摘 要: 隨著計算機技術以及網絡技術的發展,將RS-485網絡控制系統應用在排隊控制上,設計一種可以代替人們來排隊的系統,可以提高人們生活質量。本文詳細介紹了排隊機系統各控制器的設計,包括各個功能模塊的硬件電路和控制軟件的設計,這些功能模塊和控制器是排隊機控制系統的重要組成部分。 關鍵字: RS485, 單片機, 控制系統, 排隊機 Abstract: With the assistance of computer and networks, we can apply the RS-485 in the queue control, which can queue for the man and improve the living quality as well. In this paper, we introduce the design of the controllers in the queue system, including the hardware circuit and software, which are the important parts of the whole system. Keywords: RS485; Single Chip Computer; Control System; Queue Machine 1 引言 　　許多單機控制系統已逐漸向多機聯網的方向發展,如:數據采集、消防、門禁、消費等控制系統,這就需要將各單機控制系統進行組網以進行相互通信,從簡單的集中式控制逐漸向復雜的分布式、多控制端形式發展,出現了以網絡通信技術為基礎的新的控制形式。串行通信作為一種簡單、廉價的通信方式在控制工程中廣泛應用,其中RS-485總線型多CPU網絡控制系統得到了推廣與發展。本文設計了一個基于RS-485的多CPU控制的完整排隊機系統,包括主控制器（打排隊票、分配排隊號）、子控制器（每個窗口叫號、辦理業務）、鍵盤操作、語音叫號、屏幕顯示,廣告上位機（統計排隊號、播放廣告）等部分。該系統是一個RS-485網絡系統,網絡上各個終端分別完成各自的功能。 2 主控制器設計 　　基于成本控制和功能不需要很復雜的考慮,主控制器可以采用單片機來實現。主控制器即為RS-485網絡中的主機,起著網絡服務器的作用,把RS-485網絡上的多個CPU控制節點通過總線連接起來,構成一個完整的通信網絡系統。 　　在設計中,主控制器的核心單元CPU采用Winbond公司的一個帶雙串口與MCS-51單片機相兼容的全新核心的微處理器W77E58,處理能力強,具有兩個全雙工串口免去擴展和兼容的麻煩,而且片內程序存儲器大,就該系統的程序來說己經足夠,不用擴展片外程序存儲器,節省了I/O口;排隊信息數據存儲方面,由于要在掉電的情況下保持大量的數據,所以選用了一塊32K容量、帶電池數據存儲器擴展:萬年歷時鐘芯片選擇了功能強大,方便易用的DS12C887,十分方便控制,斷電情況下也能準確運行。主控制器各功能模塊設計圖如圖1所示: 　　由圖可以看出,主控制器中除了CPU中央單元外,還有存儲模塊、打印機控制模塊、系統時鐘模塊、語音模塊以及兩套串口。在以下的內容中,將分別介紹各個功能模塊的設計。而且,后面還會提到,語音模塊將會從主控制板中脫離出來,作為一個單獨的控制板而連接到RS-485網絡中。 [align=center] 圖1 主控制板模塊設計圖[/align] 3 子控制器設計 　　子控制器在系統的應用中實際是一個與客戶交互的終端。簡便常用的人機界面一般都用鍵盤和顯示屏來實現,本系統采用的方案是按照銀行常用鍵盤設計16鍵鍵盤和LCD段式液晶模塊組成人機界面,加入通信模塊,與主控制器通過RS-485網絡交互,將用戶的輸入信息傳遞給主機,經過主機的處理后,再將結果反饋到子控制器的LCD顯示屏上,給用戶充分的提示。 　　在設計中,CPU采用AT89S5l;LCD液晶模塊采用北京青云科技公司的LCM061A段式液晶模塊;鍵盤采用典型的4X4矩陣鍵盤,盡管有簡單易用的鍵盤顯示芯片8279可以起到鍵盤掃描和LED段碼顯示的功能,但是由于鍵盤尺寸的限制,必須盡量少用芯片以節省空間,所以這里用AT89S51的P2口作為鍵盤接口電路,用程序來掃描鍵盤輸入。由圖2可以看出,鍵盤子控制器中除CPU外,還包含了鍵盤輸入模塊、LCD顯示模塊、485網絡通信模塊等。 [align=center] 圖2 子CPU控制器模塊示意[/align] 4 鍵盤顯示模塊 　　本系統鍵盤顯示模塊采用的是典型的4X4矩陣鍵盤和段式LCD液晶顯示模塊。LCD液晶顯示模塊LCM061A是一種6位多功能通用型8段式（8.8.8.8.8.8.）