基于物聯網的公共場所座位智能管理系統設計

陶瑞然 李云飛 林震

摘 要

本文系統采用stm32作為單片機主控板，nRF24L01作為單片機間無線通信模塊，搭建了一個實用的物聯網系統，實時地將座位情況發送到網絡端，用戶可通過手機app或網頁端查看座位信息，以此來方便查找、預約和管理座位。

關鍵詞

物聯網;單片機;座位管理

中圖分類號： TN929.5 ?文獻標識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.09.045

0 引言

隨著我國基礎設施的不斷完善和人民生活水平的日益提高，圖書館、閱覽室等公共場所的人流量變得越來越大，許多公共場所也變得一座難求，公共座位智能管理系統的開發變得越來越重要。

本文針對當前普遍存在的圖書館座位資源管理效率低下的問題，設計開發了一套信息管理系統，通過把座位狀態信息、學生用戶以及座位使用過程中的違規記錄信息進行組織與聯系，搭建低功耗且覆蓋面廣的物聯網硬件系統以及手機端的智能軟件系統，將這些數據信息以及彼此之間的聯系進行有效的處理和科學的管理，管理人員只需要簡單的操作就可以實現對圖書館等公共場所的桌椅的智能管理，進而實現公共座位的數字化管理，使得座位資源更合理、更公平、更充分地讓用戶共享。

1 模塊技術分析

1.1 nRF24L01無線通信模塊技術分析

主從機之間的無線通信是采用nRF24L01無線通信模塊來實現。nRF24L01是工作在2.4GHz～2.5GHz的ISM 頻段的單片無線收發器芯片。無線收發器包括：頻率發生器、增強型“SchockBurst”模式控制器、功率放大器、晶體振蕩器、調制器和解調器。輸出功率頻道選擇和協議的設置可以通過SPI 接口進行設置。幾乎可以連接到各種單片機芯片，并完成無線數據傳送工作。

1.2 ESP8266互聯網WiFi模塊技術分析

系統采用esp8266wifi模塊實現通信主機接入網絡端服務器，以此來實現網絡數據傳輸。ESP8266 是一款可以作為微控制器使用的成本極低且具有完整TCP/IP協議棧的loT控制芯片，這個模塊允許微控制器通過海斯命令集使用TCP/IP協議棧連接到WiFi網絡。

1.3 紅外人體檢測模塊技術分析

將紅外傳感器安裝在座椅底下檢測人體即可實現座位檢測。該傳感器模塊對環境光線適應能力強，具有1對紅外線發射與接收管，發射管發射出一定頻率的紅外線，當檢測方向遇到障礙物（反射面）時，紅外線反射回來被接收管接收，經過比較器電路處理之后，綠色指示燈會亮起，同時信號輸出接口輸出數字信號（一個低電平信號），檢測有效距離范圍為2～80cm（可通過電位器旋鈕調節檢測距離），其工作電壓為3.3V-5V。

2 系統設計與實現

由stm32作為MCU控制器，紅外感應模塊檢測檢測座位是否被占，NRF24L01+無線發射接收模塊在單片機之間通信，采用帶ESP8266 WiFi模塊的單片機收集所在區域的座位信息上傳到網絡端服務器，交給軟件部分處理顯示。電源可通過電池供電或連接座位的交流電供電。如果座位被預約，相應座位上的LED燈亮，以顯示座位正被使用。如果座位被預約后，在預設等待時間（ 預設30min）內無人使用，超時后LED燈則會熄滅，網絡端顯示空位，該座可被其他學生預約使用。如果學生在座位預留時間內使用了座位，系統中的座位則將保持被使用狀態。系統總體結構圖、主機結構圖、從機結構圖分別如圖1、圖2和圖3所示。

由于esp8266的價格較高，故采用價格較低的nrf24l01實現單片機間無線傳輸，在一片區域內，只布置一個帶有esp8266和nrf24l01的主機，每個位置上都布置一個帶有紅外人體檢測模塊和nrf24l01的從機，主機會定時地掃描這個區域內的從機的狀態，然后發送到服務器上，掃描周期很短，傳輸的數據量小，經過數據處理，可以在很短的時間內對所有位置的狀態進行刷新，在服務器端，我們選取MYSQL作為后臺數據庫，將從網絡端將收集到的數據存入數據庫，然后對所得數據進行一定的處理后實時地在前端更新。

3 結論

本系統通過實際驗證，對座位進行實時檢測并傳送至網絡服務器端處理，用戶能通過手機或電腦輕松地進行查詢并預約座位，實現了一個穩定的智能座位管理系統。

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