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基于RS-485的排队呼叫系统的设计与实现.pdf

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声 明本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中所取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外,不包括其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做出的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。本人签名丁樵咽日 期加t 2,乞I东北大学硕士学位论文 第一章绪论1.1课题背景和意义第一章绪论由于当今各行各业的信息化、智能化建设越来越普及,整个社会对各个行业的办事效率的要求越来越高,尤其是服务性行业,既要满足被服务人的服务需求,又要提高服务质量,提高服务效率,例如医院住院门诊等,现在的病人不仅仅要求医院等满足业务上的需要,还要求医院尽量减少病人的等待时间,而医院本身由于竞争的需要,也要求提高本身的办事效率,提高本身服务的形象,而这些窗口服务的排队现象在所难免,为了在排队时减少办事人的办事时间,排队呼叫系统应运而生。目前,西方发达国家普遍采用的是排队呼叫系统与柜台服务相结合的方式,采用智能化管理,实践证明效果最为理想。使用此种方式,机器代替人排队,彻底解决了客户站立式等候的不足,环境不仅舒适,而且有序。由于柜台前始终是“一对一”的服务,储户隐私和安全有了保障。工作人员再也见不到簇拥的脑袋,工作更加从容高效。主管人员从每天、每月或每年的统计报表上可以得到非常宝贵的数据,有助于合理安排人力、节约成本、奖优罚劣、争取客户等工作的改进。排队呼叫系统是由控制主机、打号机、显示终端、广播系统、通信控制器、呼叫终端等组成,主要用于在需要用户排队的服务窗口如银行、移动局缴费窗口等,通过自动为进入服务区的用户打印排队号码,并自动呼叫和显示用户排队号码的方式,通知用户到窗口接受服务,从而替代传统排队方式的微机管理系统。在沈阳中国医科大学附属第一医院住院门诊部,每天前来办理入院手续和出院手续的患者,少则五六十人,多则上百人,而医院住院门诊部的服务窗口仅为8个,其中5个窗口用于办理入院手续和缴费业务,另外3个窗口办理出院手续和结算业务,且服务大厅较小。在接待患者较少的情况下,医院的工作人员尚能够从容地完成各项业务,狭小的服务大厅也不会造成拥挤的现象如遇患者高峰期,服务窗口少、服务大厅狭小的弊端将暴露无疑,不仅患者排队等待的时间加长,排队时造成的拥挤、加塞现象也时有发生,甚至有的患者家属不惜提前l2小时前来排队,也给医院的工作人员带来了压力,不利于提高医院的办事效率和医院自身的服务形象。本课题的研究和实现,正是针对医院的这种情况,开发出一套独立的排队呼叫系统,利用机器代替人排队,保证排队按谁先报到取号票,谁先受理服务的东北大学硕士学住论文 第一章绪论公平原则,减少患者的等待时间,提高医院的服务水平和服务质量。患者通过打号机选择所需的接受服务类型取得排队号票号票信息通过硬件传至控制主机,自动排入系统,系统按顺序处理该排队号票,等候服务;取号后的患者在等候区等候办理通知医院工作人员按下呼叫终端的呼叫按钮,语音系统对患者进行呼叫,同时显示屏上显示呼叫的信息;用户根据显示屏的信息前去办理业务,整个排队流程如图1.1所示。该系统在满足排队业务的基础之上,还可通过接入医院业已存在的网络为医院的管理人员提供大量的决策信息,如每个窗口工作人员的业务量,各个工作任务办理业务的耗费时间,每个工作人员办理业务所耗费的平均时间等等。图1.1排队流程图Fig.1.1 Flow chart ofthe queue1.2系统组成及功能说明排队呼叫系统分为单功能和多功能两种。单功能排队呼叫系统只有唯一的排队序列的系统,其形成的排队号码只有一个流水号。适用于在同-N务场所,只有一个服务项目的业务模式。