戴舒詣,,景素婷,夏佳樂(lè),,楊越,,瞿志成
(蘇州大學(xué) 物理與光電·能源學(xué)部,,江蘇 蘇州 215000)
摘要:介紹了一種基于現(xiàn)有圖書(shū)館刷卡選座系統(tǒng),,由STC15系列單片機(jī)、NRF24L01型WiFi通信模塊,、LED 顯示和HC-SR501型紅外傳感器實(shí)現(xiàn)的圖書(shū)館智能座位管理系統(tǒng),。其通過(guò)紅外傳感及時(shí)監(jiān)控圖書(shū)館座位的使用情況,同時(shí)利用單片機(jī)對(duì)座位閑置時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行計(jì)時(shí),,并對(duì)惡意占用的座位重新分配,。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了圖書(shū)館座位的全智能化管理,為解決高校圖書(shū)館“座位荒”問(wèn)題提供了一種新的方案。
關(guān)鍵詞:單片機(jī),;座位管理,;紅外傳感器;圖書(shū)館,;無(wú)線通信
中圖分類(lèi)號(hào):TN399文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:ADOI: 10.19358/j.issn.1674 7720.2016.23.029
引用格式:戴舒詣,,景素婷,夏佳樂(lè),,等. 基于紅外傳感及IC卡終端的座位管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].微型機(jī)與應(yīng)用,,2016,35(23):100-102.
0引言
隨著學(xué)習(xí)節(jié)奏的不斷加快,高校惡意占座現(xiàn)象日益加劇,,尤其是在期中期末考試以及考研前期,,由于占座導(dǎo)致的不必要沖突尤為嚴(yán)重。目前的座位管理系統(tǒng)多為刷卡選座的模式,,一旦刷卡,,系統(tǒng)就認(rèn)為該座位已經(jīng)有人,雖然在一定程度上實(shí)現(xiàn)了人座對(duì)應(yīng),,但是對(duì)于惡意占座和長(zhǎng)時(shí)間離開(kāi)不刷退的現(xiàn)象,,難以從根本上解決。
為了消除此類(lèi)不文明現(xiàn)象,,提高座位資源的利用率,,給學(xué)生們提供一個(gè)良好的學(xué)習(xí)環(huán)境,,本文介紹了一個(gè)基于紅外傳感的座位管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)與現(xiàn)有刷卡系統(tǒng)相結(jié)合,,在座位上安裝一個(gè)基于紅外傳感器的圖書(shū)館占座監(jiān)測(cè)系統(tǒng)終端,,可有效識(shí)別座位上是否有人以及累計(jì)離開(kāi)時(shí)間,并將座位狀態(tài)信號(hào)發(fā)至圖書(shū)館刷卡選座系統(tǒng),,有效避免“人走座留”的惡意占座現(xiàn)象,,從而保證資源得到合理的利用。
1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案
由于圖書(shū)館空間大,,人員流動(dòng)復(fù)雜,,很難對(duì)個(gè)體進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間、大范圍,、有效的監(jiān)測(cè),,因此本文介紹的系統(tǒng)需要多個(gè)有針對(duì)性的模塊結(jié)合以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)功能。本文預(yù)設(shè)該系統(tǒng)基本功能如圖1所示,。一旦有學(xué)生刷卡選座,,相應(yīng)座位上的LED燈亮,以顯示座位正被使用,。如果學(xué)生是惡意占座,,座位在預(yù)設(shè)等待時(shí)間(預(yù)設(shè)30 min)之內(nèi)無(wú)人使用,LED燈則會(huì)熄滅,,同時(shí)刷卡系統(tǒng)迅速釋放該座位,,該座可被其他學(xué)生刷卡使用。如果學(xué)生在座位預(yù)留時(shí)間內(nèi)使用了座位,,系統(tǒng)中的座位則將保持被使用狀態(tài),。
在實(shí)際應(yīng)用中,圖書(shū)館占座監(jiān)測(cè)系統(tǒng)終端選擇安裝在桌子邊沿底面,,以此實(shí)現(xiàn)單個(gè)終端對(duì)單座的監(jiān)測(cè),并且不受非監(jiān)測(cè)座位的影響,。
2總體硬件設(shè)計(jì)
本文介紹的圖書(shū)館座位管理系統(tǒng)基于現(xiàn)有的圖書(shū)館刷卡選座系統(tǒng),,由圖書(shū)館占座監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、通信模塊幾個(gè)主要部分構(gòu)成,。其中,,圖書(shū)館占座監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由傳感器模塊和檢測(cè)計(jì)時(shí)模塊組成。
