基于單片機監(jiān)測的座位管理系統(tǒng)

莫濟江

?

基于單片機監(jiān)測的座位管理系統(tǒng)

莫濟江

（嶺南師范學(xué)院，廣東 湛江 524048）

論文通過對因座位資源短缺而衍生占座行為這一現(xiàn)象的深入剖析，針對造成占座行為泛濫的主要原因進行具體的分析，并提出相應(yīng)的解決對策，最后設(shè)計完成一個基于單片機的具備判斷空置座位是否為占座狀態(tài)的管理系統(tǒng)。

占座；單片機；座位；管理系統(tǒng)

引　言

隨著技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代圖書館的傳統(tǒng)館藏資源與數(shù)字化資源都實現(xiàn)了自動化管理，但作為彰顯現(xiàn)代文明、和諧圖書館窗口的閱覽室里的座位卻依然處于原始的人工管理或無序狀態(tài)。

由于高校圖書館的場地限制，閱覽室所提供的座位資源遠小于讀者對座位的需求，特別在臨考的復(fù)習(xí)階段尤為突出，因此衍生了占座現(xiàn)象。雖然多數(shù)館有規(guī)定，讀者離開座位一定時間（如20分鐘），當(dāng)作霸位看待，后來的讀者可以挪開用于占座的物件使用該閱覽座位。這似乎是個很人性化的規(guī)定，可在閱覽室靠人工管理的現(xiàn)狀下，操作起來并不那么容易，別說后來的讀者難以確定原先利用該座位的讀者所離開的時間，不容易判斷是霸位或暫時離開，就是館里定時巡查的工作人員也不好判斷座位上有物品而讀者不在的座位的使用狀態(tài)。若都當(dāng)作霸位處理，挪開原先讀者的物品，讓后來的讀者使用，倘若原先的讀者只是暫時離開，等到他們回來的時候或許會引起不必要的沖突，影響圖書館文明、和諧的借閱氛圍；若不采取任何的處理措施，倘若此為原讀者為了占座而留置的物品，任留該空座位上的物品長期擱置，會造成圖書館的部分閱覽資源長期空置，達不到資源的合理利用，也違背現(xiàn)代社會所提倡的節(jié)約、高效的建設(shè)原則。因此，為達到圖書館資源利用的最大化與建設(shè)文明、和諧的借閱氛圍，設(shè)計一個能監(jiān)測閱覽室的座位狀態(tài)，引導(dǎo)讀者文明利用圖書館資源的管理系統(tǒng)就顯得尤為必要。

針對座位資源的輔助管理，市面也有些現(xiàn)成的產(chǎn)品銷售，通常都是讀者刷卡后由系統(tǒng)分配空閑座位，讀者取空座使用后，期間系統(tǒng)并沒有做到實時監(jiān)測與回收，筆者認為只是做到空座的分配，就算配合人工的巡查也無法避免上文所提及占座狀態(tài)的判斷；對于劉大杰等人的《基于單片機和紅外接近開關(guān)的圖書館座位管理系統(tǒng)》文中的系統(tǒng)，只做就位狀態(tài)判斷即認為讀者是正常使用座位，這一漏洞可使讀者能做到一人幫多人占座，并至少能做到幫他人空占文中所提及的30分鐘時長。

基于上述閱覽室座位使用現(xiàn)狀，本文利用單片機硬件電路設(shè)計結(jié)合編寫的軟件實現(xiàn)對閱覽座位的監(jiān)測，并給予相應(yīng)的狀態(tài)信息提示，引導(dǎo)讀者文明利用圖書館公共資源。

1　系統(tǒng)應(yīng)用的可行性

在高校圖書館，閱覽室占座現(xiàn)象比較突出的時段是在臨考前的復(fù)習(xí)階段，因這段時間其他課室被安排用于考試，造成可用的自習(xí)資源更加短缺，圖書館的閱覽室自然成了很多讀者復(fù)習(xí)場所的首選。閱覽室內(nèi)座位供應(yīng)不足導(dǎo)致了占座現(xiàn)象的產(chǎn)生，但前文所述的人工管理的弊端客觀上使占座行為得不到有效的制止。筆者通過對本校圖書館閱覽室的細心觀察，發(fā)現(xiàn)造成讀者占位的原因主要表現(xiàn)在以下方面，但若采取相應(yīng)的措施確實可以避免閱覽室座位的無序管理狀況。

