基于物联网的图书馆座位预定系统的设计与实现

科学技术创新2019.32
1概述
高校图书馆是为教学和科研提供服务的学术型机构，是高校师生获得文献信息的基本来源。

当图书馆人数高峰期时，因为受到图书馆座位资源的限制，
导致一些老师和学生却无法正常在图书馆中学习。

在当今的信息时代，物联网应用技术渗透在各个行业领域，在各个领域，物联网的技术使得很多问题迎刃而
解，并且正在改变着人类的生活方式。

同样，物联网技术也能应用在座位预定领域。

图书馆座位预定系统的设计研究意义主要在于，通过对于图书馆座位预定的研究个例来探索和完善大数据时代中数据的采集、处理与共享技术。

而物联
网应用技术在大数据时代中有着举足轻重的地位，
是不可或缺的组成部分。

2系统硬件设计方案2.1系统整体硬件框架
系统底层采用开发板进行数据采集，并且使用Nrf24l01无线模块进行各个节点之间的通信来传输数据，然后汇聚节点将采集到的全部数据经串口发送至ESP8266WIFI 模块，ESP8266WIFI 模块再将数据发送到后台
Tomcat 服务器，Tomcat 服务器进行增、删、改、
查等操作，最后发送给手机App 端进行数据显示。

预定的过程是反向的，通过操作手机App 端给服务器发送数据，服务器把接收到数据传给ESP8266WIFI 模块，ESP8266WIFI 模块再将数据发送至底层开
发板，从而完成预定功能。

系统开发用到以下软件。

系统整体硬件框架图如图1所示。

2.2底层传感数据采集与自动检测设计
本系统底层以主开发板和附加底板搭建构成。

主开发板上带有STC15W4K58S4主控芯片，通过多条杜邦线和附加底板相连接，以实现控制底板电路模块的功能。

3系统软件设计方案
系统软件设计主要包括Nrf24l01无线模块软件设计、物联网云层服务器设计、android 手机客户端设计这三个部分组成。

3.1Nrf24l01无线模块软件设计
Nrf24L01无线模块是一款单片无线收发器，它是由NORDIC 生产的工作在2.4GHz-2.5GHz 的芯片，通讯有效距离
和其他的通信模块不一致。

无线收发器包括：
频率发生器、增强型“SchockBurst ”模式控制器、功率放大器、晶体振荡器、调制器和解调器。

3.2物联网云层服务器设计
服务器端的中间组件在底层硬件和上层App 应用通信中起到桥梁作用，没有该中间组件，底层硬件将不能把数据发送给手机App ，手机App 也不能控制底层硬件，所以中间组件在本系统中的地位举足轻重。

本系统的服务器端的中间组件是Tomcat ，由许多Servlet 程序组成。

分别用来处理App 用户的登录注册、
App 的查询及预定座位、底层硬件的数据处理等等。

在数据库方面，中间组件一共用到四张数据表，
分别是底层的座位表、用户表、管理员表和历史记录表。

本系统中该中间组件的设计完成上述功能，主要由以下三部分内容组成：
3.2.1数据库的创建。

本系统中将需要用的四张数据表创建
好。

没有数据表，将无法完成数据的存储，
后续的操作将无法实现。

3.2.2底层与系统服务器端中间组件通信。

本系统中的服务
基于物联网的图书馆座位预定系统的设计与实现
高中赢殷超王威浩易琛
（九江学院，
江西九江332005）摘要：随着各大高校的人数日益增加，图书馆的座位资源短缺问题愈发严重，
学生到达图书馆后却找不到空闲座位的情况时有发生。

为了解决上述问题，本文设计并实现了一个基于物联网的图书馆座位预定系统。

本系统的总体设计架构共分为四层：底
层软件与硬件的设计、服务器和数据库的设计、Android 客户端App 的设计、
基于Java Web 的后台查询系统的设计。