如圖2所示,,圖書(shū)館占座監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由以STC15W4 K48S4單片機(jī)為核心的檢測(cè)計(jì)時(shí)模塊,、HCSR501型紅外傳感器的傳感器模塊和LED組成。單片機(jī)的中斷引腳與紅外傳感器HCSR501連接并通過(guò)I/O口控制LED的開(kāi)關(guān),。圖書(shū)館刷卡選座系統(tǒng)中的中心管理計(jì)算機(jī)通過(guò)搭載在單片機(jī)上的NRF24L01型WiFi模塊與STC15單片機(jī)進(jìn)行無(wú)線信息交互,,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)圖書(shū)館座位的實(shí)時(shí)管理[1],。
2.1傳感器模塊
2.1.1功能要求以及器件選型
為能精確判斷圖書(shū)館座位的使用情況,本文選用傳感器模塊對(duì)座位上是否有人進(jìn)行非接觸且實(shí)時(shí)性的監(jiān)測(cè),。該器件是系統(tǒng)的核心傳感器,,應(yīng)根據(jù)具體使用環(huán)境和工作模式綜合進(jìn)行選擇。首先,,要保證一定的感應(yīng)角度和作用距離,,但又不能過(guò)大,避免路過(guò)的人引起誤觸發(fā),;其次,,應(yīng)針對(duì)人進(jìn)入座位和離開(kāi)座位的特殊工況;第三,,應(yīng)滿足實(shí)際的環(huán)境溫度要求,。
綜上所述,本文選用HCSR501普通型人體紅外感應(yīng)模塊,。其感應(yīng)角度(可調(diào))<100°錐角,,感應(yīng)距離(可調(diào))符合功能要求,在所需溫度范圍內(nèi)都可正常工作且對(duì)人體活動(dòng)感應(yīng)較為靈敏,。
2.1.2工作方式
HCSR501普通型人體紅外感應(yīng)模塊的紅外感應(yīng)源通常采用熱釋電元件,,當(dāng)人進(jìn)入座位或者離開(kāi)座位時(shí),傳感頭感應(yīng)到溫度變化后,,會(huì)失去電荷平衡而向外釋放電荷,,因而在其經(jīng)后續(xù)電路檢測(cè)時(shí)就能產(chǎn)生相應(yīng)的電信號(hào)。
當(dāng)有人在監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)活動(dòng)時(shí),,該模塊輸出引腳會(huì)產(chǎn)生一個(gè)上升沿跳變,,并延時(shí)一定時(shí)間(延時(shí)時(shí)間通過(guò)旋鈕調(diào)節(jié)可至最長(zhǎng)時(shí)間200 s),此后產(chǎn)生一個(gè)下降沿跳變,,檢測(cè)計(jì)時(shí)系統(tǒng)通過(guò)對(duì)此信號(hào)變化的識(shí)別來(lái)確定座位的使用情況[2],。
2.2檢測(cè)計(jì)時(shí)模塊
2.2.1功能要求以及器件選型
檢測(cè)計(jì)時(shí)模塊選用單片機(jī)作為核心部件。由于紅外傳感模塊產(chǎn)生的電信號(hào)需要進(jìn)行一定的處理,,以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對(duì)座位使用情況的識(shí)別,,因此檢測(cè)計(jì)時(shí)模塊需要滿足以下功能要求:(1)對(duì)傳感器輸出信號(hào)的采集判斷;(2)對(duì)人離開(kāi)時(shí)間計(jì)時(shí)并進(jìn)行判別,;(3)對(duì)WiFi模塊工作模式進(jìn)行配置[2],。
基于以上要求,該系統(tǒng)檢測(cè)計(jì)時(shí)模塊核心選用STC公司的STC15W4K48S4型單片機(jī),。該單片機(jī)具有寬電壓范圍,,不需要任何轉(zhuǎn)換芯片,集成了更多SRAM(4 K),有定時(shí)器0,、定時(shí)器1,、 定時(shí)器2、 定時(shí)器3和定時(shí)器4,,可進(jìn)行定時(shí)計(jì)時(shí)操作[3],;有SPI (可用作主模式/從模式),能夠?qū)iFi模塊工作模式進(jìn)行配置[4],。
2.2.2工作方式
本文描述的檢測(cè)計(jì)時(shí)模塊的電路原理如圖3所示,,HCSR501紅外傳感器輸出引腳與單片機(jī)中斷引腳P3.0腳直接相連,傳感器輸出的電信號(hào)由單片機(jī)檢測(cè),。當(dāng)座位被占,,外部中斷0檢測(cè)到下降沿跳變,單片機(jī)進(jìn)入倒計(jì)時(shí)30 min,。P1.0腳接入LED電路,,當(dāng)座位被占,單片機(jī)驅(qū)動(dòng)LED亮[5],。
2.3通信模塊
