基于51单片机的医院银行排队叫号系统设计与实现

基于51单片机的医院银行排队叫号系统设计与实现
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系统功能简介

医院与银行等场所的业务大厅在高峰时段往往出现排队拥挤、秩序混乱的情况，传统的人工排队方式效率低下，容易出现顾客插队、漏叫等问题。为了提升服务水平，提高业务处理效率与现场秩序，基于51单片机的排队叫号系统应运而生。该系统由主机与从机两部分构成，通过单片机的逻辑处理、按键输入、串口通信、数码管显示以及蜂鸣器提醒等功能模块，实现排队取号、队列统计、按顺序叫号等功能。

主机负责核心叫号与广播功能，工作人员通过按键操作即可实现叫号操作，当前被叫号码通过数码管实时显示，同时蜂鸣器发出提示，使等待中的顾客能够及时响应。系统中的从机负责顾客取号功能，通过串行通信方式从主机获取信号，实时更新取号信息，并在自己的数码管显示模块上显示队列中的剩余排队人数。

整个系统采用主从结构设计，主机和从机之间采用标准串口协议进行数据交互，以保证数据传输准确可靠。该设计不仅结构合理，而且具有高可扩展性，可以根据业务场景进行功能扩充，例如增加语音模块实现语音叫号、增加更多从机实现多个窗口取号等。

系统功能详细介绍

3.1 主机叫号功能

主机为工作人员操作端，通过按键实现叫号操作。在工作人员按下"叫号"按键后，主机内部计数器将当前号码递增，并将该号码显示在数码管上，同时驱动蜂鸣器发声，提醒顾客前往相应窗口办理业务。在此过程中，主机通过串口模块将当前叫号信息广播给从机，确保整个系统状态一致。

3.2 从机排队取号功能

排队顾客通过从机进行取号。每当顾客按下取号按键，从机通过串口与主机通讯，获取最新排队号码，并自动为该顾客分配排队号。系统内部保存一个队列计数变量，用于记录当前排队人数，从机会自动将排队人数显示在自己的数码管上，以便顾客判断排队时长与人数情况。

3.3 队列显示功能

从机不仅能够为顾客提供取号服务，还能够实时显示队列中排队人数。该功能依赖从机内部的计数逻辑以及与主机之间的数据同步机制。每当主机叫号，从机会收到相关信息并自动将队列人数减一，从而完成实时同步刷新。

电路设计

本系统硬件由主机与从机两大部分组成，两者都基于51单片机实现。为了便于系统运行稳定与扩展，电路采用模块化设计思想。

4.1 单片机最小系统模块

无论是主机还是从机，均使用标准 51 单片机最小系统，包括：
- 复位电路：上电后系统自动复位，确保程序从头正常运行。
- 晶振电路：使用 11.0592 MHz 晶振，以保证串口通信波特率准确。
- 电源电路：为整个系统提供稳定的 5V 电压供应。
单片机的 I/O 引脚用于按键输入、数码管驱动、蜂鸣器驱动以及串口通信等功能。

4.2 按键输入模块

主机端安装叫号按键，从机端安装取号按键。
- 按键采用独立式按键结构，通过上拉电阻连接到单片机 I/O 口。
- 程序通过按键扫描函数检测按键按下，消抖后确认有效动作。
按键是整个系统的人机交互核心，是实现叫号与取号功能的输入信号来源。

4.3 数码管显示模块

主机端使用数码管显示当前叫号号码，从机端使用数码管显示排队队列人数。
- 可采用 4 位或 2 位共阳极或共阴极数码管，根据项目规模而定。
- 显示采用动态扫描方式节省 I/O 资源。
程序通过段码控制与位选控制刷新数码管，实现实时数字显示。

4.4 蜂鸣器提醒模块

主机端配置蜂鸣器，用于叫号提示。
- 常用有源蜂鸣器，驱动方式简单，只需输出高电平即可响。
- 蜂鸣器可通过 NPN 三极管驱动，保护单片机 I/O 口电流安全。
蜂鸣器用于提醒顾客，被叫号码已更新。