通过系统设计，用户可以对空闲的座位进行预定。

预定成功后，系统将会判断用户是否在指定的时间到达该座位，
并且将相应的信息记录到后台系统中。

管理员可以通过后台系统查询到所有的预定信息，
方便管理员对座位进行管理。

本文给出了硬件设计与软件设计方案，并在最后完成了系统的测试工作。

测试结果表明，
本系统能完成相应的功能。

关键词：图书馆座位预定系统；设计；参数中图分类号:TP311.52文献标识码:A 文章编号:2096-4390(2019)
32-0056-02作者简介:殷超（1980,2-），民族:汉族，籍贯：江西九江，副教授，博士研究生学历，
研究方向为物联网和系统结构。

图1系统整体硬件框架图
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2019.32科学技术创新
器端和底层通信主要采用的Java中Socket网络编程知识，完成底层与服务器端的连接并实现正常通信。

3.2.3手机App与系统服务器端中间组件通信。

本系统中的服务器端与上层手机App之间的通信应用的是Java中的HttpClient模块，手机App给服务器端发送Http请求以传输数据和接收数据。

3.3android手机客户端设计
客户端的设计主要是实现用户能够便捷、实时、远程地检测座位使用情况以及完成预定操作，而后台查询系统设计主要是方便管理员对学生信息的查询以及操作。

本系统的服务器是由多个Servlet程序组成，Servlet负责处理各种数据然后给予响应，各个Servlet都有各自的URL地址。

因此手机App中首先要指定服务器的URL地址，这样才能正常的进行通信。

Android代码中首先得创建一个线程用于服务器的连接和数据的传输，线程中先创建一个HttpClient，然后进行连接。

本系统的记住密码、自动登录、账号密码等设置信息都保存在SharedPreferences存储类中，SharedPreferences是不能存储数据量大的信息，而且存储的信息也只是在个人的手机APP上，不能实现共享，所以基本上用来存储程序的一些配置信息。

当用户没有进入该APP的账号和密码时就需要进行注册，在注册过程中，可能注册的账号和数据库中的账号所重复，这时App将提示用户注册失败。

因为数据库中账号是唯一的，所以注册时系统将检测账号是否是唯一的，在后台的处理完再给用户反馈处理结果，App也会根据处理的结果做出响应。

任何管理系统都得和数据库连接，这样就可以把数据存储起来方便使用和管理，因为在数据库中，可以对数据进行一系列的操作。

本系统也不例外，系统与数据库连接是通过C3P0连接池来实现的，C3P0连接池能够优化系统的执行效率。

4系统的设计与实现
4.1系统参数
用于开发的操作系统：Windows7操作系统。

开发使用的工具：Eclipse，Keil C51，Protel99SE，USR-TCP232网络调试助手。

测试的Android真机型号：Coolpad5891。

使用的数据库：MySQL5.5.40。

4.2底层数据的采集与底层实现
底层数据通过无线传输模块进行传输，采用的传感器为HX711AD压力传感器，该压力传感器带有A/D转换芯片，传感器采集到的数据是以模拟信号的形式传输，而本系统的单片机需要处理的是数字信号，所以该A/D转换模块很好的解决了这个问题。

4.3Android APP实现
打开手机App上实现对图书馆座位使用情况进行实时监控，并且根据需要完成预定操作。

手机App不仅能完成对座位的操作，还具有一些基本功能，比如登录、注册、记住密码等。

用户先完成注册，然后就可以登录系统，登录完成后可以查看个人信息，可以实时查看座位使用情况，并完成预定、解约、已到、查看预定规则等操作。

5结论
本系统的总体设计架构共分为四层：底层软件与硬件的设计、服务器和数据库的设计、Android客户端App的设计、基于Java Web的后台查询系统的设计。

主要功能为Android App能够实时查看座位的使用情况，然后根据自己的需要对座位的进行预定、解约等操作，并且管理员后台查询系统能够查看用户、座位的预定情况，对用户的信息进行增、删、查、改操作。

经过一系列的测试与完善，最终确定已完成了系统最初的设计目标。

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