图书馆座位管理系统的设计

陈江艳 权浪

摘 要：为了提高图书馆座位使用率，有必要开发一款人性化的图书馆座位管理系统。本文提出设计一种基于STC12C5A60S2单片机的图书馆座位管理系统，并对其进行了研究。

关键词：单片机;座位检测;传感器

中图分类号：TP273;TP212.9;G251文献标识码：A文章编号：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

随着近些年来高校招生规模的不断扩大，图书馆作为学生学习的必争之地，受到广大师生的热烈欢迎。然而，近年来，图书馆的座位增长率与在校师生人数增长率严重失衡，常常供不应求，这就导致学生为了霸占位置而大费周章，严重破坏了校园的和谐环境，助长了不好的风气，给学校带来非常不利的影响。为了营造一种秩序井然的读书学习环境，有必要设计一种图书馆座位管理系统，这无疑是非常明智的选择。

拟设计系统可自动分辨出座位上是否有人，或者是否短暂离开。如果是恶意占座，则通知图书馆管理人员及时进行收书，把座位腾出来给真正需要的学生，这样可以大大提高座位资源的利用率，让有限的座位资源更合理、更公平、更充分、更方便地由学生共享[1-2]。

1 图书馆座位管理系统的国内外研究现状

当前，部分发达国家高校图书馆的建设基本上实现自动化、数字化、网络信息化，图书馆座位增长量基本与读者的增长量达到平衡。国内高校图书馆却与国外恰恰相反，图书馆座位大都供不应求，这无疑严重助长了学生占座的不良风气。因此，国内高校倡导学生自觉维护遵守图书馆的相关规章制度，维护图书馆良好的阅读环境，同时利用现代化图书馆座位管理系统来辅助管理。

采用图书馆座位管理系统以后，阅读者进入图书馆，可自行选择自动和手动切换模式，一旦选择好座位，即可阅读。如若中途离开，只要设定好暂离时限，等会还可以继续拥有该座位，需要长期离开时，选择空闲座位即可。但是，该系统还不能完全杜绝占座现象，有时候人离开后会忘记回来。

近年来，我国智能手机保有量显著增长，已经基本普及。利用智能手机，通过微信平台，师生能够更加高效、方便、快捷地查询和预订图书馆座位，选出自己的学习位置，极大地节约时间和人力成本。同时，这样可以优化图书馆座位资源，让图书馆资源得到充分、合理的运用。

2 系统设计

2.1 系统研究内容及要求

本研究将综合利用传感器对物体的识别功能和单片机的控制功能，设计一种基于单片机控制的图书馆座位管理系统[3]。该图书馆座位管理系统涉及硬件设计和软件设计两部分。硬件设计的主要职责就是将系统分割成多个功能部分，然后逐个设计，最终组合成一个合理有效的可行性方案;软件设计要达到的目的則是根据系统相关功能，对各个功能模块进行编程。

该图书馆座位管理系统要实现以下功能：首先，采用红外传感器，准确识别管理范围内桌子上是否有书或者其他物品;其次，利用压力传感器，准确感应管理范围内与桌子对应的座位上是否有人坐在上面;如果发现管理范围内的桌子上有物品存在，相应的座位上却没感受到来自人坐下来的压力，就可以判断出这位学生是暂时离开上厕所或者去接水了还是存在恶意占座的情况;如果有人恶意占座，就可以通过恰当的方式，比如利用响铃或者显示屏幕来及时通知图书馆工作人员前来收书，腾出相应的座位，达到图书馆资源的充分利用，为学生提供更多学习的地方。

2.2 设计思路

首先，以图书馆座位管理系统的研究背景及意义为出发点，对国内外相关的座位管理系统进行调查和分析对比，制定相应的解决方案;然后，对本次基于单片机的图书馆座位管理系统进行功能设计，并针对要实现的功能选出合理的硬件材料，明确材料价格和制作成本;要学习单片机的相关功能、硬件材料的使用原理、特点和控制要求，为了达到相应的功能要求，还要设计出电路原理图，充分理解原理图并且根据做好的原理图将各个硬件模块焊接到电路板上进行调试;根据选择的单片机，了解单片机开发环境，利用相关的软件开发平台，编写好相关硬件的驱动程序，并且进行调试改错;当软件开发工作和硬件开发工作都完成后，把写好并且调试修改后的控制程序下载到实物单片机中，利用软件配合焊接的硬件实物开始相关调试工作，最终达到相关要求。

2.3 相关器件选型方案设计

2.3.1 主控制器选型方案。主控制器选型方案有两种。

2.3.1.1 MSP430单片机。MSP430单片机具有混合信号的16位处理器，功耗较低。它具有超低的功耗，运算处理很快，比起其他单片机有着相当大的优势，这种单片机最低的功耗只有0.1 μA。但是，指令需要占很大的内存，其在一些工业场合的用途比较广泛。

