圖書館座位管理系統(tǒng)的設(shè)計

陳江艷 權(quán)浪

摘 要：為了提高圖書館座位使用率，有必要開發(fā)一款人性化的圖書館座位管理系統(tǒng)。本文提出設(shè)計一種基于STC12C5A60S2單片機的圖書館座位管理系統(tǒng)，并對其進行了研究。

關(guān)鍵詞：單片機;座位檢測;傳感器

中圖分類號：TP273;TP212.9;G251文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2020）35-0021-03

Abstract： In order to increase the utilization rate of library seats， it is necessary to develop a humanized library seat management system. This paper proposed to design a library seat management system based on STC12C5A60S2 single-chip microcomputer， and conducted research on it.

Keywords： single-chip microcomputer;seat detection;sensor

隨著近些年來高校招生規(guī)模的不斷擴大，圖書館作為學(xué)生學(xué)習(xí)的必爭之地，受到廣大師生的熱烈歡迎。然而，近年來，圖書館的座位增長率與在校師生人數(shù)增長率嚴重失衡，常常供不應(yīng)求，這就導(dǎo)致學(xué)生為了霸占位置而大費周章，嚴重破壞了校園的和諧環(huán)境，助長了不好的風氣，給學(xué)校帶來非常不利的影響。為了營造一種秩序井然的讀書學(xué)習(xí)環(huán)境，有必要設(shè)計一種圖書館座位管理系統(tǒng)，這無疑是非常明智的選擇。

擬設(shè)計系統(tǒng)可自動分辨出座位上是否有人，或者是否短暫離開。如果是惡意占座，則通知圖書館管理人員及時進行收書，把座位騰出來給真正需要的學(xué)生，這樣可以大大提高座位資源的利用率，讓有限的座位資源更合理、更公平、更充分、更方便地由學(xué)生共享[1-2]。

1 圖書館座位管理系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

當前，部分發(fā)達國家高校圖書館的建設(shè)基本上實現(xiàn)自動化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)信息化，圖書館座位增長量基本與讀者的增長量達到平衡。國內(nèi)高校圖書館卻與國外恰恰相反，圖書館座位大都供不應(yīng)求，這無疑嚴重助長了學(xué)生占座的不良風氣。因此，國內(nèi)高校倡導(dǎo)學(xué)生自覺維護遵守圖書館的相關(guān)規(guī)章制度，維護圖書館良好的閱讀環(huán)境，同時利用現(xiàn)代化圖書館座位管理系統(tǒng)來輔助管理。

采用圖書館座位管理系統(tǒng)以后，閱讀者進入圖書館，可自行選擇自動和手動切換模式，一旦選擇好座位，即可閱讀。如若中途離開，只要設(shè)定好暫離時限，等會還可以繼續(xù)擁有該座位，需要長期離開時，選擇空閑座位即可。但是，該系統(tǒng)還不能完全杜絕占座現(xiàn)象，有時候人離開后會忘記回來。

近年來，我國智能手機保有量顯著增長，已經(jīng)基本普及。利用智能手機，通過微信平臺，師生能夠更加高效、方便、快捷地查詢和預(yù)訂圖書館座位，選出自己的學(xué)習(xí)位置，極大地節(jié)約時間和人力成本。同時，這樣可以優(yōu)化圖書館座位資源，讓圖書館資源得到充分、合理的運用。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)研究內(nèi)容及要求

本研究將綜合利用傳感器對物體的識別功能和單片機的控制功能，設(shè)計一種基于單片機控制的圖書館座位管理系統(tǒng)[3]。該圖書館座位管理系統(tǒng)涉及硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩部分。硬件設(shè)計的主要職責就是將系統(tǒng)分割成多個功能部分，然后逐個設(shè)計，最終組合成一個合理有效的可行性方案;軟件設(shè)計要達到的目的則是根據(jù)系統(tǒng)相關(guān)功能，對各個功能模塊進行編程。

