戴舒詣,，景素婷,，夏佳樂，楊越,，瞿志成

　?。ㄌK州大學 物理與光電·能源學部，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,、NRF24L01型WiFi通信模塊、LED 顯示和HC-SR501型紅外傳感器實現(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,，同時利用單片機對座位閑置時長進行計時，并對惡意占用的座位重新分配,。該系統(tǒng)實現(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,。

　　關鍵詞：單片機；座位管理,；紅外傳感器,；圖書館,；無線通信

　　中圖分類號：TN399文獻標識碼：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)設計［J］.微型機與應用，2016,35（23）：100-102.

0引言

　　隨著學習節(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，由于占座導致的不必要沖突尤為嚴重,。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)就認為該座位已經有人,，雖然在一定程度上實現(xiàn)了人座對應,，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，給學生們提供一個良好的學習環(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)總體設計方案

　　由于圖書館空間大,，人員流動復雜,，很難對個體進行長時間、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合以實現(xiàn)目標功能。本文預設該系統(tǒng)基本功能如圖1所示,。一旦有學生刷卡選座,，相應座位上的LED燈亮，以顯示座位正被使用,。如果學生是惡意占座,，座位在預設等待時間（預設30 min）之內無人使用，LED燈則會熄滅,，同時刷卡系統(tǒng)迅速釋放該座位,，該座可被其他學生刷卡使用,。如果學生在座位預留時間內使用了座位，系統(tǒng)中的座位則將保持被使用狀態(tài),。

　　在實際應用中,，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,。圖書館刷卡選座系統(tǒng)中的中心管理計算機通過搭載在單片機上的NRF24L01型WiFi模塊與STC15單片機進行無線信息交互，從而實現(xiàn)對圖書館座位的實時管理［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行非接觸且實時性的監(jiān)測。該器件是系統(tǒng)的核心傳感器,，應根據具體使用環(huán)境和工作模式綜合進行選擇,。首先，要保證一定的感應角度和作用距離,，但又不能過大,，避免路過的人引起誤觸發(fā)；其次,，應針對人進入座位和離開座位的特殊工況,；第三，應滿足實際的環(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模塊。其感應角度（可調）<100°錐角,，感應距離(可調)符合功能要求,，在所需溫度范圍內都可正常工作且對人體活動感應較為靈敏。

　　2.1.2工作方式

　　HCSR501普通型人體紅外感應模塊的紅外感應源通常采用熱釋電元件,，當人進入座位或者離開座位時,，傳感頭感應到溫度變化后，會失去電荷平衡而向外釋放電荷,，因而在其經后續(xù)電路檢測時就能產生相應的電信號,。

　　當有人在監(jiān)測范圍內活動時,，該模塊輸出引腳會產生一個上升沿跳變，并延時一定時間（延時時間通過旋鈕調節(jié)可至最長時間200 s）,，此后產生一個下降沿跳變,，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作為核心部件,。由于紅外傳感模塊產生的電信號需要進行一定的處理,，以實現(xiàn)單片機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行判別,；（3）對WiFi模塊工作模式進行配置［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,。該單片機具有寬電壓范圍，不需要任何轉換芯片,，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，可進行定時計時操作［3］,；有SPI (可用作主模式/從模式),，能夠對WiFi模塊工作模式進行配置［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中斷引腳P3.0腳直接相連，傳感器輸出的電信號由單片機檢測,。當座位被占,，外部中斷0檢測到下降沿跳變，單片機進入倒計時30 min,。P1.0腳接入LED電路,，當座位被占，單片機驅動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,。為實現(xiàn)兩系統(tǒng)之間的信息交互以及系統(tǒng)實時監(jiān)管座位的功能，一般選用WiFi模塊或者藍牙等無線傳輸通信模塊,。WiFi通信比藍牙通信容量大,，并且在需要較遠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芯片連接,，達成無線數(shù)據的傳送工作,。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,。在與單片機連接工作時，可以通過SPI總線來對單片機寫入數(shù)據,。在進行傳輸工作時,，NRF24L01型WiFi模塊有4種工作模式，數(shù)據發(fā)送傳輸率最快可達2 Mb／s,，同時該模塊可實現(xiàn)點對點的雙向通信,，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的先入先出堆棧區(qū)，數(shù)據低速從微控制器送入,，數(shù)據傳輸時抗干擾能力強［7］,。

3軟件部分

　　單片機若要實現(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,。本文根據系統(tǒng)所要實現(xiàn)的實時監(jiān)測功能和傳感器與單片機相結合的硬件電路,，進行了相應的軟件設計，采用了匯編語言,，并且經過調試運行,，成功實現(xiàn)了預期功能。軟件程序流程圖如圖4,。

　　圖4中,，傳感器的信號由單片機的外部中斷0接收，為了在計時期間可以重復觸發(fā)中斷,，特別將定時程序放在中斷服務程序外,。其中中斷服務程序的功能為重新計時。

4圖書館占座監(jiān)測系統(tǒng)實物與工作狀態(tài)

　　圖書館占座監(jiān)測系統(tǒng)實物圖如圖5,。

　　在圖書館真實環(huán)境中,，圖書館占座監(jiān)測系統(tǒng)主要受工作距離、感應角度,、工作溫度以及感應時間的影響,，為對系統(tǒng)的穩(wěn)定性做進一步評估，本文對占座監(jiān)測系統(tǒng)終端的性能進行了一定的測試,。如表1所示,。

　　根據表1測驗結果，實際應用中圖書館占座監(jiān)測系統(tǒng)終端能夠在所要求的檢測距離、感應角度以及工作溫度范圍內正常工作,。

5結束語

　　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)的總體設計,。其采用HCSR501普通型人體紅外感應實現(xiàn)了對座位使用情況無接觸實時監(jiān)測的功能，運用STC15W4K48S4型單片機達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合，以及對占座監(jiān)測終端的實際工作調試,，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

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