莫济江



基于单片机监测的座位管理系统

莫济江

（岭南师范学院，广东 湛江 524048）

论文通过对因座位资源短缺而衍生占座行为这一现象的深入剖析，针对造成占座行为泛滥的主要原因进行具体的分析，并提出相应的解决对策，最后设计完成一个基于单片机的具备判断空置座位是否为占座状态的管理系统。

占座；单片机；座位；管理系统

引　言

随着技术的发展，现代图书馆的传统馆藏资源与数字化资源都实现了自动化管理，但作为彰显现代文明、和谐图书馆窗口的阅览室里的座位却依然处于原始的人工管理或无序状态。

由于高校图书馆的场地限制，阅览室所提供的座位资源远小于读者对座位的需求，特别在临考的复习阶段尤为突出，因此衍生了占座现象。虽然多数馆有规定，读者离开座位一定时间（如20分钟），当作霸位看待，后来的读者可以挪开用于占座的物件使用该阅览座位。这似乎是个很人性化的规定，可在阅览室靠人工管理的现状下，操作起来并不那么容易，别说后来的读者难以确定原先利用该座位的读者所离开的时间，不容易判断是霸位或暂时离开，就是馆里定时巡查的工作人员也不好判断座位上有物品而读者不在的座位的使用状态。若都当作霸位处理，挪开原先读者的物品，让后来的读者使用，倘若原先的读者只是暂时离开，等到他们回来的时候或许会引起不必要的冲突，影响图书馆文明、和谐的借阅氛围；若不采取任何的处理措施，倘若此为原读者为了占座而留置的物品，任留该空座位上的物品长期搁置，会造成图书馆的部分阅览资源长期空置，达不到资源的合理利用，也违背现代社会所提倡的节约、高效的建设原则。因此，为达到图书馆资源利用的最大化与建设文明、和谐的借阅氛围，设计一个能监测阅览室的座位状态，引导读者文明利用图书馆资源的管理系统就显得尤为必要。

针对座位资源的辅助管理，市面也有些现成的产品销售，通常都是读者刷卡后由系统分配空闲座位，读者取空座使用后，期间系统并没有做到实时监测与回收，笔者认为只是做到空座的分配，就算配合人工的巡查也无法避免上文所提及占座状态的判断；对于刘大杰等人的《基于单片机和红外接近开关的图书馆座位管理系统》文中的系统，只做就位状态判断即认为读者是正常使用座位，这一漏洞可使读者能做到一人帮多人占座，并至少能做到帮他人空占文中所提及的30分钟时长。

基于上述阅览室座位使用现状，本文利用单片机硬件电路设计结合编写的软件实现对阅览座位的监测，并给予相应的状态信息提示，引导读者文明利用图书馆公共资源。

1　系统应用的可行性

在高校图书馆，阅览室占座现象比较突出的时段是在临考前的复习阶段，因这段时间其他课室被安排用于考试，造成可用的自习资源更加短缺，图书馆的阅览室自然成了很多读者复习场所的首选。阅览室内座位供应不足导致了占座现象的产生，但前文所述的人工管理的弊端客观上使占座行为得不到有效的制止。笔者通过对本校图书馆阅览室的细心观察，发现造成读者占位的原因主要表现在以下方面，但若采取相应的措施确实可以避免阅览室座位的无序管理状况。

1.1占座现象何以“长盛不衰”

1.1.1读者占座成本低廉甚至无代价空置占用。通常，占座的读者（或负责占座的读者）会在刚开馆的第一时间到阅览室，将其物品放置在座位上，即行离座去忙完其他事情后再回阅览室利用其所占用的座位资源。倘若读者留置物品时间过长，会使有限的公用资源长久闲置。这使得在阅览室秩序处于人工管理的状态下，这一占座方式所付出的代价几乎为零，因而导致读者占座的现象出现了普遍性。