如银行营业储蓄业务,在一个营业厅里,所有窗口都是办理相同的储蓄业务。因此,排队系统只形成单一排队号码即可。多功能排队呼叫系统有多个排队序列的系统,其形成的排队号码各不同业务分别形成各自的流水号。适用于在同一服务场所,有多个服务项目的业务模式,如移动营业部门,在同一个营业大厅。既有缴费业务、又有补卡业务、话费查询业务、开户业务等,因此,排队系统可按用户办理的不同业务,分别形成不同的排队号码序列,使用户按所办理的业务不同,分别进行排队。排队呼叫系统具有支持呼叫、重叫、优先叫号,用户号、排队人数、已服务.2.东北大学硕士学位论文 第一章绪论人数提示等多种功能,且系统可灵活增减业务窗口或调整窗口业务属性等,系统的组成结构如图1.2所示。图I.2排队呼叫系统组成结构Fig.1.2 Structure ofthe queue-calling system各组成部分的主要功能如下1控制主机是系统的核心,工作在Windows 98/2000 I作环境下,实时监测打号机打印排队号码情况,检测服务人员呼叫用户的按键输入,及控制相应窗口的显示终端显示相应的信息,并控制语音广播系统广播相应的语音信息。控制主机根据实现的功能不同,分为单功能版和多功能版两种版本,分别应用于单功能排队呼叫系统和多功能排队呼叫系统。2打号机热敏式打印机,完成排队号票码的打印。打号按打印方式划分可分为二种一种为自动打印方式,一种为自助打印方式。自动打印方式打号机开机时自动打印出第一张排队号票码,当有用户取走排队号票码时,打号机自动打印下一张排队号票码。自动打印方式一般适用于单功能排队呼叫系统。自助打印方式当有用户到来时,通过选择对应的功能键,按不同功能,每按下一次按键,打号机即可打印出一张排队号票码。自助打印方式一般适用于多功能排队呼叫系统或有特殊要求的单功能排队呼叫系统。3通信控制器安装于控制主机内或显示屏内,用于控制各呼叫终端,实现呼叫请求的发送、管理,用户等待信息的发送等。4呼叫终端服务窗口呼叫用户控制,用户等待情况显示。.气.东北大学硕士学位论文 第一章绪论5显示终端用于显示当前正在接受服务的用户号和本窗口已受理服务的用户数。6语音广播系统在控制主机的控制下,自动广播当前需要接受服务的用户号及服务窗口号。1.3本文主要内容第二章提出了系统总体设计方案和设计思想。并对系统设计的硬件部分和软件部分作了简要介绍;第三章详细讲述了系统通信协议的设计,分析比较了主从式MAC协议和令牌总线式MAC协议的特点,并根据本系统的实际需求和应用场合,设计了系统的通信协议第四章讲述了整个系统的硬件和软件的设计及其实现。最后,在结束语中对本文的主要工作做了总结,并简要介绍了系统的应用案例和未来展望。本人在该项目中所做的主要工作如下1分析系统并对程序软件结构进行划分,确定各个模块的功能2研究基于RS.485网络的多机通信问题,了解硬件电路设计,包括原理图设计,PCB图设计和硬件电路的设计等3在Visual Basic 6.0的编程环境下,用MScomm控件实现与单片机的串行通信,并通过DDE方式与其它各个模块交换数据4设计并分析了系统的通信协议;5设计了一个小型的数据库,并在VisualBasic 6.0的编程环境下动态创建;6编写项目文档、系统使用说明书和用户使用手册。.4.东北大学硕士学位论文 第二章系统总体设计方案2.1总体设计第二章系统总体设计方案2.1.1设计中主要考虑的问题根据需求和设计任务书,本系统不仅要实现数据的打印、显示和语音呼叫,还要实现点对多点的数据传输。因此,综合考虑本系统的特点和应用范围,在总体设计中应考虑以下几个主要问题,并据此进行后面的设计。1通信的过程由单片机控制,并需要建立相应的通信协议。2由于设备对数据传输速率的要求不是特别高,因此可以采用半双工的工作方式。3要求系统具有较高的实时性能和一定的可靠性,所以在设计中应综合考虑这两方面的因素。4系统应具有一定的检错和纠错能力,并可以独立完成数据的传输和接收。系统的实时性能和可靠性是影响系统运行性能的关键因素,所以在系统设计中应重点考虑。然而实时性和可靠性是相互矛盾的,要提高系统的实时性能,可靠性就要受到一定的影响,因此应根据实际情况综合考虑。