基於單片機的圖書館智能座位管理平台設計
1. 系統功能概述
本設計的“基於單片機的圖書館智能座位管理平台”旨在通過智能化手段提高圖書館座位利用效率，實現對座位使用情況的實時監控與可視化管理。系統以單片機為核心控制單元，結合紅外人體感應模塊、LED指示燈、數碼管顯示模塊等外圍電路，實現對座位佔用狀態的自動檢測與顯示控制。
當有人坐到座位上時，對應的紅外傳感器檢測到人體信號，單片機接收到信號後立即點亮座位指示燈，並在顯示屏上增加一個計數值，表示當前佔用座位數。當檢測到座位無人時，系統開始計時，若5秒後仍未檢測到人體信號，則自動熄滅對應座位燈，同時顯示屏上的人數計數減一。系統最多支持16個座位的檢測與管理，並可實時顯示當前佔用人數。
該系統結構簡單、穩定性高，既可用於圖書館座位管理，也可推廣至自習室、閲覽室、辦公區等場所。其優點在於：
- 通過自動檢測減少人工巡查；
- 可視化顯示座位狀態，便於管理與使用；
- 延時判定機制避免誤判；
- 擴展性強，可支持更多座位節點。
2. 系統電路設計
系統的硬件電路以單片機為核心，包括主控模塊、紅外感應檢測模塊、LED座位指示燈模塊、數碼管顯示模塊、時鐘與延時模塊以及電源模塊。以下對各個模塊進行詳細介紹。
2.1 主控模塊設計
系統採用 STC89C52 單片機 作為主控制核心。該單片機具有低功耗、高可靠性、豐富的I/O接口以及良好的擴展性能，能夠滿足多通道輸入與輸出控制的需求。
在電路設計中，P1口用於紅外檢測信號輸入，P2口用於數碼管顯示輸出，P3口則作為控制與通信接口。單片機通過定時器實現延時與計時功能，內部中斷機制用於響應紅外輸入信號的變化。
其主要電路功能如下：
- 接收紅外模塊輸入信號；
- 控制對應LED座位燈亮滅；
- 驅動數碼管顯示當前佔用座位數；
- 實現延時檢測邏輯，防止誤判；
- 支持多通道輸入並行檢測。
2.2 紅外人體感應模塊
紅外模塊是系統檢測座位佔用狀態的關鍵組件。每個座位配備一個紅外傳感器，用於檢測人體是否存在。模塊原理是通過人體發出的紅外輻射被探測器接收並轉換為電信號，從而判斷是否有人。
紅外模塊的輸出信號接入單片機I/O口（如P1.0~P1.7），當檢測到人體時輸出高電平，無人時輸出低電平。單片機週期性讀取這些輸入信號，並根據狀態變化判斷座位是否被佔用。
為了提高穩定性與抗干擾性，紅外模塊在設計中加入了穩壓與濾波電路，保證信號清晰、響應及時。
2.3 LED座位指示燈模塊
LED燈用於顯示座位佔用狀態。每個座位對應一個LED燈，當紅外模塊檢測到有人坐下時，對應LED點亮，表示座位被佔用；當檢測到無人且超過延時時間後，LED熄滅，表示座位空閒。
LED燈由單片機的輸出端控制，通過限流電阻接入電源，確保電流安全。由於系統需要同時控制16個LED，因此使用P0口配合鎖存器74HC573實現多路控制，減少單片機I/O資源佔用。
2.4 數碼管顯示模塊
為了直觀顯示當前佔用座位數，系統使用四位共陰極數碼管顯示模塊。單片機根據當前檢測到的“有人”座位總數，將結果轉換為BCD碼輸出至數碼管。通過動態掃描的方式，單片機依次點亮各位顯示，實現數字刷新。
顯示內容包括：
- 當前佔用人數；
- 當所有座位空閒時顯示“0”；
- 當所有座位被佔用時顯示“16”。
動態顯示程序利用定時中斷控制掃描週期，刷新頻率約為100Hz，保證肉眼視覺連續性。
2.5 延時與計時模塊
系統在檢測無人狀態時加入了延時機制，以防止因短暫離座或動作導致誤判。延時模塊依託於單片機內部定時器（如T0），每當檢測到無人狀態時啓動計時，若在5秒內再次檢測到人體信號則取消延時，否則執行滅燈與人數減一操作。
該機制通過軟定時器實現，無需額外硬件支持。計時器中斷服務程序用於精確計時，並在計時到達設定值後觸發狀態更新。
2.6 電源模塊
系統使用5V直流電源供電。考慮到紅外模塊與數碼管的功耗，電源模塊設計中加入穩壓芯片（如7805）與濾波電容，以確保供電穩定。所有模塊共地，電源線路佈線儘量短以減少干擾。
3. 程序設計
系統的軟件部分採用C語言編寫，使用Keil uVision環境進行編譯與調試。程序主要包括初始化設置、紅外信號檢測、延時判斷、LED控制、數碼管顯示更新等部分。
3.1 主程序設計
主程序是整個系統的核心邏輯控制部分，負責協調各個模塊的工作流程。程序啓動後完成初始化設置（包括定時器、中斷與I/O端口配置），隨後進入主循環，不斷檢測各座位的狀態並更新顯示。
主循環執行流程如下：
- 讀取紅外模塊輸入狀態；
- 判斷座位是否被佔用；
- 更新座位燈狀態；
- 啓動或停止計時；
- 更新數碼管顯示。
主程序框架如下：
#include
#define uint unsigned int
#define uchar unsigned char