1.1占座現(xiàn)象何以“長盛不衰”

1.1.1讀者占座成本低廉甚至無代價空置占用。通常，占座的讀者（或負責(zé)占座的讀者）會在剛開館的第一時間到閱覽室，將其物品放置在座位上，即行離座去忙完其他事情后再回閱覽室利用其所占用的座位資源。倘若讀者留置物品時間過長，會使有限的公用資源長久閑置。這使得在閱覽室秩序處于人工管理的狀態(tài)下，這一占座方式所付出的代價幾乎為零，因而導(dǎo)致讀者占座的現(xiàn)象出現(xiàn)了普遍性。

1.1.2讀者認可用物品占座，皆因?qū)χ挥形锲贩胖玫淖粺o法判斷前一讀者離座時間。本校圖書館有規(guī)定，使用閱覽室座位的前一讀者，若離開時間超過20分鐘，當(dāng)棄座看待。筆者通過細心觀察，注意到后來找閱覽座位的讀者若發(fā)現(xiàn)桌面上只有物品擺放的空置座位，他們也會自覺離去另覓他位，而不會野蠻的去挪開該桌面上的物品，強行占用該閱覽座位。這說明很多讀者都是能做到自我約束的，只是沒有一些必要的信息提示而使他們錯過閑置的座位，讓寶貴的閱覽室資源空置。倘若有個系統(tǒng)能正確依照前文所述的圖書館視離座20分鐘當(dāng)棄座處理的座位狀態(tài)提示信息，以上所示的資源空置浪費的現(xiàn)象將不復(fù)存在。

1.2相應(yīng)的解決措施

由此可見，占座現(xiàn)象屢禁不止都源于人工管理模式下對于空置座位的狀態(tài)難于判斷。因此，結(jié)合以上導(dǎo)致占座存在的原因，本系統(tǒng)進行了相應(yīng)的功能設(shè)計。

本系統(tǒng)對于在用的座位，當(dāng)讀者離座時間超過20分鐘，會將該座位的使用狀態(tài)提示重新置為空閑狀態(tài)。當(dāng)讀者首次就坐或座位處于在用狀態(tài)時讀者離座重新回到座位上，系統(tǒng)都會進行監(jiān)測，在此狀態(tài)下，若讀者從就坐到離座的時間在5分鐘內(nèi)，系統(tǒng)將對座位狀態(tài)作空置狀態(tài)標(biāo)識（首次就坐）或視讀者仍處于離座狀態(tài)（就座后離座），繼續(xù)保持在用空置狀態(tài)倒計時，直到確認讀者真正就坐或離座倒計時結(jié)束置座位狀態(tài)為空閑為止。這兩種設(shè)計都增加了占座的時間成本。因此，對于利用物品占座的讀者來說，零成本的占座方式將變得毫無意義。此外，系統(tǒng)檢測到的座位狀態(tài)信息會通過數(shù)碼顯示管直觀顯示，方便了后來的讀者判斷暫無讀者就坐的座位狀態(tài)信息。

2　系統(tǒng)簡介

2.1系統(tǒng)構(gòu)成

系統(tǒng)主要由人體紅外線傳感器、控制功能模塊與顯示功能模塊組成。為了實現(xiàn)本系統(tǒng)用于閱覽桌上安裝時的簡易性能，傳感器模塊中的人體紅外線采檢測采用一體化的紅外接近開關(guān)，控制功能模塊由單片機構(gòu)成，顯示功能模塊則由移位寄存器與數(shù)碼管組成。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示：

