高校圖書館座位管理系統

魏魯原，姜雨辰

（泰山學院機械與建筑工程學院，山東泰安，271000）

0 引言

近年來，圖書館的使用率不斷增長，尤其是在高校，圖書館是在校學生重要的學習場所之一。在人流量大的情況下，經常是“一座難求”。同時，圖書館向著智能化、信息化方向發展，在館藏資源、目錄資源等已實現計算機管理的大環境下，座位資源管理更多地還是依靠人工管理。目前圖書館座位使用和管理方面存在的問題有：在座位資源緊張的階段，學生無法實時掌握圖書館座位動態，到館后需要現找座位，導致時間利用率不高；存在長時間座位上沒人，桌面有物體的占座現象，降低了圖書館座位的實際使用效率；座位資源人工管理不適宜當前環境，而且管理人員工作量大，清理占座遺留物品還容易造成丟失的風險。現階段，部分高校圖書館已支持座位預約功能，可以進行選座和查詢，在軟件方面已相對成熟，但與之配合使用的硬件還有發展空間。

1 系統介紹

該系統應用于高校圖書館自習室的座位終端。以STM32F407ZGT6單片機為主控芯片，在座位的桌面上安有電容式觸摸屏，作為人機交互設備，用戶可通過屏幕獲取系統反饋的信息并與系統完成交互。在座位桌沿上安裝的人體紅外熱釋電傳感器和座椅上安裝的薄膜壓力傳感器共同檢測是否有違規占座現象。當座位狀態由非使用狀態轉為使用狀態時，用戶需要在RFID讀卡器上刷卡完成身份認證。通過ESP8266WIFI模塊將系統接入物聯網云平臺，支持用戶遠程在線預約，系統收到預約信息后，查詢無時間沖突后，通過GSM模塊給用戶手機發送短信提示，用戶只需在預約時間前到達指定座位使用即可。

2 工作流程

根據系統的功能，圖書館座位管理系統的工作流程如圖1所示。

圖1 工作流程圖

3 總體設計

系統功能模塊主要包括檢測部分和人機交互部分。系統硬件框圖如圖2。

圖2 系統硬件框圖

3.1 檢測部分

人體紅外熱釋電傳感器基于紅外線技術，物體溫度越高其輻射的熱能峰值波長越短。人體正常溫度在36℃-37℃，其輻射出熱能峰值在900nm-1000nm的紅外線，使用熱釋電型紅外線傳感器可以檢測到有無人體，因為在座位前人體的活動幅度較小，所以在傳感器前安裝了菲涅爾光學透鏡以提高傳感器的檢測效率。使用單片機采集傳感器輸出的數字量信號。

座椅部分檢測座椅上是否有人，主控采用STM32F40 1CCU6單片機，薄膜壓力開關主要基于壓電效應，將其連接至信號轉換模塊輸出數字量給單片機，單片機將輸入的開關量通過2.4GHz無線通信給主控單片機。無線通信使用NRF24L01模塊通過SPI接口與MCU通信，座椅部分為發送端，系統總控制部分為接收端。

在進入使用狀態下，當桌沿處的人體紅外熱釋電傳感器檢測到有人且座椅上的薄膜壓力傳感器檢測到壓力，系統標記為正常使用。若連續1分鐘未標記為正常使用，系統則判斷為違規占座。

3.2 人機交互部分

人機交互部分包括用戶身份識別部分、屏幕交互部分與無線通信部分。

用戶身份識別部分是用戶入座前，對其身份進行核實，判斷是否與預約者身份信息一致。該部分主要應用RFID在高頻頻段（13.56Mhz）的非接觸式近場通信。讀寫器硬件上選用MFRC522芯片，使用SPI接口與MCU通信，并基于ISO1443-A協議進行讀寫卡操作，其內部發送部分可驅動讀寫器天線與用戶卡的通信。

屏幕交互部分包括電容式觸摸屏和相關驅動芯片。有初始界面和使用界面，初始界面可對日期時間和座位預約實時顯示，用戶點擊使用按鈕，系統會提醒進行刷卡驗證。進入到使用界面后，屏幕上會顯示當前座位信息、座位狀態和已使用時間，以及離座保留按鈕可供選擇，選擇該功能后座位可暫時保留（最長15分鐘），電路原理圖如圖3所示。

圖3 電路原理圖

無線通信部分包括ESP8266WIFI模塊與SIM800C GSM模塊。該部分主要完成接收預約與反饋信息。ESP8266和SIM800C與單片機串口連接，完成數據無線收發。用戶通過手機App將座位預約請求發送至云平臺，ESP8266通過網絡連接至云平臺，將獲取的預約信息發送至單片機，系統核實其預約時間與其它用戶無沖突后，單片機發送AT指令至GSM模塊控制其發送短信提醒用戶座位預約成功。

4 結語

本文敘述的高校圖書館座位管理系統是單端控制的座位管理硬件設備，介紹了系統總體設計思路及原理。利用此系統不僅方便學生選用座位也提高了圖書館自習室的座位資源管理效率，再結合目前已發展成熟的預約平臺系統，加入后臺數據庫管理與統計分析，實現軟硬結合，使整個管理系統更加完善，集預約-使用-管理-后臺統計于一體，在實際應用中兼顧通用性與實用性。