基于單片機(jī)的圖書館監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于單片機(jī)的圖書館監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

0mcs-53主mcs-51得出的結(jié)論是典型的結(jié)構(gòu)，改進(jìn)的總線特殊記錄的集中管理。許多邏輯操作功能和豐富的命令系統(tǒng)可以說是一代“名機(jī)”。它廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、通信系統(tǒng)和家用電器控制領(lǐng)域。它提高了生產(chǎn)效率，提高了幾種裝置的性能，為人們的生活和工作帶來了極大的便利。迄今為止,單片機(jī)系統(tǒng)和模塊主要用于工業(yè)控制、科學(xué)研究和教學(xué)實(shí)驗(yàn)等領(lǐng)域,實(shí)現(xiàn)各類系統(tǒng)在線信號采集和監(jiān)控功能,在教學(xué)和圖書館管理中,采用該種技術(shù)手段進(jìn)行監(jiān)控的系統(tǒng)尚未見到。本文嘗試將MCS-51單片機(jī)應(yīng)用在圖書館座位管理中。每逢期終考試來臨之際,許多高校圖書館便擁擠不堪,其中不乏亂占座位導(dǎo)致的座位長時(shí)間得不到利用而又有很多同學(xué)找不到座位的不正常現(xiàn)象。為了讓圖書館資源得到合理科學(xué)的利用,消除亂占座位的不文明現(xiàn)象,給廣大同學(xué)以公平的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)和良好的學(xué)習(xí)環(huán)境,開發(fā)一個(gè)有效的管理系統(tǒng)勢在必行。我們設(shè)想每個(gè)座位上安裝一個(gè)以單片機(jī)為核心的控制器,用來判斷座位上是否有人和記錄人離開的時(shí)間并進(jìn)一步判斷是否超時(shí),從而實(shí)現(xiàn)圖書館的座位管理。1片式機(jī)構(gòu)顯示“a”根據(jù)本設(shè)計(jì)需實(shí)現(xiàn)的功能,考慮到硬件電路的復(fù)雜度、性價(jià)比和軟件實(shí)現(xiàn)的難易程度等情況,控制器由傳感器模塊、控制功能模塊和顯示功能模塊組成。傳感器模塊由紅外接近開關(guān)構(gòu)成,控制功能模塊由單片機(jī)構(gòu)成,顯示功能模塊由移位寄存器和數(shù)碼管構(gòu)成。該控制器工作原理如下:開啟后,數(shù)碼管顯示“--”,進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。當(dāng)有學(xué)生坐到座位上時(shí),接近開關(guān)探測到后啟動(dòng)單片機(jī),數(shù)碼管顯示“AA”并再次進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。當(dāng)學(xué)生暫時(shí)離開座位時(shí),接近開關(guān)探測到信號,啟動(dòng)單片機(jī)開始倒計(jì)時(shí)30min(可任意設(shè)定),同時(shí)數(shù)碼管同步顯示當(dāng)前計(jì)時(shí)狀態(tài),即從30遞減顯示到0。若30min之內(nèi)該學(xué)生又返回,則數(shù)碼管再次顯示“AA”表明該座位被占用;若30min倒計(jì)時(shí)完畢該學(xué)生仍未回來,則數(shù)碼管顯示“--”表明該座位已被放棄,可以重新被其他同學(xué)占用。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案見圖1。2能模塊和傳感器模塊硬件設(shè)計(jì)采用單片機(jī)最小系統(tǒng),控制功能模塊和顯示功能模塊焊在系統(tǒng)電路板上,傳感器模塊獨(dú)立在系統(tǒng)電路板外,用信號線與系統(tǒng)電路板上的單片機(jī)相連。2.1紅外成立開關(guān)es18-d06k傳感器模塊由紅外接近開關(guān)ES18-D03NK構(gòu)成。該紅外接近開關(guān)的信號輸出端在常態(tài)下輸出TTL高電平,當(dāng)探測到有人體紅外輻射存在時(shí),即輸出TTL低電平,而且它的電源和地也是兼容TTL電平的。該紅外接近開關(guān)的有效探測距離為0.3m。紅外接近開關(guān)ES18-D03NK的技術(shù)指標(biāo)如下:a)額定工作電壓(紋波峰值≤15%):DC10V～30V±10%,AC24V～240V±10%;b)工作電流(晶體管/可控硅/繼電器):100mA;c)響應(yīng)時(shí)間:2.5ms;d)檢測物體:半透明體,不透明體;e)電壓降(晶體管/可控硅/繼電器):<2V;f)消耗電流:20mA以下;g)差動(dòng)距離:≤15%;h)極性保護(hù)(短路保護(hù)):有;i)工作環(huán)境照度:白熾燈(受光面照度)為<3000Lx,太陽光(受光面照度)為<10000Lx;j)工作環(huán)境溫度:-25℃～50℃。2.2系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)控制功能模塊由單片機(jī)AT89C51及晶振復(fù)位電路構(gòu)成。AT89C51是一個(gè)低電壓、高性能CMOS8位單片機(jī),片內(nèi)含4kB的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器(PEROM)和128B的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM),器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn),兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng),片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元。