圖書館智能尋座系統

包本剛 何滔 鄭俠松 鄧波 劉云 吳鳴

( 湖南科技學院 電子工程系，中國 永州 425100 )

圖書館智能尋座系統

包本剛 何滔 鄭俠松 鄧波 劉云 吳鳴

( 湖南科技學院 電子工程系，中國 永州 425100 )

設計了一個圖書館智能尋座系統，利用單片機技術、RS485網絡通信技術以及LED點陣顯示和紅外傳感實現具有指引功能的圖書館尋座系統，能夠提示某個自修室里是否有空余的座位。采用紅外傳感器實時檢測房間的人數并刷新，同時將數據通過RS485網絡發送到大廳的LED點陣上顯示，讓剛進來的學生能夠知道自修室是否還有空余座位。

單片機；紅外傳感；LED點陣；RS485

0 引言

圖書館是學習的第一選擇地方，但有時為了找個座位要跑幾層樓，花一大把時間。為解決這個問題，設計了圖書館智能尋座系統，讓學生在剛進圖書館就了解哪里有空余座位，避免了一層層的找座位。

本系統利用了單片機技術、485網絡通信技術以及LED點陣顯示和紅外傳感實現具有指引功能的圖書館智能尋座系統。該系統采用LED雙重顯示，讓大廳里的學生和樓層里的學生實時能夠知道各自修室的人數狀態，不用需要大家一層層樓跑著尋找座位，通過圖書館大廳的顯示屏就能夠找到空余的座位。節省了找座位的時間，提高了時間的利用率。

1 圖書館智能尋座系統工作原理

圖書館智能尋座系統主要由3部分組成：上位機系統、數據通信網絡、下位機系統。系統由紅外傳感檢測自修室的人數出入情況，并得到自修室當前的容量。兩個紅外傳感器并排安裝在自修室門口的中間，當人體接近時,傳感器檢測人體輻射的紅外線確定自修室人數。實時將數據送到下位機顯示，下位機等待上位機呼叫、匹配將數據通過數據通信網傳送數據，上位機送給大廳的顯示屏，讓大家了解到各自修室里的容量。并當自修室剩余座位少于3個時，表示即將進入飽和狀態，該自修室所有信息紅色顯示，綠色顯示。

1.1 下位機系統

下位機系統都安裝在門口通道處，通道的紅外傳感檢測人數，將檢測的信息送給單片機進行數據處理，由LED點陣將實時數據顯示在門上方。然后，將得到的數據保存在下位機系統中，等待上位機系統的呼叫，地址匹配。

1.2 數據通信網絡

根據系統結構，在大廳設置一個主機，其它各信息點設置一個從機。其距離傳輸較遠，涵蓋整棟大樓。所以采用主從方式進行多機通信，通過在大廳的主機模塊通過呼叫與各個從機模塊進行地址匹配，匹配成功后得到從機當前的數據，并將實時更新的數據送入上位機系統。

1.3 上位機系統

上位機系統位于大廳，LED點陣顯示屏需安裝在比較醒目的地方，可以及時發布信息，可以顯示實時的內容等。在大廳的主機通過呼叫各個從機，當前從機將數據上傳，并將數據及時更新。

2 硬件設計方案

2.1 圖書館智能尋座系統總框圖

圖1 圖書館智能尋座系統框圖

2.2 下位機系統設計方案

下位機系統由紅外傳感器、單片機、LED點陣顯示屏組成。負責自修室當前容量數據采集與顯示。

（1）采用51系列單片機，成本低、性價比高，完全滿足設計需求。處理紅外傳感采集的信息，并刷新LED屏[5]。

（2）采用紅外避障傳感器 E18-D80NK。數字量輸出，不需要進行AD轉換，可直接接單片機的IO口，通過后面的可調電位器調整距離。當有人進出自修室通道時，產生信號傳送給單片機[6]。

（3）采用64×16LED點陣顯示，對當前自修室的容量狀況實時顯示。

2.3 數據通信網絡

數據通信網絡由RS-485構成的總線型網絡系統，采用主從方式進行多機通信。每個從機擁有自己固定的地址，由主機控制完成網上的每一次通信。開始時所有從機復位，即處于監聽狀態，等待主機的呼叫。當主機向網上發出某一從機的地址時，所有從機接收到該地址并與自己的地址相比較。如果相符，說明主機在呼叫自己，應發回應答信號，表示準備好開始接收后面的命令和數據；否則不予理睬，繼續監聽呼叫地址。R為平衡電阻，通常取為120歐。主機收到從機的應答后，則開始一次通信。通信完畢，從機繼續處于監聽狀態，等待呼叫[2]。