1.1.2读者认可用物品占座，皆因对只有物品放置的座位无法判断前一读者离座时间。本校图书馆有规定，使用阅览室座位的前一读者，若离开时间超过20分钟，当弃座看待。笔者通过细心观察，注意到后来找阅览座位的读者若发现桌面上只有物品摆放的空置座位，他们也会自觉离去另觅他位，而不会野蛮的去挪开该桌面上的物品，强行占用该阅览座位。这说明很多读者都是能做到自我约束的，只是没有一些必要的信息提示而使他们错过闲置的座位，让宝贵的阅览室资源空置。倘若有个系统能正确依照前文所述的图书馆视离座20分钟当弃座处理的座位状态提示信息，以上所示的资源空置浪费的现象将不复存在。

1.2相应的解决措施

由此可见，占座现象屡禁不止都源于人工管理模式下对于空置座位的状态难于判断。因此，结合以上导致占座存在的原因，本系统进行了相应的功能设计。

本系统对于在用的座位，当读者离座时间超过20分钟，会将该座位的使用状态提示重新置为空闲状态。当读者首次就坐或座位处于在用状态时读者离座重新回到座位上，系统都会进行监测，在此状态下，若读者从就坐到离座的时间在5分钟内，系统将对座位状态作空置状态标识（首次就坐）或视读者仍处于离座状态（就座后离座），继续保持在用空置状态倒计时，直到确认读者真正就坐或离座倒计时结束置座位状态为空闲为止。这两种设计都增加了占座的时间成本。因此，对于利用物品占座的读者来说，零成本的占座方式将变得毫无意义。此外，系统检测到的座位状态信息会通过数码显示管直观显示，方便了后来的读者判断暂无读者就坐的座位状态信息。

2　系统简介

2.1系统构成

系统主要由人体红外线传感器、控制功能模块与显示功能模块组成。为了实现本系统用于阅览桌上安装时的简易性能，传感器模块中的人体红外线采检测采用一体化的红外接近开关，控制功能模块由单片机构成，显示功能模块则由移位寄存器与数码管组成。系统总体框图如图1所示：

图1.总体框图

2.2系统功能

本系统主要实现以下功能：(1)首次就坐判断……读者首次就坐，系统不立刻将座位状态置为在用，读者必须呆够5分钟后系统才会将座位置为在用状态。若在5分钟内读者离开座位，系统再次检测到有人靠近后，系统会重新做上述的判断，即红外线感应器检测到的信号必须持续5分钟系统才会认为有读者就坐。这样的设计不仅避免了座位前有人走过对系统的干扰，且能防止一人同时为他人占多个座位的可能。(2)确认就坐……通过就坐判断后，系统确认读者就坐，将座位状态修改为在用，并将状态指示灯关闭，以节约电能和避免对读者的干扰。(3)离座判断……当读者就坐后，中途离座时，系统将座位状态置为在用，并点亮座位状态指示灯，显示为在用。启动离座20分钟倒计时，若系统在20分钟内确认读者回到座位，会将座位状态保持为在用，将离座20分钟计时器清零，并关闭座位状态指示灯。否则超时后，系统重置座位状态为空闲，点亮座位空闲状态指示灯。系统判断读者重新回到座位上的依据依然是必须留座持续5分钟，读者重新回到座位时，系统并不立刻停止倒计时，在确认读者重新就坐后，系统才会停止倒计时并关闭状态指示灯；否则将持续倒计时，直至系统确认读者离座持续时间累积20分钟后将座位状态与状态指示灯置为空闲。

通过以上的短时间隔与多重判断功能，可以达到避免一人占多座位的可能。

3　系统总体设计

根据阅览室座位需实现的功能，本系统的实现包括硬件与软件两部分。

3.1硬件设计

为了加装的方便，控制模块焊接于电路板中置于阅览台的背面，传感器模块的探头置于台面的边缘并通过信号线与电路板上的单片机相连。（因篇幅所限，只给出控制模块部分的具体电路原理图）

3.1.1传感器模块。传感器模块由红外接近开关ES182 D03NK与反相器构成。该红外接近开关的信号输出端在常态下输出TTL高电平，当探测到有人体红外辐射存在时，即输出TTL低电平，而且它的电源和地也是兼容TTL电平的。为了检测人离座的信息，在ES182 D03NK的信号输出端接上一个反相器，以此得到人离座时作为中断检测端的触发信号。