圖書(shū)館占座監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一般與圖書(shū)館刷卡選座系統(tǒng)有一定距離,。為實(shí)現(xiàn)兩系統(tǒng)之間的信息交互以及系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)管座位的功能,一般選用WiFi模塊或者藍(lán)牙等無(wú)線傳輸通信模塊,。WiFi通信比藍(lán)牙通信容量大,,并且在需要較遠(yuǎn)距離的信息傳輸上更有優(yōu)勢(shì),因此本文選擇NRF24L01型WiFi模塊作為通信模塊,。
該模塊能夠與各種單片機(jī)芯片連接,,達(dá)成無(wú)線數(shù)據(jù)的傳送工作。其電流消耗低,,工作電壓在1.9 V~3.6 V,,有多個(gè)頻道可以選擇。在與單片機(jī)連接工作時(shí),,可以通過(guò)SPI總線來(lái)對(duì)單片機(jī)寫(xiě)入數(shù)據(jù),。在進(jìn)行傳輸工作時(shí),NRF24L01型WiFi模塊有4種工作模式,,數(shù)據(jù)發(fā)送傳輸率最快可達(dá)2 Mb/s,,同時(shí)該模塊可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的雙向通信,通信距離可在300~800 m,,因此該模塊符合系統(tǒng)功能要求[6]。
本文描述系統(tǒng)通過(guò)SPI配置Enhanced shockurst TM收發(fā)模式,。該模塊在此種模式下使用片內(nèi)的先入先出堆棧區(qū),,數(shù)據(jù)低速?gòu)奈⒖刂破魉腿耄瑪?shù)據(jù)傳輸時(shí)抗干擾能力強(qiáng)[7]。
3軟件部分
單片機(jī)若要實(shí)現(xiàn)對(duì)紅外傳感器的控制以及計(jì)時(shí)監(jiān)測(cè)功能,,其需要一個(gè)穩(wěn)定完善的軟件編程,。本文根據(jù)系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能和傳感器與單片機(jī)相結(jié)合的硬件電路,進(jìn)行了相應(yīng)的軟件設(shè)計(jì),,采用了匯編語(yǔ)言,,并且經(jīng)過(guò)調(diào)試運(yùn)行,成功實(shí)現(xiàn)了預(yù)期功能,。軟件程序流程圖如圖4,。
圖4中,傳感器的信號(hào)由單片機(jī)的外部中斷0接收,,為了在計(jì)時(shí)期間可以重復(fù)觸發(fā)中斷,,特別將定時(shí)程序放在中斷服務(wù)程序外。其中中斷服務(wù)程序的功能為重新計(jì)時(shí),。
4圖書(shū)館占座監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)物與工作狀態(tài)
圖書(shū)館占座監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)物圖如圖5,。
在圖書(shū)館真實(shí)環(huán)境中,圖書(shū)館占座監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要受工作距離,、感應(yīng)角度,、工作溫度以及感應(yīng)時(shí)間的影響,為對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性做進(jìn)一步評(píng)估,,本文對(duì)占座監(jiān)測(cè)系統(tǒng)終端的性能進(jìn)行了一定的測(cè)試,。如表1所示。
根據(jù)表1測(cè)驗(yàn)結(jié)果,,實(shí)際應(yīng)用中圖書(shū)館占座監(jiān)測(cè)系統(tǒng)終端能夠在所要求的檢測(cè)距離,、感應(yīng)角度以及工作溫度范圍內(nèi)正常工作。
5結(jié)束語(yǔ)
本文闡述了基于紅外傳感及IC卡終端的圖書(shū)館智能座位管理系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì),。其采用HCSR501普通型人體紅外感應(yīng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)座位使用情況無(wú)接觸實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的功能,,運(yùn)用STC15W4K48S4型單片機(jī)達(dá)到了對(duì)座位閑置時(shí)間的計(jì)時(shí)目的,同時(shí)使用NRF24L01型WiFi通信模塊實(shí)現(xiàn)了圖書(shū)館刷卡選座系統(tǒng)與占座監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的信息交互,。通過(guò)這些模塊和元器件的結(jié)合,,以及對(duì)占座監(jiān)測(cè)終端的實(shí)際工作調(diào)試,證明了本文介紹的圖書(shū)館智能座位管理系統(tǒng)較好地完成了對(duì)座位全自動(dòng)化監(jiān)測(cè)和管理的功能,。
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