4.5 串口通信模块

主机和从机之间通过串口进行通信：
- 主机为发送端：定时发送叫号信息和队列更新信息。
- 从机为接收端：接收数据并更新队列人数及取号逻辑。
串口采用标准 UART 方式：
- 波特率：9600 bps
- 数据位：8 位
- 停止位：1 位
- 无校验
串口模块确保系统多机之间可靠通信。

4.6 队列计数逻辑模块

从机内部包含队列计数模块：
- 顾客取号时队列数 +1
- 主机叫号时队列数 --1
队列计数器通过单片机 RAM 中的变量实现，可用于多场景扩展。

程序设计

系统软件采用模块化结构设计，流程清晰，逻辑严谨。以下从主机程序和从机程序分别进行详细说明。

5.1 主机程序整体结构

主机作为叫号控制核心，其主程序结构如下：
c 复制代码
```
void main() {
    System_Init();
    while(1) {
        Key_Scan();         // 按键扫描
        Call_Number();      // 叫号逻辑
        UART_SendData();    // 串口广播数据
        Display_Update();   // 数码管刷新
    }
}
```
主机的程序循环结构简单明了，围绕叫号逻辑展开，同时负责显示刷新和通信发送。

5.2 叫号按键扫描模块

主机检测按键输入，当按键按下后对叫号变量进行递增，并同步更新显示内容：
c 复制代码
```
void Key_Scan() {
    if(Call_Key_Pressed()) {
        current_num++;
        call_flag = 1;
    }
}
```
按键扫描程序包含消抖功能，确保按键触发准确。

5.3 叫号执行模块

当叫号按键被按下后：
c 复制代码
```
void Call_Number() {
    if(call_flag) {
        Beep_On();              // 蜂鸣器响
        DelayMs(200);
        Beep_Off();
        call_flag = 0;
    }
}
```
蜂鸣器提示顾客，提醒新号已被叫出。

5.4 串口数据发送模块

主机通过串口向从机发送当前叫号号码：
c 复制代码
```
void UART_SendData() {
    UART_SendByte(current_num);
}
```
从机通过接收该号码执行队列更新。

5.5 主机数码管显示模块

数码管动态扫描实现显示当前叫号号码：
c 复制代码
```
void Display_Update() {
    Display_Number(current_num);
}
```

从机程序设计

从机作为取号端，需要处理按键、串口接收、显示队列数量等功能。

6.1 从机主程序结构

从机程序结构如下：

c 复制代码

void main() {
    System_Init();
    while(1) {
        UART_Receive();         // 接收主机数据
        Key_Get_Number();       // 顾客取号
        Queue_Update();         // 队列逻辑处理
        Display_Update();       // 显示队列人数
    }
}

从机主要围绕队列人数变化进行管理。

6.2 取号按键处理模块

c 复制代码

void Key_Get_Number() {
    if(Get_Key_Pressed()) {
        queue_count++;          // 队列人数加一
    }
}

顾客按键获得新的排队编号。

6.3 串口接收模块

从机接收主机发送的最新叫号号码：

c 复制代码

void UART_Receive() {
    if(RI == 1) {
        unsigned char num = SBUF; 
        queue_count--;          // 有顾客被叫号，队列人数减少
        RI = 0;
    }
}

通过该机制同步队列人数。

6.4 队列处理逻辑模块

从机负责确保队列人数不出现负数等异常情况：

c 复制代码

void Queue_Update() {
    if(queue_count < 0) queue_count = 0;
}

保证数据安全可靠。

6.5 从机显示模块

从机的数码管用于显示当前排队人数：

c 复制代码

void Display_Update() {
    Display_Number(queue_count);
}

总结

本设计构建了一套基于51单片机的医院银行排队叫号系统，采用主从结构实现叫号、排队、队列显示等核心功能。主机负责叫号广播，从机负责客户取号与队列人数显示，两者通过串口通讯保持数据同步。系统利用按键输入、蜂鸣器提示、数码管显示等模块，实现了良好的人机交互体验。整体结构合理、扩展性强，可广泛应用于医院、银行、政务大厅等公共服务场景，为排队秩序管理提供一种可靠、高效、可扩展的自动化解决方案。