基于压力传感的图书馆座位管理系统

摘 要：设计了一种座位管理系统，以座位下压力数值为使用状态及区分人的依据。座位将压力数据及时发送给服务器，通过屏幕将座位使用情况显示给入馆学生，学生可以点击屏幕选座，节省寻座时间。通过离座计时防止占座，通过对比使用者重量防止他人抢座或帮忙占座。系统可使座位得到公平合理的利用，实现数字化管理。

关键词：压力传感 寻座 占座 数字化管理

中图分类号：TP399 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）04（c）-0214-01

图书馆是高校学生查阅资料和自习的重要场所，但存在两个明显问题：寻座费时，占座[1]。信息时代里，计算机的应用几乎无处不在，在图书馆管理中也正发挥日益重要的作用，也可成为解决上述问题的途径[2]。有人设计出基于单片机和红外接近开关的图书馆座位管理系统，在一定程度上解决了用物品占座的问题[3]。但寻座费时和他人帮忙占座问题依然存在。

基于压力传感的图书馆座位管理系统，可简单有效地解决上述问题。在凳子底部安装压力传感器，检测压力判断座位是否有人。对离开的学生计时防止长时间占座，记录学生重量，区分不同学生，弥补他人抢座或帮忙占座的漏洞。座位使用情况可通过触摸屏在图书馆入口显示，学生可点击屏幕选座，进而有目的寻座，节省时间。

1 系统总体设计

系统分为六部分：服务器、数据处理单元、触摸显示屏、压力传感器、座位指示灯、离开按钮。系统的工作流程如下：

每个座位使用状态有“空闲”和“占用中”两种状态。服务器实时将使用信息传给显示屏，学生可查看座位情况，若无空座则离开，否则点击相应座位，屏幕将该信息反馈给服务器，服务器修改该座位的使用状态为“占用中”，并将该信息发送给座位的数据处理单元，数据处理单元向指示灯发送指令，指示灯状态变为“占用中”。使用者离座时，指示灯通过闪烁提醒使用者是否离开，若离开则按“离开”按钮，否则视为短暂离开，服务器开始计时。若使用者点击“离开”按钮或45 min内未返回，该座位状态置为“空闲”。

2 系统各功能模块实现

图书馆要对大量座位进行管理，所以必须给每个座位分配一个编号。座位与服务器可采用无线通信单元如nRF24L01或数据线进行数据传输。采用无线通信可在各楼层合适地点放置数据收发机，通过频分多址或码分多址分配地址。若采用有线通信可以给不同座位分配不同端口，即地址。座位与服务器的通信频率可采取两种方式：定时同步数据，如以1秒为周期同步数据；当有新数据需要传送时通信。数据处理单元、压力传感器、指示灯、按钮都在座位旁，相互之间可以采用导线直接传输数据。

由于不同座位的差异只体现在地址上，在系统中的行为是完全相同的，所以下面只针对某一个座位对系统进行叙述。

2.1 服务器

服务器是整个座位管理系统的数据处理中心，主要功能包括：数据收发处理、信息存储、离座计时。

服务器接收的数据包括从凳子数据处理单元发送的压力信息、“离开”指令，及触摸显示屏发送的选座信息。当压力大于某一门限（如30 kg）时认为有人使用，防止书本等轻物体占座。当压力小于门限，认为暂时离开，启动离座计时，当离座时间大于离座时间门限45 min时，释放该座位资源。在离座计时期间，若有与原来学生重量相差较大的学生坐下，认为是他人抢座或他人帮忙占座，继续进行离座计时。当服务器接收到触摸显示屏发送的选座信息时，修改数据库信息，离座计时开始，并将该选座信息发送给相应座位，使指示灯做相应改变。

服务器需要存储的信息包括每个座位的使用情况、使用者的重量、离座时间。使用者的重量取开始一段时间间隔内（如1 min）的平均重量，防止他人轻松模仿原使用者体重。座位使用结束后数据清零。

服务器的离座计时由两个事件触发：收到选座信息，学生离开座位且未点击“离开”按钮。在下述情况计时停止并清零：当本学生或重量相近学生坐下；使用者点击“离开”按钮；计时超过45 min。

2.2 数据处理单元

数据处理单元是每个座位的核心单元，主要有通信和空座判定功能。数据处理单元负责座位与服务器的通信，将压力传感器的压力数据和按钮的“离开”指令传送给服务器，将服务器传输的座位状态信息发送给指示灯。空座判定功能在使用者离座时触发，当压力传感器传送的压力数值为凳子重力时，判定为空座，并发送持续3秒的闪烁指令给指示灯，使指示灯闪烁提醒使用者是否离开座位。

2.3 触摸显示屏

触摸显示屏有两个功能：信息显示、选座。显示屏通过地图方式或者列表方式显示座位资源使用情况，用不同颜色标识“空闲”和“占用中”状态。学生通过点击显示屏查看相应座位信息，并点击选择相应空位。

为使用方便，图书馆可以考虑在图书馆内多放置显示屏供学生们使用。

2.4 压力传感器

在本系统中，压力是判别座位实际使用状态的唯一标准，所以压力传感器至关重要。压力传感器可置于凳子底部，也可以置于凳子表面与人体接触部分，本文假设置于凳子底部，测量凳子及人施加给传感器的总压力。传感器每隔一个时间间隔将压力数据传送给数据处理单元。使用者离开座位瞬间须让指示灯闪烁以提醒使用者，所以传感器测量压力数据的时间间隔必须很短，可以设为10 ms。由于一天内人体重会有变化，所以对压力传感器的测量精度要求不高，精确到1千克左右即可。

2.5 座位指示灯

座位指示灯有三种工作状态：“占用中”、“空闲”、闪烁。可以用亮、灭、闪烁表示，也可以采用红、蓝、闪烁等其他方式表示。其中采用亮、灭、闪烁效果较好，亮的状态表示无人使用，方便学生们寻找，灭的状态表示使用中，可以减少对使用者的影响，也更加节能，闪烁方式是在使用者离座时的提醒信号。

2.6 离开按钮

该按钮是为了在使用者准备完全离开时及时释放座位资源。使用者按下按钮以后及时将该指令传送给数据处理单元，再传给服务器，最终使指示灯发生改变，完成座位释放。为防止他人点击该按钮释放座位资源，在使用者离座短时间（如3 min）内点击有效。

3 结语

本文设计的系统功能多样，可以很好地解决占座及寻座问题。模块化设计使该系统可以根据用途进行相应改进，可扩展性强。此外，本系统实现简单，座位终端设备价格低廉，数目可以任意添加，可以大规模使用，合理高效地分配不同规模图书馆的座位资源。

参考文献

[1] 贾成娟.藏借阅一体化管理模式下的抢占座位现象[J].农业图书情报学刊，2005，17（10）.

[2] 曲奎等.高校图书馆座位资源实施计算机管理初探[J].图书馆论坛，2008，28（1）.

[3] 刘大杰.基于单片机和红外接近开关的图书馆座位管理系统[J].电子工程师，2006，32（5）.