3.1.2功能控制模块。控制模块的核心是单片机，外加时钟电路与复位电路构成。控制模块选用由美国ATMEL公司生产的AT89S52单片机。AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器，40个引脚，32个外部双向输入/输出(I/O)端口，同时内含2个外中断口，2个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口。使用ATMEL公司高密度非易失性存储器技术制造，片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器，兼容标准MCS-51指令系统。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得at89s52单片机为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

复位电路采用上电复位的方式，本电路所选取的原件参数能保证伴随系统在接通电源的时候，单片机复位端的高电平能至少维持2个机器周期以上，使系统可靠复位。时钟电路选用12MHz的晶振，每个机器周期为1μs。

红外接近开关的输出端接到图2的S-IN信号输入端。也即红外接近开关的输出端信号接到AT89S52的INT0脚，作为读者落座的触发信号；经反相器反相后的信号接到INT1脚上。具体电路如图2所示。

图2.控制模块原理图

3.1.3显示模块。显示功能模块由移位寄存器74HC164和共阳极数码管LG5011BSR构成。作为系统状态的提示与倒计时的显示。控制模块中的时间显示输出采用串行的方式输出，因篇幅有限，在此不画出具体的原理图。显示模块中预留串行端口TXD与RXD作为倒计时时间的I/O端口与控制模块的相应端口连接，LED_EN端由接于开关状态控制数码管通断电的NPN型三极管的基极引出，作为显示模块的使能控制端，控制模块通过相应的端口与此端口相连，由程序控制数码管的显示与否。

3.2软件设计

根据本设计所要实现的功能与硬件电路，进行了相应的软件设计，程序采用C语言在Keil C平台编写与编译。为了节约系统资源的开支，系统中对红外传感器信号的监测与计时判断都利用中断的方式编程，其中对信号的监测利用外中断，计时判断利用计时中断。软件工作流程如图3所示。

系统中单片机的源程序采用模块化的方式编写。为了延时统一和程序简洁，各计时与倒计时需在计时器的中断子程序中编写，以免用空循环延时方式既繁杂，又过多的占用系统资源。各计时分量的计时与状态做相应的标识，以便系统在各功能子模块之间能判断其实时状态，做出相应的控制。

图3.系统软件流程图

本系统的源程序模块包括定时器0中断计时子程序；外中断0服务子程序；外中断1服务子程序；5分钟超时判断子程序；20分钟超时判断子程序。限于篇幅，在此只给出利用定时器中断实现的计时与超时判断程序段。

#include

#include

#include

#include

#include

sbit l=P2^5;

int Tout; '离座时间

int Toj; '离座间隔时间

void delay10ms()

{

int i;

for(i=1;i<2;i++)

{

int k=2;

while(k--);

k=2;

while(k--);

}

}

void timer0(void) interrupt 1 using 1

{

delay10ms();

l=!l;

TH0=(65536-25)/256;

TL0=(65536-25)%256;

}

hwaix() interrupt 0 using 1

{

if Toj!=0

Tout++;

If (Tout<20)

{

//无任何操作

}

else

{

//限于篇幅,省略操作程序段

}

}

main()

{

TMOD=0x01;

l=0;

TH0=(65536-25)/256;

TL0=(65536-25)%256;

//EX0=1;

IT0=0;

EA=1;

ET0=1;

TR0=1;

do{}while(1);

}

结 语

将本系统应用于阅览室的辅助管理，不仅减少了管理成本，且能以显式的方式做出提示，规范读者行为，提醒读者自觉遵守规定，为图书馆营造一个资源合理利用，管理高效，读者自觉的文明借阅氛围。

[1]刘焕成.工程背景下的单片机原理及系统设计[M].北京:清华大学出版社,2011.

[2]聂光仪.点对多点的多任务无线通信.单片机与嵌入式系统应用[J].2003,(3).

[3]袁涛,李月香,杨胜利.单片机原理及其应用[M].北京:清华大学出版社,2012.

[4]李升.单片机原理与接口技术[M].北京:北京大学出版社,2011.

[5]求是科技.单片机通信技术与工程实践[M].北京:人民邮电出版社,2005.

[6]THOMPS ON RD.Digital electronics:A simplified approach[M].New York,NY,USA:Prentice Hall,2003.

（责任编校：京华，俊华）

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1673-2219（2016）05-0022-03