液晶顯示模塊,將液晶顯示屏和核心電路集成一體,使用串行式的控制,它只有n根引腳,與單片機連接十分方便。 [align=center] 圖3 鍵盤顯示接口電路[/align] 　　LCM061ALCD顯示模塊采用串行控制方式,全部的功能都通過編程對C/S、R/D、/WR、DATA幾個引腳的控制來完成,而其中所有的控制指令和數據都通過DATA數據傳輸端讀寫。按照功能來分,這些指令可以分為三類: 讀顯示RAM指令、寫控制命令指令和寫顯示數據指令。LCM061A采用串行式的控制方法,所以需連接的電路十分簡潔。在鍵盤顯示電路中,電路原理圖如圖3所示: 5 系統時鐘模塊 　　系統時鐘是整個排隊序列的重要指針,不僅要把排隊時間信息顯示在每張排隊號上,而且要記錄不同事件發生的時間,以實現各種與時間有關的功能,比如上位機隊排隊信息的統計等。本系統采用的是時鐘芯片DS12C887。 6 語音播報模塊 　　語音播報是用語音的形式通過廣播或者音箱給人以提示信息。排隊系統本身就是為了方便用戶,創建輕松生活方式的目的而產生的,語音播報提示給人直觀、親切的感受特點,而且不需要用戶一直盯著提示屏或者排隊情況,十分容易讓用戶的注意力從復雜的周圍環境中轉移過來。自動語音播報更是把工作人員從這種體力勞動中解放出來,成為排隊系統中十分重要的一個組成部分。 　　ISD2560是一種永久記憶型的語音錄放集成芯片,具有抗斷電、音質好,使用方便等優點。它的最大特點在于片內E2PROM容量為480K,所以錄放時間長,最長可達60秒,而且錄音的采樣值直接存放在E2PROM中,省去了A/D和D/A轉換器。有10個地址輸入端,尋址能力可達1024位,最多能分600段。設有OVF（溢出）端,便于多個器件級聯。其集成度較高,內部還有前置放大器、內部時鐘、定時器、采樣時鐘、濾波器、自動增益控制、邏輯控制、模擬收發器、解碼器等。 　　圖4為語音播報模塊電路。AT89S51的P2口連接ISD2560的A0-A7,P1.1腳接A8作為地址線,A9接地,始終使用地址模式,可以尋址000h ～1EFh。P1.2接CE\, P1.3接P/R\,可以用這兩個引腳來控制ISD2560播報/錄音的開始與停止。P1.4連接EOM\端,用來檢測每一段語音的結束。XCLD接地,表示不使用外部時鐘。 [align=center] 圖4 語音模塊接口電路[/align] 7 系統控制軟件設計 　　一次完整的排隊系統運作過程如下: 主機等待著顧客按下取票按鈕,鍵盤掃描到按下的鍵值后,根據取票類型生成排隊號,并且讀出當前系統時間、排隊情況、業務類型等信息,打印成排隊票。這時,如果某窗口的操作員服務完一位顧客,按下窗口鍵盤上的“下一位”,這個信息就會傳輸給主機,主機根據當前排隊情況和業務情況,將排隊序列上能服務的最近客戶排隊號回應給窗口,窗口鍵盤收到回應后,立刻更新鍵盤上的顯示為要服務的排隊號。同時,主機還把這個排隊號發送給部分其他子機:窗口LED顯示屏,讓它也顯示最新的排隊號;語音播報子機,讓其播報該排隊號,以提醒顧客前來服務;上位PC視頻排隊軟件,讓其用多媒體的方式顯示并播報當前排隊號。 　　除此之外,系統借助這些功能模塊還可以完成其他多種功能,如設置了一個具有管理員權限的鍵盤,可以實現系統設置的功能,可以配置整個系統的密碼,系統時間,業務類型等一系列參數;同時,可以處理某些特殊情況,例如某些緊急客戶排隊需要優先處理、顧客沒有聽到叫號的信息或者操作員暫時離開窗口,所以操作鍵盤需要能提供“優先”、“重呼”、“暫停”等信息處理功能。這些功能基本上都是通過各功能模塊的調用和對排隊隊列的操作來實現的。排隊隊列存儲在主控制器上,它的操作通過主控制器來完成。 　　系統應用后產生近10萬元的經濟效益,數據主要來源于實驗,開發采用理論和實驗驗證結合等研究方法。 本文作者創新點 　　本文分別介紹了主、子控制器的設計,并且就各個功能模塊的開發進行了詳細的介紹。系統時鐘、語音播報、鍵盤顯示、LED顯示等功能模塊都是系統中不可缺少的,而且他們之間的協調控制使得本地CPU網絡控制系統能夠順利、高效的運行。全文介紹了排隊機系統的各個組成部分。 參考文獻: 　　[1] 范輝. RS-485總線與CAN總線應用比較[J].上海電機學院學報,2005.8（5）:54-56 　　[2] 王天義, 楊建中. 一種新型RS-485接口芯片在遠程多機通訊中的應用[J].儀器儀表標準化與計量,2004（5）:35-40 　　[3] 韋安, 劉國平. 工業實時TCP/IP協議棧的研究與開發[J].控制工程,2005.12（4）: 389-392 　　[4] 石彥輝, 高蒙, 李拓新. RS485總線在智能供電系統中的應用[J]. 微計算機信息, 2007, 5-2: 79-80