圖2 數據通信網絡圖

2.4 上位機系統設計方案

上位機系統主要由單片機、LED點陣顯示屏組成。主機控制完成網上的每一次通信，將獲得的數據處理，分屏將各樓層的每個自修室信息顯示在大廳的屏幕上。

（1）采用ATmega16單片機。ATmega16是基于增強的AVR RISC結構的低功耗8 位CMOS微控制器。由于其先進的指令集以及單時鐘周期指令執行時間，ATmega16 的數據吞吐率高達1 MIPS/MHz，從而可以緩減系統在功耗和處理速度之間的矛盾，這些特點和性能完全符合本設計要求。控制整個系統，有順序的接收下位機數據，并進行處理，將數據送給LED大屏顯示。

（2）選用128×32點陣顯示屏，通過主機控制將采集的數據分為一屏顯示一層樓所有自修室的剩余容量，間隔1~2秒循環顯示。

2.5 系統軟件配置

主從機之間的通信協議：

（1）所有從機的SM2位置1，處于接收地址幀狀態。主機發送一地址幀，其中8位是地址，第9位為地址/數據的區分標志，該位置1表示該幀為地址幀。

（2）所有從機收到地址幀后，都將接收的地址與本機的地址比較。對于地址相符的從機，使自己的SM2位置0（以接收主機隨后發來的數據幀），并把本站地址發回主機作為應答；對于地址不符的從機，仍保持SM2=1，對主機隨后發來的數據幀不予理睬。

（3）從機發送數據結束后，要發送一幀校驗和，并置第9位（TB8）為1，作為從機數據傳送結束的標志。

（4）主機接收數據時先判斷數據接收標志（RB8），若RB8=1，表示數據傳送結束，并比較此幀校驗和，若正確則回送正確信號00H，此信號命令該從機復位（即重新等待地址幀）；若校驗和出錯，則發送0FFH，命令該從機重發數據。若接收幀的RB8=0，則存數據到緩沖區，并準備接收下幀信息。

(5) 主機收到從機應答地址后，確認地址是否相符，如果地址不符，發復位信號（數據幀中TB8=1）；如果地址相符，則清TB8，開始發送數據。

(6)從機收到復位命令后回到監聽地址狀態（SM2=1）。否則開始接收數據和命令[3]。主從機程序流程圖3、圖4如下所示。

圖3 主機程序流程圖

圖4 從機程序流程圖

3 結語

本文闡述了圖書館智能尋座系統的總體設計。采用了雙重顯示，分別在每個自修室門口和圖書館大廳都安裝了LED點陣顯示屏。讓每一個剛進讀書館的學生明白哪里還有空余座位，在各自修室門口也能看到是否還有空余座位，在圖書館隨時都能了解到哪里有空余座位，節省了不少找座位的時間,提高了效率。

[1]陳其松.基于大型數據庫的PC與單片機通信系統[J].電表與儀表,2003,39(5):22-24.

[2]吳軍輝,林開顏,徐立鴻.RS485總線通信避障及其多主發送的研究[J].測控技術,2002,21 (8) :41-43.

[3] 求是科技.單片機通信技術與工程實踐[M].北京:人民郵電出版社,2006.

[4]周學毛.新編C語言程序設計教程[M].北京:西安電子科技大學出版社,2006.

[5]李朝青.單片機原理及接口技術第三版[M].北京：北京航天大學出版社,2007.

[6]阿雷尼,韋伯斯特.傳感器和信號調節(張倫譯)[M].北京：清華大學出版社,2004.

Library homing seat system

BAO Bengang,HE Tao,ZHEN Xiasong,LIU Yun,DENG Bo,WU Ming
(Department of electrical engineering, Hunan University of Science and Engineering,yongzhou,425100,china)

A design for a intelligent library building system, microcontroller technology, network communication technology 485 and LED dot matrix display and infrared sensor with guidance function of library building system, it can find itself in the room which clew you have free seats.Using infrared sensor detection room number, number and real-time detecting data through the door,refresh and LED dot matrix display data through the network to send to the lobby rmb465 LED dot matrix display, let the students can understand just came in, and let students to practice room after see whether still have the empty seat.Of LED dot matrix updating the information in a timely, accurate and reliable, can save yourself a lot of time working for seats, higher efficiency.

SCM; Infrared sensor; LED dot matrix; RS485

TP27

A

1673-2219（2011）04-0025-03

2010－12－15

2011－03－02

2009年湖南省教育廳大學生研究性學習和創新性試驗計劃項目（湘教通[2009]320號）資助。

包本剛（1976－）男,湖南永州人，副教授，碩士,主要研究方向為電子系統設計和測試技術、DSP技術及FPGA技術應用。

（責任編校：劉志壯）