圖1.總體框圖

2.2系統(tǒng)功能

本系統(tǒng)主要實現(xiàn)以下功能：(1)首次就坐判斷……讀者首次就坐，系統(tǒng)不立刻將座位狀態(tài)置為在用，讀者必須呆夠5分鐘后系統(tǒng)才會將座位置為在用狀態(tài)。若在5分鐘內(nèi)讀者離開座位，系統(tǒng)再次檢測到有人靠近后，系統(tǒng)會重新做上述的判斷，即紅外線感應(yīng)器檢測到的信號必須持續(xù)5分鐘系統(tǒng)才會認為有讀者就坐。這樣的設(shè)計不僅避免了座位前有人走過對系統(tǒng)的干擾，且能防止一人同時為他人占多個座位的可能。(2)確認就坐……通過就坐判斷后，系統(tǒng)確認讀者就坐，將座位狀態(tài)修改為在用，并將狀態(tài)指示燈關(guān)閉，以節(jié)約電能和避免對讀者的干擾。(3)離座判斷……當(dāng)讀者就坐后，中途離座時，系統(tǒng)將座位狀態(tài)置為在用，并點亮座位狀態(tài)指示燈，顯示為在用。啟動離座20分鐘倒計時，若系統(tǒng)在20分鐘內(nèi)確認讀者回到座位，會將座位狀態(tài)保持為在用，將離座20分鐘計時器清零，并關(guān)閉座位狀態(tài)指示燈。否則超時后，系統(tǒng)重置座位狀態(tài)為空閑，點亮座位空閑狀態(tài)指示燈。系統(tǒng)判斷讀者重新回到座位上的依據(jù)依然是必須留座持續(xù)5分鐘，讀者重新回到座位時，系統(tǒng)并不立刻停止倒計時，在確認讀者重新就坐后，系統(tǒng)才會停止倒計時并關(guān)閉狀態(tài)指示燈；否則將持續(xù)倒計時，直至系統(tǒng)確認讀者離座持續(xù)時間累積20分鐘后將座位狀態(tài)與狀態(tài)指示燈置為空閑。

通過以上的短時間隔與多重判斷功能，可以達到避免一人占多座位的可能。

3　系統(tǒng)總體設(shè)計

根據(jù)閱覽室座位需實現(xiàn)的功能，本系統(tǒng)的實現(xiàn)包括硬件與軟件兩部分。

3.1硬件設(shè)計

為了加裝的方便，控制模塊焊接于電路板中置于閱覽臺的背面，傳感器模塊的探頭置于臺面的邊緣并通過信號線與電路板上的單片機相連。（因篇幅所限，只給出控制模塊部分的具體電路原理圖）

3.1.1傳感器模塊。傳感器模塊由紅外接近開關(guān)ES182 D03NK與反相器構(gòu)成。該紅外接近開關(guān)的信號輸出端在常態(tài)下輸出TTL高電平，當(dāng)探測到有人體紅外輻射存在時，即輸出TTL低電平，而且它的電源和地也是兼容TTL電平的。為了檢測人離座的信息，在ES182 D03NK的信號輸出端接上一個反相器，以此得到人離座時作為中斷檢測端的觸發(fā)信號。

3.1.2功能控制模塊。控制模塊的核心是單片機，外加時鐘電路與復(fù)位電路構(gòu)成?？刂颇K選用由美國ATMEL公司生產(chǎn)的AT89S52單片機。AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器，40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出(I/O)端口，同時內(nèi)含2個外中斷口，2個16位可編程定時計數(shù)器，2個全雙工串行通信口。使用ATMEL公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得at89s52單片機為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。

復(fù)位電路采用上電復(fù)位的方式，本電路所選取的原件參數(shù)能保證伴隨系統(tǒng)在接通電源的時候，單片機復(fù)位端的高電平能至少維持2個機器周期以上，使系統(tǒng)可靠復(fù)位。時鐘電路選用12MHz的晶振，每個機器周期為1μs。

紅外接近開關(guān)的輸出端接到圖2的S-IN信號輸入端。也即紅外接近開關(guān)的輸出端信號接到AT89S52的INT0腳，作為讀者落座的觸發(fā)信號；經(jīng)反相器反相后的信號接到INT1腳上。具體電路如圖2所示。

