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(jì)一種基于STC12C5A60S2單片機(jī)的圖書館座位管理系統(tǒng)，并對(duì)其進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī);座位檢測(cè);傳感器

中圖分類號(hào)：TP273;TP212.9;G251文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：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(kuò)大，圖書館作為學(xué)生學(xué)習(xí)的必爭(zhēng)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(zhǎng)率與在校師生人數(shù)增長(zhǎng)率嚴(yán)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(fèi)周章，嚴(yán)重破壞了校園的和諧環(huán)境，助長(zhǎng)了不好的風(fēng)氣，給學(xué)校帶來非常不利的影響。為了營(yíng)造一種秩序井然的讀書學(xué)習(xí)環(huán)境，有必要設(shè)計(jì)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(jì)系統(tǒng)可自動(dòng)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(shí)進(jìn)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(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

當(dāng)前，部分發(fā)達(dá)國(guó)家高校圖書館的建設(shè)基本上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)信息化，圖書館座位增長(zhǎng)量基本與讀者的增長(zhǎng)量達(dá)到平衡。國(guó)內(nèi)高校圖書館卻與國(guó)外恰恰相反，圖書館座位大都供不應(yīng)求，這無疑嚴(yán)重助長(zhǎng)了學(xué)生占座的不良風(fēng)氣。因此，國(guó)內(nèi)高校倡導(dǎo)學(xué)生自覺維護(hù)遵守圖書館的相關(guān)規(guī)章制度，維護(hù)圖書館良好的閱讀環(huán)境，同時(shí)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(jìn)入圖書館，可自行選擇自動(dòng)和手動(dòng)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(shí)限，等會(huì)還可以繼續(xù)擁有該座位，需要長(zhǎng)期離開時(shí)，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(shí)候人離開后會(huì)忘記回來。

近年來，我國(guó)智能手機(jī)保有量顯著增長(zhǎng)，已經(jīng)基本普及。利用智能手機(jī)，通過微信平臺(tái)，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(shí)間和人力成本。同時(shí)，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(yùn)用。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容及要求

本研究將綜合利用傳感器對(duì)物體的識(shí)別功能和單片機(jī)的控制功能，設(shè)計(jì)一種基于單片機(jī)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(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩部分。硬件設(shè)計(jì)的主要職責(zé)就是將系統(tǒng)分割成多個(gè)功能部分，然后逐個(gè)設(shè)計(jì)，最終組合成一個(gè)合理有效的可行性方案;軟件設(shè)計(jì)要達(dá)到的目的則是根據(jù)系統(tǒng)相關(guān)功能，對(duì)各個(gè)功能模塊進(jìn)行編程。

該圖書館座位管理系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)以下功能：首先，采用紅外傳感器，準(zhǔn)確識(shí)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(zhǔn)確感應(yīng)管理范圍內(nèi)與桌子對(duì)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(shí)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(dāng)?shù)姆绞?，比如利用響鈴或者顯示屏幕來及時(shí)通知圖書館工作人員前來收書，騰出相應(yīng)的座位，達(dá)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(jì)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(diǎn)，對(duì)國(guó)內(nèi)外相關(guān)的座位管理系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)查和分析對(duì)比，制定相應(yīng)的解決方案;然后，對(duì)本次基于單片機(jī)的圖書館座位管理系統(tǒng)進(jìn)行功能設(shè)計(jì)，并針對(duì)要實(shí)現(xiàn)的功能選出合理的硬件材料，明確材料價(jià)格和制作成本;要學(xué)習(xí)單片機(jī)的相關(guān)功能、硬件材料的使用原理、特點(diǎn)和控制要求，為了達(dá)到相應(yīng)的功能要求，還要設(shè)計(jì)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(gè)硬件模塊焊接到電路板上進(jìn)行調(diào)試;根據(jù)選擇的單片機(jī)，了解單片機(jī)開發(fā)環(huán)境，利用相關(guān)的軟件開發(fā)平臺(tái)，編寫好相關(guān)硬件的驅(qū)動(dòng)程序，并且進(jìn)行調(diào)試改錯(cuò);當(dāng)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(shí)物單片機(jī)中，利用軟件配合焊接的硬件實(shí)物開始相關(guān)調(diào)試工作，最終達(dá)到相關(guān)要求。

2.3 相關(guān)器件選型方案設(shè)計(jì)

