基于单片机和红外接近开关的图书馆座位管理系统.doc

基于单片机和红外接近开关的图书馆座位管理系统第32卷第5期2006年5月电子工叠丽ELECTRONICENGINEERVoI.32No.5Mav2006基于单片机和红外接近开关的图书馆座位管理系统刘大杰,刘金鹏,孙小菡(1.东南大学电子工程系,江苏省南京市210096;2.东南大学经济管理学院,江苏省南京市210096)摘要:设计了一个单片机应用系统,以消除图书馆中乱占座位的不正常现象,使图书馆资源得到科学合理和有效的利用.本设计是以AT89C51单片机作为控制核心,移位寄存器,LED(发光二极管)共阳数码管,红外接近开关相结合的监控管理系统.充分发挥了单片机的性能,具有硬件电路简单,软件功能完善,控制系统可靠等特点.该座位管理单片机系统基本上实现了预期的管理目标和功能.关键词:图书馆座位管理系统;单片机;红外接近开关中图分类号:TP3990引言MCS-5l单片机以其典型的结构和完善的总线专用寄存器的集中管理,众多的逻辑位操作功能及面向控制的丰富的指令系统,堪称为一代名机,在工业测控,通信系统和家用电器控制领域中得到了广泛的应用,提高了生产效率,也提高了各种电器的性能,给人们的生活和工作带来了很大的便利.迄今为止,单片机系统和模块主要用于工业控制,科学研究和教学实验等领域,实现各类系统在线信号采集和监控功能,在教学和图书馆管理中,采用该种技术手段进行监控的系统尚未见到.本文尝试将MCS.51单片机应用在图书馆座位管理中.每逢期终考试来临之际,许多高校图书馆便拥挤不堪,其中不乏乱占座位导致的座位长时间得不到利用而又有很多同学找不到座位的不正常现象.为了让图书馆资源得到合理科学的利用,消除乱占座位的不文明现象,给广大同学以公平的学习机会和良好的学习环境,开发一个有效的管理系统势在必行.我们设想每个座位上安装一个以单片机为核心的控制器,用来判断座位上是否有人和记录人离开的时间并进一步判断是否超时,从而实现图书馆的座位管理.1系统总体设计根据本设计需实现的功能,考虑到硬件电路的复杂度,性价比和软件实现的难易程度等情况,控制器由传感器模块,控制功能模块和显示功能模块组成.传感器模块由红外接近开关构成,控制功能模块由单片机构成,显示功能模块由移位寄存器和数码管构成.收稿日期:2005-09-30;修回日期:2006-01?13.该控制器工作原理如下:开启后,数码管显示一一,进入待机状态.当有学生坐到座位上时,接近开关探测到后启动单片机,数码管显示AA并再次进入待机状态.当学生暂时离开座位时,接近开关探测到信号,启动单片机开始倒计时30min(可任意设定),同时数码管同步显示当前计时状态,即从30递减显示到0.若30min之内该学生又返回,则数码管再次显示AA表明该座位被占用;若30min倒计时完毕该学生仍未回来,则数码管显示一一表明该座位已被放弃,可以重新被其他同学占用.系统总体设计方案见图1.图1系统总体设计框图2系统硬件设计硬件设计采用单片机最小系统,控制功能模块和显示功能模块焊在系统电路板上,传感器模块独立在系统电路板外,用信号线与系统电路板上的单片机相连.2.1传感器模块传感器模块由红外接近开关ES18?D03NK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rIfIlL低电平,而且它的电源和地也是兼容1TrL电平的.该红外接近开关的有效探测距离为0.3m.红外接近开关ES18.DO3NK的技术指标如下:a)额定工作电压(纹波峰值l5%):DC10V30V4-10%,AC24V240V4-10%;b)工作电流(晶体管/可控硅/继电器):100mA;.73.?电子技术应用?电子工耀师2006年5月c)响应时间:2.5ms;d)检测物体:半透明体,不透明体;e)电压降(晶体管/可控硅/继电器):<2V;f)消耗电流:20mA以下;g)差动距离t15%;h)极性保护(短路保护):有;i)工作环境照度:白炽灯(受光面照度)为<3000Lx,太阳光(受光面照度)为<10000Lx;j)工作环境温度t一25qC50cc.2.2控制功能模块控制功能模块由单片机AT89C51及晶振复位电路构成.AT89C51是一个低电压,高性能CMOS8位单片机,片内含4kB的可反复擦写的只读程序存储器(PEROM)和128B的随机存取数据存储器(RAM),器件采用ATMEL公司的高密度,非易失性存储技术生产,兼容标准MCS51指令系统,片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元.AT89C51是一个低功耗高性能单片机,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l6位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口.AT89C51可以按照常规方法进行编程,也可以在线编程.其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起,特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本.复位电路采用按键电平复位方式,通过使复位端电阻和电容与VCC接通而实现.选择的电阻,电容参数适宜与12MHz的晶振,能够保证复位信号高电平持续时间大于2个机器周期.