尤成熙， 楊葉梅

（福建師范大學(xué) 協(xié)和學(xué)院， 福州 350117）

近些年，雖然大學(xué)生人數(shù)不斷增加，但是高校圖書館的資源變化卻不大， 供學(xué)生使用的圖書館自習(xí)室空間還不夠充裕。 很多學(xué)生在平時(shí)需要去圖書館自習(xí)和補(bǔ)充知識時(shí)，發(fā)現(xiàn)去了又沒有位置，尤其是在期末考試復(fù)習(xí)周的時(shí)候， 都需要早早的在圖書館開門之前排隊(duì)，很浪費(fèi)大家的時(shí)間，而且還容易產(chǎn)生一些沖突[1]。 在使用圖書館自習(xí)室的時(shí)候發(fā)現(xiàn)，有的位置被占著但是沒有人使用， 導(dǎo)致有時(shí)候有空位但是學(xué)生們又不能使用。 這方面在人為管理上也是比較麻煩，一是學(xué)生人數(shù)多不好管理，二是位置的使用率也不好管理。為了解決這些問題，有些高校圖書館管理上采用實(shí)名制或者領(lǐng)取自習(xí)室座位號等方式，但是效果不明顯，操作也不方便，學(xué)生還是無法預(yù)先知道圖書館的位置使用情況。 為了提高圖書館自習(xí)室的座位利用率[2]，研發(fā)了一款基于二維碼的圖書館座位管理系統(tǒng)（以下簡稱本系統(tǒng)）。

一、系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的控制芯片采用的是STM32F103Z 單片機(jī)，控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。學(xué)生可以在手機(jī)終端注冊會員，然后輸入個(gè)人信息登陸系統(tǒng)，查詢圖書館自習(xí)室座位的使用情況[3]。 選擇可以預(yù)約的座位，預(yù)約成功之后，APP 會自動生成對應(yīng)的二維碼。在預(yù)約的時(shí)間內(nèi)，到達(dá)圖書館自習(xí)室進(jìn)行掃碼，門禁系統(tǒng)打開就可以進(jìn)入自習(xí)室學(xué)習(xí)。 同時(shí)系統(tǒng)會統(tǒng)計(jì)座位使用的總?cè)藬?shù)， 并在圖書館外的液晶顯示上顯示子自習(xí)室的一些信息， 比如使用總?cè)藬?shù)、 室內(nèi)的溫濕度情況等，方便學(xué)生了解實(shí)時(shí)的信息。在自習(xí)室的每個(gè)座位上都有位置的編號，方便在APP 上顯示，如果學(xué)生要離開不再使用該位置， 就按下座位上的按鍵釋放位置。 每個(gè)座位上配備的傳感器會識別座位上是否有人， 超過預(yù)設(shè)時(shí)間檢測無人則自動釋放該位置信息。 圖1 是本系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)圖。

二、硬件設(shè)計(jì)

（一）主控模塊

主控模塊STM32F103Z 的內(nèi)核為Cortex-M32，其工作頻率為72MHz，足夠支撐系統(tǒng)的整體運(yùn)行。

（二）二維碼掃描模塊

二維碼掃描器是北京微光互聯(lián)旗下TX 系列的一款產(chǎn)品，型號為TX200，其識別的距離是3~10 厘米，無需對焦，掃描速度非?？?，配備多種二次開發(fā)接口， 且兼容安卓系統(tǒng)、Linux 系統(tǒng)、Windows 系統(tǒng)等。 采用這款二維碼掃描設(shè)備主要是為了獲取預(yù)定圖書館自實(shí)習(xí)的學(xué)生信息和預(yù)約信息， 掃描成功則可進(jìn)入自習(xí)室[4]。

圖1 圖書館座位管理系統(tǒng)整體框圖

（三）液晶顯示模塊

液晶顯示器采用的是TFT-LCD 顯示屏，通過點(diǎn)脈沖直接控制每個(gè)像素，對比度和亮度很高。該屏幕的數(shù)據(jù)線是16 位，信號控制線6 條，主要是顯示自習(xí)室的內(nèi)部環(huán)境和位置使用情況等信息。

（四）紅外對管模塊

紅外對管傳感器采用的是QT50CM 完成對自習(xí)室的座位是否有人進(jìn)行檢測， 檢測到無人的時(shí)候開始啟動定時(shí)器， 預(yù)設(shè)超過半個(gè)小時(shí)說明無人使用該座位，對其釋放后，將座位的編號顯示在APP 上。

（五）環(huán)境檢測模塊

環(huán)境檢測主要是對圖書館自習(xí)室的溫濕度和煙霧進(jìn)行檢測，一方面是保證學(xué)習(xí)環(huán)境的舒適度，另一方面是保證環(huán)境的安全。采用DHT11 傳感器檢測環(huán)境中的溫度和濕度數(shù)據(jù)， 數(shù)據(jù)輸出端口DO 連接在STM32 板的PG11 腳。 采用MQ-2 傳感器檢測空氣中的煙霧情況，其輸出引腳AO 接到STM32 的ADC通道1 上。 當(dāng)檢測到異常情況會進(jìn)行聲光報(bào)警。

（六）電機(jī)模塊

步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊由一塊ULN2003 大功率達(dá)林頓芯片、電阻、電容和LED 組成[5]。 當(dāng)有人需要進(jìn)入自習(xí)室，掃描二維碼成功時(shí)會開啟門禁系統(tǒng)，控制電機(jī)轉(zhuǎn)動模擬開門，開啟一次會統(tǒng)計(jì)進(jìn)入的人數(shù)加一。

