唐 紅

(淮安市圖書(shū)館，江蘇 淮安 223299)

近年來(lái)，隨著智慧圖書(shū)館新理念的提出和實(shí)施，為圖書(shū)館未來(lái)的發(fā)展指明了新的方向，通過(guò)構(gòu)建智慧圖書(shū)館來(lái)提供各類(lèi)智能服務(wù)，是未來(lái)圖書(shū)館服務(wù)模式發(fā)展的新思路[1～3]。通過(guò)構(gòu)建智慧館舍，提高圖書(shū)館座位使用效率和讀者學(xué)習(xí)質(zhì)量，解決隨意占座、任性占座情況等突出問(wèn)題。本文設(shè)計(jì)一款基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的座位管理系統(tǒng)，通過(guò)微信公眾號(hào)實(shí)現(xiàn)座位預(yù)約，使用傳感器實(shí)時(shí)采集座位參數(shù)以及讀者狀態(tài)在線參數(shù)，通過(guò)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送智能網(wǎng)關(guān)，經(jīng)智能網(wǎng)關(guān)傳輸至圖書(shū)館云服務(wù)器[4]，該系統(tǒng)有效緩解圖書(shū)館座位占座問(wèn)題，提高館員處理突發(fā)事件效率，具有很好的推廣價(jià)值[5～7]。

1 總體設(shè)計(jì)

智能圖書(shū)館座位管理系統(tǒng)的總體方案主要由無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)、智能網(wǎng)關(guān)、圖書(shū)館云服務(wù)器、微信公眾平臺(tái)組成，其設(shè)計(jì)總體框架如圖1所示。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)包含參數(shù)采集節(jié)點(diǎn)、狀態(tài)顯示節(jié)點(diǎn)和匯聚節(jié)點(diǎn)。采集節(jié)點(diǎn)主要功能是通過(guò)紅外傳感器和壓力傳感器采集讀者狀態(tài)參數(shù)，狀態(tài)顯示節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)讀者和座位的狀態(tài)信息實(shí)時(shí)顯示，匯聚節(jié)點(diǎn)完成了館室中所有節(jié)點(diǎn)的匯聚功能。智能網(wǎng)關(guān)包括主控制器和Wifi通信模塊，網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)圖書(shū)館云服務(wù)器與節(jié)點(diǎn)之間無(wú)線數(shù)據(jù)交互，云服務(wù)器將采集的座位參數(shù)和讀者狀態(tài)參數(shù)存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)接收?qǐng)D書(shū)館微信公眾平臺(tái)讀者數(shù)據(jù)，將多組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理后，將數(shù)據(jù)發(fā)送至顯示節(jié)點(diǎn)，顯示讀者和座位信息。

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

2 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)采用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單的星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，由一個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)，兩個(gè)協(xié)調(diào)器和多個(gè)終端節(jié)點(diǎn)組成[8～10]，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。終端節(jié)點(diǎn)分為參數(shù)采集節(jié)點(diǎn)和狀態(tài)顯示節(jié)點(diǎn)兩種，參數(shù)采集節(jié)點(diǎn)采集圖書(shū)館座位壓力和紅外參數(shù)，以判斷是否有讀者在座位上；狀態(tài)顯示節(jié)點(diǎn)通過(guò)智能網(wǎng)關(guān)接收來(lái)自服務(wù)器的讀者數(shù)據(jù)信息，在座位屏幕上顯示。匯聚節(jié)點(diǎn)的任務(wù)是建立并維護(hù)館室內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，收集節(jié)點(diǎn)傳感器采集的信息和座位狀態(tài)信息，實(shí)現(xiàn)各終端節(jié)點(diǎn)與智能網(wǎng)關(guān)的無(wú)線通信。

圖2 無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

系統(tǒng)是以B/S模式開(kāi)發(fā)的，如圖3所示，讀者使用智能手機(jī)登錄微信公眾號(hào)，預(yù)約圖書(shū)館座位，預(yù)約信息被發(fā)送至微信服務(wù)器，微信服務(wù)器再將消息發(fā)送圖書(shū)館云服務(wù)器，最后消息至微信公眾平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)解析，結(jié)果再原路返回到讀者微信客戶(hù)端，通過(guò)微信公眾平臺(tái)與讀者進(jìn)行互動(dòng)交流，座位預(yù)約系統(tǒng)架構(gòu)服務(wù)流程為：①讀者向微信公眾號(hào)發(fā)送座位預(yù)約申請(qǐng)，申請(qǐng)消息指令經(jīng)服務(wù)器發(fā)送至微信公眾平臺(tái)；②微信公眾平臺(tái)將申請(qǐng)消息轉(zhuǎn)發(fā)至數(shù)據(jù)解析模塊；③數(shù)據(jù)解析模塊將預(yù)約申請(qǐng)消息指令分類(lèi)處理，并將應(yīng)答預(yù)約消息發(fā)至微信公眾平臺(tái)；④應(yīng)答預(yù)約消息經(jīng)圖書(shū)館云服務(wù)器傳送給讀者。

