陳江艷 權浪

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，圖書館作為學生學習的必爭之地，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，常常供不應求，這就導致學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，給學校帶來非常不利的影響。為了營造一種秩序井然的讀書學習環(huán)境，有必要設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、更方便地由學生共享[1-2]。

1 圖書館座位管理系統(tǒng)的國內外研究現(xiàn)狀

當前，部分發(fā)達國家高校圖書館的建設基本上實現(xiàn)自動化、數(shù)字化、網絡信息化，圖書館座位增長量基本與讀者的增長量達到平衡。國內高校圖書館卻與國外恰恰相反，圖書館座位大都供不應求，這無疑嚴重助長了學生占座的不良風氣。因此，國內高校倡導學生自覺維護遵守圖書館的相關規(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、快捷地查詢和預訂圖書館座位，選出自己的學習位置，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)設計

2.1 系統(tǒng)研究內容及要求

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)涉及硬件設計和軟件設計兩部分。硬件設計的主要職責就是將系統(tǒng)分割成多個功能部分，然后逐個設計，最終組合成一個合理有效的可行性方案;軟件設計要達到的目的則是根據(jù)系統(tǒng)相關功能，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，準確感應管理范圍內與桌子對應的座位上是否有人坐在上面;如果發(fā)現(xiàn)管理范圍內的桌子上有物品存在，相應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)姆绞剑热缋庙戔徎蛘唢@示屏幕來及時通知圖書館工作人員前來收書，騰出相應的座位，達到圖書館資源的充分利用，為學生提供更多學習的地方。

2.2 設計思路

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，對國內外相關的座位管理系統(tǒng)進行調查和分析對比，制定相應的解決方案;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;要學習單片機的相關功能、硬件材料的使用原理、特點和控制要求，為了達到相應的功能要求，還要設計出電路原理圖，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，利用相關的軟件開發(fā)平臺，編寫好相關硬件的驅動程序，并且進行調試改錯;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調試工作，最終達到相關要求。

2.3 相關器件選型方案設計

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，在滿足本次設計相關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。它的內部采用專用IC設計，內部還有數(shù)字濾波器，能對抗來自外界光電的干擾，并且效果較好，響應速度很快，它可以延時啟動，屬于對射光電開關傳感器，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動像素點，響應速度快，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，因此廣泛應用于各大領域中。

本次設計采用LCD液晶屏來完成各參數(shù)的顯示。

2.4 系統(tǒng)方案設計

經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計方向，確認了圖書館座位管理系統(tǒng)的設計功能，并根據(jù)功能設計出系統(tǒng)的大體框架結構，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。占座者已經預先設置好時間，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液晶屏顯示出相應的占座信息，同時為了其他學生有座位學習，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，方便下一位學生入座學習。

3 結論

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)的硬件設計和軟件設計的大致思路。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，達到設計目的。

參考文獻

[1]郝亞楠，邵紅宇.高校圖書館座位管理系統(tǒng)的利與弊[J].晉圖學刊，2014（4）：17-20.

[2]吳開明，李淑敏.高校圖書館占座現(xiàn)象的博弈分析[J].大學圖書館學報，2015（6）：38-44.

[3]陳武，錢青，趙熊，等.清華大學智能座位管理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].現(xiàn)代圖書情報技術，2013（10）：90-95.