圖2.控制模塊原理圖

3.1.3顯示模塊。顯示功能模塊由移位寄存器74HC164和共陽極數(shù)碼管LG5011BSR構(gòu)成。作為系統(tǒng)狀態(tài)的提示與倒計時的顯示?？刂颇K中的時間顯示輸出采用串行的方式輸出，因篇幅有限，在此不畫出具體的原理圖。顯示模塊中預(yù)留串行端口TXD與RXD作為倒計時時間的I/O端口與控制模塊的相應(yīng)端口連接，LED_EN端由接于開關(guān)狀態(tài)控制數(shù)碼管通斷電的NPN型三極管的基極引出，作為顯示模塊的使能控制端，控制模塊通過相應(yīng)的端口與此端口相連，由程序控制數(shù)碼管的顯示與否。

3.2軟件設(shè)計

根據(jù)本設(shè)計所要實現(xiàn)的功能與硬件電路，進行了相應(yīng)的軟件設(shè)計，程序采用C語言在Keil C平臺編寫與編譯。為了節(jié)約系統(tǒng)資源的開支，系統(tǒng)中對紅外傳感器信號的監(jiān)測與計時判斷都利用中斷的方式編程，其中對信號的監(jiān)測利用外中斷，計時判斷利用計時中斷。軟件工作流程如圖3所示。

系統(tǒng)中單片機的源程序采用模塊化的方式編寫。為了延時統(tǒng)一和程序簡潔，各計時與倒計時需在計時器的中斷子程序中編寫，以免用空循環(huán)延時方式既繁雜，又過多的占用系統(tǒng)資源。各計時分量的計時與狀態(tài)做相應(yīng)的標(biāo)識，以便系統(tǒng)在各功能子模塊之間能判斷其實時狀態(tài)，做出相應(yīng)的控制。

圖3.系統(tǒng)軟件流程圖

本系統(tǒng)的源程序模塊包括定時器0中斷計時子程序；外中斷0服務(wù)子程序；外中斷1服務(wù)子程序；5分鐘超時判斷子程序；20分鐘超時判斷子程序。限于篇幅，在此只給出利用定時器中斷實現(xiàn)的計時與超時判斷程序段。

#include

#include

#include

#include

#include

sbit l=P2^5;

int Tout; '離座時間

int Toj; '離座間隔時間

void delay10ms()

{

int i;

for(i=1;i<2;i++)

{

int k=2;

while(k--);

k=2;

while(k--);

}

}

void timer0(void) interrupt 1 using 1

{

delay10ms();

l=!l;

TH0=(65536-25)/256;

TL0=(65536-25)%256;

}

hwaix() interrupt 0 using 1

{

if Toj!=0

Tout++;

If (Tout<20)

{

//無任何操作

}

else

{

//限于篇幅,省略操作程序段

}

}

main()

{

TMOD=0x01;

l=0;

TH0=(65536-25)/256;

TL0=(65536-25)%256;

//EX0=1;

IT0=0;

EA=1;

ET0=1;

TR0=1;

do{}while(1);

}

結(jié) 語

將本系統(tǒng)應(yīng)用于閱覽室的輔助管理，不僅減少了管理成本，且能以顯式的方式做出提示，規(guī)范讀者行為，提醒讀者自覺遵守規(guī)定，為圖書館營造一個資源合理利用，管理高效，讀者自覺的文明借閱氛圍。

[1]劉煥成.工程背景下的單片機原理及系統(tǒng)設(shè)計[M].北京:清華大學(xué)出版社,2011.

[2]聶光儀.點對多點的多任務(wù)無線通信.單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用[J].2003,(3).

[3]袁濤,李月香,楊勝利.單片機原理及其應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版社,2012.

[4]李升.單片機原理與接口技術(shù)[M].北京:北京大學(xué)出版社,2011.

[5]求是科技.單片機通信技術(shù)與工程實踐[M].北京:人民郵電出版社,2005.

[6]THOMPS ON RD.Digital electronics:A simplified approach[M].New York,NY,USA:Prentice Hall,2003.

（責(zé)任編校：京華，俊華）

TP368

A

1673-2219（2016）05-0022-03