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(jī)。MSP430單片機(jī)具有混合信號(hào)的16位處理器，功耗較低。它具有超低的功耗，運(yùn)算處理很快，比起其他單片機(jī)有著相當(dāng)大的優(yōu)勢(shì)，這種單片機(jī)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(chǎng)合的用途比較廣泛。

2.3.1.2 STC12C5A60S2單片機(jī)。51系列單片機(jī)，特別是其中的STC12C5A60S2單片機(jī)是當(dāng)前主流的并且應(yīng)用相當(dāng)廣泛的單片機(jī)，其對(duì)型號(hào)8051的單片機(jī)進(jìn)行了一些改良，也是一種低功耗、運(yùn)算速度超快的快速單片機(jī)，其內(nèi)部閃存很大。比起其他單片機(jī)，這種單片機(jī)在開發(fā)過程中對(duì)設(shè)備的要求不是很高，在開發(fā)速度和時(shí)間上也有著許多不可替代的優(yōu)勢(shì)，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(hào)的單片機(jī)，在滿足本次設(shè)計(jì)相關(guān)需求和性能要求的前提下，本次選擇STC12C5A60S2單片機(jī)作為該系統(tǒng)的主控制器。

2.3.2 紅外探測(cè)器選型方案。紅外探測(cè)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(jì)，內(nèi)部還有數(shù)字濾波器，能對(duì)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(shí)啟動(dòng)，屬于對(duì)射光電開關(guān)傳感器，但是操作比較麻煩且價(jià)格較高。

2.3.2.2 E18-D80N紅外探測(cè)器。它的發(fā)射與接收是一體的，使用起來特別簡(jiǎn)單，對(duì)可見光的抗干擾能力強(qiáng)，檢測(cè)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(dòng)化產(chǎn)品中得到很好的運(yùn)用。

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

2.3.3 壓力檢測(cè)選型方案。壓力檢測(cè)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(gè)方向的模擬輸入通道口，它不僅能檢測(cè)壓力，也能進(jìn)行稱重，它的設(shè)計(jì)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(duì)其施加的壓力越大，傳感器輸出的電阻值就會(huì)越小。該種薄膜能特別靈敏地檢測(cè)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(zhǎng)的使用年限。

根據(jù)壓力檢測(cè)的設(shè)計(jì)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(cè)。

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(dòng)像素點(diǎn)，響應(yīng)速度快，能精確顯示畫面色彩。但是，TFT彩屏價(jià)格較高，其不適用于顯示要求不高的場(chǎng)合。

2.3.4.2 LCD液晶屏。它利用外部光的反射來實(shí)現(xiàn)顯示效果。功耗特別低，顯示的字美觀大方，應(yīng)用時(shí)供電要求比較靈活。其可以與單片機(jī)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(shì)，因此廣泛應(yīng)用于各大領(lǐng)域中。

本次設(shè)計(jì)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(jì)

經(jīng)過仔細(xì)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(jì)方向，確認(rèn)了圖書館座位管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)功能，并根據(jù)功能設(shè)計(jì)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(jī)作為處理器，對(duì)數(shù)據(jù)的采集、處理、顯示以及執(zhí)行動(dòng)作進(jìn)行控制。其利用E18-D80N紅外探測(cè)器來識(shí)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(shí)別對(duì)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(dāng)E18-D80N傳感器檢測(cè)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(cè)到人坐下來的壓力時(shí)，系統(tǒng)就認(rèn)為當(dāng)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(shí)，系統(tǒng)將利用單片機(jī)的定時(shí)器進(jìn)行倒計(jì)時(shí)。占座者已經(jīng)預(yù)先設(shè)置好時(shí)間，如果時(shí)間還沒過，壓力傳感器中途檢測(cè)到有壓力，這個(gè)人回來了，就說明該座位上的人為中途暫時(shí)離開。如果計(jì)時(shí)達(dá)到設(shè)定的時(shí)間，這個(gè)座位的壓力傳感器沒有檢測(cè)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(shí)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(duì)物體的識(shí)別功能和單片機(jī)的控制功能，設(shè)計(jì)出一種基于單片機(jī)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(jì)和軟件設(shè)計(jì)的大致思路。最終，將逐個(gè)擊破每一部分，組合成一個(gè)合理、有效的可行性方案，達(dá)到設(shè)計(jì)目的。

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