戴舒詣，景素婷,，夏佳樂,，楊越，瞿志成

　?。ㄌK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)的圖書館智能座位管理系統(tǒng)。其通過紅外傳感及時監(jiān)控圖書館座位的使用情況,，同時利用單片機(jī)對座位閑置時長進(jìn)行計時,，并對惡意占用的座位重新分配。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了圖書館座位的全智能化管理,為解決高校圖書館“座位荒”問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,；圖書館,；無線通信

　　中圖分類號：TN399文獻(xiàn)標(biāo)識碼：ADOI： 10.19358/j.issn.1674 7720.2016.23.029

　　引用格式：戴舒詣，景素婷,，夏佳樂,，等. 基于紅外傳感及IC卡終端的座位管理系統(tǒng)設(shè)計［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)了人座對應(yīng),，但是對于惡意占座和長時間離開不刷退的現(xiàn)象，難以從根本上解決,。

　　為了消除此類不文明現(xiàn)象,，提高座位資源的利用率，給學(xué)生們提供一個良好的學(xué)習(xí)環(huán)境,，本文介紹了一個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，在座位上安裝一個基于紅外傳感器的圖書館占座監(jiān)測系統(tǒng)終端,，可有效識別座位上是否有人以及累計離開時間,，并將座位狀態(tài)信號發(fā)至圖書館刷卡選座系統(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)計方案

　　由于圖書館空間大，人員流動復(fù)雜,，很難對個體進(jìn)行長時間,、大范圍、有效的監(jiān)測,，因此本文介紹的系統(tǒng)需要多個有針對性的模塊結(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)等待時間（預(yù)設(shè)30 min）之內(nèi)無人使用,，LED燈則會熄滅，同時刷卡系統(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,，圖書館占座監(jiān)測系統(tǒng)終端選擇安裝在桌子邊沿底面，以此實(shí)現(xiàn)單個終端對單座的監(jiān)測,，并且不受非監(jiān)測座位的影響,。

2總體硬件設(shè)計

　　本文介紹的圖書館座位管理系統(tǒng)基于現(xiàn)有的圖書館刷卡選座系統(tǒng)，由圖書館占座監(jiān)測系統(tǒng)、通信模塊幾個主要部分構(gòu)成,。其中,，圖書館占座監(jiān)測系統(tǒng)主要由傳感器模塊和檢測計時模塊組成。

　　如圖2所示,，圖書館占座監(jiān)測系統(tǒng)由以STC15W4 K48S4單片機(jī)為核心的檢測計時模塊,、HCSR501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HCSR501連接并通過I/O口控制LED的開關(guān),。圖書館刷卡選座系統(tǒng)中的中心管理計算機(jī)通過搭載在單片機(jī)上的NRF24L01型WiFi模塊與STC15單片機(jī)進(jìn)行無線信息交互,，從而實(shí)現(xiàn)對圖書館座位的實(shí)時管理［1］。

       2.1傳感器模塊

　　2.1.1功能要求以及器件選型

　　為能精確判斷圖書館座位的使用情況,，本文選用傳感器模塊對座位上是否有人進(jìn)行非接觸且實(shí)時性的監(jiān)測,。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，但又不能過大,，避免路過的人引起誤觸發(fā),；其次，應(yīng)針對人進(jìn)入座位和離開座位的特殊工況,；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HCSR501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)都可正常工作且對人體活動感應(yīng)較為靈敏,。

　　2.1.2工作方式

　　HCSR501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)入座位或者離開座位時,，傳感頭感應(yīng)到溫度變化后,，會失去電荷平衡而向外釋放電荷，因而在其經(jīng)后續(xù)電路檢測時就能產(chǎn)生相應(yīng)的電信號,。

　　當(dāng)有人在監(jiān)測范圍內(nèi)活動時,，該模塊輸出引腳會產(chǎn)生一個上升沿跳變，并延時一定時間（延時時間通過旋鈕調(diào)節(jié)可至最長時間200 s）,，此后產(chǎn)生一個下降沿跳變,，檢測計時系統(tǒng)通過對此信號變化的識別來確定座位的使用情況［2］。

　　2.2檢測計時模塊

　　2.2.1功能要求以及器件選型

　　檢測計時模塊選用單片機(jī)作為核心部件,。由于紅外傳感模塊產(chǎn)生的電信號需要進(jìn)行一定的處理,，以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對座位使用情況的識別,，因此檢測計時模塊需要滿足以下功能要求：（1）對傳感器輸出信號的采集判斷；（2）對人離開時間計時并進(jìn)行判別,；（3）對WiFi模塊工作模式進(jìn)行配置［2］,。