2.3.1.2 STC12C5A60S2单片机。51系列单片机，特别是其中的STC12C5A60S2单片机是当前主流的并且应用相当广泛的单片机，其对型号8051的单片机进行了一些改良，也是一种低功耗、运算速度超快的快速单片机，其内部闪存很大。比起其他单片机，这种单片机在开发过程中对设备的要求不是很高，在开发速度和时间上也有着许多不可替代的优势，并且它具有良好的程序加密功能。

通过综合分析以上两种型号的单片机，在满足本次设计相关需求和性能要求的前提下，本次选择STC12C5A60S2单片机作为该系统的主控制器。

2.3.2 红外探测器选型方案。红外探测器选型方案有两种。

2.3.2.1 M8微型激光传感器。它的内部采用专用IC设计，内部还有数字滤波器，能对抗来自外界光电的干扰，并且效果较好，响应速度很快，它可以延时启动，属于对射光电开关传感器，但是操作比较麻烦且价格较高。

2.3.2.2 E18-D80N红外探测器。它的发射与接收是一体的，使用起来特别简单，对可见光的抗干扰能力强，检测距离可以调节，其特别便宜，安装使用特别方便，在避障装置和自动化产品中得到很好的运用。

通过对以上两种传感器的性能进行综合分析，本次设计选择收发一体、易安装、成本低的E18-D80N红外探测器作为桌面物品检测模块。

2.3.3 压力检测选型方案。压力检测选型方案有两种。

2.3.3.1 HX711压力传感器。它由24位AD转换芯片制成，精度特别高。这种传感器存在两个方向的模拟输入通道口，它不仅能检测压力，也能进行称重，它的设计初衷主要是用来制作电子秤的。

2.3.3.2 FSR402压力传感器。它的制作材料是FSR高分子薄膜，对其施加的压力越大，传感器输出的电阻值就会越小。该种薄膜能特别灵敏地检测压力，传感器小巧玲珑并且薄如蝉翼，使用起来特别灵活方便，有很长的使用年限。

根据压力检测的设计需求，本研究將选择FSR402薄膜压力传感器来完成本次压力检测。

2.3.4 显示器选型方案。显示器选型方案有两种。

2.3.4.1 TFT彩屏。它是一种液晶显示屏，属于薄膜晶体管类。其可以通过薄膜晶体管来驱动像素点，响应速度快，能精确显示画面色彩。但是，TFT彩屏价格较高，其不适用于显示要求不高的场合。

2.3.4.2 LCD液晶屏。它利用外部光的反射来实现显示效果。功耗特别低，显示的字美观大方，应用时供电要求比较灵活。其可以与单片机配合使用，更为方便快捷。它虽然在色彩上比不上TFT彩屏，但是在控制和功耗等方面有着不可替代的优势，因此广泛应用于各大领域中。

本次设计采用LCD液晶屏来完成各参数的显示。

2.4 系统方案设计

经过仔细分析和了解座位管理系统工作流程，研究人员最终决定了本课题的研究和设计方向，确认了图书馆座位管理系统的设计功能，并根据功能设计出系统的大体框架结构，如图1所示。

图书馆座位管理系统采用STC12C5A60S2单片机作为处理器，对数据的采集、处理、显示以及执行动作进行控制。其利用E18-D80N红外探测器来识别桌面上的书本或者笔记本电脑等物品，利用FSR402压力传感器来识别对应座位上是否有人，利用LCD1602液晶屏来显示被恶意占座的位置信息，触发蜂鸣器发出占座响铃提醒，提示图书馆管理人员前来收书。

当E18-D80N传感器检测到桌面上有书、水杯等物品存在，而相应座位上的FSR402压力传感器没有检测到人坐下来的压力时，系统就认为当前座位的人要么已经离开，要么出现了恶意占位的情况。此时，系统将利用单片机的定时器进行倒计时。占座者已经预先设置好时间，如果时间还没过，压力传感器中途检测到有压力，这个人回来了，就说明该座位上的人为中途暂时离开。如果计时达到设定的时间，这个座位的压力传感器没有检测到来自人坐下来的压力，那么系统将判定该座位有可能存在占座嫌疑，并利用LCD1602液晶屏显示出相应的占座信息，同时为了其他学生有座位学习，系统将触发蜂鸣器发出响铃，以提醒图书馆管理人员来收走该桌面上的书本，方便下一位学生入座学习。

3 结论

本文综合利用传感器对物体的识别功能和单片机的控制功能，设计出一种基于单片机控制的图书馆座位管理系统。其间介绍了该图书馆座位管理系统的硬件设计和软件设计的大致思路。最终，将逐个击破每一部分，组合成一个合理、有效的可行性方案，达到设计目的。

参考文献

[1]郝亚楠，邵红宇.高校图书馆座位管理系统的利与弊[J].晋图学刊，2014（4）：17-20.

[2]吴开明，李淑敏.高校图书馆占座现象的博弈分析[J].大学图书馆学报，2015（6）：38-44.

[3]陈武，钱青，赵熊，等.清华大学智能座位管理系统的设计与实现[J].现代图书情报技术，2013（10）：90-95.