一種圖書館可視化智能選座引導(dǎo)系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)

引 言

各大高校的圖書館蘊(yùn)藏著寶貴的學(xué)習(xí)資源，而且擁有海量的各領(lǐng)域經(jīng)典的、基礎(chǔ)的以及前沿的學(xué)習(xí)參考資料，同時(shí)免費(fèi)提供給在校學(xué)生使用，無(wú)論從學(xué)習(xí)環(huán)境還是學(xué)習(xí)需要的花銷考慮，圖書館都是同學(xué)們獲取知識(shí)，增長(zhǎng)自身能力的不二之選。然而各大高校普遍存在的圖書館“占座現(xiàn)象”給同學(xué)們的學(xué)習(xí)以及圖書館資源的利用帶來(lái)了諸多不好的影響。

一方面是同學(xué)甲從A 區(qū)到B 區(qū)不停的找座位，另一方面是A 區(qū)到B 區(qū)被同學(xué)乙丙丁用課本、書包亦或零食霸占的座位， 想找座位的同學(xué)找不到座位，閑置的座位又被同學(xué)用物品所侵占長(zhǎng)時(shí)間不使用。占座這一不文明現(xiàn)象極大的降低了圖書館資源的利用率，損害了同學(xué)們對(duì)圖書館資源平等享用的權(quán)利。

由于圖書館的座位是有限的且具有獨(dú)占性，考慮到每個(gè)同學(xué)在圖書館學(xué)習(xí)時(shí)間不一，造成了不平衡的供求關(guān)系直接導(dǎo)致了“占座現(xiàn)象”的出現(xiàn)。為了解決這一問(wèn)題，本文著眼于解決占座這一問(wèn)題，結(jié)合當(dāng)前各高校采取的應(yīng)對(duì)占座的辦法，致力于為同學(xué)們帶來(lái)更加貼心的服務(wù)。下面將從硬件和軟件兩個(gè)層面設(shè)計(jì)施工，對(duì)比現(xiàn)有的應(yīng)對(duì)措施，制定合理有效的規(guī)則， 分別從對(duì)座位狀態(tài)的判定、對(duì)選座的確認(rèn)以及帶來(lái)貼心的服務(wù)展開。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

圖書館可視化智能選座引導(dǎo)系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)與開發(fā)圍繞物聯(lián)網(wǎng)的三個(gè)層次展開，分別在感應(yīng)層設(shè)置由HC-SR501 和Arduino Uno 組成的人體紅外感應(yīng)模塊來(lái)對(duì)座位所處的狀態(tài)進(jìn)行判斷；并由 RC522 和 Arduino Uno 組成 RFID 讀卡模塊來(lái)對(duì)座位預(yù)定信息進(jìn)行確認(rèn) ；連接由 HC-05 和 Arduino 組建的 Bluetooth 通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息的傳輸。在網(wǎng)絡(luò)層主要通過(guò)Bluetooth 和以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸和交換，并最終將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于SQL 數(shù)據(jù)庫(kù)，將得到的信息反饋到應(yīng)用層Web 端的選座界面和微信的選座界面。系統(tǒng)框架如圖1 所示。下面將更加細(xì)致地介紹每個(gè)模塊的功能及其提供的服務(wù)。

2 人體紅外感應(yīng)模塊

本系統(tǒng)著眼于解決占座這一問(wèn)題，如何行之有效的設(shè)計(jì)實(shí)施十分重要。本文調(diào)研了各大高校圖書館及各類競(jìng)賽中用到的解決辦法，發(fā)現(xiàn)大多采用紅外蔽障傳感器加攝像頭的模式， 然而我們發(fā)現(xiàn)這樣的設(shè)計(jì)仍然存在一定的缺陷。就紅外蔽障傳感器而言，利用前方物體的反射確定是否有人是存在重大缺陷的，如果使用者在離開時(shí)放置一個(gè)物體于傳感器前，傳感器將判斷為有人使用，這依然不能很好的解決占座這一問(wèn)題。加攝像頭的方式在一定程度上規(guī)避了上述缺陷而且可以為引導(dǎo)提供一定的便利，但是就其成本以及實(shí)現(xiàn)、后期的維護(hù)，筆者認(rèn)為這依然不是一個(gè)合理的選擇，針對(duì)上述問(wèn)題我們重新思考決定采用HC-SR501 人體紅外感應(yīng)模塊設(shè)計(jì)實(shí)施。

HC-SR501 是根據(jù)人體發(fā)出的特定波長(zhǎng) 10 μm 左右的紅外線（人體都有恒定的體溫，一般在 37 攝氏度，所以會(huì)發(fā)出這樣的紅外線）工作的。采用HC-SR501 將判定規(guī)則聚焦于人而不是物，相較于紅外蔽障傳感器而言優(yōu)勢(shì)不言而喻。就攝像頭在引導(dǎo)方面的優(yōu)勢(shì)我們將從軟件層面著手，在降低成本的同時(shí)為大家?guī)?lái)不一樣的用戶體驗(yàn)。HC-SR501 與Arduino Uno 的連接方式如圖 2 所示。

3 RFID讀卡模塊

我們結(jié)合校園的實(shí)際場(chǎng)景對(duì)座位預(yù)定信息進(jìn)行確認(rèn)，選擇使用校園一卡通做為唯一標(biāo)識(shí)，不僅符合我們?nèi)粘５氖褂昧?xí)慣而且更為大家所接受，通過(guò)校園一卡通對(duì)存儲(chǔ)在后端數(shù)據(jù)庫(kù)的信息進(jìn)行身份核實(shí)并完成對(duì)座位使用的確認(rèn)。對(duì)校園一卡通的讀寫我們選擇 RC522 非接觸式讀卡器實(shí)現(xiàn)，其中RC522 與Arduino Uno 的連接方式如圖 3 所示。