本设计的晶振电路采用12MHz晶振.红外接近开关ES18.D03NK的信号输出端s通过图2中的SIGNAL-IN端口接到AT89C51的INT0脚上,再通过一个反相器反相后接到INT1脚上.?74?8OC5lBHHA(40)图2控制功能模块电路原理2.3最示功能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.74HC164为单向8位移位寄存器,可实现串行输入,并行输出.其中A,B(脚1,2)为串行数据输入端,2个引脚按逻辑与运算规律输入信号,第1片74HC164的A,B脚接到AT89C51的RXD端,第2片74HC164的A,B脚接到第1片74HC164的QH上.CLK(脚8)为时钟输入端,两片74HC164的CLK都接到AT89C51的TXD上.如图3所示.图3显示功能模块电路原理3系统软件设计根据本设计所要实现的功能和硬件电路.进行了相应的软件设计,采用汇编语言,在伟福仿真软件WAVE6000中编译,调试并运行.软件流程如图4所示.图4系统软件流程软件工作流程如下.单片机初始化,关闭外中断1,开启外中断0.单片机的串口工作在方式0(复位后第32卷第5期刘大杰,等:基于单片机和红外接近开关的图书馆座位管理系统?电子技术应用?SCON为00H,所以无须重新设置),单片机往串口送出两个8位段码,两个数码管显示一一,单片机进入待机状态.常态下,即座位上没有人时,信号输出端s输出高电平,这时外中断0开启,外中断1关闭,所以不能引起任何中断,单片机处于待机状态.当有人坐上来时,信号输出端s输出低电平,引发外中断0.引发外中断0后,单片机往串口送出两个8位段码,两个数码管显示AA.外中断0关闭,外中断1开启,单片机再次进入待机状态.当人离开时,信号输出端s输出高电平,引发外中断1,单片机往串口送出两个8位段码,两个数码管显示30.外中断1关闭,外中断0开启,单片机开始30min倒计时,且单片机控制数码管进行从30到0的递减显示.若30min未计完,发生外中断0,跳出30min倒计时,两个数码管显示AA,外中断0关闭,外中断1开启,单片机进入待机状态.若30min计完,未发生外中断0,则单片机关闭外中断1,开启外中断0.单片机往串口送出两个8位段码,两个数码管显示一一,单片机进入待机状态.该系统中单片机的源程序代码可分为6大模块:显示AA的外中断0服务子程序;显示,30的外中断l服务子程序;共阳极数码管段码表;显示一一子程序;延时30min及循环显示子程序;用于30到00递减显示的子程序.限于篇幅,这里只给出用于延时30min及循环显示程序段.BH3:MOVR3,#250BH4:MOVR4.柏JBF0,BH5/判F10,若F10为0则跳回BH0LIMPBH0BH5:DJNZR4,BH5DJNZR3,BH4DJNZR2.BH3DJNZR1,BIL2LCALLDISPLAY/Imin调用一次递减显示子程序CJNER7,籼H,BH6/每1lnin修正一次R6,R7值MOVR7,g)9HDECR6sJMPBH7BH6:DECR7BH7:DJNZR0.BHIDELAY_3OMIN:MOVR0.#30/R0置3O.即30rainBH1:/MOVRI,#56/延时IrainBH2:MOVR2,#250为了防止程序陷入死循环,我们采用了指令冗余和软件陷阱件抗干扰技术.4结束语本文设计的单片机系统扩大了单片机的应用领域,充分发挥了单片机的性能,具有硬件电路简单软件功能完善,控制系统可靠等特点.该系统体积小,成本可以普遍接受.易于在各高校图书馆的自修室及阅览室大面积安装.可以有效地防止图书馆乱占座位现象的发生,很大程度地减轻图书馆工作人员的工作负担及相关的人力费用.同时使图书馆的资源得到更加合理有序的利用.鉴于本设计很大的实用价值,已有公司考虑生产并在全国高校图书馆推广使用.参考文献1张俊谟.单片机中级教程(原理与应用)M.北京:北京航空航天大学出版社,2002.2陈永甫.红外探测与控制电路M,北京:人民邮电出版社,2003.3徐安,陈耀,李玲玲.单片机原理与应用M.北京:北京希望电子出版社,2003.4睢丙东,魏泽鼎,等.单片机应用技术与实例M.北京:电子工业出版社,2005.5TH0MPS0NRD.Digitalelectronics:Asimplifiedapproach,NewYork.NY.USA:PrenticeHall,2003.SeatManagementSystemofLibraryBasedonMCU&Body.infraredSwitchLIUDaie,LIUJin-peIlg,SUNXiao-han(SoutheastUniversity,Nanjing210096,China)Abstract:Inordertorealizeabetterutilizationoftheseatresourceinlibraryandeliminatetheabnormalseat-ccupyingphenomenon,wedesignedanelectricsystembasedonMCUinthispaper.ThissystemusesaMCUAT89C51asthecontroller,andithasmanyadvantages,suchasthesimplicityofhardwarecircuit,thefu