uchar seatStatus[16]; // 座位狀態數組
uchar seatCount = 0; // 當前佔用座位數
void Delay_ms(uint x);
void Display_SeatCount(uchar num);
void Check_Seat(void);
void main() {
TMOD = 0x01; // 定時器0模式
TH0 = 0xFC;
TL0 = 0x18;
ET0 = 1; // 允許定時器中斷
EA = 1; // 總中斷打開
TR0 = 1; // 啓動定時器
while(1) {
Check_Seat(); // 檢測座位狀態
Display_SeatCount(seatCount); // 更新顯示
}
}3.2 紅外檢測模塊程序設計
紅外檢測程序負責採集每個座位的紅外狀態信號。單片機週期性掃描P1口的輸入信號，將結果存入 seatStatus[] 數組。若檢測到高電平則表示座位有人，否則無人。
在檢測無人時，程序會啓動5秒計時邏輯。若5秒後狀態仍為無人，則執行滅燈與計數減一。
void Check_Seat(void) {
uchar i;
uchar tempCount = 0;
for(i = 0; i < 16; i++) {
if(P1 & (1 << i)) { // 檢測到有人
seatStatus[i] = 1;
} else {
if(seatStatus[i] == 1) {
Delay_ms(5000); // 延時5秒
if(!(P1 & (1 << i))) {
seatStatus[i] = 0;
}
}
}
if(seatStatus[i] == 1) tempCount++;
}
seatCount = tempCount;
}3.3 LED座位指示模塊程序設計
LED燈的控制程序通過讀取 seatStatus[] 數組狀態來確定亮滅狀態。當 seatStatus[i] == 1 時，對應LED亮起，否則熄滅。LED通過鎖存器輸出控制。
void Update_LED(void) {
uchar i;
for(i = 0; i < 16; i++) {
if(seatStatus[i]) P2 |= (1 << i);
else P2 &= ~(1 << i);
}
}3.4 數碼管顯示模塊程序設計
數碼管顯示當前座位佔用人數。系統採用動態掃描顯示方式，刷新速率高，不會出現閃爍。
uchar code DIG_CODE[10] = {0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F};
void Display_SeatCount(uchar num) {
uchar ge,shi;
ge = num % 10;
shi = num / 10;
P0 = DIG_CODE[ge];
// 假設P2口控制數碼管位選
P2 = 0xFE; // 選擇個位
Delay_ms(5);
P0 = DIG_CODE[shi];
P2 = 0xFD; // 選擇十位
Delay_ms(5);
}3.5 定時與延時程序設計
系統使用定時器T0實現基礎延時。通過中斷方式計時，每1ms進入中斷一次，用於軟件延時計數與掃描刷新。
void Timer0_ISR(void) interrupt 1 {
TH0 = 0xFC;
TL0 = 0x18;
}延時函數如下：
void Delay_ms(uint x) {
uint i, j;
for(i = 0; i < x; i++)
for(j = 0; j < 120; j++);
}4. 系統總體特點與運行説明
本系統通過紅外傳感器實時監控座位使用狀態，自動統計當前人數，並通過數碼管動態顯示結果。當檢測到座位空閒後啓動5秒延時判定，確保準確性。該設計的主要特點如下：
- 自動化程度高：無需人工干預即可實時統計座位佔用情況；
- 響應速度快：紅外檢測響應時間短，檢測結果穩定；
- 防誤判設計：延時機制有效避免誤觸發；
- 顯示直觀：數碼管動態刷新顯示當前人數；
- 可擴展性強：通過擴展I/O口與鎖存器可支持更多座位；
- 能耗低：採用低功耗設計，適合長期運行。
當系統運行時，任意座位被佔用，LED亮起且顯示屏數字遞增；當離開並延時5秒後，LED熄滅，顯示數字遞減。所有狀態變化均實時反映，確保數據準確。
5. 總結
本設計通過單片機控制實現了圖書館智能座位管理的自動化和可視化。系統結構合理，軟硬件協同高效，能夠有效減少人工管理工作量，提升圖書館資源使用率。通過優化紅外檢測算法與擴展顯示功能，還可實現聯網統計、區域分佈顯示等功能，為後續智能管理系統的開發提供了重要參考。
