点击保存，保存文件类型为以.C为后缀的文件。
文件名为与所建工程名相同。
在本设计中需要加载两个程序主机子程序和从机子程序，输入新建程序。
③在SourceGroup1上点击右键，选择“AddFilestoGroupSourceGroup1”，把所有的源文件加进来。
④点击Project->Buildtarget或者使用快捷键F7，编译工程。
当“BuildOutput”窗口中提示*.c-0Error（s）,0Warning（s）.时，则程序编译成功。
此时要生成.HEX文件，右击Target1，选择Optionsfortarget’target1’……或者按F7，选择Outputz中勾选Create.HEXFile，完成即可。
在本设计中需要加载两个.HEX文件。
（2）程序加载
在编辑环境中双击STC89C52，在弹出的对话框中将编译生成可执行文件1.HEX加载进芯片中，设单片机的时钟工作频率为11.0592MHZ。
6系统功能测试与整体指标
测试：
按下电源开关后，启动电路，开始运行。
此时主机显示屏上出现“排队叫号机主机当前办理人数编号如下，有四个窗口（A：
000,B：
000,C：
000,D：
000）业务选择编号”，副机显示屏上出现“排队叫号机副机尾号等待人数如下有四个窗口（A：
000,B：
000,C：
000,D：
000）业务选择编号”。
检查无误后，开始测试主机副机各四位按键。
任试主机四个按键，主机无响应，原因是因为当前情况下副机没有叫号，故主机没有响应。
测试副机当按下副机任意按键时，蜂鸣器发出声音，滴的一下，屏幕对应按键某窗口显示001，多次按下同一按钮，屏幕显示所选业务、排队编号所等人数，并同时加一。
当副机蜂鸣器发生声音时，主副机会通过蓝牙模块传输信号，此时主机接收信号有人按键取号办理业务，当主机按下对应副机编号按键时，主机蜂鸣器发出滴的一声，并同时屏幕显示当前办理编号。
当主机编号与所对应副机编号相应时，再次按下主机某个按键，主机不会产生响应。
若此时副机有人取号，副机蜂鸣器发出滴的一声，屏幕显示所选业务、排队编号所等人数，并加一。
此时主机则可叫号服务。
整体指标：
整体测试过程中，无卡顿、闪屏现象等不良反应，各项指标测试正常。
7详细仪器清单
表格2仪器清单
仪器名称
数量
STC89C52
2
LCD12864
2
有源蜂鸣器
2
hc05蓝牙
2
PNP三极管
2
按键开关
8
电位器
2
稳压模块
2
按钮开关
2
晶振
2
电阻
2
电容
4
8总结与思考及致谢
在排队叫号系统在银行、工商、税务、通讯、政府机构方面经常使用，此系统采用以STC89C52单片机为核心，LCD12864显示，蜂鸣器报警，具有较好的实际应用功能。
通过去图书馆查阅相关书籍、网上资料和一些仿真实例，我分析了其中的原理之后，认真总结并深入其中，完成了本次的排队叫号系统设计。
系统的原理，芯片的选型、引脚功能、使用的优缺点，硬件的设计，电路的连接，程序的设计，系统的仿真等，对这些问题都需要综合性的专业知识，以及资料的查询，自己的认真钻研来解决。
在程序设计过程中遇到的很多问题，阻碍设计的过程，通过总结，深深体会到程序设计的时候模块化处理的重要性，可以先画好程序流程图，然后对按键模块，显示模块，语音提示模块依次分析。
本次课程设计能够实现基本的智能排队叫号目的，但是由于初步将对单片机运用到实际操作当中，难免有不足之处，比如没有配置系统取号打印机部分等。
总体来说，通过本次课程设计，增强了我在专业设计方面的能力，同时也培养了我对单片机的学习的兴趣。
我感觉学单片机就是要多实践，老师领我们进入单片机世界，精通它就得靠我们自己，那就需要多实际操作，将自己所学知识灵活运用到实际生活当中。
衷心感谢给我们教课的老师！
感谢您这学期以来的辛勤付出，在课程设计期间，您细心的为同学们解答问题提供帮助，使我们对单片机的学习有了进一步的提高，谢谢！
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