圖3 預(yù)約系統(tǒng)架構(gòu)

3 座位系統(tǒng)管理功能

經(jīng)手機(jī)微信公眾號(hào)實(shí)現(xiàn)在線預(yù)約，預(yù)約成功后，微信公眾號(hào)會(huì)收到應(yīng)答消息，同時(shí)座位顯示模塊上顯示讀者信息；座位預(yù)約成功后，讀者需要在規(guī)定時(shí)間內(nèi)到達(dá)座位就座。若超過(guò)規(guī)定時(shí)間后，壓力傳感器和紅外傳感器檢測(cè)到?jīng)]有讀者就座，會(huì)取消此次預(yù)約，并記讀者違規(guī)1次，讀者在座位按時(shí)就座后，通過(guò)微信公眾號(hào)點(diǎn)擊簽到，經(jīng)數(shù)據(jù)解析模塊返回簽到成功應(yīng)答信息，參數(shù)采集節(jié)點(diǎn)采集到壓力和紅外參數(shù)后，同時(shí)在顯示模塊上顯示座位狀態(tài)和讀者信息；若其他讀者就座已經(jīng)被預(yù)約的座位，參數(shù)采集節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到有人就座信息，但是系統(tǒng)未收到簽到信息，將違規(guī)信息發(fā)送至管理者，管理者查明后，處理本次違規(guī)。

4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)由兩部分組成，智能網(wǎng)關(guān)和無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)有三部分節(jié)點(diǎn)組成，參數(shù)采集節(jié)點(diǎn)、狀態(tài)顯示節(jié)點(diǎn)和匯聚節(jié)點(diǎn)，狀態(tài)顯示節(jié)點(diǎn)包含CC2530，顯示模塊。

4.1.1 智能網(wǎng)關(guān)。智能網(wǎng)關(guān)主要由主控芯片STM32F103C8T6和Wifi模塊組成，主控芯片通過(guò)串口接收匯聚節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)發(fā)送給Wifi模塊，Wifi模塊連接圖書(shū)館云服務(wù)器，將數(shù)據(jù)上傳至Internet網(wǎng)絡(luò)，從而整個(gè)過(guò)程就實(shí)現(xiàn)了將圖書(shū)館座位在線數(shù)據(jù)發(fā)送至外網(wǎng)的功能。

4.1.2 參數(shù)采集節(jié)點(diǎn)。參數(shù)采集節(jié)點(diǎn)包含CC2530、紅外傳感器、壓力傳感器，紅外傳感器安裝在桌子下面，壓力傳感器安裝在座位下面，檢測(cè)座位是否有讀者在線，紅外傳感器檢測(cè)位置是否有人，兩種傳感器同時(shí)檢測(cè)，確保檢測(cè)結(jié)果的正確性，CC2530控制器將采集的兩種傳感器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，同時(shí)將采集數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，將檢測(cè)結(jié)果發(fā)送至狀態(tài)顯示節(jié)點(diǎn)，同時(shí)通過(guò)RF通信，將檢測(cè)結(jié)果發(fā)送至匯聚節(jié)點(diǎn)。

4.1.3 狀態(tài)顯示節(jié)點(diǎn)。接收來(lái)自參數(shù)采集節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，將讀者數(shù)據(jù)在液晶屏上面顯示。

4.1.4 匯聚節(jié)點(diǎn)。匯聚節(jié)點(diǎn)接收來(lái)自多個(gè)座位的參數(shù)采集節(jié)點(diǎn)的讀者在線狀態(tài)檢測(cè)結(jié)果，通過(guò)智能網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至圖書(shū)館云服務(wù)器。