該圖書館座位管理系統(tǒng)要實現(xiàn)以下功能：首先，采用紅外傳感器，準確識別管理范圍內(nèi)桌子上是否有書或者其他物品;其次，利用壓力傳感器，準確感應(yīng)管理范圍內(nèi)與桌子對應(yīng)的座位上是否有人坐在上面;如果發(fā)現(xiàn)管理范圍內(nèi)的桌子上有物品存在，相應(yīng)的座位上卻沒感受到來自人坐下來的壓力，就可以判斷出這位學(xué)生是暫時離開上廁所或者去接水了還是存在惡意占座的情況;如果有人惡意占座，就可以通過恰當?shù)姆绞?，比如利用響鈴或者顯示屏幕來及時通知圖書館工作人員前來收書，騰出相應(yīng)的座位，達到圖書館資源的充分利用，為學(xué)生提供更多學(xué)習(xí)的地方。

2.2 設(shè)計思路

首先，以圖書館座位管理系統(tǒng)的研究背景及意義為出發(fā)點，對國內(nèi)外相關(guān)的座位管理系統(tǒng)進行調(diào)查和分析對比，制定相應(yīng)的解決方案;然后，對本次基于單片機的圖書館座位管理系統(tǒng)進行功能設(shè)計，并針對要實現(xiàn)的功能選出合理的硬件材料，明確材料價格和制作成本;要學(xué)習(xí)單片機的相關(guān)功能、硬件材料的使用原理、特點和控制要求，為了達到相應(yīng)的功能要求，還要設(shè)計出電路原理圖，充分理解原理圖并且根據(jù)做好的原理圖將各個硬件模塊焊接到電路板上進行調(diào)試;根據(jù)選擇的單片機，了解單片機開發(fā)環(huán)境，利用相關(guān)的軟件開發(fā)平臺，編寫好相關(guān)硬件的驅(qū)動程序，并且進行調(diào)試改錯;當軟件開發(fā)工作和硬件開發(fā)工作都完成后，把寫好并且調(diào)試修改后的控制程序下載到實物單片機中，利用軟件配合焊接的硬件實物開始相關(guān)調(diào)試工作，最終達到相關(guān)要求。

2.3 相關(guān)器件選型方案設(shè)計

2.3.1 主控制器選型方案。主控制器選型方案有兩種。

2.3.1.1 MSP430單片機。MSP430單片機具有混合信號的16位處理器，功耗較低。它具有超低的功耗，運算處理很快，比起其他單片機有著相當大的優(yōu)勢，這種單片機最低的功耗只有0.1 μA。但是，指令需要占很大的內(nèi)存，其在一些工業(yè)場合的用途比較廣泛。

2.3.1.2 STC12C5A60S2單片機。51系列單片機，特別是其中的STC12C5A60S2單片機是當前主流的并且應(yīng)用相當廣泛的單片機，其對型號8051的單片機進行了一些改良，也是一種低功耗、運算速度超快的快速單片機，其內(nèi)部閃存很大。比起其他單片機，這種單片機在開發(fā)過程中對設(shè)備的要求不是很高，在開發(fā)速度和時間上也有著許多不可替代的優(yōu)勢，并且它具有良好的程序加密功能。

通過綜合分析以上兩種型號的單片機，在滿足本次設(shè)計相關(guān)需求和性能要求的前提下，本次選擇STC12C5A60S2單片機作為該系統(tǒng)的主控制器。

2.3.2 紅外探測器選型方案。紅外探測器選型方案有兩種。

2.3.2.1 M8微型激光傳感器。它的內(nèi)部采用專用IC設(shè)計，內(nèi)部還有數(shù)字濾波器，能對抗來自外界光電的干擾，并且效果較好，響應(yīng)速度很快，它可以延時啟動，屬于對射光電開關(guān)傳感器，但是操作比較麻煩且價格較高。