　　基于以上要求，該系統(tǒng)檢測計時模塊核心選用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),，有定時器0、定時器1,、 定時器2,、 定時器3和定時器4，可進(jìn)行定時計時操作［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

　　本文描述的檢測計時模塊的電路原理如圖3所示,，HCSR501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由單片機(jī)檢測。當(dāng)座位被占,，外部中斷0檢測到下降沿跳變,，單片機(jī)進(jìn)入倒計時30 min。P1.0腳接入LED電路,，當(dāng)座位被占,，單片機(jī)驅(qū)動LED亮［5］。

　　2.3通信模塊

　　圖書館占座監(jiān)測系統(tǒng)一般與圖書館刷卡選座系統(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)時監(jiān)管座位的功能,，一般選用WiFi模塊或者藍(lán)牙等無線傳輸通信模塊。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,，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,，有多個頻道可以選擇,。在與單片機(jī)連接工作時，可以通過SPI總線來對單片機(jī)寫入數(shù)據(jù),。在進(jìn)行傳輸工作時,，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，同時該模塊可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(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)低速從微控制器送入，數(shù)據(jù)傳輸時抗干擾能力強(qiáng)［7］,。

3軟件部分

　　單片機(jī)若要實(shí)現(xiàn)對紅外傳感器的控制以及計時監(jiān)測功能,，其需要一個穩(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)時監(jiān)測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,，采用了匯編語言，并且經(jīng)過調(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,，傳感器的信號由單片機(jī)的外部中斷0接收,，為了在計時期間可以重復(fù)觸發(fā)中斷，特別將定時程序放在中斷服務(wù)程序外,。其中中斷服務(wù)程序的功能為重新計時,。

4圖書館占座監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)物與工作狀態(tài)

　　圖書館占座監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)物圖如圖5。

　　在圖書館真實(shí)環(huán)境中,，圖書館占座監(jiān)測系統(tǒng)主要受工作距離,、感應(yīng)角度、工作溫度以及感應(yīng)時間的影響,，為對系統(tǒng)的穩(wěn)定性做進(jìn)一步評估,，本文對占座監(jiān)測系統(tǒng)終端的性能進(jìn)行了一定的測試。如表1所示,。

　　根據(jù)表1測驗(yàn)結(jié)果,，實(shí)際應(yīng)用中圖書館占座監(jiān)測系統(tǒng)終端能夠在所要求的檢測距離、感應(yīng)角度以及工作溫度范圍內(nèi)正常工作,。

5結(jié)束語

　　本文闡述了基于紅外傳感及IC卡終端的圖書館智能座位管理系統(tǒng)的總體設(shè)計,。其采用HCSR501普通型人體紅外感應(yīng)實(shí)現(xiàn)了對座位使用情況無接觸實(shí)時監(jiān)測的功能,，運(yùn)用STC15W4K48S4型單片機(jī)達(dá)到了對座位閑置時間的計時目的,，同時使用NRF24L01型WiFi通信模塊實(shí)現(xiàn)了圖書館刷卡選座系統(tǒng)與占座監(jiān)測系統(tǒng)的信息交互,。通過這些模塊和元器件的結(jié)合，以及對占座監(jiān)測終端的實(shí)際工作調(diào)試,，證明了本文介紹的圖書館智能座位管理系統(tǒng)較好地完成了對座位全自動化監(jiān)測和管理的功能,。

　　參考文獻(xiàn)

　?。?］ 周國棟,王新赤,卞樹檀.基于時分多址的圖書館座位管理系統(tǒng)［J］.電子工程師,2008,34(7):77-80.

　　［2］ 淦元柳,宋斌,王曉飛,，等.紅外探測與應(yīng)用分析［J］. 紅外與激光工程,2007,，36(S2)：62-66.

　　［3］ 杜波.基于單片機(jī)及CAN技術(shù)的圖書館自習(xí)室座位管理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)［J］.情報探索,2003(3):62-63.

　?。?］ 劉大杰,劉金鵬,孫小菡.基于單片機(jī)和紅外接近開關(guān)的圖書館座位管理系統(tǒng)［J］.電子工程師,2006,32(5)：73-75.

　?。?］ 張俊謨.單片機(jī)中級教程(原理與應(yīng)用)［M］.北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2002.

　　［6］ 徐安,陳耀,李玲玲.單片機(jī)原理與應(yīng)用［M］.北京:北京希望電子出版社,2003.

　?。?］ 睢丙東,魏澤鼎.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)與實(shí)例［M］.北京:電子工業(yè)出版社,2005.