4.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

4.2.1 微信公眾號(hào)。如圖4所示，讀者啟動(dòng)手機(jī)微信，進(jìn)入圖書(shū)館微信公眾平臺(tái)，點(diǎn)擊讀者，進(jìn)入座位預(yù)約欄，選擇當(dāng)日或者非當(dāng)日座位預(yù)約，選擇日期和時(shí)間段后，繼續(xù)選擇館室，系統(tǒng)為讀者隨機(jī)分配座位，平臺(tái)提供取消預(yù)約功能，必須在預(yù)約時(shí)間到達(dá)前半小時(shí)，一周取消2次及以上，該讀者記違規(guī)一次。讀者按時(shí)到達(dá)后，通過(guò)平臺(tái)電子簽到，如果過(guò)期未簽到，記違規(guī)1次。違規(guī)2次以上則被系統(tǒng)加入黑名單，2周后自動(dòng)撤銷(xiāo)處罰。

4.2.2 智能網(wǎng)關(guān)。智能網(wǎng)關(guān)是從室內(nèi)局域網(wǎng)連接到Internet的關(guān)鍵模塊，主要的功能就是幫助圖書(shū)館管理人員遠(yuǎn)程監(jiān)控，智能網(wǎng)關(guān)工作流程如圖5所示。

4.2.3 通信協(xié)議制定。為了保證數(shù)據(jù)收發(fā)的準(zhǔn)確性，在數(shù)據(jù)雙向傳輸過(guò)程中，除了幀頭和幀尾外，其他所有數(shù)據(jù)都轉(zhuǎn)換成ASCII碼，一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成兩個(gè)字節(jié)的ASCII碼，雖然數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度會(huì)增大，但是保證了數(shù)據(jù)幀中不會(huì)出現(xiàn)和幀頭、幀尾相同的字符，本通信協(xié)議包含2個(gè)數(shù)據(jù)幀、2個(gè)應(yīng)答幀，分別為上傳數(shù)據(jù)幀、下傳應(yīng)答幀、下傳數(shù)據(jù)幀、上傳應(yīng)答幀。

上傳數(shù)據(jù)幀表示智能網(wǎng)關(guān)將采集到的座位狀態(tài)信息發(fā)送給圖書(shū)館云服務(wù)器；下傳應(yīng)答幀表示智能網(wǎng)關(guān)在收到該幀數(shù)據(jù)后可以得知上層圖書(shū)館云服務(wù)器是否接收到上行數(shù)據(jù)幀；下傳數(shù)據(jù)幀表示上層智能圖書(shū)館云服務(wù)器發(fā)送給智能網(wǎng)關(guān)的指令，智能網(wǎng)關(guān)收到指令后，將數(shù)據(jù)傳輸至狀態(tài)顯示節(jié)點(diǎn)；上傳應(yīng)答幀表示上層圖書(shū)館云服務(wù)器收到該幀后可以得知下層終端節(jié)點(diǎn)是否接收到了下行指令幀。

根據(jù)本座位管理系統(tǒng)的特定需求，設(shè)計(jì)了一條通用數(shù)據(jù)幀，數(shù)據(jù)幀和應(yīng)答幀均使用，幀內(nèi)每一個(gè)字段的數(shù)據(jù)以十六進(jìn)制方式存儲(chǔ)。每一幀都包含幀頭、數(shù)據(jù)字段、校驗(yàn)字段、幀尾4個(gè)部分。其中，幀頭由幀首、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、數(shù)據(jù)幀類(lèi)型三部分組成。數(shù)據(jù)字段由座位管理節(jié)點(diǎn)ID號(hào)、物理地址、有效數(shù)據(jù)這3個(gè)部分組成。如表1所示，幀的開(kāi)始和結(jié)束判斷由幀首，幀尾來(lái)完成。幀首表示幀起始的字符，用 “*”表示。幀尾表示幀結(jié)束的字符，用“&”表示。數(shù)據(jù)長(zhǎng)度表示數(shù)據(jù)字段的長(zhǎng)度。座位終端節(jié)點(diǎn)ID號(hào)表示一個(gè)座位終端節(jié)點(diǎn)的編號(hào)。物理地址表示對(duì)應(yīng)座位終端節(jié)點(diǎn)的IEEE地址。

表1 數(shù)據(jù)幀

數(shù)據(jù)校驗(yàn)就是對(duì)接收到的幀數(shù)據(jù)的有效性進(jìn)行判斷，對(duì)幀數(shù)據(jù)和座位采集節(jié)點(diǎn)ID號(hào)，參與校驗(yàn)和計(jì)算的數(shù)據(jù)按字節(jié)進(jìn)行求和，得到2位校驗(yàn)碼，然后與從接收到的一幀數(shù)據(jù)中分離出的校驗(yàn)碼對(duì)比，如結(jié)果一致，則認(rèn)為數(shù)據(jù)接收正確，說(shuō)明數(shù)據(jù)傳輸無(wú)誤，否則認(rèn)為該幀數(shù)據(jù)傳輸出錯(cuò)，丟棄處理。