通信协议是影响系统实时性能的重要因素,所以在第三章中将重点介绍系统通信协议的设计。2.1.2总体设计思路及方案选择系统通信方式采用半双工,为了使系统具备独立完成通信过程控制的功能,采用8位单片机构成控制部分,加上采用简单可行的通信协议。单片机选用89C51芯片,在主单片机的通信模块中,除了完成对发送/接收电路的控制之外,它还对整个通信过程进行控制,包括对数据的编解码。为了适应不同的环境条件以及成本要求,按照线路连接结构的不同,通信系统可分为星型和总线型两种类型。星型通信系统以主节点为中心点,以发散的形式分别通过通信信道与集控器相连,形成一对多的连接构架。信道通信数据量较大,要求有一定的传输速率和带宽。一般光纤、无线和电话线通信都采用该连接方式。总线型通信系统是为克服星型连接的不足而采用的,这种方式以一条串行总线连接各分散的采集器或呼叫终端,实现各节点问的互连,RS-485网是最常用的总线型通信方案,本系统采用该种方案类型。一5.东北大学硕士学位论文 第二章系统总体设计方案RS.485总线是国际电报电话咨询委员会CCITT标准化v11/X.27兼容的平衡式电气特性标准。这种标准应用集成电路技术,在一对平衡的互连电缆A和B上传送差分信号,在接收端使用差分接收器进行判决。这种接口的抗干扰能力很好,信号发送频率最高可达10MHz。在信号发送速率小于100kbps时,传输距离可大于1000m。在发送端TXD将串行口的TTL的电平信号转换成差分信号A和B两路输出,经传输后在接收端将差分信号还原成TTL电平信号。两条传输线通常采用双绞线,又是差分传输,因此有极强的抗共模干扰能力,接收灵敏度也相当高。用RS.485可以实现多点互连,不仅可以实现半双工通信,而且可以实现全双工通信。一般使用双绞线作为网络总线。总线连接的节点个数因选用的接口驱动芯片而异。如选用SN75176型芯片,其输入阻抗为12kt2,可连接32个节点;如选用MAX485型芯片,因其接收器阻抗为48k.Q,所以可连接128个节点。当然各芯片的性能不同价格也有差异,因此在进行系统设计时应综合考虑各种因素。2.2系统框图系统主要由上位机、中位机和下位机三部分构成。上位机即控制主机,由~台普通的微机承担,中位机实现上位机与下位机之间数据的“透明”传输,中位机与多台下位机之间通过RS.485总线互连而组成一个独立的小型局域网络,并可通过上位机接入医院业已存在的计算机网络。系统的总体结构如图2.1所示。图2.1系统总体结构图Fig.2.I General structure ofthe system一6.东北大学硕士学位论文 第二章系统总体设计方案2.3硬件部分概述及框图考虑到中位机与下位机之间通信的最远距离已经超过了RS一232标准所要求的最大距离,因此为保证通信数据传输的可靠性,采用RS-485收发器来组建通信网络。使用RS-485总线,使用一对双绞线实现多站联网构成分布式系统,除能够实现长距离通信外,还具有设备简单、价格低廉、组网方便的优点,重要的是在满足通信指标的前提下,能稳定可靠地运行。由图2.1可知这是~个小型的集散型系统,采用主从式微机网络形式,上位机用普通的微机实现对整个系统的运行和管理,下位机采用单片机执行呼号和显示任务。在系统运行中,上位机需要与多台下位机之间相互传递信息。在主从式微机网络的实现上,当上位机工作不繁忙时,数据处理的实时性不太强,而且下位机向上位机传送数据在时间和数量上比较有规律的情况下,可采用直接式接口,即利用上位机的串行口直接与多台下位机联网,进行多机通信。然而,在本系统中,要求数据处理的实时性强,上位机用于通信的时间有限,且下位机向上位机传送数据在时间、数量上随机性较大,因此采用这种直接式接口就不太合适。为了实现上位机与下位机之间快速、可靠地通信,在上位机和下位机之间设置~台中位机,用于通信控制,使得多台下位机在时间上随机、数量上长短不一的信息,变成时间上有序、数量上规范的数据信息传送给上位机,这样就大大缩短了上位机用于通信的时间,提高了上位机的工作效率。2.3.1上位机上位机是一台运行Windows98/2000的普通PC机,通过串行口与中位机相连,并通过中位机实现与多台下位机之间的数据通信。