4 Bluetooth通信模塊

實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的采集只是第一步，下面將要討論如何將采集的數(shù)據(jù)及時(shí)有效的傳輸出去。對(duì)信息的傳輸我們選擇由HC-05 和 Arduino Uno 搭建的藍(lán)牙通信網(wǎng)絡(luò)，向下分別連接上面提到的人體紅外感應(yīng)模塊和RFID 讀卡模塊，向上協(xié)同以太網(wǎng)將底層采集的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至后端數(shù)據(jù)庫(kù)，并將信息即時(shí)顯示在微信選座界面和Web 選座界面實(shí)現(xiàn)信息由獲取到利用的連接。其中藍(lán)牙通信網(wǎng)絡(luò)的搭建HC-05 和 Arduino Uno 的連接方式如圖 4 所示。

5 Web端和微信訂閱號(hào)

前面主要在硬件層面論述了如何對(duì)信息的采集、傳輸以及對(duì)選座的確認(rèn)，下面將要從軟件層面講述該套系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)及其帶來(lái)的服務(wù)。本套系統(tǒng)著眼于解決占座這一問(wèn)題，并最終帶來(lái)貼心的服務(wù)。軟件層主要是對(duì)選座系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)和服務(wù)的體現(xiàn)。在Web 端根據(jù)圖書館內(nèi)各樓層各區(qū)域座位的布局設(shè)計(jì)界面從軟件的角度實(shí)現(xiàn)可視化的引導(dǎo)，并為每個(gè)座位設(shè)置三種顏色紅、黃、綠，分別代表被使用、暫時(shí)離開、被預(yù)定并且對(duì)暫時(shí)離開設(shè)置時(shí)間限制 15 分鐘，對(duì)被預(yù)定設(shè)置時(shí)間 30 分鐘但超出以上時(shí)間的取消座位授權(quán)以達(dá)到選座系統(tǒng)的有效運(yùn)轉(zhuǎn)， 從而通過(guò)軟件層面制定規(guī)則避免占座的發(fā)生。然而選座帶來(lái)的服務(wù)是有限的，下面將通過(guò)現(xiàn)有的一些圖書館服務(wù)論述微信層面帶來(lái)的服務(wù)。

就對(duì)大多競(jìng)賽中針對(duì)圖書館選座系統(tǒng)的服務(wù)調(diào)研，我們發(fā)現(xiàn)大多數(shù)服務(wù)通過(guò)手機(jī) App 提供，包括選座、室內(nèi)溫濕度顯示以及討論區(qū)等，這些或是依賴硬件的支持抑或是重新開辟一個(gè)BBS，在筆者看來(lái)，無(wú)論從成本考慮還是從后期推廣和維護(hù)出發(fā)，其后期的生長(zhǎng)都是異常艱難的，更為重要的是帶給使用者的體驗(yàn)不足以讓其主動(dòng)使用。下面將針對(duì)上述問(wèn)題講解用微信帶來(lái)的服務(wù)。

我們就微信提供的訂閱號(hào)著手服務(wù)，下面將從菜單欄介紹其帶來(lái)的服務(wù)及優(yōu)勢(shì)。首先介紹選座項(xiàng)，選座項(xiàng)通過(guò)設(shè)置連接實(shí)現(xiàn)和Web 端共用一個(gè)選座系統(tǒng)，這不僅給系統(tǒng)的維護(hù)帶來(lái)便利，而且方便了使用者選座 ；討論區(qū)是學(xué)習(xí)交流的不錯(cuò)選擇，菜單欄也必不可少。然而重新設(shè)計(jì)這樣一個(gè)版塊，其生長(zhǎng)是異常困難的，考慮到每個(gè)學(xué)校都有自己的BBS 或百度貼吧，我們選擇鏈接到這樣異?；钴S的地方，在不需要考慮維護(hù)的同時(shí)保證了該版塊的活躍度 ；與此同時(shí)我們?cè)诓藛螜谠O(shè)計(jì)了一個(gè)常用網(wǎng)站連接，并在其二級(jí)菜單列出，方便使用者。與此同時(shí)，微信訂閱號(hào)具有每天推送一條信息的功能，可以為同學(xué)們推送最新的圖書館通知、資訊以及投放各種活動(dòng)在線參與，加強(qiáng)了與使用者的互動(dòng)聯(lián)系。微信作為一個(gè)擁有 5 億用戶群的應(yīng)用軟件，在從微信公眾號(hào)后期的推廣、維護(hù)、成本被用戶接受等角度考慮，都是提供服務(wù)的不二之選。

6 結(jié) 語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)高校目前普遍存在的占座現(xiàn)象分析，立足于解決占座這一問(wèn)題，著眼于提供服務(wù)。分別對(duì)現(xiàn)在各高校圖書館采取的應(yīng)對(duì)辦法，以及各類競(jìng)賽中出現(xiàn)的解決辦法進(jìn)行思考，提出自己的看法并針對(duì)存在的問(wèn)題提出自己的解決辦法。從最底層的如何正確判斷座位所處狀態(tài)到應(yīng)用層如何給用戶提供服務(wù)留住用戶，以及系統(tǒng)的成本、后期的成長(zhǎng)等進(jìn)行論述， 介紹了一個(gè)集智能選座、引導(dǎo)與服務(wù)為一體的圖書館系統(tǒng)。