AT89C51是一個(gè)低功耗高性能單片機(jī),40個(gè)引腳,32個(gè)外部雙向輸入/輸出(I/O)端口,同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口,2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口。AT89C51可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程,也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲(chǔ)器結(jié)合在一起,特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲(chǔ)器可有效地降低開發(fā)成本。復(fù)位電路采用按鍵電平復(fù)位方式,通過使復(fù)位端電阻和電容與VCC接通而實(shí)現(xiàn)。選擇的電阻、電容參數(shù)適宜與12MHz的晶振,能夠保證復(fù)位信號高電平持續(xù)時(shí)間大于2個(gè)機(jī)器周期。本設(shè)計(jì)的晶振電路采用12MHz晶振。紅外接近開關(guān)ES18-D03NK的信號輸出端S通過圖2中的SIGNAL-IN端口接到AT89C51的INT0腳上,再通過一個(gè)反相器反相后接到INT1腳上。2.3ade信號輸出顯示功能模塊由移位寄存器74HC164和共陽極數(shù)碼管LG5011BSR構(gòu)成。74HC164為單向8位移位寄存器,可實(shí)現(xiàn)串行輸入、并行輸出。其中A、B(腳1、2)為串行數(shù)據(jù)輸入端,2個(gè)引腳按邏輯與運(yùn)算規(guī)律輸入信號,第1片74HC164的A、B腳接到AT89C51的RXD端,第2片74HC164的A、B腳接到第1片74HC164的QH上。CLK(腳8)為時(shí)鐘輸入端,兩片74HC164的CLK都接到AT89C51的TXD上。如圖3所示。3溫度對系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的影響根據(jù)本設(shè)計(jì)所要實(shí)現(xiàn)的功能和硬件電路,進(jìn)行了相應(yīng)的軟件設(shè)計(jì),采用匯編語言,在偉福仿真軟件WAVE6000中編譯、調(diào)試并運(yùn)行。軟件流程如圖4所示。軟件工作流程如下。單片機(jī)初始化,關(guān)閉外中斷1,開啟外中斷0。單片機(jī)的串口工作在方式0(復(fù)位后SCON為00H,所以無須重新設(shè)置),單片機(jī)往串口送出兩個(gè)8位段碼,兩個(gè)數(shù)碼管顯示“--”,單片機(jī)進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。常態(tài)下,即座位上沒有人時(shí),信號輸出端S輸出高電平,這時(shí)外中斷0開啟,外中斷1關(guān)閉,所以不能引起任何中斷,單片機(jī)處于待機(jī)狀態(tài)。當(dāng)有人坐上來時(shí),信號輸出端S輸出低電平,引發(fā)外中斷0。引發(fā)外中斷0后,單片機(jī)往串口送出兩個(gè)8位段碼,兩個(gè)數(shù)碼管顯示“AA”。外中斷0關(guān)閉,外中斷1開啟,單片機(jī)再次進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。當(dāng)人離開時(shí),信號輸出端S輸出高電平,引發(fā)外中斷1,單片機(jī)往串口送出兩個(gè)8位段碼,兩個(gè)數(shù)碼管顯示“30”。外中斷1關(guān)閉,外中斷0開啟,單片機(jī)開始30min倒計(jì)時(shí),且單片機(jī)控制數(shù)碼管進(jìn)行從“30”到“0”的遞減顯示。若30min未計(jì)完,發(fā)生外中斷0,跳出30min倒計(jì)時(shí),兩個(gè)數(shù)碼管顯示“AA”,外中斷0關(guān)閉,外中斷1開啟,單片機(jī)進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。若30min計(jì)完,未發(fā)生外中斷0,則單片機(jī)關(guān)閉外中斷1,開啟外中斷0。單片機(jī)往串口送出兩個(gè)8位段碼,兩個(gè)數(shù)碼管顯示“--”,單片機(jī)進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。該系統(tǒng)中單片機(jī)的源程序代碼可分為6大模塊:顯示“AA”的外中斷0服務(wù)子程序;顯示“30”的外中斷1服務(wù)子程序;共陽極數(shù)碼管段碼表;顯示“--”子程序;延時(shí)30min及循環(huán)顯示子程序;用于30到00遞減顯示的子程序。限于篇幅,這里只給出用于延時(shí)30min及循環(huán)顯示程序段。為了防止程序陷入死循環(huán),我們采用了指令冗余和軟件陷阱件抗干擾技術(shù)。4圖書館自修室規(guī)模小、成本可轉(zhuǎn)輸小且可資本文設(shè)計(jì)的單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)大了單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域,充分發(fā)揮了單片機(jī)的性能,具有硬件電路簡單軟件功能完善、