上位机也可通过以太网接入医院现有的微机网络中,实现与监控微机相连。上位机即控制主机,是系统运行的核心,其控制软件由Visual Basic 6.0开发而成,负责完成如下的控制任务1患者通过用户界面选择业务种类,系统自动处理号票信息,将号票信息写入数据库,并控制打号机为患者提供一张排队号票。2接收来自下位机的呼号请求,根据请求类型将对应的数据信息,通过中位机传送给下位机。3根据呼号请求类型提取相应的号票信息,传送至语音广播系统,并通过微机串口传送给显示终端,为患者提供语音和视觉提示。4创建和维护数据库信息,每天首次开机时自动清除前一天的数据信息。-7.东北大学硕士学位论文 第二章系统总体设计方案2.3.2中位机中位机位于上位机和下位机之间,实际上是一块通信控制卡,专司通信联络之用,采用计算机插卡形式,置于控制主机机箱内部,即将通信控制卡插入到控制主机的ISA插槽中,其核心是8051单片机。对于上位机和下位机的通信来说,中位机起到通信管理和数据帧校验的作用,这样上位PC机就不必长时间连续工作,以便充分发挥其数据处理和信息管理的功能。中位机的结构和功能如下1结构中位机的结构如图2.2所示。为了使设计简单,并考虑到通信的数据量不是很大,因此中位机和上位机之间的通信采用RS.232接El,可以满足系统的实时性要求中位机和下位机之间的通信采用RS-485接口,所以在中位机中必然要实现RS一232电平到RS.485电平的转换功能。图2.2中位机结构框图Fig.2.2 Block diagram ofstructure for the middle microprocessor接下位机2功能为了保证下位机的数据能够快速、及时、安全地传送至上位Pc机,中位机应具有如下的功能①完成上位机和下位机之间通信的RS.232电平和RS.485电平的转换。②接收来自上位机的控制命令和数据信息,并转发给下位机。③响应下位机的请求,接收来自下位机的数据,并完成帧的校验。如果数据帧接收正确,则转发给上位机;如果数据帧接收错误,则要求下位机重发出错帧,若重发次数超过最大限制,则不予受理。④作为通信的主节点,依据一定的通信规则完成与多台下位机的通信任务。⑤若判断出某台下位机通信故障,报告给上位机。2.3.3下位机下位机作为系统的呼叫终端,置于每一个服务窗口之内,具有呼号、优先叫号、东北大学硕士学位论文 第二章系统总体设计方案显示当前服务患者排队号票和已服务患者数等功能。下位机实际上为一小型的键盘控制机,外观类似于密码键盘,包括三个主要部分;显示输出、键盘控制和通信。下位机系统的结构组成示意图如图2.3所示。RS.485总线图2.3下位机结构组成示意圈Fig.2.3 Diagrammatic sketch ofstructure for the lower microprocessors2.3,3.1显示输出由于医院住院门诊部的服务大厅与工作人员的工作室用隔音玻璃隔开,为了便于服务窗口内的工作人员及时了解服务大厅内患者的等待人数和当前呼叫的患者排队号票等信息,下位机用6个7段LED显示管显示当前接受服务的患者的排队号票以及已接受服务的患者总数或未接受服务的患者总数的相关信息。其中,前3个LED显示管为红色,显示当前接受服务的患者的排队号票;后3个LED显示管为绿色,显示已接受服务或未接受服务的患者总数,显示的内容由键盘上的一个切换功能键控制。显示输出部分除了液晶显示管外,还有3个发光二极管,有关说明如下1电源指示灯红色,用于判断下位机是否正常供电。2患者等待指示灯绿色,当还有患者正在等待时,该指示灯亮,表示仍有患者需要接受服务。3已/未服务患者总数切换指示灯红色,该指示灯配合显示已,未接受服务的患者总数的液晶显示,当液晶显示管显示已接受服务的患者总数时,指示灯亮;当液晶显示管显示未接受服务的患者总数对,指示灯灭。2.3.3.2键盘控制键盘控制部分是一个多功能键盘,除具有呼叫键、重呼键、切换键等功能键外,还有10个肚9数字键,总共有15个按键。功能键用于完成下位机向上位机的呼号请求、请求数据等基本功能,数字键用于中断优先叫号等功能的扩展。
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