2.3.2.2 E18-D80N紅外探測器。它的發(fā)射與接收是一體的，使用起來特別簡單，對可見光的抗干擾能力強，檢測距離可以調(diào)節(jié)，其特別便宜，安裝使用特別方便，在避障裝置和自動化產(chǎn)品中得到很好的運用。

通過對以上兩種傳感器的性能進行綜合分析，本次設(shè)計選擇收發(fā)一體、易安裝、成本低的E18-D80N紅外探測器作為桌面物品檢測模塊。

2.3.3 壓力檢測選型方案。壓力檢測選型方案有兩種。

2.3.3.1 HX711壓力傳感器。它由24位AD轉(zhuǎn)換芯片制成，精度特別高。這種傳感器存在兩個方向的模擬輸入通道口，它不僅能檢測壓力，也能進行稱重，它的設(shè)計初衷主要是用來制作電子秤的。

2.3.3.2 FSR402壓力傳感器。它的制作材料是FSR高分子薄膜，對其施加的壓力越大，傳感器輸出的電阻值就會越小。該種薄膜能特別靈敏地檢測壓力，傳感器小巧玲瓏并且薄如蟬翼，使用起來特別靈活方便，有很長的使用年限。

根據(jù)壓力檢測的設(shè)計需求，本研究將選擇FSR402薄膜壓力傳感器來完成本次壓力檢測。

2.3.4 顯示器選型方案。顯示器選型方案有兩種。

2.3.4.1 TFT彩屏。它是一種液晶顯示屏，屬于薄膜晶體管類。其可以通過薄膜晶體管來驅(qū)動像素點，響應(yīng)速度快，能精確顯示畫面色彩。但是，TFT彩屏價格較高，其不適用于顯示要求不高的場合。

2.3.4.2 LCD液晶屏。它利用外部光的反射來實現(xiàn)顯示效果。功耗特別低，顯示的字美觀大方，應(yīng)用時供電要求比較靈活。其可以與單片機配合使用，更為方便快捷。它雖然在色彩上比不上TFT彩屏，但是在控制和功耗等方面有著不可替代的優(yōu)勢，因此廣泛應(yīng)用于各大領(lǐng)域中。

本次設(shè)計采用LCD液晶屏來完成各參數(shù)的顯示。

2.4 系統(tǒng)方案設(shè)計

經(jīng)過仔細分析和了解座位管理系統(tǒng)工作流程，研究人員最終決定了本課題的研究和設(shè)計方向，確認了圖書館座位管理系統(tǒng)的設(shè)計功能，并根據(jù)功能設(shè)計出系統(tǒng)的大體框架結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖書館座位管理系統(tǒng)采用STC12C5A60S2單片機作為處理器，對數(shù)據(jù)的采集、處理、顯示以及執(zhí)行動作進行控制。其利用E18-D80N紅外探測器來識別桌面上的書本或者筆記本電腦等物品，利用FSR402壓力傳感器來識別對應(yīng)座位上是否有人，利用LCD1602液晶屏來顯示被惡意占座的位置信息，觸發(fā)蜂鳴器發(fā)出占座響鈴提醒，提示圖書館管理人員前來收書。

當E18-D80N傳感器檢測到桌面上有書、水杯等物品存在，而相應(yīng)座位上的FSR402壓力傳感器沒有檢測到人坐下來的壓力時，系統(tǒng)就認為當前座位的人要么已經(jīng)離開，要么出現(xiàn)了惡意占位的情況。此時，系統(tǒng)將利用單片機的定時器進行倒計時。占座者已經(jīng)預(yù)先設(shè)置好時間，如果時間還沒過，壓力傳感器中途檢測到有壓力，這個人回來了，就說明該座位上的人為中途暫時離開。如果計時達到設(shè)定的時間，這個座位的壓力傳感器沒有檢測到來自人坐下來的壓力，那么系統(tǒng)將判定該座位有可能存在占座嫌疑，并利用LCD1602液晶屏顯示出相應(yīng)的占座信息，同時為了其他學(xué)生有座位學(xué)習(xí)，系統(tǒng)將觸發(fā)蜂鳴器發(fā)出響鈴，以提醒圖書館管理人員來收走該桌面上的書本，方便下一位學(xué)生入座學(xué)習(xí)。

3 結(jié)論

本文綜合利用傳感器對物體的識別功能和單片機的控制功能，設(shè)計出一種基于單片機控制的圖書館座位管理系統(tǒng)。其間介紹了該圖書館座位管理系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計的大致思路。最終，將逐個擊破每一部分，組合成一個合理、有效的可行性方案，達到設(shè)計目的。

參考文獻

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