（七）WIFI 模塊

采用的是ESP8266 WIFI 模塊完成系統(tǒng)連網(wǎng)[6]，該模塊內(nèi)部含有Tensilica L106 的MCU， 控制該模塊是用AT 指令完成，本次使用的是AP 模式。 在電路連接時(shí)， 模塊的CH_PD 管腳連接正電壓供電，UTXD 接STM32 的PA3 引腳，URXD 接STM32 的PA2 引腳。 該模塊主要是將圖書館自習(xí)室的位置信息通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)紸PP 上。

三、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

（一）終端APP 設(shè)計(jì)

終端APP 的開發(fā)工具包括Hbuilder、Myeclipse等， 采用Java 編程語言、JavaEE 等開發(fā)技術(shù)完成。APP 軟件的流程是， 屬于該校的學(xué)生安裝并完成用戶注冊，等待后臺審核。 審核通過后，就可以登錄進(jìn)入個(gè)人界面，完善個(gè)人信息。 切換不同的界面，可以實(shí)時(shí)觀察到自習(xí)室座位的最新動態(tài)信息， 選擇座位完成預(yù)約，最后APP 會生成掃描所需的含有預(yù)約信息的二維碼。 同時(shí)，還可以在APP 上瀏覽一些圖書的內(nèi)容，這個(gè)部分后期將繼續(xù)開發(fā)借閱等功能。當(dāng)預(yù)約的位置成功之后， 將通過網(wǎng)絡(luò)將信息傳遞給單片機(jī)。 圖2 是終端APP 的具體功能圖。

圖2 終端APP 功能圖

（二）控制器程序設(shè)計(jì)

STM32 控制端的程序設(shè)計(jì)是在Keil uVision5中完成，掃描二維碼成功后，控制自習(xí)室電機(jī)門禁開啟，并統(tǒng)計(jì)進(jìn)入的人數(shù)。圖書館中的溫濕度和煙霧等基本環(huán)境信息、人數(shù)的信息都會顯示在液晶顯示上。當(dāng)檢測到環(huán)境異常情況時(shí)，會啟動蜂鳴器報(bào)警。當(dāng)紅外對管檢測到座位有人坐下后， 對應(yīng)的LED 會亮，同時(shí)APP 上的座位信息也會顯示為紅色。 當(dāng)檢測到離位半個(gè)小時(shí)或者學(xué)生使用完對應(yīng)座位后會默認(rèn)為空位， 在APP 中對應(yīng)座位號顯示為綠色。 硬件和APP 之間的網(wǎng)絡(luò)通信是通過WIFI 模塊完成。圖3 是硬件控制端的具體功能圖。

圖3 單片機(jī)端的功能圖

四、調(diào)試運(yùn)行效果

（一）APP 首頁功能

進(jìn)入手機(jī)APP 的首頁，先選擇注冊，注冊后可以完成登錄，在其他界面可以修改個(gè)人的信息等。錄界面見圖4 所示，修改個(gè)人信息界面見圖5 所示。

（二）座位查詢功能

登錄系統(tǒng)后，可以查詢當(dāng)前自習(xí)室的人數(shù)，可以查詢可預(yù)約的座位， 圖6 中是顯示的一張自習(xí)室的桌子的信息， 對應(yīng)的硬件設(shè)計(jì)也是一桌6 個(gè)座位的使用告示燈。對應(yīng)座位無人使用時(shí)，查詢的座位顯示綠色，LED 燈滅； 有人使用時(shí)查詢的座位會顯示紅色，且LED 燈亮。

（三）預(yù)約座位功能

查詢完可以開始預(yù)約座位， 可以點(diǎn)擊任何綠色的座位，選擇確認(rèn)。 當(dāng)預(yù)約成功之后，會彈出座位預(yù)約成功的提示界面。[7]同時(shí)在個(gè)人信息一欄可以查詢所生成的預(yù)約二維碼（見圖7）。

圖4 首頁功能圖

圖5 修改個(gè)人信息圖

圖6 位置查詢界面圖

（四）其他功能

圖書館的電子版書籍放置網(wǎng)絡(luò)上， 則該校的學(xué)生可以通過APP 在線查詢有哪些圖書，并且可以實(shí)現(xiàn)在線閱讀。圖8 前面兩個(gè)界面是在線閱讀界面，第三個(gè)界面是放在館外液晶顯示器顯示統(tǒng)計(jì)的當(dāng)前人數(shù)、室內(nèi)的溫度、濕度、煙霧情況等。

五、結(jié)論

圖7 座位成功預(yù)約圖

圖8 系統(tǒng)其他功能圖

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)在實(shí)際使用中效果良好， 不僅可以用于圖書館的座位管理，還可以用于會議、餐廳等的座位管理。 當(dāng)然僅僅從圖書館自習(xí)室的座位使用情況來看，已經(jīng)有效提高座位利用率，也節(jié)約了同學(xué)們的學(xué)習(xí)時(shí)間，避免了大家的徒勞奔波。 但是,系統(tǒng)不免還會存在一定的缺陷，主要是以下幾點(diǎn)∶查詢和預(yù)約都需要在有網(wǎng)絡(luò)的地方；如果手機(jī)忘記帶了，則無法掃描二維碼； 是否為空位的識別僅靠半個(gè)小時(shí)無檢測到人來判斷還過于單一。 在后期將繼續(xù)對系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，使得圖書館的價(jià)值能得到更好的提升。