5 系統(tǒng)存在問(wèn)題及對(duì)策

基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的座位管理系統(tǒng)，相比于國(guó)內(nèi)部分公共圖書(shū)館、高校圖書(shū)館已使用的座位管理系統(tǒng)，如：常見(jiàn)的上海盛卡恩智能系統(tǒng)有限公司的座位管理系統(tǒng)、杭州聯(lián)創(chuàng)信息技術(shù)有限公司的座位管理系統(tǒng)、南京智佰聞欣文化傳媒有限公司的座位系統(tǒng)以及基于微信“不占座”小程序相比，除了實(shí)現(xiàn)圖書(shū)館座位的查詢(xún)、預(yù)約、短時(shí)離座、統(tǒng)計(jì)分析等管理功能外,其最大優(yōu)點(diǎn)該系統(tǒng)通過(guò)傳感器識(shí)別空座信息,遏制一些讀者利用圖書(shū)、包等物品進(jìn)行“占座”現(xiàn)象，從而一定程度上解決了圖書(shū)館的占座問(wèn)題。

基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的座位管理系統(tǒng)，在測(cè)試過(guò)程中，主要存在一些問(wèn)題。如讀者用戶(hù)反應(yīng)不能簽到問(wèn)題，部分讀者沒(méi)有智能手機(jī)或者沒(méi)帶手機(jī)，無(wú)法使用微信簽到；座位管理系統(tǒng)后臺(tái)時(shí)間限定問(wèn)題，主要集中在中途離開(kāi)時(shí)間的長(zhǎng)短，以及中午吃飯時(shí)長(zhǎng)是否合理；存在惡意預(yù)約座位問(wèn)題，極少數(shù)讀者多次到點(diǎn)不簽到的情況，雖然有黑名單處罰，但是違規(guī)情況屢禁不止。這些因素導(dǎo)致座位使用效率受到一定影響。

針對(duì)上述問(wèn)題，圖書(shū)館給予以下解決問(wèn)題的對(duì)策：圖書(shū)館一方面通過(guò)其網(wǎng)站、微博、公眾號(hào)以及告示欄進(jìn)行廣泛的前期宣傳，讓文明使用座位資源“不占座”理念深入人心。另一方面安排工作人員或志愿者根據(jù)后臺(tái)提示，進(jìn)行巡視，使讀者們自覺(jué)執(zhí)行圖書(shū)館座位管理規(guī)則，真正發(fā)揮系統(tǒng)管理的作用，使每個(gè)到圖書(shū)館的讀者享有公平的權(quán)利。

①以讀者進(jìn)館數(shù)據(jù)、座位數(shù)據(jù)以及座位使用率為基礎(chǔ)，座位的70%使用系統(tǒng)預(yù)約，剩余座位仍采用傳統(tǒng)方式，滿(mǎn)足部分讀者使用習(xí)慣。②向讀者展開(kāi)問(wèn)卷調(diào)查，根據(jù)大部分讀者意見(jiàn)進(jìn)行時(shí)間限定，系統(tǒng)中中途離開(kāi)時(shí)間限定參數(shù)設(shè)置規(guī)則：中午離開(kāi)時(shí)間限定1.5h內(nèi)，中途離開(kāi)時(shí)間累積0.5h內(nèi)，超過(guò)時(shí)間限定按違規(guī)處理。③針對(duì)多次違規(guī)的讀者，館方采取集中的入館教育，經(jīng)培訓(xùn)后，仍我行我素的，延長(zhǎng)其在黑名單內(nèi)時(shí)間。

6 結(jié)束語(yǔ)

筆者將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用到智能圖書(shū)館座位管理當(dāng)中，經(jīng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)、智能網(wǎng)關(guān)和圖書(shū)館云服務(wù)器，將讀者在線參數(shù)無(wú)線傳輸，滿(mǎn)足系統(tǒng)實(shí)時(shí)需求。筆者通過(guò)軟硬件及通信協(xié)議的設(shè)計(jì)研究，改變了讀者使用座位的習(xí)慣。系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果表明座位使用效率得到明顯提高，減少了占座現(xiàn)象，避免了占座引起的讀者間糾紛，同時(shí)系統(tǒng)的使用，提高了圖書(shū)館管理水平，也為圖書(shū)館減少了管理人員相應(yīng)的人力的投入，系統(tǒng)具有不錯(cuò)的應(yīng)用推廣前景。